DE2303574A1 - Verfahren zum herstellen von feldeffekttransistoren mit isolierter gateelektrode - Google Patents

Verfahren zum herstellen von feldeffekttransistoren mit isolierter gateelektrode

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DE2303574A1 DE2303574A DE2303574A DE2303574A1 DE 2303574 A1 DE2303574 A1 DE 2303574A1 DE 2303574 A DE2303574 A DE 2303574A DE 2303574 A DE2303574 A DE 2303574A DE 2303574 A1 DE2303574 A1 DE 2303574A1
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Description

230357A
The National Cash Register Company Dayton, Ohio (V.St.A.)
Patentanmeldung Nr.
Unser Az.: 1370/GER
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON FELDEFFEKTTRANSISTOREN MIT ISOLIERTER GATE-ELEKTRODE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode.
Ein Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode ist ein Halbleiterbauelement, das aus einem Halbleitersubstrat mit einer ersten Leitfähigkeit besteht, in dem ein erster und ein zweiter Bereich mit einer zweiten Leitfähigkeit erzeugt wurden, die als Source-Elektrode und als Drain-Elektrode dienen. Auf den Kanalbereich zwischen den beiden genannten Bereichen ist eine Schicht aus elektrischem Isolationsmaterial angeordnet, auf der eine Gate-Elektrode erzeugt wird. Der zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode fließende Strom kann durch ein Signal an der Gate-Elektrode gesteuert werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, die bessere Eigenschaften als
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die nach bekannten Verfahren hergestellten Feldeffekttransistoren aufweisen.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch folgende Schritte zur Herstellung von elektrischen Isolationsschichten aus anodisiertem Metall auf ausgewählten Bereichen auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats, Aussetzen des Halbleitersubstrats an ein Dopierungsmaterial, wobei die Schichten als Diffusionsmasken dienen, um Source-Elektroden und Drain-Elektroden zu bilden, und durch die Herstellung eines Gate-Elektrodenanschlusses auf der Schicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, da3 das Halbleitersubstrat zur Erzeugung der Oxidschicht unterhalb der Gate-Elektrode nicht so stark erwärmt werden muß und daß keine separaten Schritte zur Erzeugung der Oxidschicht und einer Diffusionsmaske zum Dotieren der Source- und Drain-Bereiche notwendig ist, da festgestellt-wurde, daß eine Schicht aus anodisch abgelagertem Metall, z.B. Aluminium, das sich als Isolationsschicht eignet, für das Dotierungsmaterial ausreichend undurchlässig ist und daß eine ausreichende chemische und mechanische Stabilität vorhanden ist, so daß diese als Diffusionsmaske wirken kann. Anschließend wird im einzelnen beschrieben, wie durch Vermeidung von starker Erwärmung zur Erzeugung der Oxidisolationsschicht die elektrischen Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Feldeffekttransistoren verbessert werden können.
Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wird anschließend anhand von Zeichnungen beschrieben. In Fig. 1 bis 14 sind die einzelnen Schritte zur Herstellung eines Feldeffekttransistors gemäß der Erfindung dargestellt.
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In Fig. 1 ist ein Halbleitersubstrat 10 gezeigt, das N leitfähig ist. Auf dieses wurde ein erster Aluminiumfilm aufgedampft. Die Unterseite und die Seitenbereiche des Halbleitersubstrats 10 wurden durch einen säurebeständigen überzug 15 geschützt, der aus einem Fotoresistmaterial besteht. Der Aluminiumfilm 12 ist etwa 2000 Angström dick und wurde in einer Vakuumkammer auf das Halbleitersubstrat 10 aufgedampft. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird auf den Aluminiumfilm 12 eine Maske 14 aufgebracht, die aus einer etwa 10.000 Angstrom dicken Fotoresistschicht besteht. Die Maske 14 wird auf bestimmten Bereichen angeordnet, auf denen die Source- und Drain-Elektroden (Fig. 6, 22, 24) entstehen sollen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird anschließend der Aluminiumfilm 12 durch ein galvanisches Verfahren an bestimmten Bereichen entfernt. In Fig. 3 wird eine Kathode 17 von einer konstanten Spannungsquelle, z.B. einer Batterie 16, mit einer Kathodenplatte verbunden, die z.B. aus Aluminium besteht. Die Anode 19 der Batterie 16 wird mit dem Halbleitersubstrat 10 verbunden, das in einem Behälter 18 angeordnet ist, der ein Anodisierungsmittel 20 enthält. Letzteres kann z.B. aus einer Mischung von Oxalsäure und Propylenglycol bestehen. Das Anodisierungsmittel 20 sollte frei von Natrium-, Bor- und Phosphorverunreinigungen sein, um zu verhindern, daß diese Elemente zufällig in den zu erzeugenden MOS-FeIdeffekttransistor gelangen. Der Aluminiumfilm 12 wird unterhalb der Maske 14 nicht anodisiert. Wie aber aus Fig. 3 ersichtlich, werden die nicht von der Maske 14 bedeckten Teile vollständig anodisiert, so daß Aluminiumoxidfilme 12b und 12c entstehen. Der Aluminiumoxidfilm 12c wirkt als exakt ausgerichteter Isolationsbereich für die Gate-
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Elektrode in dem hergestellten Transistor.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird die Maske 14 mit Hilfe von geeigneten Fotoresistmaterialien von dem AluminiumfiTm 12a entfernt. In Fig. 5 wurde anschließend der Aluminiumfilm 12a von dem Halbleitersubstrat 10 mit Hilfe einer verdünnten Säure, z. B. verdünnte Salzsäure, entfernt, so daß eine Aluminiumoxiddiffusionsmaske (12b und 12c) übrig bleibt, die nicht von der verdünnten Salzsäure angegriffen wurde.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, wird Bor in die Bereiche eindiffundiert, an denen die Source- und Drain-Bereiche gebildet werden sollen. Die nicht von der Aluminiumoxidmaske (12b und 12c) bedeckten Bereiche werden somit P-leitfähig und bilden die Source-Elektrode 22 und die Drain-Elektrode 24. Das Bor kann z. B. mit Hilfe einer gasförmigen erwärmten Atmosphäre eindotiert werden. Die Dotierung kann ebenso mit Hilfe einer kolloidalen Siliziumdioxiddispersion mit einer niedrigen Temperatur vorgenommen werden. Das kolloidale Siliziumdioxid wird über dem Halbleitersubstrat in eine wirbelnde Bewegung gebracht. Der Isolationsfilm 12c für die Gate-Elektrode ist sehr exakt zwischen der Source-Elektrode 22 und der Drain-Elektrode 24 angeordnet, da er als Diffusionsmaske diente.
In Fig. 7 würde ein zweiter Aluminiumfilm 26 aufgebracht, durch den elektrischer Kontakt zwischen der Source-Elektrode 22 und der Drain-Elektrode 24 und der ausgerichteten Gate-Elektrode aus dem Aluminium/τι Im 12c hergestellt wird. Durch diesen Film wird später der Gate-Elektrodenanschluß erzeugt. Der Aluminiumfilm 26 ist etwa 20 000 Angström dick.
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Wie- aus Fig. 8 ersichtlich, wird nun der Aluminiumfiim mit einer Fotoresistanodisierungsmaske 28 bedeckt, die visuell mit Hilfe von Ausrichtmarkierungen mit einer Toleranz von etwa 0,0025 mm in bekannter Art und Weise ausgerichtet wurde.
Wie aus Fig. 9 ersichtlich, wird anschließend die Batterie 16 wieder mit dem Halbleitersubstrat 10 und der Kathodenplatte 13 verbunden, so daß die nicht abgedeckten Teile des Aluminiumfilms 26 anodisiert werden. Dadurch entsteht eine Aluminiumoxidisolationsschicht 26a. Durch die Anodisierung erfolgt eine Unterhöhlung der Maskenbereiche an den Ecken der Gate-Isolationsschicht, an dem Source-Elektrodenanschluß 30 und an dem Drain-Elektrodenanschluß 32, die beide zwischen den Filmen 12b und 12c gebildet wurden. Der Gate-Elektrodenanscfiluß 34 ist exakt mit dea Film 12c ausgerichtet und erstreckt sich nur geringfügig über die Source- und Drain-Elektroden 22 und 24. Durch den ausgerichteten exakt erzeugten Gate-Elektrodenanschluß 34 wird eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten MOS-Feldeffekttransistoren erreicht» da die Kapazität zwischen dem Gate-Elektrodenanschluß und den Source- und Drain-Elektrodenbereichen 22 und sehr klein ist. Außerdem ist es dadurch möglich, MOS-Feldeffekttransistoren auf äußerst kleinen Bereichen zu erzeugen, so daß auf einem Halbleitersubstrat von bestimmter Größe mehr MOS-Feldeffekttransistoren erzeugt werden köntien.
In Fig. 10 wird die Maske 28 entfernt, wodurch ein Feldeffekttransistor 36 entsteht.
In Fig. 11 wird ein dritter Aluminiumfilm auf die Isolationsbereiche 26a aufgebracht, der in Kontakt
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mit den Source- und Drain-Elektrodenanschlüssen 30 und 32 steht und der mit dem Gate-Elektrodenanschluß 34 ausgerichtet ist. Mit Hilfe des Aluminiumfilms 40 wird eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden des Transistors 36 und Elektroden und anderen auf Tiem Siliziumsubstrat 10 erzeugten Transistoren hergestellt.
In Fig. 12 ist eine Maske 42 über dem Aluminiumfilm 40 angeordnet, der als Verbindung zwischen den einzelnen Elektroden des Transistors 36 wirkt. Die nicht von der Maske 42 bedeckten Teile des Films 40 werden, wie aus Fig. 13 ersichtlich, in der bereits beschriebenen Weise an den Stellen 40a anodisiert. Die Schichten 44, 46 und 48 sind davon ausgenommen, da sie durch die Maske 48 abgedeckt werden. Die Stellen 40a bilden somit Isolationsbereiche, so daß nach Entfernen der Maske 48, wie aus Fig. 14 ersichtlich, ein kompletter MOS-Transistor 36 gebildet wird.
Wenn an einen Transistor 36 gemäß Fig. 14 an den Gate-Elektrodenanschluß 34 eine Spannung angelegt wird, wird mit hoher Geschwindigkeit der zwischen der Source-Elektrode und Drain-Elektrode fließende Strom beeinflußt, da die Gate-Elektrode exakt zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode ausgerichtet ist. Da der Transistor 36 gemäß Fig. 14 vorwiegend in niedrigen Temperaturbereichen hergestellt wurde, weist er hervorragende elektrische Werte auf. Wie vorangehend beschrieben wurde, erfolgte lediglich die Diffusion von Bor bei relativ hohen Temperaturen. Deshalb wurde das Halbleitersubstrat 10 nur geringfügig erwärmt, so daß die elektrischen Eigenschaften des Transistors
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wesentlich verbessert werden konnten. Der Transistor 36 besitzt außerdem eine sehr geringe Kapazität zwischen der Gate- und der Source-Elektrode und eine sehr geringe Kapazität zwischen der Gate- und der Drain-Elektrode, da die Gate-Elektrode sehr exakt und sehr genau auf der unter ihr liegenden Isolationsschicht angeordnet ist.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    (1·/ Verfahren zum Herstellen von Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, gekennzeichnet durch folgende Schritte zur Herstellung von elektrischen Isolationsfilmen (12b, 12c) aus anodisiertem Metall auf ausgewählten Bereichen auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats (10), Aussetzen des Halbleitersubstrats (10) an ein Dotierungsmaterial, wobei die Isolationsfilme (12b, 12c) als Diffusionsmasken dienen, um Source-Elektroden (22) und Drain-Elektroden (24) zu bilden, und durch die Herstellung eines Gate-Elektrodenanschlusses (34) auf der Schicht (12c).
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsfilme (12b, 12c) aus einem Metallfilm (12) erzeugt wurden, der auf dem Halbleitersubstrat (10) abgelagert wurde,und daß eine Anodisationsmaske (14) auf dem Metallfilm (12) angeordnet wird,und daß die nicht bedeckten Teile anodisiert werden,und daß die Anodisationsmaske (14) entfernt wird,und daß die nicht anodisierten Teile (12a) des Metallfilms (12) weggeätzt werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsfilme (12b, 12c) aus anodisiertem Aluminium bestehen.
    4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Source-Elektrodenanschluß (30) und der Drain-Elektrodenanschluß (32) auf der Oberfläche des Source-Bereiches (22) und des Drain-Bereiches (24) erzeugt werden, und daß der Gate-Elektrodenanschluß (34)
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    durch selektive Anodisierung eines Metallfilms (26) erzeugt werden» der auf den Schichten (12b, 12c) abgelagert wurde.
    5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Verbindungen (44, 46, 48) zum Ansteuern der Gate-Elektrode, der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode durch selektive Anodisation eines Metallfilms (40) erzeugt werden, der auf das den Source-Elektrodenanschluß (30), den Drain-Elektrodenanschluß (32) und den Gate-Elektrodenanschluß (34) bereits enthaltende Halbleitersubstrat (10) angeordnet wurde.
    6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einige der Elektroden and elektrischen Leiter zum Ansteuern der Elektroden aus Aluminium erzeugt werden.
    7. Verfahren nach dem Anspruch 3 oder nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodisation mit einem Anodisierungsmittel durchgeführt wird, das Oxalsäure und Propylenglycol enthält.
    8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (10) auf einem Chip aus halbleitendem Silizium besteht.
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