DE3116268A1

DE3116268A1 - Verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE3116268A1
Application number: DE19813116268
Authority: DE
Inventors: Pieter Johannes Wilhelmus 5621 Eindhoven Jochems
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-04-29
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1982-05-19
Also published as: CA1165012A; JPS571260A; IE51323B1; AU6987581A; IT8121369A0; GB2075257A; FR2481518B1; NL8002492A; AU544817B2; IT1137566B; US4466171A; NL186662C; CH655202A5; FR2481518A1; IT8121369A1; DE3116268C2; IE810936L; NL186662B; GB2075257B

Description

PHN 9738 ' >- Il 10-2-1981

"Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung".

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei dem von einem einkristallinen halbleitenden Substratgebiet ausgegangen wird, wobei in einen ersten Oberflächenteil des Substratgebietes ein erster Dotierungsstoff zur Bildung • mindestens einer ersten vergrabenen Schicht vom ersten Leitungstyp eingeführt wird, wonach auf dem Substratgebiet eine epitaktische Schicht angewachsen und durch Öiffusion aus· der ersten vergrabenen Schicht der darüber liegende Teil der epitaktischen Schicht über seine ganze Dicke in ein erstes Gebiet vom ersten Leitungstyp umgwandelt wird. Zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, insbesondere zur Bildung monolithischer integrierter Schaltungen, ist es oft erforderlich, nebeneinander liegende an dieselbe Halbleiteroberfläche grenzende Gebiete entgegengesetzter Leitungstypen zu bilden. So müssen z.B. in Schaltungen, die komplementäre Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode enthalten, der η-Kanal- und der p-Kanal-Transis-tor in nebeneinander liegenden Gebieten verschiedener Leitungstypen gebildet werden. In der Praxis werden diese Gebiete dadurch erhalten, das von einem Substratgebiet von-einem ersten Leitungstyp ausgegangen wird, in dom der'ürs'te Feldeffekttransistor gebildet wird, wobei in diesem Substratgebiet durch Dotierung ein Gebiet vom zweiten entgegengesetzten Leitungstyp gebildet wird, in dem der zweite zu dem ersten komplementäre Feldeffekttransis- · tor gebildet wird.

. "Die genannte Dotierung kann z.B. durch Diffusion von der Oberfläche her erfolgen, wobei im allgemeinen die D.olierungakonzentration von der Oberfläche her abnimmt. Dies ist 'in vielen Fällen ein unerwünschtes Dotierungsprofil. Ein derartiges Profil führt entweder zu einer hohen SchweLlwertspannung des Feldeffekttransistors infolge einer

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hohen Oberflächendotierung oder, wenn letzteres niedrig gewählt wird, zu einem hohen Widerstand des diffundierten Gebietes parallel zu der Oberfläche. Letzteres kann· zu unerwünschten Erscheinungen, wie z.B. Thyristoreffekten u.dgL.-führen.

Es wurde versucht, auf verschiedene Weise das Dotierungsprofil im gewünschten Sinne zu ändern. Nach einem ersten Verfahren kann nach dem Eindiffundieren die Dotie-· rungskonzentration, durch Ausdiffusion in einer evakuierten Kapsel, an der Oberfläche herabgesetzt werden. Dies

ist aber ein komplizierter und teuerer Verfahrerisschritt. gm^ Auch kann bei der Bildung des zweiten Gebietes durch Ionenimplantation ausser einem Datierungsstoi'f vom zweiten Leitungstyp auch eine gewisse Menge u Lne's Uo tierufigsa loiTos vom ersten Leitungstyp implantiert werden, wodurch an der Oberfläche durch Ausgleich eine niedrigere Netto-Dotierungskoiizentra ti on erhalten wird. Diot* ergib!, jedorli den Nach-' teil, dass die Ladungsträgerbeweglichkeit infolge der hohen Brutto-Dotierungskonzentration (Donatoren plus Akzeptoren) abnimmt.

Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art

ist aus der britischen Patentschrift 1176263 bekannt. Dabei wird in einer epitaktischen Schicht von einem ersten Lei— tungstyp ein sich bis zu der Oberfläche der epitaktischen S_chicht erstreckendes Gebiet vom zweiten entgegengesetzten Leitungstyp durch Diffusion aus einer zwischen dem Substrat und dieser epitaktischen Schicht erzeugten vergrabenen Schicht vom zweiten Leitungstyp erzeugt..Das auf diese Weise erzeugte Gebiet weist eine von dem Substrat zu der Oberfläche abnehmende Dotierungskonzentration auf. Die se it liehe Diffusion führt aber zu einer erheblichen seitlichen Erweiterung des Gebietes, wodurch die benötigte Kristalloberfläche vergrössert und die Packungsdichte der Schaltung verringert wird. Zum Erreichen einer maximalen Packungsdichte und gegebenenfalls auch aus anderen Gründen ist es erwünscht, nebeneinander liegende Gebiete entgegengesetzter Leitungstypen zu erzeugen, die miteinander einen pn-Ubergang bilden, der zu der Halbleiteroberfläche nahezu parallel.

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ist oder dessen Richtung wenigstens nicht völlig durch Laterale Diffusion aus einem der beiden Gebiete bestimmt wird.

Die Erfindung hat u.a. die Auf gäbe, ein Verfahren zur Erzeugung zweier nebeneinander liegender aneinander grenzender Gebiete entgegengesetzter Leitungstypen anzugeben, bei dem 'die Richtung des pn-Ubergangs zwischen diesen Gebieten innerhalb bestimmter Grenzen geregelt werden kann.

Der Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass dies dadurch erreicht werden kann, dass zwei nebeneinander angebrachte aus sachverständige ¥eise in bezug aufeinander angeordnete vergrabene Schichten entgegenge-"·* setzter Leitungstypen mit auf zweckmässige Weise gewählten Dotierungsstoffen und Dotierungskonzentrationen verwendet werden.

Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass neben der ersten vergrabenen Schicht durch Einführung eines zweiten Dotierungsstoffes mindestens eine zweite vergrabene Schicht vom zweiten Leitungstyp erzeugt und durch Diffusion aus der zweiten verg-rabenen Schicht der darüber liegende Teil der epitaktischen Schicht über seine ganze Dicke in ein zweites Gebiet vom zweiten Leitungstyp umgewandelt wird, wobei die erste und die zweite vergrabene Schicht derart nahe beieinander angebracht werden, dass das erste Gebiet und das zweite Gebiet über nahezu die ganze Dicke der epitaktischen Schicht aneinander grenzen und einen pn-Ubergang bilden.

Durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ist -es möglich, durch passende Wahl des gegenseitigen Ab—

30. Standes der vergrabenen Schichten,. der Dotierungsstoffe der vergrabenen Schichten (also der Diffusionskoeffizienten) und der Dotierungskonzentrationen die Form und die Richtung des pn-Ubergangs zwischen den beiden durch Diffusion aus den vergrabenen Schichten erzeugten Gebieten innerhalb

^:?ii bos I. i nun te r Gronsseii v.u. beeiii-f Lussen und zu steuern. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Halbleiteranordnungen verschiedener Art hergestellt werden. ■ '

ObgLeich für beide vergrabene Schichten Dotie—

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rungsstoffe mit bei einer gleichen Temperatur verschiedenen Diffusionskoeffizienten gewählt werden können, is t eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung dadurch gekennzeichnefc, dass der erste Dofcierungsstoff und der zweite Dotierungsstoff bei einer bestimmten Diffusionstemperatur praktisch den gleichen Diffusionskoeffizienten in der epitaktischen Schicht aufweisexi. Derartige Dotierungsstoffe sind z.B. Phosphor und Bor (in Silicium) . Mit Vorteil werden dann ausserdam ers.te und zwei te vergrabene Schichten mit praktisch der gleichen Oberfl"ä chendotierungskonzentration (an der Substratoberfläche) angebracht. In diesem Falle ist der erhaltene pn-übergang zwischen den beiden angrenzenden diffundierten Gebieten zu der Oberfläche nahezu senkrecht.

In den meisten Fällen wird es bevorzugt, das Verfahren derart durchzuführen, dass der erhaltene pnübergang zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet in der epitaktischen Schicht zu der Oberfläche nahezu senkrecht ist. D^es kann, statt durch die Vahl von Dotierungsstoffen mit demselben Diffusionskoeffizienten und derselben Konzentration, annähernd auch durch andere geeignet gewählte Kombinationen von Diffusionskoeffizienten und Dotierungskonzentrationen erzielt werden, wobei dann z.B. der Dotierungsstoff mit dem kleinsten Diffusionskoeffizienten eine grössere. Dotierungskonzentration erhält.

Wenn die vergrabenen Schichten nicht aneinander grenzen, sollen sie derart nahe beieinander angebracht werden, dass die genannten ersten und zweiten Gebiete über wenigstens einen Teil der Dicke der epitaktischen Schicht aneinander grenzen infolge der oufr r«tp»nrl»-in ιμ] M i

U 1 t i'llö j DIl . ViH'ill|;eWiil!3B W I. I d lld» V<i I t ulW'ttU »1« TaJ¹ I-

führt, dass das erste und das zweite Gebiet über die Dicke der epitaktischen Schicht aneinander grenzen. Dies' lässt sich am einfachsten dadurch erzielen, dass dafür gesorgt wi. ί'·<1, dass die beiden Schichten praktisch aneinander grenzen.

Die Erfindung ist von besonderem Interesse bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der im ersten Gebiet

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Source- und Drainzonen vom zweiten Leitungstyp eines ersten Feldeffekttransistors mit isolierter Steuerelektrode und im zweiten Gebiet Source- und Drainzonen vom ersten Leilungstyp eines zweiten zu dem ersten komplementären FeId-'5 effekttransistors mit isolierter Steuerelektrode erzeugt werden. Die Packungsdichte von Schaltungen mit derartigen C-MOST-Kombinationen kann durch Anwendung der Erfindung in erheblichem Masse· erhöht werden. ■ Eine andere wichtige bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Substratgebiet den ersten Leitungstyp aufweist, und dass die zweite vergrabene Schicht wenigstens einen Teil der ersten vergrabenen Schicht völlig umgibt, so dass durch Diffusion aus der ersten vergrabenen Schicht ein völlig vom zweiten Gebiet umgebenes erstes Gebiet vom ersten Leitungstyp mit praktisch Icon» UmL(MU Querschnitt erzeugt wird, das sich von dem SubstraLgebiet durch die epitaktische Schicht zu der Oberfläche erstreckt und das Kanalgebiet eines pn-Ubergangsfeldeffekttransistors bildet-, dessen Gate-Gebiet durch das zweite Gebiet gebildet wird, während die Source- und Drain-Elektroden desselben auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht und auf dem Substratgebiet erzeugt "werden.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben..Es zeigen:

Fig. 1 bis 11 schematisch' im Querschnitt in aufeinanderfolgenden Stufen die Herstellung einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung,

Fig! 12 eine Draufsicht auf den Teil der HaIbleiteranordnungι der in Fig. 11 im Querschnitt längs der Linie XI-Xl. dargestellt ist,

Fig. 13 bis 18 schematisch im Querschnitt in aufeinanderfolgenden Stufen die Herstellung einer anderen Halbleiteranordnung nach der Erfindung, . Fig. 19 eine Draufsicht auf den Teil der Halbleiteranordnung, der in Fig. 18 im Querschnitt längs der Linie XVIII-XVIII dargestellt ist,, und Fig. 20· das Schaltbild der Halbleiteranordnung

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nach den Fig. 18 und 19·

Die Figuren sind schematisch und nicht massstäblich gezeichnet, wobei insbesondere die Abmessungen in der Dickenrichtung der Deutlichkeit halber übertrieben ·

g gross dargesteJ Lt sind. Entsprechende Tolle sind in dt»r Regel mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. In den Querschnitten sind Halbleiterzonen vom gleichen Leitungstyp in derselben Richtung schraffiert. In den Draufsichl.cn nach Fig. 12 und 19 sind die Umrisse von Metallschichten

ig gestrichelt dargestellt.

In Fig. 1 .bis 12 wird die Herstellung einer Halbleiteranordnung durch Anwendung des Verfahrens nach der • * Erfindung in aufeinanderfolgenden Stufen dargestellt. Es handelt sich hier um die Herstellung einer Ha-' bleiteran-Ordnung mit mindestens zwei komplementären Feldef f ekttraii sistoren mit isolierter Steuerelektrode.

Es wird (siehe Fig. 1 ) von einem einkristallirien halbleitenden Substratgebiet 1, im vorliegenden Beispiel einer Siliciumscheibe vom p-Leitungstyp, ausgegangen. Wie nachstehend im Detail beschrieben wird, wird in einen ersten Oberflächenteil des Substratgebietes 1 ein erster Dotierungsstoff zur Bildung mindestens einer ersten vergrabenen Schicht 2 (siehe Fig. k) von einem ersten (hier vom n-)Leitungstyp eingeführt. Dann wird (siehe Fig. 5) ^₁ 25 auf dem Substratgebiet 1 eine epitaktische Schicht 7 angewachsen und wird durch Diffusion aus der ersten vergrabenen Schicht 2 der darüber liegende Teil der epitaktischen Schicht 7 über seine ganze Dicke in ein erstes Gebiet 12 vom ersten (n-)Leitungstyp (siehe Fig. 6) mit einer von dem Substratgebiet 1 zu der Oberfläche abnehmenden Netto-Dotierungskonzentration umgewandelt.

Nach der Erfindung wird neben der ersten vergrabenen Schicht 2 durch Einführung eines .zweiten Dotierungsstoffes mindestens ( siehe Fig. k) eine zweite vergrabene Schicht 6 vom zweiten (p-)Leitungstyp gebildet, wonach durch Diffusion aus der zweiten vergrabenen Schicht 6 der darüber liegende Teil der epitaktischen Schicht 7 über seine ganze Dicke (siehe Fig. 6) in ein zweites Gebiet

^r ■ * " · ■ η ι ι π;/π η

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vom p-Leitungstyp, ebenfalls mit einer von dem Substratgebiet 1 zu der Oberfläche abnehmenden Netto—Dotierungskonzentration, umgewandelt wird. Dabei werden die erste und die zweite vergrabene Schicht 2 bzw. 6 derart nahe beiein-.ander angebracht, dass das erste Gebiet 12 und das zweite Gebiet \6 über nahezu die ganze Dicke der epitaktischen Schicht 7 aneinander grenzen. Dabei bilden sie mitein-■ ander einen quer zu der Oberfl"ä ehe verlaufenden pn-Ubergang 9-Das Verfahren wird nun im Detail beschrieben.

Es wird von einer p-leitenden Siliciumscheibe 1 mit einem spezifischen ¥iderstand von z.B; 25/1·cm ausgegangen. Eine Oberfläche dieser Scheibe wird durch Implanta-

1 T .' tion von Phosphorionen (Energie 30 keV, Dosis 2.10

.15 Ionen/cm²) mit einer dünnen η-leitenden Schicht 2 (siehe Fig. i) mit einer Dicke von weniger als 0,1 um versehen. Durch thermische Oxidation wird die Oberfläche nun mit einer dünnen. Siliciumoxidschicht 3 mit einer Dicke von etwa ■ 30 nm versehen. Darauf wird eine Photolackschicht k- angebracht, in der durch Belichtung und Entwicklung ein Fenster' 5 gebildet wird (siehe Fig. 2). Dann wird die Oberfläche.

mit Borionen bei einer Energie von 150 keV und einer Dosis

13/2
von 3·10 Ionen/cm beschossen. Die Borionen dringen durch die Oxidschicht 3 hindurch, aber werden von der Photolackschicht h zurückgehalten. So wird eine p-leitende Schicht 6 gebildet (siehe Fig. 3)> die an der Oberfläche durch das Vorhandensein der n-Typ-Dotierungskonzentration . der Schicht 2 wenigstens teilweise kompensiert ist.

Durch Ätzung werden anschliessend innerhalb des Fensters 5 die Oxidschicht 3 und die Schicht 2 entfernt (siehe Fig. k), wonach die Photolackmaske h entfernt wird. Danach wird, durch Anwendung allgemein üblicher Techniken eine 5 um dicke Schicht 7 aus Silicium epitaktisch auf der ■ Oberfläche angewachsen. Die Schicht 7 wird nicht dotiert ^3S> und besteht dadurch aus hochohmigem (p- oder n-leitendem) Silicium. Die Schicht 7 wird durch thermische Oxidation mit einer etwa 20 nm dicken Schicht 8 aus Siliciumoxid versehen (siehe Fig. 5)·

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Dann wird (siehe Fig. 6) eine Erhitzung bei 1200⁰C während 6 Stunden in Stickstoff durchgeführt. Während dieser Erhitziing diffundieren die Dotierungssto'f Γ ο aus den vergrabenen Schichten 2 und 6 durch die ganze Dicke der epitaktischen Schicht 7 in das Substrat hinein, wobei das n-ieitende Gebiet 12 und das p-leitende Gebiet 16 mit zu der Oberfläche hin abnehmenden Dotierungskonzcmtrationen erzeugt werden. Der pn-Ubergang 9 zwischen den Gebieten 12 und 16 ist zu der Oberfläche nahezu senkrecht,· weil die Diffusionskoeffizienten von Bor und Phosphor bei derselben Diffusionstemperatur einander praktisch gleich sind, während auch die Dotierungskonzentratiönen der vergrabenen Schichten 2 und 6 einander nahezu gleich sind. Die lateralen Diffusionen aus den Schichten 2 und 6 kompensieren sich also praktisch völlig. Zur Illustrierung ist in Fig. 6 gestrichelt der Verlauf (9¹) des pn-Ubergangs dargestellt, der erhalten werden würde,.wenn nur die vergrabene Schicht 6 vorhanden wäre (und eine n-leitende epitaktische Schicht angewachsen wäre). Der Effekt der auftretenden lateralen Diffusion ist deutlich ersichtlich. Im vorliegenden Beispiel werden in den Gebieten 12 und 16 komplementäre Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode gebildet.

Anschliessend wird ebenfalls durch Anwendung üblicher Techniken eine Siliciumnitridschicht 11 mit einer Dicke von etwa 150 nm auf der Oxidschicht 8 niedergeschlagen (siehe Fig. j), wonach unter Verwendung derselben Maske wie für die Bildung des Fensters 5 eine Photolackmaske 1'? angebracht wird. Dann werden unter Verwendung der Photolackschicht 13 und.der Schichten 8 und 11 als Maskierung Borionen 15 (siehe Fig. 7) (mit einer Dosis von 3·10 Ionen /cm und einer Energie von 25 keV) zur Erzeugung kanalunterbrechender Gebiete 14 mit erhöhter p-Typ-Dotierungskonzentration implantiert.

Danach wird die Photolackschicht 13 entfernt und eine thermische Oxidation bei 1100 C während 3 Stunden durchgeführt, wodurch auf den nicht mit der Nitridschichfc 11 überzogenen Teilen der Oberfläche ein teilweise ver-

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senktes Oxidmuster 17 mit einer Dicke von etwa 1,1 /um erhalten wird (siehe Fig. 8).

Nun werden die Schichten 11 und 8 weggeätzt,

■ wonach durch thermische Oxidation eine Gate-Oxidschicht mit einer Dicke" von 70 nm erzeugt wird (siehe Fig. 9). Da während der Diffusion eine Oxidschicht 8 vorhanden war, wird die' Oberflächendotierung des Gebietes 16 etwas niedriger als die des Gebietes 12 sein, weil während der Diffusion das Bor sich etwas im Oxid löst, während dagegen der 10- Phosphor in das Silicium eindringt. Dieses Effekt wird durch ■die Gate-Oxidation noch verstärkt, dadurch würde die Oberflächendotierung des Gebietes 16 einen zu niedrigen Wert für die Schwellwertspannung des n-Kanal-MOS-Transistors und die Oberflächendotierung des Gebietes 12 eine zu hohe Schwellwertspannung für den p-Kanal-MOS-Transistor ergeben. " ' Daher wird zunächst eine geringe Menge an Borionen in die

Oberfläche beider Gebiete implantiert, um den Schwellwert-. spannungen den gewünschten Wert zu geben. Dann wird aus der Gasphase eine etwa 0,5/um dicke ρolykristaliine Siliciumschicht 19 auf der ganzen Oberfläche niedergeschlagen, wonach diese Schicht I9 mit Phosphor durch Diffusion oder. Ionenimplantation η-leitend gemacht wird. Anschliessend wild die Schicht I9 durch Ätzen in Muster gebracht.

Auf übliche Weise werden dann durch Implantation

v·" · 25 _von Arsenionen die Source- und Drainzonen 22 bzw. 23 des n-Kanal-Transistors und durch Implantation von Borionen die Source- und Drainzonen 20 bzw. 21 des p-Kanal-Transis-. tors erzeugt, wobei die Steuerelektrodenschichten 19 und das Oxidmuster 17 als Maskierung dienen (siehe Fig. 10). - ³⁰ Die Oberflächenteile, die nicht den betreffenden Ionen ausgesetzt werden sollen, werden dabei jeweils durch eine nicht-kritische Maske, z.B. eine Photolackmaske, abgedeckt.

Schliesslich wird über das Ganze eine Schicht aus pyrolytischem SiO₂ angebracht, in die Kontaktfenster geätzt werden (siehe Fig. 1 1). Durch Metallisierung mit z.B. Aluminium und Ätzung werden die Metallschichten ZK, 25 und 26 erhalten, die innerhalb der Kontaktfenster die •Zonen 20 - 23 und die Steuerelektrode I9 kontaktieren. In

4*4*

Λ**

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der Draufsicht nach Fig. 12 sind in den Kontaktfenstern diagonale Linien gezeichnet.

Die so erhaltenen komplementären MOS-Tx-ansis to prm werden voneinander durch einen pn-Ubergang 9 getrennt, de.r die epitaktische Schicht in einer zu der Oberfläche senkrechten Richtung durchschneidet. Infolge des Fehlens der bei bekannten Strukturen durch seitliche Diffusion herbeigeführten Ablenkung des pn-Ubergangs wird eine erhebliche Raumeinsparung erhalten.

Statt eines p-leitenden Substrats könnte auch ein η-leitendes Substrat verwendet werden. Der η-Kanal-Transistor würde sich dann in einem inseiförmigen p-leitenden ■ Gebiet 16 befinden, das völlig von η-leitendem Material umgeben ist.

. 15 Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden die

vergrabenen Schichten 2 - und 6 dadurch erhalten, dass zunächst über die ganze Oberfläche die Schicht 2 angebracht, dann in einem T_eil der Oberfläche die Schicht· 6 erzeugt "und danach die von der Schicht 2 eingenommene Oberflächenschicht des Gebietes 6 wegge ä.tzt wurde. Statt dessen können auch die' Schichten 2 und 6 durch örtliche Diffusion oder Implantation direkt nebeneinander oder in gegenseitiger Überlappung angebracht werden. Auch können die Schichten 2 und 6 in einem geringen gegenseitigen Abstand 0**· 25 angebracht werden, vorausgesetzt, dass dieser Abstand derart gering ist, dass bei der Diffusion die ausdiffundierten. Gebiete 12 und 16 aneinander grenzen.

Es sei noch bemerkt, dass die Substratgebiete und 16 beider Feldeffekttransistoren dadurch kontaktiert sind, dass auf der Rückseite der Halbleiterscheibe eine Metallschicht 28angebracht wird (siehe Fig. 11) und dass das Gebiet 12 über eine Aussparung in der Source-Zone 20 innerhalb des Kontaktfensters 29 (siehe- Fig. 12) mit der Zone 20 kurzgeschlossen wird. Bei einem verhältnismässig hochohmigen Substrat, wie es im vorliegenden Falle verwendet wird, kann es vorteilhaft sein, auch das Gebiet 16 an der oberen Fläche auf gleiche Weise wie das Gebiet 12 zu kontaktieren.

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Fig. 13 bis 19 zeigen in aufeinanderfolgenden Stufen ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung, bei dem ein pn-Ubergangsfeldeffekttransistor (JFKT) Lji Verbindung mit zwei · Feldeffekttransistoren mit isolierte!' Steuerelektrode hergestellt wird.'

Auf einem η-leitenden Siliciumsubstrat 31 werden nebeneinander eine hoch dotierte η-leitende Schicht 33A, eine diese Schicht begrenzende und völlig umgebende hochdotierte p-leitende Schicht 32 und eine die letztere ■10 Schicht völlig begrenzende und umgebende η-leitende Schicht 33B angebracht. Dann wird auf.derselben Oberfläche eine nicht oder schwach dotierte Siliciumschicht .37- epitaktisch angewachsen, so dass im Querschnitt die Struktur nach Fig. 13 erhalten wird. Das Anbringen der vergrabenen Schichten 32 und 33A, B und der epitaktischen Schicht 37 kann z.B. auf.gleiche Weise erfolgen wie im vorhergehenden Beispiel für die Bildung der Struktur nach Fig. 5 beschrieben wurde.

■ Dann wird, gleich wie bei Fig. 6 des vorhergehenden Beispiels, ein Erhitzungsschritt durchgeführt, ■ bei dem die vergrabenen Schichten 32 und 33-A., B durch die ganze Dicke der epitaktischen Schicht 37 hindurch zu der Oberfläche und in das Substrat eindiffundieren und dabei (siehe Fig. \h) pn-Ubergänge 39 bilden, die bei passend gewählten Dotierungskonzentrationen und Diffusibnskoeffizienten der für die Erzeugung der vergrabenen Schichten 32" und 33A, B verwendeten Donator- und Akzeptoratome (vorzugsweise Phosphor und Bor) praktisch zu der Oberfläche senkrecht sind und die η-leitenden Gebiete 133A, B von dem p-leitenden Gebiet 132 trennen. Das Gebiet 133A weist .einen praktisch konstanten Querschnitt auf und wird völlig· von dem Gebiet 132 umgeben, _v

Dann wird, wie in Fig. \5 angegeben ist, das wenigstens teilweise versenkte Oxidmuster h" auf gleiche Weise wie das Muster 17 des vorhergehenden Beispiels erzeugt.· Anschliessend wird, ebenfalls auf gleiche ¥eise wie im vorhergehenden Beispiel, ein Muster durch eine dünne Siliciumoxidschicht 48 von der Siliciumoberfläche getrenn-

-" ^; ••-"■-^:- . 3Ί 16268

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ter Steuerelektroden k9 aus polykristallinem Silicium erzeugt, wonach unter Verwendung dieser Steuerelektroden unddes Oxidmusters 47 als Maske durch Implantation von Arsenionen die hochdotierten η-leitenden Schichten zur Erzeugung der Source- und Drainzonen '40, 41 , k2 und h'J und durch Implantation von Borionen die hoch .dotierte p-leitende Schicht hk gebildet werden (siehe Fig. 17). Dabei wird zur Abdeckung der nicht zu implantierenden Gebiete jeweils eine nichtkritische Maske, z.B. eine Photolackmaske, verwendet. Die Implantation zur Erzeugung der Zonen kl und hZ

dient zugleich zur Erzeugung einer η -Kontaktschicht auf /»V dem Gebiet 133A.

Dann wird über das Ganze auf pyrolytischem Wege eine Siliciumoxidschxcht 4 5 niedergeschlagen (siehe Fig. 18) wonach in diese Schicht k-5 Kontaktfenster geätzt werden und die Schaltung mit Hilfe von Metallschichten 50, 51 > 52 und 55 kontaktiert wird. Die Umrisse diesel' Metallschichten sind in der Draufsicht der Fig. 1 9 gestricholl dargestellt, während die Kontaktfenster mit diagonalen Linien versehen sind. Gleich wie in Fig. 12 sind auch in Fig. 1.9 die polykristallinen Siliciumschichten kreuzweise schraffiert, während die Grenzen des Oxidmusters kj durch volle Linien angedeutet sind. Auf der Rückseite der Silicxumscheibe wird zur Kontaktierung der Gebiete 31 ι 133A und f^ 25 133B eine Metallschicht 53 aufgedampft; das Gebiet -132 ist auf der p⁺-Schicht hk mittels der Metallschicht 52 kontaktiert .

Die so erhaltene Schaltung ist schematisch in Fig. 20 dargestellt. Diese Schaltung enthält zwei FeIdeffekttransistoren (61, 6z) mit isolierter Gate-Elekfcrode und einen pn-Ubergangsf e idelT ekt tranwis toi' <>O. Dar Uborgangsfeldeffekttransistor (JFET) 60 wird durch (siehe Fig. 18) die Source- und Drain-Elektroden 5'1 und 53 mxt dem dazwischen liegenden Kanalgebiet 133Λ gebildet, wobei die Steuerelektrodenzone durch das p-leitende Gebiet 132 gebildet wird. Da die pn-Ubergänge 39 alle zu der Oberfläche nahezu senkrecht sind, kann durch Anwendung des V_erfcihrens nach der Erfindung ein Kanalgebiet 133A mit sehr kleinem

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und konstantem Querschnitt (z.B. mit einer Breite von 5 um) doch mit .sehr grosser Genauigkeit gebildet werden, dadurch, dass der Effekt lateraler Diffusion praktisch völlig beseitigt ist.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beiden hier beschriebenen Ausfürhungsbeispiele, sondern kann im Rahmen der Erfindung auf vielerlei ¥eise abgewandelt wer-• lei'i. An erster Stelle können in jedem der beschriebenen AusiTihrungsbeispie Ie alle Leitungs typen (zugleich) durch die entgegengesetzte Leitungstypen ersetzt werden. Auch können andere Halbleitermaterialien als Silicium, z.B. Ger— • manium, III-V-Verbindungen, wie Galliumarsenid, u.dgl., verwendet werden'. Statt Steuerelektroden aus polykristalliiiem SiLicium können auch Steuerelektroden aus Metall An-

15" Wendung finden. Die genannten isolierenden und leitenden Schichten können auch durch andere Materialien ersetzt werden. Die Anwendung eines wenigstens teilweise versenkten Oxidinus Lers ist, obgleich In vielen Fällen wünschenswert, nicht notwendig.

Was die für die Erzeugung der vergrabenen Schichten 2, ö, 32 und 33A, B zu verwendenden DotierungsstolTo und r-kö-uzentrationen anbelangt: dazu werden wenigstens in Sil.icium vorzugsweise Phosphor un.d Bor, vor allem wegen ihrer bei allen Temperaturen praktisch gleichen DIffusionskoeffizienten, angewandt'. Wie oben aber bereits erwähnt wurde, kann auch bei Silicium mit anderen Donator- und Akzeptoratomen gearbeitet-werden, vorausgesetzt, dass die verwendeten Dotierungen den Diffusionskoeffizienten angepas.s t werden. Um den Effekt der lateralen Diffusion mehr oder weniger zu kompensieren, wird dann der Aktivator mit dem grössten Diffusionskoeffizienten die niedrigste Dotierungskonzentration aufweisen müssen, und umgekehrt. Dadurch, dass diese Parameter dem gewünschten.Ergebnis angepasst werden, können zwischen den durch Diffusion aus

^ den· vergrabeneu n- und p-leitenden Schichten erzeugten ■ · n-. und p-Gebie te in der epit a ktischen Schicht pn-Ubergänge gebildet werden, deren Orientierung, sich zwischen praktisch senkrecht zu der Oberfläche (bei vollständige!" Korn-

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pensation der lateralen Diffusion) und der bei unkompensierter einseitiger lateraler Diffusion erhallenen Form ändert. So kann vom Fachmann die gewünschte ".Steuerung" des pn-Ubergangs innerhalb bestimmter Grenzen' verwirklicht werden.

Schi Less Lieh soi bemerkt , das« i Tu· «lit» lir/.ouc'iii,",-der vergrabenen Schichten auch andere Do tierungsverfährun als Ionenimplantation, z.B. Diffusion aus der Gasphase oder aus einer dotierten Oxid- oder Glasschicht, abgewandt werden können.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

\j Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei dem von einem einkristallinen halbleitenden Substratgebiet ausgegangen wird, wobei in einen ersten Oberflächenteil des Substratgebietes ein erste Dotierungsstoff zur Erzeugung mindestens einer ersten vergrabenen Schicht vom ersten Leitungstyp eingeführt wird, wonach auf dem Substratgebiet eine epitaktische Schicht angewachsen · und durch Diffusion aus der ersten vergrabenen Schicht der darüber liegende Teil der epitaktischen Schicht über seine ganze Dicke in ein erstes Gebiet vom ersten Leitungstyp umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass neben der ersten vergrabenen Schicht durch Einführung eines zweiten Dotierungsstoffes mindestens eine zweite vergrabene Schicht vom zweiten Leitungstyp erzeugt und durch Diffusion aus der zweiten vergrabenen Schicht der darüber liegende Teil der epitakti.schen Schicht über seine ganze Dicke in ein zweites Gebiet vom zweiten Leitungstyp utngewande 11 wird, wobei die erste und die zweite vergrabene Schicht derart nahe beieinander angebracht werden, dass das erste Gebiet und das zweite Gebiet über nahezu die ganze Dicke der epitaktischen Schicht aneinander grenzen und einen pri-Ubergang bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erst? Dotierungsstoff und der zweite Dotierungsstoff bei jeder Diffusionstemperatur in der epitaktischen Schicht praktisch den gleichen Diffusionskoeffizienten aufweisen.

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite vergrabene Schicht mit.

pi-aktisch der gleichen Oberflächenkonzentration angebracht werden.

k. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die epitaktische Schicht aus

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Silicium besteht, und dass die eine vergrabene Schicht mit Bor und die andere mit Phosphor dotiert wird. 5· Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pn-übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet in der epitaktischen Schicht zu der Oberfläche praktisch senkrecht ist.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden vergrabenen Schichten praktisch aneinander grenzend angebracht werden.

7· ' Verfahren nach einem der Vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratgebiet zunächst über seine ganze Oberfläche mit einer Oberflächen schicht vom ersten Leitungstyp versehen wird, dass dann in einen TeiL der Oberfläche ein Dotierungsstoff zur Erzeugung

lü einer· Schicht vom zweiten Leitungstyp mit einer die der Oberflächenschicht vom ersten Leitungstyp überschreitenden Dicke eingeführt wird, und dass innerhalb des genannten Oberflächenteils die Oberflächenschicht vom ersten Leitungst.yp wenigstens im wesentlichen entfernt wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Gebiet Source- und Drainzonen vom zweiten Leitungstyp eines ersten Feldeffekttransistors mit isolierter Steuerelektrode und in dem zweiten Gebiet Source- und Drainzonen vom ersten Leitungstyp eines zweiten zu dem ersten komplementären Feldeffekttransistors, mit isolierter Steuerelektrode angebracht werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die epitaktische Schicht aus Silicium angewachsen und die erste vergrabene Schicht mit Bor und die zweite vergrabene Schicht mit Phosphor dotiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anwachsen die epitaktische Schicht mit einer SiIiciumoxidschicht versehen wird,, dass dann die Diffusion des ershen und des zweiten Gebietes vollendet wird, und dass anschliessend die Schwellwertspannungeri der beiden komplementären Feldeffekttransistoren mit Hilfe einer implantation von Borionen in die Kanalgebiete der beiden . Feldeffekttransistoren auf den gewünschten Wert gebracht

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werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, dass das Sub'stratgeb-iet den ersten · Leitungstyp aufweist, und dass die zweite vergrabene Schicht wenigstens einen Teil der ersten vergrabenen Schicht völlig umgibt, so dass durch Diffusion aus der ersten vergrabenen Schicht ein völlig vom zweiten Gebiet umgebenes erstes Gebiet vom ersten Leitungstyp mit praktisch konstantem Querschnitt gebildet wird, das sich von dem Substratgebiet durch die epitaktischo Schicht hindurch zu der Oberfläche erstreckt und das Kanalgebiet eines pn-Ubergangsfeldeffekttransistors bildet, dessen Gate-Gebiet durch das zweite Gebiet gebildet wird, während die Source- und Drain-Elektroden desselben auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht und auf dem Substratgebiet erzeugt werden.