DE2214935A1

DE2214935A1 - Integrierte Halbleiterschaltung

Info

Publication number: DE2214935A1
Application number: DE19722214935
Authority: DE
Inventors: Paul St. James N.Y. Richman (V.StA.)
Original assignee: Standard Microsystems LLC
Current assignee: Standard Microsystems LLC
Priority date: 1971-04-30
Filing date: 1972-03-27
Publication date: 1972-11-23
Also published as: NL7205739A; DE2214935C2; CA932475A; FR2134468B1; IL39277A0; IL39277A; GB1366527A; US3751722A; FR2134468A1; IT957286B; JPS529355B1

Description

DR. R. P0⁰-<"7 T^NPJTZDER

dr. r .. ■ :tner

DIPL-KvJ. ι'. · · - MÜLLER 2214935

8MaNCii2N8i / As/K

Lucile-Grahn-Strtße 31 Telefon 475155

xnvC: ri^orr'^t ο r:3 Ooⁿ:poratioi:, J^r; T'-. ν tu ^irco, T.-cnr; Island, TTs v/ York, (Y.3t.λ.)

Integrierte Halbleiterschaltung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine integrierte Halbleiterschaltung, und spezieller auf eine integrierte Schaltung, bei der die Fremdstromleitung oder parasitäre Leitung unterdrückt wird.

In den letzten Jahren sind in der Konstruktion von integrierten Metalloxyd-Silicium-Schaltungen (MOS-Schaltungen) groi3e Fortschritte erzielt worden. Diese Schaltungen haben sich bereits in hohem Maße durchgesetzt, insbesondere als Computerspeicher für wahlfreien Zugriff und dauernde Speicherung, ßei einer typischen integrierten MOS-Schaltung ist die aktive Vorrichtung ein Feldeffekttransistor (FET), für dessen Herstellung Quellen- oder Kathoden- sowie Abfluß- oder Anoden-Bereiche hergestellt werden, indem wahlweise Verunreinigungen einer Polarität in einen Träger entgegengesetzter Polarität eindiffundiert werden.

bzw. gate

In einem FET mit isoliertem Gitter/wird dann über dem Strompfad zwischen Kathoden- und Anodenbereich ein dünner Film aus isolierfähigem Material gebildet, und dann wird über dem isolierfähigen Film, beispielsweise durch Nieder-

209848/1015

22H935

schlag oder Auftrag, eine Gitterelektrode angebracht.
Durch Anlegen einer Steuerspannung von geeigneter

Polarität und einem Wert oberhalb eines Schwellenwertes

man
bewirkt in dem Stronipfad eine Inversion, und dadurch

wird zwischen dem Kathodenbereich und dem Anodenbereich eine leitfähige Verbindung geschaffen» Infolgedessen kann ein FET vorteilhafterweise als Schalter für digitale
logische Anwendungszwecke verwendet worden, da die Impedanz von Anode zu Kathode über einen weiten Bereich in Abhängigkeit von einer an die Gitterelektrode angelegten Steuerspannung variiert werden kann.

Bei den meisten integrierten HOS-Schaltungen werden in dem Träger oder Substrat eindiffundierte Anoden-, Kathoden- und Verbindungsbereiche gebildet, die nicht mit aideren eindiffundierten Bereichen der Schaltung elektrisch in Wechselwirkung treten sollen; d.h. diese Bereiche werden als beziehungslos betrachtet. Dann wird eine verhältnismäßig dicke Siliciumdioxyd-Isolierschicht über den beziehungslosen eindiffundierten Bereichen gebildet, und über der isolierfähigen Schicht kann ein leitfähiger Film gebildet werden, so daß dieser über dem llalbleitertragerbereich oder Strompfad zwischen den beziehungslosen Bereichen liegt.

Sollte die an dem leitfähigen Film vorhandene Spannung einen Schwellenwert an dem Strompfad zwischen den beziehungslosen Bereichen überschreiten, tritt eine Zustandsänderung (inversion) in dem Strompfad auf, und die Folge kann eine Stromleitung zwischen diesen Bereichen sein. Diese Stromleitung, die allgemein als parasitäre Stromleitung bezeichnet wird, ist, insbesondere in einer integrierten logischen Schaltung, in hohem Maße unerwünscht, da sie

209848/1015

22H935

dort die Erzeugung eines Signals in fehlerhaftem logischem Sinn am Schaltungsausgang verursachen kann. Beziehungslose diffundierte Bereiche, zwischen denen eine solche Stromleitung also auftreten kann, bilden eine Anordnung, die allgemein als eine parasitäre Vorrichtung bezeichnet wird.

Uer Grad der parasitären Stromleitung ist üblicherweise bei integrierten MOS-Schaltungen mit η-leitendem Strompfad -größer als in solchen mit p-leitendem Strompfad, da das Verhältnis der Einsehaltspannung der parasitären Feldinversion zur Schwellenspannung der aktiven Vorrichtung gewöhnlich in der integrierten Schaltung mit n-leitendem Strompfad geringer ist. Die Folge dieses Verhaltens von integrierten MOS-Schaltungen mit η-leitendem Strompfad ist die, daß bisher vorwiegend integrierte MOS-Schaltungen mit p-leitendem Strompfad verwendet werden, obwohl die Betriebsgeschwindigkeit von integrierten Schaltungen mit η-leitendem Strompfad größer als die von solchen mit pleitendem Strompfad ist«,

Bei der Herstellung einer integrierten MOS-Schaltung, insbesondere bei der Herstellung solcher integrierter Schaltungen mit η-leitendem Strompfad, muß daher große Sorgfalt darauf verwendet werden, um eine parasitäre Stromleitung zu verhindern. Die Behandlungsmaßnahme, die überwiegend angewendet wird, um dies zu erreichen, besteht darin, daß die Schwellenspannung für eine parasitäre Vorrichtung auf einen so hohen Wert wie möglich gebracht wird und daß für die aktiven Bereiche (FETen) der Wert so gering wie möglich ist.

Die Schwellenspannung an einem beliebigen Bereich einer integrierten MOS-Schaltung ist durch folgenden Ausdruck gegeben:

209848/1016

22H935

%S - ^QSd1^Tox

OX

0ms ' + 20 F

worin Y die Schwellenspannung, Q und Q Ladungsdichten bezeichnen (von denen die erstere eine feststehende positive Ladung an der Trennfläche zwischen Siliciumträger und Üxydschicht ist und die letztere mit der Dotierungskonzentration in dem Träger variiert); T ist die Dicke der Oxyd-Isolierschicht, C ist die Dielektrizitäts-

* ox

konstante der üxydschicht, 0 ms¹ ist die Arbeitsfunktionskonstante und 0 ist das dem Siliciumträger zugeordnete Fermi-Potential.

Aus dem obigen Ausdruck ist zuersehen, daß die Schwellenspannung der Oxydschichtdicke direkt proportional ist und infolgedessen eine allgemein übliche Maßnahme zum Verhindern der parasitären Stromleitung darin besteht, die Schwellenspannung eines parasitären Dereiches dadurch zu erhöhen, daß dort die Oxydschicht dicker ausgebildet wird, und die Dicke des Isolationsfilmes an einem aktiven Bereich zu vermindern, wodurch dort die Schwellenspannung vermindert wird. Die maximale üxydschichtdicke, die praktisch erzielbar ist, ist jedoch aus verfahrenstechnischen Gründen und aus Zeit- und Kostenrücksichten begrenzt. Die Wahrscheinlichkeit parasitärer Stromleitung kann auch dadurch vermindert werden, daß die an dem leitfähigen Film angelegte Spannung vermindert wird. Diese Maßnahme würde jedoch die schädliche Folge haben, daß die Betriebsgeschwindigkeit der aktiven Vorrichtungen vermindert wird.

209848/1015

22H935

_ 5 —

Als Folge dieser Beschränkungen ist vorgeschlagen worden, die Ladungsdichte Q_QT. in der obigen Gleichung an den parasitären Bereichen wahlweise zu erhöhen und diese Ladungsdichte an den aktiven Bereichen zu vermindern,! Die Größe der Ladungsdichte Q_GT ändert sich mit dem Kehrwert des spezifischen Widerstandes des Trägers; d.h₀ die Ladungsdichte nimmt in dem Maß zu,in .dem der spezifische Widerstand des Trägers abnimmt, und umgekehrt.

Eine Maßnahme, die vorgeschlagen wurd?, um diese wahlweise Ladungsdichtenverteilung des Trägers zu erzielen, ist die, ein selektives Dotieren des Trägers an den parasitären Bereichen zu erzielen. Dieses Vorgehen erfordert bisher eine präzise Steuerung während des Eindiffundierens von Verunreinigungen sowie die Anwendung eines zusätzlichen Maskierens bei dem Vorgang der Schaltungsherstellung. Diese Erfordernisse erhöhen in unerwünschtem und bedeutendem Maß die Kosten und vermindern die Fabrikationsleistung an integrierten Schaltungen.

Eine andere Technik zur Erzielung der wahlweisen Ladungsverteilung in dem Träger ist eine Ionenimplantantionstechnik, bei der Ionen (beispielsweise, je nach der Polarität des Trägers_# Bor- oder Phosphor-Ionen) in den Träger durch eine Ionenbeschleunigungs- und Fokussiertechnik eindiffundiert werden. Dieser Vorgang erfordert jedoch die Verwendung zusätzlicher und teuerer Gerätschaften und erhöht den Zeit- und Kostenaufwand für die Schaltungsherstellung erheblich, während gleichzeitig die Menge an hergestellten einwandfreien integrierten Schaltungen vermindert wird.

Obwohl es also in der Technik theoretisch anerkannt ist, daß die parasitäre Stromleitung verhindert werden kann,

209848/1015

22H935

indem der spezifische Widerstand oder die Ladungsdichte von Bereichen in dem Träger wahlweise variiert wird, gibt es bisher keine praktische und wirtschaftliche Möglichkeit, diese Wirkung zu erzielen. Da die MOS-Technik auf dem Markt mit den herkömmlichen bipolaren integrierten Schaltungen in Wettbewerb tritt, ist die Aufrechterhaltung äußerst geringer Herstellungskosten und die hohe Produktionsleistung häufig ein entscheidender Faktor,

Gemäß der Erfindung weist eine integrierte MGS-Schaltung gemäß einer Ausführungsfor in der Erfindung einen Träger von niedrigem spezifischem Widerstand von gegebener Polarität auf, auf dem eine Schicht gleicher Polarität, jedoch von erheblich höherem spezifischem Widerstand epitaxial aufgewachsen ist«, Durch eine lieihe von Maskier-Ätz-, Oxydations- und Diffusionsvorgängen werden in der Epitaxialschicht und in dem Träger eindiffundierte Bereiche einer entgegengesetzten Polarität wahlweise gebildet, und oberhalb des Trägers und der Epitaxialschicht werden zwischen ausgewählten diffundierten Bereichen cius Oxyden bestehende isolierende Bereiche gebildet.

Nach einem wesentlichen Merkmal der integrierten Schaltung ist der Strompfad zwischen den aktiven diffundierten Bereichen aus dem Epitaxialschichtmaterial hohen spezifischen Widerstandes mit niedriger Verunreinigungskonzentration, während der Strompfad zwischen den beziehungslosen oder parasitären Bereichen aus dem Trägermaterial von geringerem spezifischem Widerstand und höherer Verunreinigungskonzentration besteht. Infolgedessen ist die Schwellenspannung an der aktiven Vorrichtung (dem MOS-Transistor) verhältnismäßig niedrig und diejenige in dem parasitären Bereich, wie gewünscht, hoch, so daß auf diese Weise sowohl ein

— 7 —

209848/101S

22H935

Betrieb der aktiven Vorrichtung mit hoher Geschwindigkeit als auch die Unterdrückung der parasitären Stromleitung erzielt werden. Nach einer abgex^andelten Ausführungsform der Erfindung ist ein hoch geladener, diffundierter Bereich einer gegebenen Polarität in einem Träger dieser Polarität gebildet, der eine niedrigere Konzentration des Dotierungsmittels aufweist. Die aktiven Vorrichtungen werden in Mesas gebildet, die an dem Träger entwickelt werden, und beziehungslose und potentielle parasitäre Bereiche werden in anderen Bereichen der Schaltung gebildet. Der hoch geladene, diffundierte Bereich liegt mit keinem Teil unter dem aktiven Bereich, sondern liegt unter den parasitären Bereichen, so daß für die aktiven Bereiche eine niedrige und für die parasitären Bereiche eine wesentlich höhere Schwellenspannung geschaffen wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte MOS-Schaltung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung zur Lösung der oben umrissenen Aufgabe,

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Fig. 1a bis 1e sind Schnitte zur Veranschaulichung der

grundlegenden Arbeitsschritte bei der Herstellung einer integrierten MOS-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Teil der fertiggestellten Schaltung in Fig. 1e im Schnitt dargestellt ist; und

Fig. 2a bis 2e sind Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung der Arbeitsschritte bei der Herstellung einer integrierten MOS-Schaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 2e einen Teil der fertiggestellten Schaltung veranschaulicht .

209848/1015

22U935

Wie die Zeichnung erkennen läßt, beginnt die Herstellung der integrierten MOS-Schaltung gemäß der Erfindung mit der Schaffung eines Siliciumträgers 10 vom p-Typ, auf dem in bekannter Weise eine Epitaxialschicht 12 von zwischen 1 und 2 /Um Dicke gebildet ist. Der Träger 10 ist, wie in Fig. 1a veranschaulicht, stark mit Verunreinigungen des p-Typs dotiert und hat einen verhältnismäßig niedrigen spezifischen Widerstand im Bereich von 0,1 bis 0,3_fl»cm, Im Gegensatz hierzu ist die Epitaxial-

+ schicht 12 auf eine geringere Konzentration als das Substrat dotiert und hat einen nennenswert höheren spezifischen Widerstand in der Größe von 2,0-Tl.cm. Der Träger mit der Epitaxialschicht gemäß Fig. 1a wird dann mit einer Schicht aus Siliciumnitrid überdeckt, die zur Bildung einer Maske für das anschließende Oxydieren zur Bildung von Siliciumdioxydbereichen 14, die sich sowohl nach oberhalb als auch nach unterhalb der oberen Fläche der Epitaxialschicht 12 erstrecken, wahlweise geätzt wird.

Die Siliciumdioxydbereiche 14 werden anschließend unter Verwendung von F.iußsäure abgeätzt, und die Vorrichtung wird einer zweiten Oxydation unterworfen, bei der Siliciumoxydbereiche 16 gebildet werden. Das obere Niveau der Oxydbereiche 16 reicht im wesentlichen bis zur gleichen Höhe wie die obere Fläche der Epitaxialschicht, und die Bereiche 16 reichen geringfügig nach unterhalb der Trennfläche zwischen dem Träger und der Epitaxialschicht · in den Träger hinein (Fig. 1c,)so daß sie Mesas oder Ebenen (Plateaus) 18, 20, 22 bilden, deren jede in diesem Stadium der Herstellung einen oberen Abschnitt hohen spezifischen Widerstandes aufweist, der dem nach der Bildung der Oxydbereiche 16 zurückbleibenden Teil der Epitaxialschicht 12 entspricht. Die Konstruktion gemäß

— 9 — + der Träger oder

209848/1015

22H935

Fig. 1c wird dann maskiert und Diffusionsvorgängen unterworfen, bei denen in ausgewählte Bereiche in den Mesas 18, 20 und 22 zur Bildung von diffundierten Bereichen 2h, 26, 28 und 30 vom η-Typ (Fig. 1d) Verunreinigungen vom η-Typ eindiffundiert werden.

In der integrierten Schaltung, die schließlich hergestellt werden soll, sind die eindiffundierten Bereiche 2h und dazu bestimmt, die Kathoden-und Anodenbereiche einer aktiven Vorrichtung, nämlich eines Feldeffekttransistors zu bilden, während die Bereiche 28 und 30 Verbindungen bilden sollen, die in diesem Fall als unabhängige, beziehungslose Bereiche angesehen werden. D.h., die Bereiche 28 und 30 bilden aus den oben erwähnten Gründen einen beziehungslosen und potentiell parasitären Bereich. Die Erfindung soll nun in erster Linie das Auftreten einer parasitären Stromleitung zwischen den diffundierten Bereichen 28 und 30 verhindern.

Es ist zu bemerken, daß die in der Mesa 18 gebildeten, eindiffundierten Bereiche 24 und 26 durch einen von der Epitaxialschicht übrig gebliebenen Abschnitt 32 von hohem spezifischem Widerstand getrennt sind, während das Eindiffundieren der Verunreinigungen vom η-Typ in den Mesas 20 und 22 in solcher Weise durchgeführt wird, daß die beziehungslosen diffundierten Bereiche 28 und 30 durch eine dicke Oxydschicht 16 und den darunterliegenden Träger 10 von geringem spezifischem Widerstand getrennt sind,

Bei der fertiggestellten integrierten MOS-Schaltung (Fig. 1e) ist der Feldei'fekttransistor durch die Bildung· eines

- 10 -

2098Λ8/ 1OtS

22U935

relativ dünnen Gitterisolationsfiltnes 3^ vervollständigt, der über dem p-dotierten Bereich 32 von hohem spezifischem Widerstand liegt und sich teilweise über die Bereiche 2h und 26 erstreckt. Auf dem isolierfähigen Film 'jh ist mit bekannten Mitteln eine Gitterelektrode 36 gebildet, und die Kathodenelektrode und die Anodenelektrode 38 bzw. ^O werden in ebenfalls bekannter Weise mit dem Kathoden- bzw. dem Anodenbereich 24, 26 verbunden.

Während der Arbeitsfolge der Herstellung wird eine zusätzliche Siliciuradioxydschicht k2 auf die Konstruktion gemäß F^g. 1e niedergeschlagen bzw. aufgebracht, und auf der oberen Fläche der Schicht h2 wird ein metallisch leitender Film oder eine Verbindung kk niedergeschlagen bzw. aufgebracht, die ausgewählten Bereichen der integrierten Schaltung Signalspannungen zuführt. Es ist zu erkennen, daß der leitfähige Film hh über dem Halbleiterträgerbereich oder dem Strompfad zwischen den beziehungslosen diffundierten Bereichen 28 und 30 liegt, und daß es die Spannung an diesem leitfähigen Film ist, die aus den oben beschriebenen Gründen das Potential zur Erzeugung der parasitären Stromleitung zwischen den Bereichen 28 und 30 hat.

Wie oben bemerkt, muß zur Herbeiführung einer parasitären Stromleitung zwischen den Bereichen 28 und 30 die Spannung an dem leitfähigen Film hh die Schwellenspannung der parasitären Vorrichtung, d.h. eine Spannung von einem Wert überschreiten, der fähig ist, in dem Strompfad des Trägers zwischen diesen Bereichen eine Inversion herbeizuführen. Eine gewünschte Stromleitung zwischen den Bereichen 2^l\ und 26 tritt; darüber hinaus auf, wenn clio Spannung der Gitterelektrode Ί6 die (aktive) Sehwellenspannung überschreitet, die erforderlich ist;, um eine

-II-

209 ö48/1015

Strompfadinversion in dem Strompfad zwischen Kathode und Anode unterhalb des Gitterisolationsfilms und der Gitterelektrode zu erzeugen.

Wie oben erwähnt, ist jeder Schwellenspannungswert für die aktiven und die parasitären Bereiche der Schaltung jeweils eine Funktion der Ladungsdichte (Qo_n in der obigen Gleichung) in dem Halbleiterstrompfad zwischen den eindiffundierten Bereichen, und die Ladungsdichte ändert sich reziprok zum spezifischen Widerstand des Materials des Strompfades. Unter diesen Voraussetzungen läßt eine Prüfung der integrierten Schaltung gemäß Fig. 1e deutlich erkennen, wie die parasitäre Stromleitung zwischen den Bereichen 28 und 30 unterdrückt wird, während die Stromleitung zwischen dem Kathodenbereich und dem Anodenbereich (2^ bzw. 26) des so gebildeten Feldeffekttransistors in Abhängigkeit von einer verhältnismäßig niedrigen Gitterspannung erzeugt werden kann.

D.h., der Strompfadbereich zwischen dem Kathodenbereich und dem Anodenbereich des Transistors besteht aus dem Epitaxialschichtberexch 32 von niedriger Ladungsdichte und hohem spezifischeim Widerstand, während der Halbleiterstrompfad zwischen den beziehungslosen diffundierten Bereichen 28 und 30, die unter dem leitfähigen Film kh liegen, aus dem Trägermaterial von niedrigem spezifischem Widerstand und hoher Ladungsdichte besteht, da das Epitaxialschichtmaterial niedrigeren spezifischen Widerstandes in dem parasitären Bereich während der vorangegangenen Oxydation und Diffusion, bei denen die Bereiche 28 und in der beschriebenen Weise gebildet wurden, beseitigt wurde. Als Folge dieses Bereiches hoher Ladungsdichte zwischen den Bereichen 28 und 30, die unter dem leitfähigen Film kh

- 12 -

2G9848/1Q1S

_₁₂_ 22U935

liegen, und wegen der Gesamtdicke der Oxydschicht kann die Schwellenspannung für den parasitären Bereich ohne weiteres auf einen Wert eingestellt werden, der die voraussichtliche Maximalspannung bei weitem überschreitet, die an dem leitenden Film kk während des Betriebes der .Schaltung zur Wirkung kommen soll.

Zur Erzielung einer optimalen, d.h. höchsten Schwellenspannung in dem passiven oder parasitären Bereich sollte die Verunreinigungskonzentration in dem Träger maximal sein. Dieser Maximalwert ist jedoch durch die Durchschlagspannung der p-n-Diode begrenzt, die an der Trennfläche zwischen dem Träger und dem eindiffundierten n-Anodenbereich 26 besteht, der in der Schaltung gemäß der Erfindung primär durch die Dotierungsmittelkonzentration in dem Träger begrenzt ist, der die Seite des p-n-Überganges mit dem höheren spezifischen Widerstand ist.

Der Maximalwert der Trägerverunreinigungskonzentration ist ebenfalls durch den maximal zulässigen Wert der parasitären Übergangskapazität zwischen dem eindiffundierten Anodenbereich 26 vom η-Typ und dem Träger 10 begrenzt. Wenn die Dotierungsmittelkonzentration in dem Träger zu hoch ist, wird durch die parasitäre Kapazität, die mit diesem und mit anderen ähnlichen Übergängen verbunden ist, die Betriebsgeschwindigkeit der Schaltung schwer beeinträchtigt.

Unter gewissen Bedingungen kann es wünschenswert sein, an den Träger eine kleine Spannung einer geeigneten Polarität anzulegen, so daß sämtliche Übergänge der integrierten Schaltung in Sperricntung betrieben werden. Da die Änderung der Schwellenspannunü' bei einem MOS-Transistor, der mit einer solchen angelegten Trägerspannung betrieben wird,

- 1 'S -

209848/1015

22U935

direkt mit der Dicke des Gitterisolatdrs und der wirksamen Dotierungsmittelkonzentration an der Oberfläche des Hiliciumträgers variiert, in dem der Transistor gebildet ist, ist es auf diese Weise möglich, in der Schaltung gemäß Fig. 1 eine extrem hohe Steigerung der parasitären Schwellenspannung unter dem Aufwand einer nur sehr geringen Steigerung der Schwellenspannung der aktiven Vorrichtungen zu erzielen. Das Anlegen einer Gegenspannung an den Träger gestattet eine größere Flexibilität bei der Wahl der dem Träger zugeordneten Dotierungsmittelkonzentration und vermindert außerdem wesentlich die parasitäre Übergangskapazität. ¥enn diese Technik verwendet wird, muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß die mit den aktiven Vorrichtungen verbundene maximale Gperrbereichtiefe nicht größer ist als die Dicke der Epitaxialschicht 12.

Bei der Herstellung der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 muß bei der Wahl des spezifischen Widerstandes des Trägers Sorgfalt geübt werden, und es kann ein gewisser Kompromiß bei der Konstruktion erforderlich sein, um eine genügend hohe Durchschlagspannung an dem p-n-Übergang sowie auch einen annehmbaren Wert der Kathoden-Träger-Kapazität an diesem Übergang aufrechtzuerhalten, oder anstatt dessen, zur Verminderung dieser Kapazität eine Trügersperrspannung anzulegen.

Bei der Aus führ uniform der Erfindung, die anschließend an Hand der Fig. 2 beschrieben werden soll, werden diese Schwierigkeiten im wesentlichen vermieden, während dennoch die parasitäre Stromleitung unterdrückt wird und an den

209848/1016

22U935

-Inaktiven Vorrichtungen ein Schaltbetrieb mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird.

Die Herstellung; der MOS-Schaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beginnt mit der Schaffung eines Siliciumträgers h6 vom p-Typ mit verhältnismäßig hohem spezifischem Widerstand und niedriger Verunreinigungskonzentration. Eine dünne Siliciumnitridschicht h8 wird auf die überfläche des Trägers h6 niedergeschlagen oder aufgebracht, und zwar in einer zur Bildung der aktiven Flächen, nämlich der Kathode, der Anode und des Gitters des Feldeffekttransistors sowie gegebenenfalls der Verbindungen und Dünnschichtkondensatoren geeigneten Anordnung (Fig. 2a).

Auf den nicht von der Siliciumnitridschicht bedeckten Bereichen des Trägers v/erden unter Verwendung der Siliciumnitridschicht 48 als Oxydationsmaske (nicht dargestellte) Silicxumdioxydbereiche von zwischen 15000 und 20000 Λ Dicke gezüchtet. Die Üiliciumdioxydbereiche werden dann mit einer Lösung von gepufferter Flußsäure weggeätzt, so daß die in Fig. 2b veranschaulichte Konstruktion erhalten wird, bei der auf dem Träger Silicium-IIesas 50, 52 und 5^ aus Silicium vom p-Typ gebildet sind. Diese Konstruktion kann anstatt dessen dadurch erzielt werden, daß das freie Silicium des Trägers h6 bis zur gewünschten Tiefe unter Verwendung eines langsam wirkenden Siliciumätzmittels weggeätzt wird.

Die Siliciumnitridschicht h8 wird anschließend bei einem Diffusionsvorgang als Diffusionsbarriere verwendet,

209848/ 1 0 1 S

22H935

Bei diesem Diffusionsvorgang wird an der oberen freiliegenden Fläche des Trägers und entlang der Seitenwände der Mesas 59» 52 und 5k des Trägers mit Ausnahme derjenigen Teile, die direkt unter der von der Silieiumnitridschicht k8 (Pig. 2c) liegen, ein eindiffundierter p+Bereich 5ό von vorherbestimmter, im Vergleich zum Träger höherer Verunreinigungskonzentration und niedrigerem spezifischem Widerstand gebildet.

Anschließend wird die Konstruktion nach Fig. 2c einem zweiten Oxydationsvorgang unterworfen, bei dem dicke Silxciurndioxydbereiche 60 und 62 erzeugt werden, die über dem eindiffundierten Bereich 56 liegen und bis zu dem oberen Niveau der Silicium-Mesas 50, 52 und $k (Fig. 2d) reichen. Der zweite Oxydationsvorgang sollte vorzugsweise bei sehr hohei" Temperatur durchgeführt werden, so daß eine maximale Diffusion nach unten und eine möglichst geringe Umverteilung der Verunreinigungen erzielt wird.

Anschließend wird die Siliciutnnitridschicht hO> entfernt, und in die obere Fläche der Mesa 50 werden zur Bildung des Kathodenbereich.es und des Anodenbereiches eines Feldeffekttransistors Bereiche 6k und 66 vom n++Typ wahlweise eindiffundiert.

Außerdem werden beziehungslose eindiffundierte Bereiche 68 und 70 vom n++Typ in den oberen Teilen der Mesas 52 bzw. 5^ gebildet. Über diese Konstruktion wird ein Oxydbereich 72 niedergeschlagen (pig. 2e), und über eine ausgewählte Fläche des Bereiches 72 wird beispielsweise als \^rerbindung ein leitfähi^er Metallfilm ^k niedergeschlagen oder aufgebracht.

+ gebildeten Diffusionsbarriere _ 16

20984871,0.15.

22U935

Wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Feldeffekttransistor durch Bildung eines dünnen, isolierfähigen Siliciumdioxydfilmes 76 auf der Mesa 50 vervollständigt, der sich über die eindiffundierten Bereiche 6h und 66 der Kathode bzw. der Anode erstreckt, auf dem Film J6 wird eine Gitterelektrode 78 gebildet, und mit dem Kathoden- und Anodenbereich werden eine

80
Kathodenelektrode bzw. eine Anodenelektrode 82 verbunden.

Es ist zu bemerken, daß der hochdiffundierte Bereich unter sämtlichen Bereichen der Schaltung mit Ausnahme der aktiven Mesa-Bereiche 50, 52 und 5h liegt. Dies heißt, daß der Bereich des Trägers unter dem leitfähigen Film Jh zwischen den beziehungslosen Bereichen 66 und 68 und den beziehungslosen Bereichen 68 und JO durchwegs den Bereich 56 mit hoher Konzentration und niedrigem spezifischem Widerstand einschließt. Wie oben in bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben, wird durch die Anordnung des hochdiffundierten Bereiches der zweiten beschriebenen Ausführungsform eine verhältnismäßig hohe Schwellenspannung für den parasitären Bereich geschaffen und somit in wirksamer Weise die parasitäre Stromleitung in jenem Bereich unterdrückt. Gleichzeitig besteht der Teil des Trägers, der unter dem aktiven Bereich liegt, aus dem Trägermaterial niedriger Konzentration und hohen elektrischen Widerstandes, das eine verhältnismäßig niedrige Gchwellenspannung für diesen Bereich schafft.

Die integrierten Schaltungen gemäß Fig. 1e und 2e weisen je einen Feldeffekttransistor mit η-leitendem Strompfad auf.

Die Erfindung kann jedoch* auch mit gleichem Vorteil bei

- 17 -

209848/1015

22U935

Anordnung eines p-leitenden Strompfades Anwendung finden, indem die Dotierungsverunreinigungen des Trägers, der Epitaxialschicht und der eindiffundierten Bereiche durch solche entgegengesetzter Polarität ersetzt werden. Bei einer integrierten Schaltung mit einem p-leitenden Strompfad würden also der Träger mit Verunreinigungen vom η-Typ und die hochdiffundierten Bereiche, die den Kathodenbereich, den Anodenbereich und die Verbindungsbereiche bilden, mit Verunreinigungen vom p-Typ dotiert sein. In den übrigen Hinsichten sind jedoch die integrierte Schaltung mit einem Strompfad vom p-Typ und das Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihr Betrieb im wesentlichen die gleichen wie oben beschrieben.

Die integrierte MOS-Schaltung gemäß der Erfindung weist also in hohem Maße erwünschte und scheinbar widersprüchliche Eigenschaften auf. Sie hat eine hohe Schwellenspannung in den beziehungslosen, parasitären Bereichen, wo eine solche erwünscht ist, um parasitäre Stromleitung zu unterdrücken oder auszuschalten, hat jedoch trotzdem eine niedrige Schwellenspannung in den aktiven Bereichen (beispielsweise Feldeffekttransistoren) der Schaltung, wo diese erwünscht ist, um hohe Betriebsgeschwindigkeiten dieser Transistoren bei einer Steuerspannung von verhältnismäßig niedrigem Niveau zu erreichen. Bemerkenswerterweise können diese Eigenschaften in verläßlicher und wirtschaftlicher Weise erzielt werden, ohne daß es erforderlich ist, irgendwelche zusätzliche Arbeitsschritte bei der Fabrikation (z.B. Maskieren) außer jenen einzuführen, die bei einer im übrigen herkömmlichen Verfahrenweise·. für die Herstellung einer integrierten MOS-Schaltung verwendet werden.

- 18 -

209848/1015

22U935

Obwohl nur einige Ausführungsformen der Erfindung oben speziell beschrieben wurden, ist ersichtlich, daß Abwandlungen ohne abweichen vom Erfindungsgedanlcen ohne weiteres möglich sind.

Patentansprüche

- 19 -

209848/1015

Claims

22H935

- 19 Patentansprüche

Ζ» 1 . !integrierte Halbleiterschaltung mit einem Halbleiterträger von vorgewählter Polarität, gekennzeichnet durch einen ersten und zweiten eindiffundierten Bereich einer der vorgewählten-, Polarität entgegengesetzten Polarität, die den'Kathodentoereich und den Anoden- bz^T.v. \b bereich einer potentiell aktiven Vorrichtung bilden, einen dritten und einen vierten eindiffundierten Bereich von ebenfalls der entgegengesetzten Polarität, einen isolierfähigen liereicu, der zwischen dem dritten und vierten eindiffundierten Hereich gebildet ist, wobei der dritte und der im Abstand von diesem angeordnete vierte eindiffundierte JJereich eine beziehungslose, potentiell parasitäre Vorrichtung bilden, und eine auf dem Träger zwischen dem ersten und dem zweiten eindiffundierten Bereich gebildete Halbleiterschicht von gleicher Polarität, deren spezifischer V/iderstand höher als der" des Trägers ist.
2. ochaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dai3 der Träger und die Schicht je von einer Polarität vom p-Typ sind und die Halbleiterschicht eine Epitaxialschicht von einer Dicke in der Größenordnung zwischen 1 und 2 /Uin ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger einen spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 0,1 bis 0,3~Q-»cm und die Epitaxialschicht einen spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 2.0 .Jl .cm hat.

k. Verfahren zur Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß ein

- 20

209848/1015

22U935

Träger -von vorgewählter Polarität und vorgewähltem

ITn ι ]~iπί te"*"— spezifischem elektrischem/l/iderstand geschaffen xirird, daß auf dem Träger eine Epitaxialschicht von der genannten Polarität und nennenswert höherem spezifischem elektrischem Widerstand zum Aufwachsen gebracht wird, daß auf der Epitaxialschicht und dem Träger v/ahlweise ein Bereich aus isolierfähigem Oxyd gebildet wird, um mindestens eine erste, zweite und dritte Mesa des Epitaxialschichtmaterials zu bilden, die durch den isolierfähigen Bereich getrennt sind, und daß in der ersten Mesa ein erster und ein zweiter eindiffundierter Bereich gebildet werden, die durch das Material der Epitaxialschicht voneinander getrennt sind und die eine der vorgewählten Polarität entgegengesetzte Polarität haben, daß in der zweiten und dritten Mesa diffundierte Bereiche, ebenfalls von der entgegengesetzten Polarität, gebildet werdep., die das Material der Epitaxialschicht in der zweiten und dritten Ilesa im wesentlichen vollständig ersetzen, daß über dem Material der Epitaxialschicht in der

Gatter- bzw.

ersten Mesa ein verhältnismäßig dünner/Gitterisolationsfilm gebildet wird und daß über der zweiten und dritten Mesa eine verhältnismäßig dicke Oxydschicht gebildet wird.

Integrierte MOS-Schaltung, gekennzeichnet durch einen Halbleiterträger einer ersten Polarität von vorherbestimmter Verunreinigungskonzentr&tion, mindestens eine erste und eine zweite, auf dem Träger gebildete Mesa der ersten Polarität, einen ersten und einen im abstand von diesem befindlichen zweiten, in der ersten' Mesa geformten, eindiffundierten Bereich einer zweiten Polarität, die den Kathodenbereich bzw. den

- 21 -

209848/1015

22U935

Anodenbereich einer geraeinsamen MOS-Vorrichtung bilden, mindestens einen in der zweiten Mesa gebildeten, zusätzlichen eindiffundierten Bereich, der mit dem ersten und zweiten eindiffundierten Bereich der zweiten Polarität nicht in Beziehung steht, einen isolierenden Bereich, der den ersten und zweiten eindiffundierten Bereich von dem zusätzlichen eindiffundierten Bereich trennt, und eine auf dem Träger in allen Bereichen mit Ausnahme der Mesas gebildete eindiffundierte Schicht der ersten Polarität, jedoch von im Vergleich zum Träger höherer Verunreinigungslconzentrationo

Verfahren zur Herstellung einer integrierten MOS-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat einer ersten Polarität und einer vorgewählten Verunreinigungskonzentration geschaffen wird, an ausgewählten Teilen des Trägers eine Siliciumnitridschicht aufgebracht bzw. niedergeschlagen wird, auf dem Träger an den Orten der Siliciumnitridschicht mindestens eine erste und eine zweite Mesa aus dem Trägermaterial gebildet wird, auf der Oberfläche des Trägers mit Ausnahme derjenigen Teile desselben, die unter der SilJnLuninitridschicht liegen, eine Schicht der ersten Polarität mit hoher Verunreinigungskoneentration eindiffundiert wird, dann die Siliciumnitridschicht entfernt wird, dann in der ersten Mesa ein erster und ein im Abstand von diesem befindlicher zweiter eindiffundierter Bereich einer zweiten Polarität gebildet werden, die den Kathodenbereich bzw. Anodenbereich einer aktiven MOS-Vorrichtung bilden, und in der zweiten Mesa mindestens ein zusätzlicher beziehungsloser Bereich der zweiten Polarität eindiffundiert wird und der

- 22 -

+ oder Träger

209848/1015

22H935

erste und der zweite eindiffundierte bereich gegenüber dem beziehungslosen eindiffundierten Bereich isoliert werden, so daß an allen Teilen der Oberfläche des Trägers mit Ausnahme der Stellen, an denen sich die I-Iesas befinden, eine Schicht hoher Verunreinigungskonzentration gebildet wird.

209848/1015

Leerseite