DE7037854U

DE7037854U - SEMI-CONDUCTOR ARRANGEMENT

Info

Publication number: DE7037854U
Application number: DE19707037854
Authority: DE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1970-10-13
Filing date: 1970-10-13
Publication date: 1974-08-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit mehreren, auf demselben Halbleiterkörper angeordneten Bauelementen mit einer vom Halbleiterkörper durch eine Isolierschicht getrennten Steuerelektrode und verschiedenen elektrischen Eigenschaften. Solche Halbleiteranordnungen sind bekannt.The invention relates to a semiconductor arrangement with a plurality of components arranged on the same semiconductor body with a control electrode separated from the semiconductor body by an insulating layer and with different electrical properties. Such semiconductor arrangements are known.

Inverter und Gatter in statischer Einkanaltechnik, die MOS-Transistoren des Anreicherungstyps (enhancement-mode) enthalten, sind bekannt. Der Aufbau solcher Loτ-i^velernente ist verhältnismäßig einfach, weil sowohl der aktive als auch der passive Teil der Schaltung aus MOS-Transistoren des gleichen Leitungstyps besteht. Die Ausgangsimpulse solcher Logikelemente haben unterschiedliche Anstiegs- und Abfallflanken, was für verschiedene Anwendungszwecke ungünstig ist.Inverters and gates in static single-channel technology which contain MOS transistors of the enhancement mode are known. The construction of such Loτ-i ^v elernente is relatively simple because both the active and the passive part of the circuit consists of MOS transistors of the same conductivity type. The output pulses of such logic elements have different rising and falling edges, which is unfavorable for various purposes.

Man hat deshalb Elemente in sogenannter Komplementärtechnik entwickelt. Solche Logikelemente sind bekannt aas "Characteristics and Operation of MOS Field-Effect Devices" der Mc Graw-Hill Book Company, N.Y., Abschn. 7.9· Sie enbhalten jeweils benachbarte Schaltelemente auf einem Bereich mit entgegengesetzter Leitfähigkeit gegenüber dem gemeinsamen Halbleiterkörper. Diese Bereiche können entweder durch sogenannte Gegendotierungstechnik oder durch Wiederauffüllen von Ausnehmungen im Halbleiterkörper mit Halbleitermaterial entgegengesetzter Leitfähigkeit hergestellt werden. Beim Aufbau einer solchen Halbleiteranordnung durch Gegendotierung im Halbleiterkörper verwendet man im allgemeinen Diffusionsvorgänge unter Zuhilfenahme von geeigneten Maskierungen, um örtlich an der Oberfläche des Halbleiterkörpers liegende Zonen bestimmten Leitungstyps zu bilden.For this reason, elements have been developed using what is known as complementary technology. Such logic elements are known from the "Characteristics and Operation of MOS Field-Effect Devices" of the Mc Graw-Hill Book Company, N.Y., Sect. 7.9 · They each contain neighboring Switching elements on an area with opposite conductivity to the common semiconductor body. These areas can either by so-called counter-doping technology or by refilling recesses in the semiconductor body with Semiconductor material of opposite conductivity can be produced. When constructing such a semiconductor arrangement by counter-doping In the semiconductor body, diffusion processes are generally used with the aid of suitable masking, in order to form zones of a certain conductivity type located locally on the surface of the semiconductor body.

VPA 70/7551 - 2 -VPA 70/7551 - 2 -

Mittels photographischer Verfahren werden aus einem Oxid, z.B. Siliziumoxid, bestehende Maskierungsmuster hergestellt, wodurch man nach Diffusion eines geeigneten Dotierungsstoffes verschiedene Zonen gewünschter Formen und Abmessungen mit einem dem Substratisaterial entgegengesetzten Leitungstyp erhS.lt-. Ί)θΛ?βί will man einerseits Zonen eines bestimmten Leitungstyps für verschiedene Schaltungselemente möglichst mittels nur eines Diffusionsvorganges erhalten und andererseits den Diffusionsvorgang zur Herstellung einer solchen für ein bestimmtes Schaltungselement bestimmten Zone möglichst den gewünschten Eigenschaften des betreffenden Schaltungselementes anpassen. Schaltungselemente gleicher Art mit voneinander verschiedenen Charakteristiken kann man jedoch nicht durch Diffusion des gleichen Dotierungsstoffes in einem gemeinsamen Arbeitsgang erhalten. Es können zwar an sich mehrere Diffusionsvorgänge mit demselben Verunreinigungstyp durchgeführt werden. Dann muß aber für jeden Diffusionsvorgang eine getrennte Maskierung verwendet werden. Eine solche Bearbeitung ist verwickelt und macht die Schaltungseinheit kostspielig.By means of photographic processes, existing masking patterns are produced from an oxide, for example silicon oxide, whereby, after diffusion of a suitable dopant, different zones of desired shapes and dimensions with a conductivity type opposite to the substrate material are obtained . Ί) θΛ? Βί one wants on the one hand to obtain zones of a certain conductivity type for different circuit elements as far as possible by means of only one diffusion process and on the other hand to adapt the diffusion process for the production of such a zone intended for a certain circuit element as far as possible to the desired properties of the circuit element in question. Circuit elements of the same type with mutually different characteristics cannot, however, be obtained by diffusing the same dopant in a common operation. It is true that several diffusion processes can be carried out with the same type of impurity. Then, however, a separate masking must be used for each diffusion process. Such processing is involved and makes the circuit unit expensive.

In der deutschen Offenlegungsschrift 1564 406 ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, von dem bekannten Einfluß der Oxidschicht zwischen Steuerelektrode und Halbleiterkörper auf die Eigenschaften des Steuerkreises der Halbleiteranordnung Gebrauch zu machen und die verschiedenen Eigenschaften der einzelnen Schaltelemente auf gemeinsamer Unterlage bei gleichem Materialaufbau durch abweichende Eigenschaften der Isolierschicht zu erhalten. Bei diesen bekannten Halbleiteranordnungen können die Oxidschichten Unterschiede in ihrer Zusammensetzung aufweisen. Man kann die verschiedenen Eigenschaften ferner durch Unterschiede in ihrer Aufbringung und/oder in der Behandlung der Oxidschichten, insbesondere einer Nachbehandlung, erhalten. Man erhält somit nach diesem bekannten Vorschlag den unterschiedlichen Leitungszustand durch unterschiedliche Herstellung oder Behandlung der Isolierschicht.In the German Offenlegungsschrift 1564 406 is therefore already been proposed by the known influence of the oxide layer between the control electrode and the semiconductor body on the Characteristics of the control circuit of the semiconductor device use to make and the various properties of the individual switching elements on a common base with the same Material structure can be obtained through different properties of the insulating layer. In these known semiconductor arrangements the oxide layers may have differences in their composition. One can see the various properties further obtained by differences in their application and / or in the treatment of the oxide layers, in particular an aftertreatment. Thus, according to this known proposal, the different line status is obtained by different production or treatment of the insulating layer.

Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zu Grunde, eine Halbleiteranordnung mit unterschiedlichem Leitungszustand der einzelnen Schaltelemente auf einer gemeinsamen UnterlageThe invention is also based on the object of a semiconductor device with different line status of the individual Switching elements on a common base

VPA 70/7551 - 3 -VPA 70/7551 - 3 -

herzustellen. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß auch die physikalischen Eigenschaften der Grenzschicht zwischen Elektrodenmaterial und Isolierschicht zur Herstellung verschiedener Leitungszustände der einzelnen Schaltelemente herangezogen werden können.to manufacture. It is based on the knowledge that the physical properties of the boundary layer between the electrode material and insulating layer are used to produce different conduction states of the individual switching elements can be.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kontaktpotential an der Grenzschicht Isolator-Steuerelektrode der einzelnen Bauelemente verschieden ist. Das Material der Isolierschicht und das Material der angrenzenden Steuerelektrode werden jeweils so gewählt, daß die Austrittsarbeit der Elektronen für die einzelnen Schaltelemente unterschiedlich ist. In der Anordnung nach der Erfindung können alle Schaltelemente mit dem gleichen Isolator versehen sein. Dann erhält man das unterschiedliche Kontaktpotential lediglich durch entsprechende Wahl des Elektrodenmaterials. Es kann aber auch sowohl die Isolierschicht als auch das Elektrodenmaterial unterschiedlich gewählt werden.The stated object is achieved according to the invention in that the contact potential at the interface between the insulator and control electrode of the individual components is different. The material of the insulating layer and the material of the adjacent control electrode are chosen so that the work function of the electrons is different for the individual switching elements. In the arrangement according to the invention, all switching elements can be provided with the same insulator. Then you get that different contact potential only through appropriate choice of electrode material. But it can also both The insulating layer and the electrode material can be selected differently.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Teil einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which a part of a semiconductor device according to of the invention is illustrated schematically.

Nach der Figur ist als Substrat ein Halbleiterkörper 2 vorgesehen, der beispielsweise' aus Silizium, Germanium oder Gallium- -Arsenid bestehen kann und auf einer Oberfläche zwei MOS-Transistoren enthalten soll, von denen nur die Steuerelektroden und die den Quellen- und Senkenelektroaen vorgelagerten Bereiche schematisch dargestellt sind. Der Halbleiterkörper 2 ist zunächst mit einer sogenannten Dickoxidschicht 4 versehen, die aus elektrisch isolierendem Material, z.B. Siliziumdioxid SiOp» bestehen kann. In anschließend hergestellten Höhlungen dieser Auflage sind jeweils eine Steuerelektrode 6 b^w. 8 angeordnet, die von dem Halbleiterkörper 2 jeweils durch eine Isolierschicht 10 bzw. 12 getrennt sind. Ferner sind für jedes Schaltelement den nicht dargestellten Quellen- und Senkenelektroden vorgelagerte Bereiche 14 und 15 bzw. 17 und 18 in an sich bekannter Weise hergestellt, beispielsweise durch Eindiffundieren von dem Leitfähigxeitstyp des Halbleiterkörpers 2According to the figure, a semiconductor body 2 is provided as the substrate, which can consist of silicon, germanium or gallium arsenide, for example, and two MOS transistors on one surface should contain, of which only the control electrodes and the areas upstream of the source and sink electrons are shown schematically. The semiconductor body 2 is initially provided with a so-called thick oxide layer 4, which can consist of electrically insulating material, e.g. silicon dioxide SiOp ». In subsequently produced cavities this edition are each a control electrode 6 b ^ w. 8 arranged, which are separated from the semiconductor body 2 by an insulating layer 10 and 12, respectively. Further are for each Switching element areas 14 and 15 or 17 and 18 in front of the source and drain electrodes (not shown) produced in a known manner, for example by diffusing in of the conductivity type of the semiconductor body 2

/7/ 7

VPA 70/7551 T VPA 70/7551 T

- 4 _
entgegengesetzt dotierendem Material.- 4 _
oppositely doping material.

Die Isolierschichten 10 und 12 sollen beispielsweise aus dem gleichen Material, nämlich Siliziumdioxid, bestehen. Dann kann als Elektroclenmaterial vorzugsweise Aluminium für die Elektrode 6 und polykristallines Silizium für die Elektrode 8 gewählt werden. Da die Austrittsarbeit der Elektronen an der Grenzfläche vom Aluminium 6 kleiner ist als die Austrittsarbeit an der Grenzfläche vom Silizium 8, so erhält man auch eine entsprechende abweichende Plachbandsparuiung.The insulating layers 10 and 12 should, for example, consist of the same material, namely silicon dioxide. Then can Aluminum for electrode 6 and polycrystalline silicon for electrode 8 are preferably selected as the electroclen material will. Since the work function of the electrons at the interface of aluminum 6 is smaller than the work function at the interface of the silicon 8, a correspondingly different flat strip savings are obtained.

In der Anordnung nach der Erfindung ist es nicht erforderlich, daß die verschiedenen Schaltelemente einen Isolator aus dem gleichen Material erhalten. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die Schaltelemente mit verschiedenen Isolierschichten zu versehen. Es kann beispielsweise ein Siliziumnitrir.-Isolator in Verbindung nit einer Silberelektrode oder auch ein Alumiziiumoxidisolator in Verbindung mit einer Niokelelcktrode vorgesehen sein. Wesentlich ist nur, daß die Austrittsarbeit der Elektrodenmaterialien verschieden ist.In the arrangement according to the invention, it is not necessary that the various switching elements an isolator from the received the same material. Under certain circumstances it can be useful to cover the switching elements with different insulating layers Mistake. For example, a silicon nitride insulator in conjunction with a silver electrode or an aluminum oxide insulator provided in connection with a Niokelcktrode be. It is only essential that the work function of the electrode materials is different.

1 Figur1 figure

Claims

Munich, April 29, 1974 Bts / BIa VPA 70111_ G 70 37 854.0 Protection claims

1. Semiconductor arrangement with several on the same semiconductor body arranged semiconductor components, each with one separated from the semiconductor body by an insulating layer Control electrode, characterized in that an insulator control electrode at the boundary layer of the individual components for individual control electrodes different material is provided.

2. Semiconductor arrangement according to claim 1, characterized in that that a control electrode (6) made of metal and a control electrode (8) made of semiconductor material .

3. Semiconductor arrangement according to claim 2, characterized in that the metal is aluminum and the semiconductor material is polycrystalline silicon.