DE2901512A1

DE2901512A1 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE2901512A1
Application number: DE19792901512
Authority: DE
Inventors: Thomas E Hendrickson; Jack S T Huang
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1978-01-16
Filing date: 1979-01-16
Publication date: 1979-07-19
Also published as: JPS55123168A; US4148046A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eirae Halbleiteranordnung mit einem. Feldeffekttransistor nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1« Sie betrifft insbesondere die geometrische Anordnung eines Feldeffekttransistors in einem Halbleiterkristall.

Feldeffekttransistoren besitzen gewisse Eigenschaften, die sie für das Schalten analoger Signale geeignet machen. Die erste Eigenschaft ist die, daß ein Feldeffektransistor beim Schalten eines Wechselspannungsignales eine bilaterale Einrichtung darstellt,, d.h., daß er unabhängig von der Spannungspolarität hinsichtlich des Quellen- und Senkenbereiches die gleichen Ausgangseigenschaften aufweist» Ferner ergibt sich hinsichtlich eines aus einer gemeinsamen Spannungsquelle betriebenen Feldeffekttransistors keine Spannungsverschiebung in der Spannungs/Stromcharakteristik zwischen Quelle und Senke,, wie dies bei der Spannungs/Stromcharakteristik eines in Emitterschaltung betriebenen bipolaren Transistors der Fall ist=

Ein Problem bei der Verwendung eines Feldeffekttransistors als analoger Signalschalter liegt darin, daB im eingeschalteten Zustand der Widerstand zwischen Quelle und Senke des Feldeffekt- transistors gegenüber dem Ausgangswiderstand eines bipolaren Transistros ein wenig höher liegt. Der Widerstand im eingeschalteten Zustand zwischen Senke und Quelle, der als Kanalwiderstaed bezeichnet wird„ besitzt bei Schaloperationen einen störenden Einfluß» Zunächst erhöht dieser Widerstand im eingeschalteten Zustand des Feldeffektraneietors die Verlustleistung, was bei einer merkliche Ströme ziehenden TraneistoraECCdnung ale störend empfunden wird» Ferner erniedrigt dieser ttiderstaad im eingeschalteten Zustand die Schaltgeechwindigkeit des Feldeffektransistors im Hinblick auf eine nachgeschaltete Lest.,, wodurch die Steuerung durch eich rasch verändernde Analogsignale begrenzt wird.

Bei Feldeffektransintoren_f die geitIB Figar 1A in einem Halbleiterkörper gebildet werden, hingt der Widerstand swiechen Senke und Quelle la eingeschalteten Zastaad wo» ^©rsehiedenen Faktoren ab»

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_ 10 „

Diese Faktoren betreffen einmal die verschiedenen Materialparameter der bei dem Aufbau des Transistors verwendeten Materialien und zum anderen die Abmessungen dieser Materialien. Was die Abmessungen betrifft, so hängt der Widerstand insbesondere von der effektiven Breite und Länge der Feldeffekttransistoranordnung in dem verwendeten Halbleitermaterial ab. Das heißt, der Kanalwiderstand im eingeschalteten Zustand hängt von der effektiven Länge des Kanales zwischen den Quellen und Senken undVder effektiven Breite des Kanales zwischen den Quellen und Senken, die sich beidseits des Kanales befinden, ab. Die folgende Beziehung läßt sich für diesen Kanalwiderstand angeben:

Wie ebenfalls bekannt ist, werden die Durchschlagspannung und die Schaltzeitparameter der Halbleitereinrichtung ebenfalls im wesentlichen durch die Kanallänge L festgelegt, wobei beide Größen mit abnehmender Kanallänge L abnehmen. Man könnte daher den Schluß ziehen, daß die Kanallänge L In der streifenförmigen Transistorgeometrie gemäß Figur 1A so kurz wie möglich gemacht werden sollte, während die Kanalbreite w in dem Maße vergrößert werden sollte, wie dies für die Erzie eines befriedigenden Kanalwiderstandes

R. erforderlich ist. Diese Entwurfskriterien würden zu einem Erin

gebnis führen, wie dies in Figur 1B dargestellt ist.

In den Figuren IA und 1B wird der Quellenbereich 10 unterhalb einer planeren Haupt-Oberfläche des Körpers aus Halbleitermaterial gebildet,ν wobei jedoch der Quellenbereich 10 diese Oberfläche durchdringt. Die Oberfläche trägt eine Isolierschicht. Der Quellenbereich ist in den Figuren ebenfalls durch den Buchstaben S bezeichnet. Ein Ausschnitt 11 in der Isolierschicht ist dargestellt und erlaubt die Herstellung eines elektrischen Kontaktes mit der Quelle 10, wobei gemäß Figur IA dieser Kontakt durch eine externe Verbindungseinrichtung 12 hergestellt wird. Eine externe Verbindung wird jedoch nicht benötigt, da der Quellenbereich 10 auf andere Bereiche erweitert werden kann, sodaß

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er selbst die Verbindung herstellt. In Figur 1B ist eine solche externe Verbindung nicht dargestellt, da sich der Quellenbereich 10 über eine unbestimmte Breite w erstreckt, die einen geeigneten Kanalwiderstand ergibt. Erneut ist jedoch durch ausgezogene Linien ein Bereich 11 angedeutet, der als eine externe Verbindung angesehen werden kann.

Ein Senkenbereich 13 ist in den Figuren 1A und 1B zusätzlich mit dem Buchstaben D bezeichnet. Erneut ist ein Ausschnitt 14 dargestellt, um beispielsweise durch eine externe Verbindungeinrichtung 15 einen Anschluß der Quelle 13 zu ermöglichen. In Figur 1B erstreckt sich erneut der Senkenbereich 13 über eine befriedigende Breite w, die ausreichend ist, um eine geeigneten kleinen Kanalwiderstand R. zu bilden.

Die Anordnungen gemäß den Figuren IA und 1B besitzen jeweils eine Steuerelektrodenstruktur 16 zwischen dem Quellenbereich 10 und dem Senkenbereich 13. Diese Struktur 16 kann entweder eine leitende Steuerelektrode für einen Feldeffekttransistor vom Typ MOSFET sein, die durch eine Isolierschicht von den anderen Anschlüssen getrennt ist, oder sie kann Teil einer Verbindungseinrichtung sein,um den Steuerelektrodenbereich bei einem Feldeffekttransistor vom Typ JFET anzuschließen.

Figur IB zeigt somit eine mögliche Methode zur Vergrößerung der Kanalbreite w in einem Ausmaß, wie dies für eine Verminderung des Kanalwiderstandee erforderlich ist. Die Wirksamkeit einer solchen Struktur muß jedoch bei einer Verwendung als analoger Signalschalter in Frage gestellt werden. Die langen Steuerelektrodenleitungen und möglicherweise auch die Quellen- und Senkenleitungen führen einen zusätzlichen Widerstand ein, der eine negative Auswirkung auf die Schaltzeit besitzt und den Lelptungpverlust erhöht. Ferner benötigt eine solcher Struktur einenVin der Oberfläche eines monolithisch integrierten Schaltkreises, der zu. keiner optimalen Flächennutzung führt.

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Die Erfahrung hat gezeigt, daß der Ausnutzungsgrad eines integrieten Schaltkreischips beim Herstellungsprozess eines vorgegebenen monolithisch integriertenSchaltkreises umgekehrt proportional zu dem durch den monolithisch integrierten Schaltkreis beanspruchten Oberflächenbereich ist. Betrachtet man daher die Herstellung eines monolithisch integrierten Schaltkreischips, so ist der Verminderung der beanspruchten Oberfläche höchste Bedeutung zuzumessen. Andererseits steht die Forderung nach einem befriedigenden Kanalwiderstand im eingeschalteten Zustand des Feldeffektransistors der Forderung nach einer Reduzierung des beanspruchten Bereiches entgegen. Insgesamt besteht somit das Bestreben das Produkt aus Kanalwiderstand und beanspruchtem Bereich R . · A so klein wie möglich zu machen. Die Verringerung des Oberflächenbereiches für einen Feldeffekttransistor bei einem vorgegebenen Kanalwiderstand dient ebenfalls der Verringerung des Steuerelektrodenbereiches über den Kanalbereich, wodurch die Schaltgeschwindigkeit aufgrund der Verringerung des Steuerelektrodenwiderstandes und der Kapazität verbessert wird.

In Figur 1C ist eine alternative Möglichkeit dargestellt, um wirksam die Kanalbre'ite zu erhöhen, während die Kanallänge so kurz wie möglich gehalten wird. Anstelle einer einzigen langen Quelle, einer einzigen langen Senke und einer einzigen langen Steuerelektrode sind mehrfach Quellen, Senken und Steuerelektroden angeordnet, die sich in einem streifenförmigen Muster wiederholen. Diese Anordnung stellt praktisch die Unterteilung der Struktur gemäß Figur IB in mehrere Teile dar, wobei die Teile aneinander gesetzt werden.

Eine weitere Reduzierung des Produktes R_ein · A gegenüber der Anordnung gemäß Figur 1C wird durch eine geometrische Auslegung erzielt, die in der US-PS 3 783 349 dargestellt .und beschrieben ist. Dort sind rechteckförmige Quellen- und Senkenbereiche in einem Körper aus Halbleitermaterial angeordnet, die durch eine Oberfläche mit entsprechenden Steuerelektrodenbereichen voneinander getrennt sind. Die Quellen- und Senkenbereiche bilden eine rechtwinklige Gitteranordnung, wobei die Quellen- und Senkenbereiche um die Schnittpunkte des Gittermusters angeordnet sind. Figur 2 zeigt

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einen Teil dieses· bek.aant©ii Gittermusters.

Die Quellenbereiche, die durch die Oberfläche des Körpers aus Halbleitermaterial in Figur 2 hindurch^treten, sind erneut mit dem Buchstaben S und der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Ferner sind die Senkenbereiche mit dem Buchstaben D und durch die Bezugsziffer 13 bezeichnet. Die Teile in Figur 2, die den Steuerelektrodenbereichen zugeordnet sind, sind erneut mit dem Buchstaben G und durch die Bezugsziffer 16 bezeichnet. Die Anordnung gemäß Figur 2 weist wiederum eine Isolierschicht auf dem Körper aus Halbleitermaterial auf. Hinsichtlich der Quellen und Senken sind keine Verbindungseinrichtungen dargestellt. Jene Teile der Quellen- und Senkenbereiche, die elektrisch miteinander verbunden werden können, sind durch Ausschnitte 11 und 14 dargestellt.

Ein weiterer dem selben Zweck dienender geometrischer Aufbau kann der US-PS 4 OI5 278 entnommen werden. Dort weisen die Quellenbereiche eine geometrische Form gemäß einem Buchstaben Y auf, während die Senkenbereiche die geometrische Form eines Sechsecks besitzen.

Durch die erwähnten geometrischen Auslegungen bei Feldeffekttransistoren wird der Wert des Produktes R-** A gegenüber den anhand der Figuren IA und"iB erläuterten Auslegungskriterien verbessert« Eine weitere Verbesserung des erkühnten Produktes ist jedoch höchst wünsehenswert _B Insbesondere dort* wo Feldeffektransistö ren In eiaea monolithisch integrierten Schaltkreis gebildet werden «ollen and in der Lag© sei» sollen _t merkliche Ströme ohne überhitzung des Chips zu steuern ο

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Ein weiterer Gesichtspunkt bei der Verwendung eines Feldeffekttransistors als Analogschalter betrifft die Fähigkeit desselben, Sperrspannungen beträchtlicher Größe zu widerstehen. Das heißt, die Halbleiteranordnung sollte eine beträchtliche minimale Durchschlagsspannung zwischen Senke und Quelle, im folgenden zur besseren Unterscheidung als Durchstanzspannung bezeichnet, und eine beträchtliche minimale Durchbruchspannung zwischen Senke und Substrat aufweisen, wenn sie sich im ausgeschalteten Zustand befindet. Diese Forderung ist insbesondere bei monolithisch integrierten Schaltkreisen schwer zu erfüllen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sich hinsichtlich der genannten Spannung höhere Werte ergeben. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Um einer hohen Sperrpannung widerstehen zu können, werden bei der erfindungsgemäßen Feldeffekttransistoranordnung Quellen und/ oder Senkenbereiche aus Halbleitermaterial mit Dotierungskonzentrationen vorgesehen, die bei einer angelegten Sperrspannung (Umkehr-Vorspannung) vor dem Durchbruch eine Entleerung gestatten. Ferner können diese Bereiche, die in den Steuerelektrodenbereich eingreifen, als getrennte dreieckförmige Bereiche dienen, die in einer dicht gepackten Matrix gebildet werden und einen kleinen Kanalwiderstand im eingeschalteten Zustand der Halbleiteranordnung ergeben.

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Anhand von In den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sei die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Figuren 1A und IB

eine geometrische Anordnung hinsichtlich Quelle, Senke und Steuerelektrode für einen Feldeffekttransistor bekannter Bauart ί

Figur 2 eine geometrische Anordnung hinsichtlich Quelle^, Senke und Steuerelektrode für einen Feldeffekttransistor bekannter Bauart?

Figur 3 eine geometrische Anordnung hinsichtlich Quelle, Senke und Steuerelektrode für einen Feldeffekttransistor gemäß der vorliegenden Erfindung,»

Figur 4 eine grafische Darstellung; bei der das Produkt aus Kanalwiderstand χ Oberflächenbereich über der Kanallänge für drei geometrische Feldeffekttransistoranordnungen dargestellt istι

Figur 5 eine Darstellung der geschltzten relativen Ko8ten_/ aufgetragen über der Kanallänge für drei geometrlBche Feldeffekttransistoranordnungen ;

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Figur 6 eine Feldeffektranslstoranordnung gemäß

der vorliegenden Erfindung;

Figur 7 einen Teil der Feldeffekttransistoran

ordnung gemäß Figur 6;

Figur 8 einen Querschnitt durch einen Teil der

Feldeffekttransistoranordnung gemäß Figur 7 in einer ersten Ausführungsform;

Figur 9 einen Querschnitt durch einen Teil der

Feldeffekttransistoranordnung gemäß Figur 7 in einer anderen Ausführungsform;

Figur 10 eine weitere Feldeffekttransistoranord

nung gemäß der vorliegenden Erfindung; die einer erhöhten Sperrspannung widersteht ^

Figur 11 , einen Querschnitt eines Teiles einer

anderen Version einer Feldeffekttransistoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die einer erhöhten Sperrspannung widerstehen kann; und

Figur 12 einen Querschnitt eines Teiles einer wei

teren Version einer Feldeffekttransistoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die einer erhöhten Sperrspannung widerstehen kann.

Die Auswirkung der geometrischen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der Quellen- und Senkenbereiche in einer Feldeffekttransistoranordnung zum Zwecke der Herabminderung des

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charakteristischen Produktes R . « A unter dein Wert, wie er durch

ein

bekannte Strukturen erzielt wird, kann durch ein mathematisches Modell veranschaulicht werden, das die möglichen geometrischen Anordnungen ganz allgemein wiedergibt» Die Handhabung dieses Models kann sodann zu dem Auffinden verbesserer geometrischer Anordnungen führen. Es ist nicht bekannt, daß bislang im Stand der-Technik dieses Problem auf diese Weise behandelt wurde, um eine Feldeffekttransistoranordnung zu schaffen, die geeignet ist, bei einer Verwirklichung in einem monolithisch integrierten Schaltkreis eine merkliche Leistung zu verarbeiten.

Das Problem der Herabminderung des Wertes für das Produkt R . · A

ein

bei einer Oberflächen-Feldeffekttransistoranordnung hat sich als direkt Analog zu dem Problem herausgestellt, da sich mit der dichten Packung zwei_wdimensionaler Figuren in einer Ebene beschäftigt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Cberflachen-Feldeffekttransistoranordnung auf der Oberfläche eines Körpers aus- Halbleitermaterial im wesentlichen eins zweidimensional^ Einrichtung bildet. Das heißt, daß bei einem vorgegebenen Kanalwiderstand im eingeschalteten Zustand, der Bereich der geometrischen Feldeffekttransistoranordnung auf der Haupt-Oberfläche des Halbleitermaterials auf ein Minimum reduziert werden muß.

Der Wert für die effektive Kanallange L ist dabei so klein wie. möglich zu halten, um den Kanalwiderstand und die Schaltgeschwindigkeit auf günstige Werte zu bringen» Der Wert fir die Kanallänge L wird natürlich durch den Aufbau im Hinblick auf einen minimalen Platzbedarf beeinfIuBt₀ Dabei ist auch darauf "zu achten, daß eine Minimale Durchbruchepannung beim Betrieb des Transistors im ausgeschalteten SSuetand nicht unterechritten wireL Der Wert der Kanallange L wird daher kawa einer Veränderung unterworfen," um den beanspruchten Bereich su vermindern, wie die« eingangs als Möglichkeit angedeutet ward·? vielmehr ist es die effektive Kanalbreite w, die für diese Zwecke verändert wird, unter diesen Um ständen reduziert sich das Problem der Verminderung des Wertes - für das Produkt R_ÄiM" A auf eiae Mahl der wirksamen Abmessungen

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der Kanalbreite w zur Erziehlung eines befriedigenden Kanalwiderstandes im eingeschalteten Zustand unter Beachtung der Optimierung des durch die Feldeffekttransistoranordnung beanspruchten Oberflächenbereiches. Die effektive Kanalbreite w unterliegt natürlich hinsichtlich des Herstellungsprozesses den gleichen Auslegungsregeln wie die Kanallänge L.

Der in den Figuren 1A, 1B und 1C dargestellte Entwurf basiert nur auf der niedrigsten Ordnung zweidimensionaler Punktsymmetriegruppen in der Gruppentheorie zweidimensionaler geometrischer Gitterfiguren. Die geometrische Anordnung gemäß Figur 2 macht von einer Punktsymmetriegruppe höherer Ordnung Gebrauch, nämlich von einer vierfachen Rotationsymmetrie.

Von der Gruppentheorie her besitzt jedoch das zuvor genannte Problem Lösungen der Punktgruppen 2, 4mm, 6mm und 2mm (d.h. geometrische Figuren mit einfacher, zweifacher, dreifacher, vierfacher -und sechsfacher Rotationssymmetrie). Da oberflächenbezogenen Feldeffektransistoranordnungen von Natur aus eine zweifache Symmetrie selbst besitzen, stellen nur jene Gruppen eine Lösung des Problems dar, die in zweifache und η-fache Achsen unterteil werden können. Somit stellen nicht nur Entwürfe mit zweifacher und vierfacher Rotationssymmetrie befriedigende Lösungen des Problems dar; auch Entwürfe mit sechsfacher Rotationssymmetrie stellen geeignete dicht gepackte Lösungen hinsichtlich der HalbleiteranordnungY Da in der Praxis eine Metallschicht eine zweifache oder geringere Symmetrie aufweisen muß, müssen diese Entwürfe im Fall der vierfachen Symmetrie mit Rechtecken gemäß Figur 2 oder im Falle der sechfachen Symmetrie durch Dreiecke gemäß Figur 3A verwirklicht werden.

Die Halbleiteranordnung gemäß Figur 3A besitzt erneut Quellen- und Senkenbereiche, die durch gestrichelte Linien dargestellt •ind und die eine Haupt-Oberfläche durchdringen, wobei diese Oberfläche eine Isolierschicht trägt. Die Durchdringungen der Haupt-Oberfläche der Quell- und Senkenbereiche bilden dicht gepackte

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dreieckförmige Oberflächenteile in der Haupt-Oberfläche. Die dreieckfönnigen Oberflächenteile sind als gleichschenklige Dreiecke dargestellt, welche - obgleich nicht erforderlich - bevorzugt werden. In Figur 3Ά sind die Quelienbereiche 10 erneut mit einem Buchstaben S bezeichnet. Die Senkenbereiche 13 sind mit einem Buchstaben D bezeichnet, und schließlich werden die Steuerelektrodenbereiche mit einem Buchstaben G bezeichnet. Kleinere Dreiecke in ausgezogenen Linien veranschaulichen die Stellen, an denen ein elektrischer Kontakt mit den Quellen- und Senkenbereichen durch eine Quellen-Verbindungseinrichtung und eine Senken-Verbindungseinrichtung entsprechend hergestellt werden kann.

Die langgestrichelten Linien entlang der Trennflächen zwischen den dreieckförmigen Oberflächenteilen der Quellen und Senken bilden das Gitternetzwerk in dem dreieckförmigen Gitter gemäß Figur 3A, wobei erweiterte Dreiecke um die dreieckförmigen Oberflächenteile der Quellen bzw. Senken geschaffen werden. Diese erweiterte Dreiecke umfassen einen zugeordneten Teil des Gitternetzes mit jedem Oberflächenteil der Quelle und Senke. Wenn diese größeren dreieckförmigen Oberflächenteile in Beziehung zueinander betrachtet werden, so wird die sechsfache Rotationssymmetrie bei der Bildung einer dicht gepackten hexagonalen Matrixstruktur erkennbar .

In gleicher Weise sind in Figur 2 langgestrichelte Linien eingeum

zeichnet worden ,X^rweiterte quadratische Oberflächen in dem rechteckförmigen Gitter zu bilden. Die größeren quadratischen Teile veranschaulichen die vierfache Rotationssymmetrie bei der Bildung einer dicht gepackten reckteckförmlgen Matrixstruktur.

Um die relativen Vorzüge der verschiedenen möglichen Auslegungen innerhalb der Grenzen der durch die Gruppentheorie vorgegebenen Lösungen feststellen zu können, znufi das Produkt R . » A für jede Auslegung bestimmt werden. Um dies zu tun, wird, die Annahme getroffen, daß jede Feldeffekttransistoranordnung im linearen Bereich bei kleinen Werten für die Senken/Quellenspannung V_dfi be-

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trieben wird. Die bekannte Gleichung für den Kanalwiderstand eines MOSFET-Transistors lautet wie folgt:

^Leff

^w _efif^cox^(VGS - V

Die in der vorstehenden Gleichung verwendeten Symbole haben die folgende Bedeutung:

R . = Kanalwiderstand im eingeschalteten Zustand. L = Kanallänge.

w _f~ = effektive Kanalbreite, etr

C = Kapazität pro Flächenbereich des Steuerelektroden-Oxydkondensators.

ρ = Beweglichkeit der Kanalträger. Vq- « Steuerelektroden/Quellenspannung.

V = Schwellwertspannung.

Böi der weiteren^ Analyse wird nunmehr das Produkt ^R _ei* A durch Substituierung von w -^ in der vorstehenden Gleichung durch den für die Einheitszelle in jedem der Entwürfe gemäß den Figuren 1C, 2 und 3A erhaltenen Wert gefunden.Die Entwurfslösungen werden hierbei innnerhalb der Grenzen der vorstehend aufgezeigten Gruppentheorie aufgefunden. Die Einheitszellen in diesen drei Figuren stellen jeweils die Basiszelle mit minimaler Abmessung in jedem der Entwürfe dar. Die Auffindung des Produktes R . · A für jeden der Entwürfe wird sodann vervollständigt, in^dem die zugeordnete Version der vorstehenden Gleichung, die nunmehr die geeignete Substitution für w _ff enthält, mit der Fläche der entsprechenden Einheitszelle multipliziert wird.

Für die geometrischen Anordnungen gemäß den Figuren 1C, 2 und 3A werden die folgenden Gleichungen erhalten:

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(L + V7 + 2d) 4

IC ⁼~£C^1\4 - V_T)

L (L +

₂ = ^^Cox ^{2 (w}c ^{+ 2ά)(V}GS

⁽iin^A)Fig. 3A _VC [w + 2(3) ^/2ά] (V - V,.,)

In diesen Gleichungen stellt w_ die Breite des elektrischen Kontaktes der Verbindungseinrichtung mit jedem der Haupt-Oberflächenteile des Quellen- und Senkenbereiches dar, während d den minimalen erforderlichen Abstand zwischen den elektrischen Kontakten und der Kante des Kanales in jedem der Haupt-Oberflächenteile des Quellen- und Senkenbereiches darstellt.

Die Bedeutung der letzten drei Gleichungen im Hinblick auf die Produkte R . A der Entwürfe gemäß den Figuren IC, 2 und 3A ist ersichtlich^ wenn man die Gleichungswerte miteinander vergleicht, wobei ein die effektive Kanalbreite pro Quellen- oder Senkenbereich darstellender definierter Parameter (w_ + 2d) im Hinblick auf die effektive Kanallänge L verändert wird. Im Grenzfall,in welchem die Kanalbreite sehr viel größer als die Kanallänge ist; d»h. iw_ + 2d) sehr viel größer L, nähert sich das Produkt des Musters gemäß Figur 2 der HMIfte de» Produktes R_01nA bei streif einförmigen. Geometrie gemSß Figur 1C, wobei/dentische Werte für t? σ ά unä L vorausgesetzt werden» Andererseits nähert das gleich· Produkt bei dem dreieckförmigen Gittermuster g« Figur 3a einem Drittel des Werten ffe das Produkt,, ioo bei der etreifeinföriBigen Seoiaetri©^ geaBß Pifur IC erhalten visa, worses die a«o öer Erfindung ersiehü© VesrbesseruBg ereiehtlieii wird. Bei einer Kanal !Sag® β© kers w£© möglich wurde», "daher die ErfebnäsoQ ο

°-^50(Ron^A)Fig. IC ^(wc ^{+ 2d>}

IC ^(wc ^{+ 2d)}

Wenn die Kanalbreite w + 2d ungefähr der Kanallänge L gleich ist, so sind die Produkte R_ein A bei allen drei Entwürfen gemäß den Figuren 1C, 2 und 3A nahezu gleich. Wenn schließlich die Kanalbreite w + 2d sehr viel kleiner als die Kanallänge L ist, so weist der Entwurf gemäß Figur 3A den kleinsten Wert für das Produkt R_fiin A auf.

Diese Beziehung ist durch das Diagramm in Figur 4 dargestellt, worin das Produkt R . A für jeden der Entwürfe in den Figuren 1C, 2 und 3A in Abhängigkeit von der Kanallänge L dargestellt ist. Das Produkt R_ein*A ist durch den Faktor \iC_QX (V_GS~V_T) normiert worden, und es wurde angenommen, daß die Auslegungsregeln eine Bemessung mit w * 5pm und d ■ 6um gestatten. Als Ergebnis zeigt sich₍daß das dreieckförmige Gitter mit der dicht gepackten hexagonalen Matrixstruktur gemäß Figur 3A den geringsten Wert für das Produkt aufweist, wenn die Kanallänge relativ klein ist. Eine relativ geringe Kanallänge stellt hierbei eint höchst wünschenswerte Situation dar. Dieses Ergebnis wird natürlich mit einervfür den Quellen- und Senkenbereich erzielt, dl« eine vernünftige Größe aufweist, sodaß die Anforderungen an den Herstellung»prozess bei der Herstellung monolithisch integrierter Schaltkreise erfüllt werden.

Da natürlich die Auslegungsregeln für minimalen Platzbedarf bei monolithisch integrierten Schaltkreisen die relativ· minimal· Größe jeder Einheitizell· für jeden der Entwürfe gemäß den Figuren 1C, 2 und 3A vorschreiben, können die praktischen Ent-

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würfe die durch die Theorie mögliche volle Verminderung des Produktes nicht herbeiführen.

Eingangs ist bereits festgestellt worden, daß die Kosten eines monolithisch integrierten Schaltkreises mit dem Quadrat der beanspruchten Oberfläche ansteigen. Figur 5 zeigt ein Diagramm, bei dem die relativen Kosten über der Kanallänge L aufgetragen sind. Hierbei werden die Grundkosten durch eine Auslegung gemäB Figur 1C vorgegeben. Zusammen mit der Kanallänge L spielen natürlich die Wert w_c und d bei der Ermittlung der kostengünstigsten Auslegung eine Rolle. Bei einer Kanallänge von 7,5 pm betragen die Kosten des quadratischen Musters gemäß Figur 2 ungefähr die Hälfte der Kosten für die streifenförmige Auslegung gemäß Figur 1C, während das dreieckförmige Gitter gemäß Figur 3A nur etwa 35% der Kosten der Auslegung gemäß Figur 1C beansprucht.

Eine andere Feldeffekttransistoranordnung ist in Figur 3B dargestellt, die ebenfalls eine dicht gepackte hexagonale Matrixstruktur verwendet. Durch diese Version kann ebenfalls sowohl ein geringer Kanalwiderstand als auch ein geringer Widerstand hinsichtlich der Metallisierungsstreifen für die Verbindungseinrichtung der Quellen- und Senkenbereiche erzielt werden. Ferner kann die Metallisierung gemäß Figur 3B zumindest bei einigen Metallisierungsverfahren leichter als das Metallisierungsmuster gemäß Figur 3A erzielt werden.

Bei der Anordnung gemäß Figur 3B befinden sich die dreieckförmigen Oberflächenteile 10 des Quellenbereiches innerhalb der Oberflächenteile 16 der dreieckförmigen Steuerelektrode. Die Oberflächenteile 13 de· gitterförmigen Senkenbereiches bilden ein Gittermuster mit dreieckförmigen Ausbrüchen, in denen die Oberflächenteile der Quellen- und Steuerelektrodenbereiche enthalten sind. Die letztgenannten Bereiche sind somit dicht in einer hexagonalen Matrixstruktur in der Oberfläche der Einrichtung gemäß der Figur 3B gepackt, wobei sich die erwähnten Bereiche unterhalb einer paasiven Abdeckschicht befinden.

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Die Anordnung gemäß Figur 3B weist Quellenbereiche 10 auf, die erneut mit dem Buchstaben S bezeichnet sind, und sie besitzt Senkenbereiche. 13, die wiederum mit dem Buchstaben D bezeichnet sind. 8 inet

Schließlich die Steuerelektrodenbereiche 16 erneut mit dem Buchstaben G versehen. Die ausgezogenen kleinen Dreiecke stellen Ausbrüche In der Isolierenden Schicht dar, an denen ein elektrischer Kontakt mit den Quellenbereichen 10 über eine Quellen-Verbindungseinrichtung erfolgen kann. Die parallelen ausgezogenen Linien definieren Ausbrüche in der isolierenden Schicht, an denen ein elektrischer Kontakt mit den Senkenbereichen 13 durch eine Senken-Verbindungseinrichtung erfolgen kann. Eine weitere Schicht einer Verbindungseinrichtung ist erforderlich, um die Steuerelektrodenbereiche 16 elektrisch miteinander zu verbinden. Ausbrüche für derartige Verbindungen sind in Figur 3B nicht dargestellt.

Um eine weitere Verbindungseinrichtung für die elektrische Verbindung der getrennten Steuerelektrodenbereiche gemäß Figur 3B zu vermeiden, kann der Aufbau gemäß Figur 3C benutzt werden, um im Halbleitermaterial die Steuerelektrodenbereiche um den Quellenbereich miteinander zu verbinden und dadurch mehrere Reihen miteinander verbundener Steuerelektrodenbereiche zu bilden. Hierdurch wird ein einziger aneinandergrenzender Steuerelektrodenbereich in dem Halbleitermaterial gebildet, wenn diese Reihen ebenfalls in dem Material miteinander verbunden werden, bzw. es ist nur die Verbindung der Reihen miteinander erforderlich. Bis auf die Verbindung der Steuerelektrodenbereiche 16 in dem Halbleitermaterial ist der Aufbau gemäß Figur 3C Im wesentlichen dem Aufbau gemäß Figur 3B identisch.

In den Aueführungsbeispielen gemäß den Figuren 3B und 3C können die Quellenbereiche 10 mit den Senkenbereichen 13 vertauscht werden.

Wählt man den Aufbau gemäß Figur 3C für eine Analyse aus, so läßt sich eine Einheitszelle in der gleichen Art und Weiee definieren, wie dies bei den Einheitszellen gemäß den Figuren 1C, 2 und 3A

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der Fall war. Das Produkt R . A für die Auslegung gemäß Figur 3C stellt sich sodann folgermaßen dar:

(R A)
ein

1/2

L[3L + 3d₁ + 2d₂ + w_cl + w_c21

yC_ox6[2(3)^1/2L + 2(3)^1/2d₁ + w_cl](V_GS - V_T)

[2(3)^1/2L + 2(3)^1/2d₁ + w_cl ·

In dieser Gleichung stellt L erneut die Kanallänge, d.h. die Breite des Steuerelektrodenbereiches dar, während w, die Breite

des Armes des Senkenbereiches darstellt. Die Größen w . und d verkörpern die Abmessungen der Kontaktöffnungen für die Quellen-* bereiche 10 und'die Senkenbereiche 13. Die Abstände d. und d_ stellen Abstände dar, die in den Quellen- und Senkenbereichen außerhalb der zugeordneten Kontaktöffnungen verbleiben.

Wenn die Analyse der zuletzt erwähnten Gleichung fortgesetzt wird, so findet man, daß die Leistungsfähigkeit der Struktur gemäß Figur 3C gegenüber derjenigen gemäß Figur 1C in etwa der Struktur gemäß Figur 3A entspricht. Die Leistungsfähigkeit der dicht gepackten hexagonalen Matrixstruktur gemäß Figur 3A ent spricht daher in etwa dar Leistungsfähigkeit dar Strukturen gemäß den Figuren 3B und 3C.

Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf aine Feldeffekttransistoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine Struktur gemäß Figur 3A zugrundeliegt und keine passive Abdeckschicht über den Quellen- und Senken-Verbindungseinrichtungen vorhanden ist. Obgleich verschiedene Quellen- und Senkenbereiche in Figur 6

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durch dreieckförmlge Oberflächenteile dargestellt sind, die die Haupt-Oberfläche des Körpers aus Halbleitermaterial durchbrechen, 1st diese Anzahl nur als Beispiel aufzufassen. In Wirklichkeit weist eine solche Halbleiteranordnung in der Prakxis mehrere tausend solcher dreieckförmiger Oberflächenteile auf, wobei die Anzahl oftmals die Zahl von 50.000 überschreitet.

Die Quellen-Verbindungseinrichtung 12, die typischerweise aus Aluminium gebildet wird, ist mit dem Buchstaben S bezeichnet. Die Senken-Verbindungseinrichtung 15, die ebenfalls typischerweise aus Aluminium besteht, ist mit dem Buchstaben D bezeichnet. Auf die Steuerelektroden-Kontaktöffnung 17 wird durch den Buchstaben G hingewiesen. Die Erstreckung der Steuerelektroden-Kontaktöffnung 17 über die Steuerelektrodenteile der Feldeffekttransistoranordnung ist mit der Bezugsziffer 16 versehen und umfasst das gesamte gestrichelt eingerahmte Recheck. Hierbei werden jedoch Im wesentlichen jene Teile über den dreieckförmigen Oberflächenteilen der Quellen- und Senkenbereiche von dem gestrichelten Rechteck nicht abgedeckt. In einem Feldeffekttran-

-Typ sistor vom JFETVstellt der Bereich 16 Teile des Körpers aus Halbleitermaterial dar, die einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gegenüber den Quellen- und Senkenbereichen aufweisen. Der Bereich 16 könnte in diesem Fall auch ein Leiter sein, der sich in Kontakt mit de« JFET-Steuerelektrodenbereichen befindet und der benutzt wird, wenn der Steuerelektrodenwiderstand verringert werden soll. Bei einem Feldeffekttransistor vom Typ MOSFET wird der Bereich 16 durch ein leitfähiges Steuerelektrodenmaterial gebildet, das auf einer darunterliegenden Isolierschicht aufliegt, wobei die Isolierschicht gewöhnlicherweise aus Siliziumdioxyd besteht. Diese Isolierschicht trennt den Körper aus Halbleitermaterial von der leitenden Steuerelektrodenschicht 16. In diesem Fall besteht das leitfähige Material des Steuerelektrodenberdiches 16 typischerweise entweder aus Polysllizium oder aus Metall. Polysilizium wird für die kompakteste Auslegung gewählt, da dann die geringste Wahrscheinlichkeit für einen Kurzschluß mit den überlagerten Metallschichsten

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der Quellen- und Senken-Verbindungseinrichtungen besteht» Dagegen wird Metall für die Steuerelektrode 16 dann gewählt, wenn eine hohe Schaltgeschwindigkeit die primäre Forderung darstellt,, da in diesem Fall durch Metall ein geringerer Leitungswiderstaad erzielt wird.

Die dreleckförmigen Oberflächenteiie 10 in der Haupt-Oberfläche des Körpers-Halbleitermaterial entsprechend den Quellenbereich™ durchbrüchen unter einer isolierenden Siliziumdioxydschicht sind erneut in Figur 6 mit dem Buchstaben S bezeichnet. Ebenso sind die dreieckförmigen Oberflächenteile 13 der Quellenbereiche mit dem Buchstaben D bezeichnet, wie dies bereits früher der Fall war. Eine weitere passive Schicht₍die typischerweise aus dotiertem Siliziumdioxyd besteht, ist über dem Aufbau gemäß Figur 6 angeordnet, jedoch der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden.

Ein Teil von Figur 6 ist in Figur 7 für einen Feldeffekttransistor vom Typ MOSFET erneut dargestellt worden» Hierbei werden die gleichen Bezugsziffern wie in Figur 6 benutzte Kontaktdurchbrüche durch -"die isolierende Schicht, die zwischen den Quellen=· und Senken-Verbindungseinrichtungen und dem Körper aus Halbleitermaterial angeordnet sind,dienen der elektrischen Kontaktbildung mit den Quellen- und Senkenbereichen unterhalb dieser Verbindungseinrichtungea 12 und 15, wie dies aus Figur 7 ersichtlich ist. Diese Kontaktdurchbrüche sind in Figur 7 hinsichtlich der Quellen mit der Bezugsziffer 11 und hinsichtlich der Senken mit der Beaugeziffer 14 bezeichnet.

Ein Querschnitt entsprechend der Schnittlinie 18 in Figur 7 ist in Figur 8 dargestellt. In Figur 8 sind erneut die gleichen Bezugsziffern wie in den Figuren 6 und 7 verwendet worden» Eiae passive Schicht 20 aus Phoepfaat-Silikat-Glas ist gegenüber den Figuren 6 und 7 In Figur 8 zusätzlich hinzugefügt worden» Ein SiII-zlumdloxyd-Ieolierbereich 19 schützt die Steuerelektrode «ad trennt dleee von der Haupt-Oberfläche des Körpers aus Halbleitermaterial. 9 0 9829/0887

Der dem dreieckförmigen Oberflächenteil 13 zugeordnete Senkenbereich vom n-Leitfähigkeitstyp wird typischerweise durch eine Phosphordotierung mittels Diffusion oder Tmplantierung in dem Halbleitermaterialkörper 21 hergestellt, wobei die Dotierung

18 3 eine Konzentration von ungefähr 10 Atomen/cm erreicht. Der" dem dreieckförmigen Oberflächenteil 10 zugeordnete Quellenbereich wird in gleicher Weise hergestellt. Der Körper aus Halbleitermaterial außerhalb der Quellen- und Senkenbereiche weist typischerweise den p-Leitfähigkeitstyp auf, die durch eine Dotierung mit Boratomen erzielt wird, wobei die Konzentration ungefähr 2 χ 1O Atome/cm beträgt. Ein typischer Abstand zwischen den Quellen- und Senkenber eichenbeträgt 7,5 pm. Ein typischer Trennabstand zwischen dem Körper 21 aus Halbleitermaterial und der darüberliegenden Steuerelektrode kann mit etwa 1000 A angegeben werden.

Eine MOS-Halbleiteranordnung kann gegenüber der in Figur 8 dargestellten Weise etwas unterschiedlich aufgebaut werden, in dem die Steuerelektrode 16 in der dargestellten Weise verbleibt, der Quellenbereich 10 und der Senkenbereich 13 jedoch durch eine dotierte Polysiliziumablagerung auf der Haupt-Oberfläche des Körpers aus Halbleitermaterial in unmittelbarer Nachbarschaft der Steuerelektrode gebildet werden. In diesem Fall werden in dem Körper aus Halbleitermaterial keine dotierte Bereiche gebildet, die als Quellen- und Senkenbereiche dienen.

Figur 9 zeigt eine JFET-Konfiguration entsprechend den Figuren 6 und 7, wobei wiederum für gleiche oder ähnliche Teile der Struktur die gleichen Bezugeziffern verwendet werden. Nun weist jedoch der Körper 21 aus Halbleitermaterial eine epitaxiale Siliziumschicht vom n-Leitfähigkeitatyp auf, die mit 10¹⁵ Phosphoratomen/cm dotiert ist und die auf einem Siliziumsubstrat

14 3

22 liegt, das mit 5 χ 10 Boratomen/cm dotiert ist und den p-Leitfähigkeitstyp aufweist. Die Schicht 21 enthält die Quellen- und Senkenbereiche, welche dreieckförmige Oberflächenteile an der Haupt-Oberfläche bilden. Diese Quellen- und Senkenbereiche

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23U151

umgeben teilweise den Steuerelektrodenbereich 16, wobei sie an. diesen angrenzen. Der Steuerelektrodenbereich 16 wird durch eine Dotierung
gebildet.

18 3 Dotierung mit Bor in einer Konzentration von 10 Atomen/cm

Eine weitere Schicht 23 aus Metall ist in Figur 9 in gestrichelten Linien als eine elektrische Steuerelektrodenverbindung mit der Oberfläche des Steuerelektrodenbereiches 16 dargestellt und befindet sich im Ohm'sehen Kontakt mit der Oberfläche des Bereiches 16. Diese Metallschicht 23 kann benutzt werden, um den Steuerelektrodenwiderstand zu reduzieren. Benutzt man den Steuerelektrodenbereich in dem Halbleiterkörper als einzige Steuerelektroden-Verbindungseinrichtung, so liegt der Widerstand wesentlich höher. Elimiert man den als Steuerelektrode in der Schicht 21 wirkenden Bereich, so kann die Metallschicht 23 in gleichrichtendem Kontakt mit der Schicht 21 den Steuerelektrodenbereich 16 definieren, wobei die Anordnung als Schottky-Sperrschicht-Feldeffekttransistor arbeitet.

Verwirklicht man üie Konfigurationen gemäß den Figuren 3B und 3C, so ergeben sich in etwa die gleichen Querschnitte wie sie in den Figuren 8 und 9 dargestellt sind. Dies bedeutet, daß das Herstellungsverfahren beim übergang von einer geometrischen Anordnung gemäß Figur 3A auf Anordnungen gemäß den Figuren 3B und 3C keine wesentliche Änderung erfährt.

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23Ü1512

Wie vorstehend aufgezeigt,soll ein Feldeffekttransistor nicht nur in eingeschalteten Zustand einen niedrigen Kanalwideretand aufweisen, sondern ebenfalls in der Lage sein, einer beträchtlichen Spannung zwischen der wirksamen Senke und der wirksamen Quelle (Durchstanζspannung) und zwischen der wirksamen Senke und dem Substrat (Durchbruchspannung)zu widerstehen, falls die Halbleiteranordnung sich im ausgeschalteten Zustand befindet. Dies trifft besonders für Feldeffekttransistoren zu, die als Schalter oder Steuerglieder in Leistungsschaltkreisen mit beträchtlichen Spannungen benutzt werden.

Zur Erzielung einer beträchtlichen Durchstan ζspannung könnte man natürlich die wirksame Kanallänge der Anordnung erhöhen. Diese Maßnahme besitzt jedoch wesentliche Nachteile Im Hinblick auf den Kanalwiderstand im eingeschalteten Zustand und die Schaltgeschwindigkeit, wie dies eingangs erläutert wurde. Durch diese Maßnahme wird ferner die Durchbruchspannung über dem pn-übergang zwischen Senke und Substrat nur unwesentlich verbessert. Diese Durchbruchspannung wird durch den Dotierungspegel innerhalb der Quellen- und Senkenbereiche teilweise beeinflußt, wodurch der Beitrag des unbeweglichen elektrischen Ladungsfeldes zum Durchbruch festgelegt wird, und sie wird weiterhin durch die sich ergebende geometrische Form dieser Bereiche beeinflußt, wobei der Verlauf der geometrischen Form bedeutend das effektive elektrische Feld für ein vorgegebenes Potential erhöhen und hierdurch den Beginn des Durchbruchs beschleunigen kann.

Ferner kann der Steuerelektrodenbereich beträchtlich die Durchstanz- und Durchbruchspannungen in ihren Werten gegenüber Werten modifizieren, die bei Abwesenheit dieses Steuerelektrodenbereiches vorhanden wären. Diese Modifikationen sind auf derartige Phänomenej wie eine heiße Ladungsinjektion in die Isolierschichten der Steuerelektrode, die Konzentration der Oberflächen feldlinien durch die leitende Steuerelektrode, eine annormale Oberflächenleitfähigkeit unter der Steuerelektrode, usw. zurückzuführen.

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2301612

Figur 10 zeigt eine MOS-Feldeffekttransistoranordnung zur Herabminderung der Probleme hinsichtlich der Durchstanzspannung und der Durchbruchepannung. Die Anordnung gemäß Figur 10 repräsentiert den Querschnitt entweder eines einzigen MOS-Feldeffekttransistors oder einer Feldeffektanordnung mit mehreren Quellen und Steuerelektroden. Im letzteren Fall stellt somit Figur 10 eine etwas breitere Querschnittsversion des Querschnittes 18 in Figur 7 dar. Die passive Schicht 20 ist in Figur 10 ebenso wie in den Figuren 8 und 9 hinzugefügt worden, wobei die beiden letztgenannten Figuren ebenfalls Querschnitte aus Figur 7 darstellen.

In Figur 10 werden jedoch die Quellen- und Senkenbereiche, die zu den dreleckförmigen Oberteilen 10 und 13 führen, nicht mehr länger in dem Körper aus Halbmaterial bildet, sondern sie werden auf der Haupt-Oberfläche des Körpers aus Halbleitermaterial durch Ablagerungen von dotierten Polysisllizium gebildet.

Der Siliziumkörper 21 ist vom p-Leitfähigkeitstyp, wobei er durch Boratomen in einer Konzentration von ungefähr 2 χ 10 Atomen/cm dotiert ist. Ein Durchbruchspannung-Einstellbereich 21 * mit höherer . Bordotierung in der Haupt-Oberfläche des Siliziumkörpers 21, typischerweise mit einer Dotierung von 2 χ 10 Atomen/cm , kann in üblicher Weise durch Inplantierung vorgesehen werden, um die Schwellwertspannung des sich ergebenden Feldeffekttransistors einzustellen. Dieser Bereich kann ebenfalls in einigen der zuvor erläuterten Anordnungen vorgesehen werden. Die Quellen- und Senkenbereiche aus Polysilizium, die zu den dreieckförmigen Oberflächenteilen 10 und 13 führen, sind vom n-Leitfähigkeitstyp infolge

1 8

einer Dotierung mit Phosphor in einer Konzentration von 10 Atomen/cm . Die Steuerelektrode 16 kann erneut aus dotiertem Polysilizium oder aus Metall bestehen. Die dotierten Polysilizium-Senken- und Quellenbereiche weisen typischerweise eine Dicke von 0,3 bis 0,4 um auf und sind etwa 4 pm voneinander getrennt. Die geneigten Teile dieser Bereiche erstrecken sich mindestens 1 pn längs der Oberfläche der Halbleiterschicht 21, vorzugsweise beträgt ihr· LängserStreckung 2 pm. Die Siliziumdioxydschicht 19 besitzt eine typische Stärke von etwa 100OA . Andere Parameter

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sind ein möglicher Gegenstand von nachstehend erläuterten Kriterien.

Natürlich, kann der Querschnitt gemäß Figur 10 ebenfalls eine diskrete Feldeffekttransistoranordnung oder eine Anordnung in einem monolitisch integrierten Schaltkreis mit anderen Transistoren oder Arten von Transistoren darstellen. Diese Anordnung kann ebenfalls in Zusammenhang mit dem Entwurf gemäß den Figuren 1, 2,3B oder 3C in einem monolitisch integrierten Schaltkreis sowie im Zusammenhang mit der Auslegung gemäß den Figuren 3A, 6 und 7 verwendet werden.

Im ausgeschalteten Zustand führte eine beträchtliche positive Spannung, d.h. eine UmkehrSperrspannung, im Senkenbereich 13 zu Entleerungsbereichen, die durch gestrichelte Linien in Figur 10 angedeutet sind. Eine kleinere Umkehr-Vorspannung führt zu einem Entleerungsbereich gemäß den langgestrichelten Linien in Figur 10 und eine größere Umkehr-Vorspannung führt zu dem größeren Entleerung sbereich gemäß den kurz gestrichelten Linien. Durch den Aufbau gemäß Figur 10 wird zunächst die minimale Spannung erhöht, die zu dem Durchbruch zwischen den Entleerungsbereichen um den Senkenbereich 13 und den Quellenbereich 10 führt, was auf die Vermischung dieser Entleerungsbereiche zurückzuführen ist. Der Grund hierfür bildet die abrupte Kante des dotierten Polysilizium-Senkenbereiches 13 an der dem Kanal benachbarten Endkante, die bewirkt, daß der

der Teil des Entleerungsbereiches inVHalbleitermaterialschicht 21 im wesentlichen an dieser Kante beginnt und daß eine gleiche unbewegliche Ladung auf beiden Seiten des metallurgischen Überganges in dem Entleerungsbereich aufrechterhalten wird.

Dieses Erfordernis nach der Aufrechterhaltung einer gleichen Ladung und die relativ lange Erstreckung des relativ stark dotierten Quellbereiches 13 bedeutet ebenfalls eine vergrößerte Erstreckung des Entleerungsbereiches bei erhöhter Umkehr-Vorspannung, wobei die Vergrößerung des Entleerungsbereiches in der Hauptsache senkrecht zu der Oberfläche der Halbleitermaterialschicht 21 und nur wenig parallel zu dieser erfolgt. Dies bedeutet, daß jede Vergrößerung des Entleerungsbereiches senkrecht zu der Oberfläche der

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Halbleitermaterialschicht 21 eine um soviel größere unbewegliche Ladung zum Ausgleich der hinzugefügten unbeweglichen Ladung in dem Entleerungsbereich des Senkenbereiches 13 aufweist, daß ein geringfügiges weiteres Anwachsen des Entleerungsbereiches parallel zu der Oberfläche der Schicht 21 erforderlich ist. Ferner tritt die Vergrößerung des Entleerungsbereiches im Senkenbereich 13 in einem Teil dessselben relativ entfernt von der Grenze auf, was auf die geneigte Kante dieses Bereiches zurückzuführen ist. Der Quellenbereich 10 weist üblicherweise einen ähnlichen Aufbau auf.

Bei Benutzung des Aufbaues gemäß Figur 10 gibt es nicht nur eine Verbesserung hinsichtlich der minimalen Durchstanzspannung, sondern ebenfalls eine Verbesserung in der Durchbruchsspannung des pn-Uberganges zwischen dem dotierten Polysilizium-Senkenbereich und dem Halbleitermaterialkörper 21, der als Substrat dient. Diese Verbesserung in der Durchbruchspannung hängt direkt von der Länge und der Dicke, d.h. von der Neigung, der geneigten Kante des Senkenbereiches 13 ab, wie dies in Figur 10 dargestellt ist. Wenn die Endkante des Senkenbereiches 13 eine ebene Grenze senkrecht zu der Oberfläche der'Halbleitermaterialschicht 21 bildet, so gibt es einen relativ scharfen Winkel im Entleerungs-Grenzbereich an der Stelle, wo die dotierte Polysiliziumablagerung des Senkenbereiches 13 auf diese Oberfläche auftrifft aufgrund der - wenn auch geringen - Erstreckung des Entleerungsbereiches innerhalb der Schicht 21 parallel zu dieser Oberfläche. Eine solche abrupte geometrische Änderung in dem Entleerungsbereich führt zu einem relativ hohen Gradienten der über dem Entleerungsbereich abfallenden Spannung an der Stelle der scharfen Änderung, was ein relativ hohes elektrisches Feld an dieser Stelle für eine vorgegebene Spannung bedeutet und was zu einer relativ geringen Durchbruchsspannung führt. Andererseits führt ein Quellenbereich 13 mit geneigter Endkante nicht zu einem scharfen Winkel in der Entleerungsbereichsgrenze, sodaß sich keine wesentlichen Gradienten ergeben. Die Durchbruchspannung ist somit nur wenig von der verschieden, die sich bei einem ebenen übergang ergibt.

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Ein weiterer Vorteil des Aufbaus gemäß Figur 10 liegt darin, daß die Kante des Entleerungsbereiches im Senkenbereich 13 unterhalb wirksamer Teile der Steuerelektrode 16 bei großen Umkehr-Vorspannungen des Senkenbereiches 13 hervortritt. Dies führt zu höheren Ourchbruchspannungen durch Eliminierung oder Reduzierung einiger der zuvox^beschriebenen Probleme im Zusammenhang mit den durch die Steuerelektrode modifizierten Durchbruchspannungen. Dotierungsverteilungen in der Polysiliziumablagerung des Quellenbereiches 13 und der Halbleitermaterialschicht 21, das Ausmaß des geneigten Teiles des Quellenbereiches 13 unter wirksamen Teilen der leitenden Steuerelektrode 16 und die Dicke der Steuerelektroden-Isolierschicht 19 sollten somit so gewählt werden, daß sich der Senken-Entleerungsbereich über jene Teile des Senkenbereiches 13 unter den wirksamen Teilen der leitfähigen Steuerelektrode 16 erstreckt, bevor ein Durchbruch auftritt.

Der Aufbau gemäß Figur 10 gestattet die Verwendung irgendeiner

kristallographischen Ebene als einer Haupt-Oberfläche des Halbleiterkörpers 21, sodaß eine hohe Trägerbeweglichkeit bei dieser speziellen kfistallographifischen Ausrichtung erhalten wird. Dies steht im Gegensatz zu V-MOS-Anordnungen, bei denen die Notwendigkeit des Ätzens einer V-Nut die verwendbaren kristallographif ischen Ausrichtungen begrenzt, wodurch kristallographische Ausrichtungen für den Kanal erhalten werden, die eine geringere Trägerbeweglichkeit und somit einen höheren Wiederstand im eingeschalteten Zustand und eine längere Schaltzeit mit sich bringen,

Der Aufbau gemäß Figur 10 kann durch Verwendung eines einfachen Verfahrens erhalten werden, das keine Hochtemperaturschritte erfordert, da keine Diffusionen benötigt werden. Das heißt, das dotierte Polysilizium kann durch einen Verdampfungsprozess abgelagert werden, ohne daß hohe Temperaturen erforderlich sind. Es sind keine weiteren dotierten Bereiche in oder auf dem bereits dotierten Halbleitermaterial 21 vorzusehen.

Die Querschnitt« für die Figuren 8, 9 und 10 sind in etwa die gleichen, wenn diese in den Figuren 3B und 3C genommen werden. Dies bedeutet, daß die veränderte geometrische Anordnung der

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Figuren 3B bzw. 3C gegenüber Figur 3A keine wesentliche Änderung hinsichtlich des Herstellungsverfahrens mit sich bringt.

Der Aufbau gemäß Fig. 10 erfordert eine geneigte Endkante des dotierten Quellenbereiches 10 und des dotierten Senkenbereiches 13 aus Polysilicium, wobei sich die geneigte Endkante über 1 μπι, vorzugsweise 2 μπι,

über das Substrat erstreckt. Bei einigen Herstellungsverfahren können bei der Bildung dieser Kante Schwierigkeiten auftreten. Fig. 11 zeigt andererseits eine alternative MOS-Feldeffekttransistoranordnung, durch die ebenfalls hohe Werte für die Durchstanz- und Durchbruchspannungen erzielt werden. Der Aufbau gemäß Fig. 11 zeigt erneut einen Querschnitt entweder eines individuellen MOS-Feldeffekttransistors oder einen Teil einer MOS-Feldeffekttransistoranordnung mit verschiedenen Quellen- und Senkenbereichen. Fig. 11 zeigt somit wiederum einen erweiterten Querschnitt 18 in Fig. 7, wobei eine passive'Schicht hinzugefügt wurde. In gleicher Weise kann Fig. 11 einen Querschnitt einer Anordnung darstellen, wie sie durch die Figuren 2 bzw. 3B oder 3C veranschaulicht ist, wobei Senken- und Quellen-Verbindungseinrichtungen und eine passive Schicht in diesen Figuren hinzugefügt wurden.

Die MOS-Feldef fekttransistoranordnung gemäß Fig. 11 v/eist im Gegensatz zu dem Aufbau gemäß Fig. 10 einen Quellenbereich 10 und einen Senkenbereich 13 auf, die in dem Körper 21 aus Halbleitermaterial gebildet worden sind. Die Dotierungspegel in den Bereichen 10 und 13 sind jedoch extrem niedrig gewählt worden, so daß im ausgeschalteten Zustand des MOS-Feldeffekttransistors bei einer großen Umkehr-Vorspannung an dem pn-Senken/Substrat-übergang der Senkenbereich 13 vollständig von Ladungsträgern entleert ist, bevor ein Avalanche-Durchbruch dieses pn-Senken/Substrat-Überganges auftritt. Das Anlegen einer Umkehr-Vorspannung bedeutet in Fig. 11„ daß der Senkenbereich 13 positiv im Hinblick auf das Substrat,

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d. h. gegenüber einem anderen Teil des Körpers 21 aus Halbleitermaterial ist. Infolgedessen erstreckt sich der Entleerungsbereich im Senkenbereich um den Senken/Substrat-Übergang bei einer ausreichenden Umkehr-Vorspannung in die Senken-Verbindungseinrichtung 15. Ein gleiches Ergebnis wird hinsichtlich des Quellenbereiches 10 erzielt.

Stellt man sicher, daß der Quellenbereich 10 und der Senkenbereich 13 jeweils nicht genügend Verunreinigungsdotierung enthalten, um ein kritisches elektrisches Feld vor der vollständigen Entleerung durch eine Umkehr-Vorspannung zu erreichen, so werden die Durchbrucheigenschaften im wesentlichen durch einen Entleerungsbereich, der sich über einen relativ langen Weg über die beteiligte metallurgische Trennstelle erstreckt und durch die Bedingungen festgelegt, die auf Grund der elektrischen Kontakteinrichtung mit diesen Bereichen vorliegen. Diese Situation hindert in einem wesentlichen Ausmaß die Steuerelektrode 16 an einer Beeinflussung des Durchbruchs und begrenzt die seitliche Ausdehnung des Entleerungsbereiches auf der Substratseite der metallurgischen Verbindung.

Um sicherzustellen, daß diese Bedingungen vorliegen, benutzt der Aufbau gemäß Fig. 11 eine hochdotierte Polysilicium-Quellen-Verbindungseinrichtung 12 und eine hochdotierte Polysilicium-Senken-Verbindungseinrichtung 15. Eine Bildung der Verbindungseinrichtungen bzw. der elektrischen Kontakte in Schritten nach der Bildung der Bereiche 10 und 13 führt ebenfalls zu einer leichten Diffusion in die Bereiche 10 und 13, was durch entsprechende Bereiche unterhalb der Schnittstelle zwischen dem Körper 21 aus Halbleitermaterial und diesen Verbindungseinrichtungen dargestellt ist. Diese Diffusion ist sehr flach und beträgt ungefähr 0,1 μΐη oder weniger, wobei sie keinen bedeutenden Einfluß auf das Verhalten der Bereiche 10 und 13 bei angelegter Umkehr-Vorspannung besitzt.

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Die Quellen- und Senken-Verbindungseinrichtungen 12 und 15 aus dotiertem Polysilicium vom n-Leitfähigkeitstyp weisen eine Dotierung mit Phosphoratomen in einer Konzentration von 10¹⁸ bis 10¹ Atomen/cm³ auf. Der Phosphor-Dotierungspegel in den Quellen- und Senkenbereichen 10 und 13 vom n-Leitfähigkeitstyp in dem Körper 21 aus Halbleitermaterial weist eine ungefähre Konzentration in der Größenordnung von 0,1 bis 4 χ 10' Atomen/cm³ auf. Diese Dotierung wird durch einen Ionen-Implantationsschritt erzielt, der nachstehend erläutert wird und bei dem eine sorgfältig kontrollierte Dosierung verwendet wird. Der hohe Dotierungspegel der dotierten elektrischen Polysilicium-Kontakte erstens und der niedrige Dotierungspegel der Quellen- und Senkenbereiche zweitens führt zu der Ausweitung der Kontakt-Entleerungsbereiche auf der elektrischen Kontaktseite der pn-übergänge um die Quellen- und Senkenbereiche in die Quellen- und Senken-Verbindungseinrichtungen, wodurch die Umkehr-Vorspannung an diesen pn-übergängen erhöht werden kann. Der Körper 21 aus Halbleitermaterial weist einen p-Leitfähigkeitstyp auf, was durch eine Dotierung mit Boratomen in dem Siliciummaterial in einer Konzentration von weniger als ungefähr 5 χ 10^ Atomen/cm³ erzielt wird.

Ein Schwellwertspannung-Einstellbereich 21', ebenfalls vom p-Leitfähigkeitstyp, kann in unmittelbare Nachbarschaft zu der Haupt-Oberfläche des Körpers 21 aus Halbleitermaterial wahlweise vorgesehen werden. Dieser Bereich ist durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in Fig. 11 gekennzeichnet. Wenn dieser Bereich vorgesehen ist, um die Schwellwertspannung des MOS-Feldeffekttransistors einzustellen, so wird dieser Bereich gewöhnlich durch Implantierung von Boratomen mit einer typischen Konzentration von ungefähr 2 χ 10¹⁶ Atomen/cm³ gebildet. Die Tiefe des Schwellwert-Einstellbereiches 21■ unter der Haupt-Oberfläche des Körpers 21 kann kleiner, gleich oder größer als die Tiefe des Quellen- und Senkenbereiches 10 und 13 sein; er kann jedoch nicht so tief sein, daß ein Entleerungsbereich um

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einen umgekehrt vorgespannten Senkenbereich vor dem Durchbruch, beispielsweise nicht unter den Bereich 21' greift.

Die Auswirkungen einer wachsenden Umkehr-Vorspannung an dem pn-Senken/Substrat-Übergang, d. h. eine wachsende positive Spannung an der Senken-Verbindungseinrichtung 15 in Fig. 11 gegenüber dem Substrat, ist durch gestrichelte Linien in dieser Figur dargestellt. Für geringe Umkehr-Vorspannungen stellen ein Paar langgestrichelter Linien zu beiden Seiten des metallurgischen pn-überganges zwischen dem Senkenbereich 13 und dem Rest des Körpers 21 aus Halbleitermaterial die Grenzen des Entleerungsbereiches in diesem Zustand dar. Das heißt, der Entleerungsbereich tritt gänzlich innerhalb des Körpers 21 aus Halbleitermaterial auf.

Da die unbewegliche Ladung innerhalb der Entleerungsbereiche zu beiden Seiten des metallurgischen Senken/Substrat-Überganges gleich sein muß, erstreckt sich der Entleerungsbereich um den gebogenen Teil des pn-überganges weniger weit in den Kanalbereich des Körpers 21 aus Halbleitermaterial als dies im Senkenbereich 13 der Fall ist. Dies ist deswegen so, weil durch das Zurückwandern der Entleerungsbereichsgrenzen von dem pn-übergang bei anwachsender Umkehr-Vorspannung sehr viel schneller zusätzliche unbewegliche Ladungen in dem Entleerungsbereich auf der Seite des Halbleiterkörpers 21 des pn-Uberganges gegenüber dem Senkenbereich 13 umfaßt werden, was auf den größeren Biegungsradius der Entleerungsbereichsgrenze auf der Seite des Halbleiterkörpers gegenüber dem Radius auf der Seite der Senke zurückzuführen ist. Der Entleerungsbereich erstreckt sich somit nicht so schnell in den Kanalbereich und die minimale Durchstanzspannung wird erhöht.

Bei einer höheren Umkehr-Vorspannung an der Senken-Verbindungseinrichtung 15 ergeben sich die kurz gestrichelten Linien in Fig. 11. Die Entleerungsbereichsgrenze auf der Seite des Senkenbereiches 13 des metallurgischen pn-überganges ist nunmehr

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in die dotierte Polysilicium-Verbindungseinrichtung 15 zurückgewandert. Erneut hat sich eine relativ geringe Verschiebung der Entleerungsbereichsgrenze auf der Substratseite des pn-überganges in den Kanal ergeben, da das Anwachsen des Entleerungsbereiches auf der Substratseite in die Tiefe des Substratkörpers erfolgte. Dies beruht auf der Tatsache, daß geringfügig mehr unbewegliche Ladung durch die anwachsende Umkehr-Vorspannung in der Senken-Verbindungseinrichtung 15 in der Richtung parallel zu der Haupt-Oberfläche des Körpers 21 aus Halbleitermaterial abgedeckt wird. Es wird keine weitere unbewegliche Ladung in dem Bereich 13 abgedeckt, da dieser vollständig entleert ist. Um demzufolge gleiche Beträge von unbeweglicher Ladung in dem Entleerungs-

SßitGTi

bereich zu beidenVdes metallurgischen Überganges aufrechtzuerhalten, wird auf der Substratseite geringfügig mehr unbewegliche Ladung in dem Kanalbereich entlang der gleichen Richtung bei anwachsender Umkehr-Vorspannung abgedeckt.

Da dies so ist, können sehr kurze Kanallängen für die MOS-Feldeffekttransistoranordnung gemäß Fig. 11 benutzt werden, ohne daß ein Durchstanzen auftritt. Diese Verwendung kurzer Kanallängen erniedrigt in der zuvor beschriebenen Weise den Kanalwiderstand im eingeschalteten Zustand und vermindert den durch die Anordnung auf dem Körper aus Halbleitermaterial eingenommenen Oberflächenbereich.

Es ergibt sich ferner eine wesentliche Verbesserung der minimalen Durchbruchspannung, da in dem durch das Paar von kurz gestrichelten Linien in Fig. 11 dargestellten Zustand der Entleerungsbereich auf der Seite der Senke 13 des pn-überganges in die Senken-Verbindungseinrichtung 15 zurückgewandert ist. Während eine bestimmte Biegung des elektrischen Feldes bei dieser Geometrie auftritt, wird die Umkehr-Vorspannung, die an die Senken-Verbindungseinrichtung 15 angelegt wird,

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über einen wesentlich längeren Entleerungsbereich verteilt, der eine geringer konzentrierte unbewegliche Ladung auf Grund der Verwendung des leicht dotierten Senkenbereiches 13 besitzt, was zu einem geringeren elektrischen Feld für eine bestimmte Umkehr-Vorspannung führt. Mit der Grenze des Senkenteiles des Entleerungsbereiches in der Senken-Verbindungseinrichtung 15 wird ferner der Einfluß der Steuerelektrode 16 auf den Durchbruch stark reduziert. Mit dem Aufbau gemäß Fig. 11 werden somit die Durchstanz- und Durchbruchspannungen erhöht, wobei dies jedoch in einer Weise erfolgt, die die Bildung eines langen, dünnen, geneigten, dotierten Polysiliciumbereiches für die Quellen und Senken nicht erfordert.

Bei den Strukturen gemäß den Figuren 10 und 11 gestattet die Vermeidung eines wesentlichen Dotierungs-Diffusionsschrittes zur Schaffung stark dotierter Quellen- und Senkenbereiche in dem Halbleitermaterialkörper, der typischerweise vorgenommen wird, einen engeren Abstand der wirksamen Teile der leitenden Steuerelektrode mit den Kontakten der Quellen- und Senken-Verbindungseinrichtungen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß keine seitliche Diffusion der Quellen- und Senkenbereiche erforderlich ist, um die MOS-Feldeffekttransistüranordnung in der Haupt-Oberfläche des Körpers aus Halbleitermaterial unterzubringen. In Fig. 10 werden die Quellen- und Senken-Verbindungseinrichtungen durch eine Ablagerung von dotiertem PoIysilicium gebildet, und es ist keine weitere Struktur in dem Körper 21 aus Halbleitermaterial vorgesehen, die seitlich diffundieren könnte. Andererseits können in Fig. 11 die leicht dotierten Teile der Quellen- und Senkenbereiche in dem Körper 21 aus Halbleitermaterial durch eine Ionenimplantation gebildet werden, wobei eine Selbstausrichtung auf die leitende Steuerelektrode 16 erfolgt. Dies bedeutet, daß nur ein relativ kleiner Bereich in der Haupt-Oberfläche des Körpers aus Halbleitermaterial bei der Bildung einer MOS-Feldef fekttransistoranordnung benötigt wird. Dieser engere Quellen- und Senken-Kontaktabstand im Hinblick auf die Steuerelektrode, der reduzierte Abstände über der Anordnung zwischen

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den Quellen- und Senkenkontakten gestattet, hat die Tendenz, die etwas größeren Abstände zwischen der wirksamen Quelle und Senke auf der einen Seite und den wirksamen Steuerelektrodenteilen auf der anderen Seite zu verschieben, was darauf zurückzuführen ist, daß die Kontakte als effektive Quellen- und Senkenbereiche dienen.

Wegen der Wichtigkeit des richtigen Dotierungspegels sowohl in dem Quellenbereich 10, als auch in dem Senkenbereich 13 in Fig. 11, um sicherzustellen, daß die Entleerung darin vor dem Durchbruch des pn-überganges auftritt, müssen die Dotierungsanforderungen für diese Bereiche relativ genau erfüllt werden. Anstelle eines Konzentrationspegels als alleinigem Kriterium, muß die Gesamtanzahl der wirksamen Verunreinigungsatome pro Flächeneinheit gesteuert werden, die ir dem Körper aus Halbleitermaterial unter den Teilen der Haupt-Oberfläche gebildet wird, die durch die Quellen- und Senkenbereiche durchbrochen wird. Dies bedeutet, daß die Ionenimplantations-Nutzdosierung und somit das Integral der Konzentration über der Tiefe in dem Körper aus Halbleitermaterial gesteuert werden muß, so daß der Überschuß an Phosphoratomen sowohl im Senkenbereich 13, als auch im Quellenbereich 10 über die Bor-Dotierungsatome in dem Bereich 21' auf eine Dosis von weniger als ungefähr 1 χ 10 Atomen/cm² zurückzuführen ist.

Ob die geeigneten Dotierungspegel für die Quellen- und Senkenbereiche in Fig. 11 erzielt worden sind> kann festgestellt werden, indem geprüft wird, ob beispielsweise die Senkenbereiche vollständig entleert sind, wenn eine Umkehr-Vorspannung angelegt wird und die Sperrschicht nicht durchbricht. Die Umkehr-Vorspannung beträgt hierbei zwischen 25 und 35 Volt. Andererseits sollte bei einer p-Kanalanordnung der pn-Senken/Substrat-Übergang ohne Durchbruch der Sperrschicht vollständig entleert sein, wenn eine ausreichende Umkehr-Vorspannung angelegt wird. Diese bewegt sich etwa zwischen 80 und 90 Volt.

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In der Praxis ergibt sich sodann beispielsweise für die Durchbruchspannung über dem pn-Senken/Substrat-Übergang in Anordnungen, die diese Anforderungen erfüllen, ein Wert von ungefähr 200 Volt oder mehr, wobei das Substrat und die Quelle gemeinsam an Masse gelegt sind.

Bei Verwendung einer Implantationsenergie von 150 kV werden die Quellenbereiche 10 und die Senkenbereiche 13 in Fig. 11 von dem restlichen Teil des Körpers 21 aus Halbleitermaterial durch einen pn-übergang getrennt, der sich in einer Tiefe von ungefähr 1 μΐη unterhalb der Haupt-Oberfläche des Körpers 21 aus Halbleitermaterial befindet. Die Quellenbereiche 10 und die Senkenbereiche 13 sind durch einen Abstand von ungefähr 2 bis 4 um voneinander unterhalb der Steuerelektrode 16 getrennt. Die Steuerelektrode 16 kann entweder aus dotiertem Polysilicium oder aus Metall bestehen und ist von der Haupt-Oberfläche des Körpers 21 aus Halbleitermaterial durch ein Isolationsmaterial 19 getrennt, das typischerweise aus Siliciumdioxyd besteht und ungefähr 2000Ä dick ist.

Dotiertes Polysilicium stellt nicht das einzige Material dar, das in befriedigender Weise für die Herstellung der Quellen- und Senken-Verbindungseinrichtungen gemäß Fig. 11 verwendet werden kann. Ein alternatives Ausführungsbeispiel ist in Fig. 12 dargestellt, wobei die Quellen-Verbindungseinrichtung 12 und die Senken-Verbindungseinrichtung 15 durch Mehrschicht-Metallkontakte gebildet werden. Der erste dargestellte Kontakt besteht aus Platin, das in einer solchen Weise angeordnet ist, daß Platin-Silicid an der Schnittstelle zwischen dem Platin und dem sehr flachen implantierten Bereich vom η -Leitfähigkeitstyp in dem Körper 21 aus Halbleitermaterial gebildet wird. Diese Schnittstelle kann auch in dem Schwellwert-Einstellbereich 21' auftreten, falls diese vorhanden ist. Bei dieser Anordnung werden die in Fig. 12 mit η bezeichneten Bereiche durch eine Ionenimplantation geschaffen, und diese

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Bereiche sind sehr flach, wobei sie weniger als 0,1 μπι unter die Haupt-Oberfläche des Körpers 21 aus Halbleitermaterial ragen. Danach können verschiedene Schichten aus Metall auf dem Platin angeordnet werden, um die Verbindungseinrichtung in einer bekannten elektrischen Kontaktanordnung für monolithisch integrierte Schaltkreise zu bilden. Ein anderer Aufbau der Verbindungseinrichtung mit anderen Materialien kann ebenfalls benutzt werden. Beispielsweise kann ein Kontakt mit dem Silicium durch Aluminium oder durch irgendeine andere metallurgische Anordnung hergestellt werden, die zu keinem Durchschlagen durch die η -Bereiche unterhalb dieser Kontakte führt.

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Claims

HONEYWELL INC. ₁₆. Januar 1979

Honeywell Plaza 1007418 Ge

Minneapolis, Minn., USA

Halbleiteranordnung

Patentansprüche:

1,4 Halbleiteranordnung mit einem ersten Feldeffekttransistor, der eine Quelle, eine Senke, eine Steuerelektrode und ein Substrat-¹ aufweist und in der Lage ist, einer relativ hohen Spannung zwischen der Senke und dem Substrat und zwischen der Senke und der Quelle im ausgeschalteten Zustand zu widerstehen, gekennzeichnet durch einen Körper aus Halbleitermaterial mit einem ersten Leitfähigkeitstyp in wenigstens einigen Teilen eines Teiles desselben, der als Substrat dient, mit einer Haupt-Oberfläche, die von dem ersten Körperteil durchbrochen wird, um einen ersten Haupt-Oberflächenteil zu bilden, wobei der erste Körperteil eine zu dem ersten Leitfähigkeitstyp führende erste Dotierungsverteilung mit einer maximalen Konzentration von weniger als 5 χ 10' Atomen/cm-³ außer in einem Schwellwertspannung-Einstell-Oberflächenbereich aufweist, der dem ersten Haupt-Oberflächenteil benachbart ist; einen ersten Senkenbereich mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp in dem ersten Körperteil, der den ersten Haupt-Oberflächenteil durchbricht, mit einer zweiten resultierenden Dotierungsverteilung, die höher als die erste Dotierung in dem Schwellwertspannung-Einstell-Oberflächenbereich ist und

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verteilt wird, indem maximal 1 χ 10' Atome des zweiten Dotierungsmittels pro Flächeneinheit über den Durchbruch des ersten Senkenbereiches an dem ersten Haupt-Oberflächenteil zusätzlich zu jenen Dotierungsatomen zugeführt werden, die in unmittelbarer Nachbarschaft des Durchbruchs vorliegen ;

einen ersten Quellenbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem ersten Körperteil, der den ersten Haupt-Oberflächenteil durchbricht, wobei der erste Quellenbereich von dem ersten Senkenbereich entfernt in dem ersten Oberflächenteil angeordnet ist;

eine erste leitende Steuerelektrodeneinrichtung, die durch eine erste Isolierschicht mit einer ersten Dicke von dem ersten Haupt-Oberflächenteil getrennt ist und über der Isolierschicht an einer Stelle zwischen dem ersten Senken- und Quellenbereich in dem ersten Haupt-Oberflächenteil angeordnet ist;

eine Senkenbereich-Verbindungseinrichtung in elektrischem Kontakt mit dem ersten Senkenbereich; und eine Quellenbereich-Verbindungseinrichtung in elektrischem Kontakt mit dem ersten Quellenbereich.

2. Halbleiteranordnung mit einem ersten Feldeffekttransistor, der eine Quelle, eine Senke, eine Steuerelektrode und ein Substrat aufweist und in der Lage ist, einer relativ hohen Spannung zwischen der Senke und dem Substrat und zwischen der Senke und der Quelle im ausgeschalteten Zustand zu widerstehen, gekennzeichnet durch ■ einen Körper aus Halbleitermaterial mit einem ersten Leitfähigkeitstyp in wenigstens einigen Teilen eines Teiles desselben, der als Substat dient, mit einer Haupt-Oberfläche, die von dem ersten Körperteil durchbrochen wird, um einen ersten Haupt-Oberflächenteil zu bilden, wobei der erste Körperteil eine zu dem ersten Leitfähigkeitstyp führende erste Dotierungsverteilung aufweist;

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einen ersten Senkenbereich mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp in dem ersten Körperteil, der den ersten Haupt-Oberflächenteil durchbricht, mit einem ersten den ersten Senkenbereich und die restlichen Teile des ersten Körperteiles trennenden pn-Senkenübergang, wobei der erste Senkenbereich eine zu dem zweiten Leitfähigkeitstyp führende zweite Dotierung besitzt; einen ersten Quellenbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem ersten Körperteil, der den ersten Haupt-Oberflächenteil durchbricht und von dem ersten Senkenbereich in dem ersten Haupt-Oberflächenteil einen Abstand aufweist; eine erste leitende Steuerelektrodeneinrichtung, die durch eine erste Isolierschicht mit einer ersten Dicke von dem ersten Haupt-Oberflächenteil getrennt ist und über der Isolierschicht an einer Stelle zwischen dem ersten Senken- und Quellenbereich in dem ersten Haupt-Oberflächenteil angeordnet ist, wobei die Konzentrationen der ersten und zweiten Dotierungen und die Dicke der ersten Isolierschicht so gewählt sind, daß eine ümkehr-Vorspannung über dem ersten pn-Senkenübergang ausreichend groß sein kann, um einen Entleerungsbereich in dem ersten Senkenbereich zu bilden, der sich vollständig über den ersten Senkenbereich erstreckt, ohne daß ein Durchbruch über dem ersten pn-Senkenübergang auftritt; eine Senkenbereich-Verbindungseinrichtung in elektrischem Kontakt mit dem ersten Senkenbereich; und eine Quellenbereich-Verbindungseinrichtung in elektrischem Kontakt mit dem ersten Quellenbereich·

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Senkenbereich-Verbindungseinrichtung und die Quellenbereich-Verbindungseinrichtung jeweils aus stark dotiertem polykristallinem Silicium und der Körper aus Halbleitermaterial aus dotiertem Silicium bestehen.

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4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Senkenbereich-Verbindungseinrichtung und die Quellenbereich-Verbindungseinrichtung jeweils eine Schicht aus Platin zur Herstellung des elektrischen Kontaktes mit den ersten Senken- und Quellenbereichen über ein Platin/Silicium-Material aufweisen.

5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Quellenbereich eine dritte zu dem zweiten Leitfähigkeitstyp führende Dotierungsverteilung aufweist, welche im wesentlichen identisch mit der zweiten Dotierungsverteilung ist.

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein weiterer Transistor angeordnet ist.

7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet ferner durch: Eine erste' Gruppe von Bereichen eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die ausgewählte erste Senken- und Quellenbereiche umfassen, die in dem Körper aus Halbleitermaterial in einer solchen Weise angeordnet sind, daß sie den ersten Haupt-Oberflächenteil in einer ersten Gruppe von dreieckförmigen Oberflächenteilen durchbrechen, die in dem ersten Haupt-Oberflächenteil vollständig voneinander und durch ein erstes Oberflächengitter, das durch andere Teile des ersten Körperteiles gebildet wird, zumindest teilweise voneinander getrennt sind, wobei jeder dreieckförmige Oberflächenteil der ersten Gruppe als Grenzen dienende Kanten aufweist und eine Außenkante jeweils einer Kante in jedem anderen dreieckförmigen Oberflächenteil parallel ist, und wobei die erste Gruppe dreieckförmiger Oberflächenteile längs einer ersten Richtung in dem ersten Haupt-Oberflächenteil so angeordnet ist, daß jede Außenkante in jedem dreieckförmigen Oberflächenteil der ersten Gruppe im wesentlichen parallel zu der ersten Richtung ist; und

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eine zweite Gruppe von Bereichen des zweiten Leitfähigkeitstyps, die in dem Körper aus Halbleitermaterial in einer solchen Weise angeordnet sind, daß sie den ersten Haupt-Oberflächenteil in einer zweiten Gruppe dreieckförmiger Oberflächenteile durchbrechen, die in dem ersten Haupt-Oberflächenteil vollständig voneinander und durch ein zweites Oberflächengitter, das durch andere Teile des Körpers aus Halbleitermaterial gebildet wird, zumindest teilweise voneinander getrennt sind, wobei jeder dreieckförmige Oberflächenteil der zweiten Gruppe als Grenzen dienende Kanten aufweist und eine Außenkante jeweils einer Kante in jedem anderen dreieckförmigen Oberflächenteil der zweiten Gruppe von dreieckförmigen Oberflächenteilen parallel ist und wobei die zweite Gruppe dreieckförmiger Oberflächenteile entlang der ersten Richtung so angeordnet ist, daß jede Außenkante in jedem dreieckförmigen Oberflächenteil in der zweiten Gruppe im wesentlichen parallel zu der ersten Richtung ist, so daß die ersten und zweiten dreieckförmigen Oberflächenteile benachbart zueinander sind aber in dem ersten Haupt-Oberflächenteil durch TeLe des ersten und zweiten Oberflächengitters getrennt voneinander angeordnet sind, wobei eine Außenkante jedes dreieckförmigen Oberflächenteiles der ersten Gruppe über den Abstand gerade einer Außenkante eines dreieckförmigen Oberflächenteiles in der zweiten Gruppe benachbart ist.

8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet ferner durch eine Gruppe von ausgewählte Quellen- und Senkenbereiche einschließende Bereiche, die in dem Körper aus Halbleitermaterial in einer solchen Weise angeordnet sind, daß jeder den ersten Haupt-Oberflächenteil in einem dreieckförmigen Oberflächenteil durchbricht, wobei alle dreieckförmigen Oberflächenteile in dem ersten Haupt-Oberflächenteil voneinander getrennt sind und dazwischen, eine durch andere Teile des ersten Körperteiles gebildete Trennoberfläche angeordnet ist, und wobei die Trennoberfläche so zugeordnet

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ist, daß sie insgesamt als einem der dreieckförmigen Oberflächenteile in solcher Weise zugeordnet angesehen werden kann, daß den zugeordneten dreieckförmigen Oberflächenteil enthaltende erweiterte dreieckförmige Oberflächenteile gebildet werden, die in Bezug aufeinander in einer solchen Weise angeordnet sind, daß die zugeordneten erweiterten dreieckförmigen Oberflächenteile eine dicht gepackte hexagonale Matrix bilden.

9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet ferner durch

eine Gitteroberfläche innerhalb des ersten Haupt-Oberflächenteiles, wobei wenigstens ein Teil der Gitteroberfläche ein Verbindungsnetzwerk in einem Gittermuster dreieckförmiger Durchbrüche bildet; und

eine Gruppe von Bereichen, die ausgewählte erste Quellen- und Senkenbereiche umfassen, von denen jeder eine vollständig in einer der dreieckförmigen Durchbrüche enthaltene Oberfläche,aufweist.

10. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet ferner durch:

Eine erste Gruppe von Bereichen eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die ausgewählte erste Senken- und Quellenbereiche umfassen, die in dem Körper aus Halbleitermaterial in einer solchen Weise angeordnet sind, daß sie den ersten Haupt-Oberflächenteil in einer ersten Gruppe von viereckigen Oberflächenteilen durchbrechen, die in dem ersten Haupt-Oberflächenteil vollständig voneinander und durch ein erstes Oberflächengitter, das durch andere Teile des ersten Körperteiles gebildet wird, zumindest teilweise voneinander getrennt sind, wobei jeder viereckige Oberflächenteil der ersten Gruppe als Grenzen dienende Kanten aufweist und eine Außenkante jeweils einer Kante in jedem anderen viereckigen Oberflächenteil parallel ist und wobei die erste Gruppe viereckiger Oberflächenteile längs einer ersten Richtung

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in dem ersten Haupt-Oberflächenteil so angeordnet ist, daß jede Außenkante in jedem viereckigen Oberflächenteil der ersten Gruppe im wesentlichen parallel zu der ersten Richtung ist; und

eine zweite Gruppe von Bereichen des zweiten Leitfähigkeitstyps, die in dem Körper aus Halbleitermaterial in einer solchen Weise angeordnet sind, daß sie den ersten Haupt-Oberflächenteil in einer zweiten Gruppe viereckiger Oberflächenteile durchbrechen, die in dem ersten Haupt-Oberflächenteil vollständig voneinander und durch ein zweites Oberflächengitter, das durch andere Teile des Körpers aus Halbleitermaterial gebildet wird, zumindest teilweise voneinander getrennt sind, wobei jeder viereckige Oberflächenteil der zweiten Gruppe als Grenzen dienende Kanten aufweist und eine Außenkante jeweils einer Kante in jedem anderen viereckigen Oberflächenteil der zweiten Gruppe von viereckigen Oberflächenteilen parallel ist, und wobei die zweite Gruppe viereckiger Oberflächenteile entlang der ersten Richtung so angeordnet ist, daß jede Außenkante in jedem viereckigen Oberflächenteil in der zweiten Gruppe im wesentlichen parallel zu der ersten Richtung ist, so daß die ersten und zweiten Gruppen viereckiger Oberflächenteile benachbart zueinander sind aber in dem ersten Haupt-Oberflächenteil durch Teile des ersten und zweiten Oberflächengitters getrennt voneinander angeordnet sind, wobei eine Außenkante jedes viereckigen Oberflächenteiles der ersten Gruppe über den Abstand gerade einer Außenkante eines viereckigen Oberflächenteiles in der zweiten Gruppe benachbart ist.

. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet ferner durch eine Gruppe von ausgewählte Quellen- und Senkenbereiche einschließende Bereiche, die in dem Körper aus Halbleitermaterial in einer solchen Weise angeordnet sind, daß jeder den ersten Haupt-Oberflächenteil in einem viereckigen Oberflächenteil durchbricht, wobei alle viereckigen Oberflächenteile in dem ersten Haupt-Oberflächenteil voneinander getrennt

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sind und dazwischen eine durch andere Teile des ersten Körperteiles gebildete Trennoberfläche angeordnet ist, und wobei die Trennoberfläche so zugeordnet ist, daß sie insgesamt als einem der viereckigen Oberflächenteile in solcher Weise zugeordnet angesehen werden kann, daß den zugeordneten viereckigen Oberflächenteil enthaltende erweiterte viereckige Oberflächenteile gebildet werden, die in Bezug aufeinander in einer solchen Weise angeordnet sind, daß die zugeordneten erweiterten viereckigen Oberflächenteile eine dicht gepackte rechteckförmige Matrix bilden.

12. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet ferner durch eine Gitteroberfläche in dem ersten Haupt-Oberflächenteil, wobei wenigstens ein Teil der Gitteroberfläche ein Verbindungsnetzwerk in einem Gittermuster viereckiger Durchbrüche bildet; und

eine Gruppe von Bereichen, die ausgewählte erste Quellen- und Senkenbereiche umfassen, von denen jeder eine vollständig in einer der viereckigen Durchbrüche enthaltene Oberfläche aufweist.

13. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die dreieckförmigen Oberflächenteile durch gleichschenkelige Dreiecke gebildet werden.

14. Halbleiteranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die viereckigen Oberflächenteile durch Quadrate gebildet werden.

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