DE2247183C3 - Verfahren zur Herstellung von Schaltungen mit wenigstens einem Feldeffekttransistor mit einer Source-, einer Drain- und einer Gateelektrode und mit mindestens einem ohmschen > Schichtwiderstand auf einem gemeinsamen Substrat - Google Patents

Description

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines n-leitenden 10 Ω · cm Siliziumsubstrats, in welches p-leitende Gebiete eindiffundiert werden, die als Source-, Drain- und als Anschlußgebiete dienen, positive Borionen implantiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der implantierten Ionen etwa 38 keV beträgt und daß die Implantationsdosis im Bereich zwischen 7x10" und 1,2 χ Kl¹² Ionen pro cm² liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines p-leitenden Siliziumsubstrats, in welches η-leitende Gebiete eindiffundiert sind, die als Source-, Drain- und als Anschlußgebiete dienen, negative Phosphorionen implantiert werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaltungen mit wenigstens einem Feldeffekttransistor mit einer Source-, einer Drain- und einer Gateelektrode und mit mindestens einem ohmschen Schichtwiderstand auf einem gemeinsamen Substrat, bei dem auf der Oberfläche des Substrates in mehreren einzelnen Verfahrensschr.tten der Feldeffekttransistor und der Widerstand hergestellt werden, wobei bei der Herstellung des Feldeffekttransistors ein Verfahrensschritt darin besteht, daß in der Kanalzone des Feldeffekttransistors eine Ionenimplantation einer vorgegebenen lonensorte vorgegebener ionenenergie und vorgegebener lonenmenge so vorgenommen wird, daß ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp entsteht und gleichzeitig die Einsalzspannung des ,o Feldeffekttransistors abgesenkt wird und wobei zur Herstellung des Widerstandes ebenfalls in einem Verfahrensschritt eine Ionenimplantation einer vorgegebenen lonensorte vorgegebener Ionenenergie und vorgegebener lonenmenge vorgenommen wird, ,c Das obiee Verfahren ist aus der Veröffentlichung »Elektronik-Praxis«. 5. !ahrg.. 1970. Heft JO^ 9 ,0, .2. 14 und lö, zur Herstellung von MOS-Schaltungen bekannt Bei diesem bekannten Verfahren wird der Widerstand durch eine Ionenimplantation hergestellt und am Feldeffekttransistor wird ebenfalls eine Implantation vorgenommen. Bei der Implantation am Transistor wird dabei dessen Gateelektrode als Dotierungsmaske benutzt. Diese Implantation am Feldeffekttransistor dient dazu, die Gate-Uberlappungskapazität zu verkleinern und damit die Schaltsdinelligkeit des Transistors zu erhohen.

Aus der US-PS 36 79 492 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors mit Hilfe einer Ionenimplantation bekannt. Auf einer Oberfläche eines dotierten Substrats aus Halbleitermaterial wird dort eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht, auf deren Oberfläche zunächst die Gateelektrode des Feldeffekttransistors hergestellt wird. Anschließend werden die Source- und Draingebiete mit Hilfe der Ionenimplantation hergestellt. Die elektrisch isolierende Schicht weist dazu in der Umgebung der Gateelektrode eine so geringe Schichtdicke auf, daß die Implantationsionen durch sie hindurch in die Oberfläche des Substrats eindringer, können. Nach Temperaturbe-Handlungen zum Ausheilen des durch die Implantationsstoffe gestörten Substratgitters wird mit Hilfe von Ätzmasken die elektrisch isolierende Schicht über den Source- und Draingebieten weggeätzt und die Oberfläche des Substrats kontaktiert.

Aus der Veröffentlichung »Applied Physics Letters«, Vol. 18,1971, Nr. 11. S. 502 und 504, ist ein Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors bekannt, bei dem ein Verfahrensschritt darin besteht, daß in der Kanalzone des Feldeffekttransistors eine lonenimplantation einer vorgegebenen lonensorte, vorgegebener Ionenenergie und vorgegebener Ionenmenge so vorgenommen wird, daß ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp entsteht und gleichzeitig die Einsatzspannung des Feldeffekttransistors abgesenkt wird. In diesem Verfahrensschritt werden dabei mittels dieser Ionenimplantation in die Kanalzone dieser Transistoren zusätzliche Ladungsträger eingebracht. Unter einem Transistor vom Anreicherungstyp wird ein Transistor verstanden, der bei einer Gatespannung von OVoIt gegenüber der Sourceelektrode im Sperrzustand ist.

Die Anforderung einer möglichst kleinen Einsatzspannung bei Transistoren vom Anreicherungstyp wird deshalb gestellt, damit die Versorgungsspannung und die Verlustleistung des Transistors niedrig gehalten werden kann.

Bei Schaltungen der eingangs genannten Art haben ohmsche Schichtwiderstände gegenüber Lastwiderständen, die aus Transistoren vom Anreicherungstyp

bestehen, den Vorteil, daß sie keine Einsatzspannung aufweisen. .

Die Durchführung einer Ionenimplantation am Feldeffekttransistor und die Durchführung einer Ionenimplantation zur Herstellung eines Schichtwiderstandes bedeutet, daß ein relativ kompilierter Verfahrensschritt doppelt ausgeführt werden muß. Eine Ionenimplantation erfordert zunächst eine Maskierung, eine Justierung der Maske, die Ionenimplantation selbst und anschließend das Entfernen der Maske.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltung der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem in technisch einfacher Weise sowohl die Einsatzspannung des Feldeffekttransistors abgesenkt wird als auch der ohmsche Schichtwiderstand hergestellt wird. Ferner soll jeder Schichtwiderstand einer Schaltung der eingangs genannten Art einen Wert besitzen, der größer ist als die Widerstr.ndswerte eines jeden der Feldeffekttransistoren in seinem Durchlaübereich und der kleiner ist als die Widerstandswerte eines jeden der Feldeffekttransistoren in seinem Sperrbereich.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ionenimplantation in der Kanalzone des Feldeffekttransistors und die Ionenimplantation zur Herstellung des Widerstandes in einem einzigen Verfahrensschritt gleichzeitig durch eine einzige Ionenimplantation einer vorgegebenen lonensorte, vorgegebener Ionenenergie und vorgegebener lonenmenge vorgenommen wird, wobei die Ionenenergie und die lonenmenge so ausgewählt werden, daß der Schichtwiderstand einen Wert besitzt, der größer ist als die Widerstandswerte des Feldeffekttransistors in seinem Durchlaßbereich und der kleiner ist als die Widerstandswerte des Feldeffekttransistors in seinenn Sperrbereich.

Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Herstellung von Schaltungen der eingangs genannten Art wesentlich einfacher ist, da jetzt nur noch ein einziger Implantationsschritt notwendig ist.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die nach ihm hergestellten Schaltungen weniger Fläche benötigen, da eine Doppelma.skierung und eine dadurch bedingte zusätzliche Justierungenauigkeit vermieden wird.

Der Erfindung liegt die neue Erkenntnis zugrunde, daß es für eine bestimmte lonensorte bei einer bestimmten Implantationsenergie einen wohldefinierten Dosisbereich gibt, in dem ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp mit niedriger Einsatzspannung und Widerstände mit hohem Schichtwiderstand durch einen einzigen Implantationsschritt auf gemeinsamem Substrat realisiert werden können.

Bevorzugte Ausführungen des Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Vorteil einer nach dem Verfahren hergestellten Schaltung der eingangs genannten Art ergibt sich daraus, daß die Einsatzspannungen der Feldeffekttransistoren bei etwa 500 mV liegen und daß die Widerstandswerte der Schichtwiderstände im Bereich von 500 V.CI to bis 1 ΜΩ liegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der Fig. 1 ist in schematischer Darstellung der Aufbau einer nach dem erliindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schaltung, die aus einem Feldeffekttransistor und einem Widerstand besteht, dargestellt.

F i g. 2 zeigt das elektrische Schaltbild einer Schaltung nach Fig. l.

Fig. 3 zeigt den Schichtwiderstand und die Einsatzspannung von p-Kanal-MOS-Transistoren in Abhängigkeit von der Implantationsdosis.

Im folgenden wird die Herstellung einer in den F i g. 1 und 2 dargestellten Schaltung eines Inverters, der aus einem Feldeffekttransistor und einem Widerstand besteht, beschrieben. In der Fig. 1 ist das Substrat, auf dem die gesamte Schaltung aufgebracht ist, mit 1 bezeichnet. Vorzugsweise besteht dieses Substrat aus n-leitendem 10 Ohm · cm Silizium. Auf dieses Substrat wird in einem Verfahrensschritt eine etwa 1 μΐη dicke Dickoxidschicht aus SiO₂ aufgebracht. In einem weiteren Verfahrensschritt werden in dieser Dickoxidschicht Bereiche, unter welchen durch Diffusion Source-, Drain- und Anschlußgebiete hergestellt werden sollen, entfernt. Das Source-Gebiet ist beispielsweise das vorzugsweise p-dotierte Gebiet 2 und das Drain-Gebiet beispielsweise das vorzugsweise ebenfalls p-dotierte Gebiet 4. Zwischen dem Source-Gebiet 2 und dem Drain-Gebiet 4 befindet sich die Kanalzone 3 des Feldeffekttransistors. Der Widerslandsbereich 5, in dem später durch Ionenimplantation der ohmsche Widerstand hergestellt werden soll, befindet sich beispielsweise zwischen dem p-dotierten Drain-Gebiet 4 und dem p-dotierten Anschlußgebiet 6. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Dickoxidschicht über der Kanalzone 3 und dem Widerstandsbereich 5, in welche Ionen implantiert werden sollen, entfernt. Gleichzeitig wird die während der Diffusion in Source-, Drain- und Anschlußgebieten entstandene SiOrSchicht entfernt. Auf die nun freiliegenden Bereiche wird eine etwa 0,12 μιη starke Dünnoxidschicht aufgebracht. In dem Bereich 33 über der Kanalzone des Feldeffekttransistors und dem Bereich 55 über dem Bereich des ohmschen Widerstandes werden nun in einem weiteren Verfahrensschritt Ionen, vorzugsweise positive Borionen, implantiert. Wegen der wesentlich höheren Dotierung der diffundierten p-Gebiete ist eine Implantation von Ionen in diese Gebiete nicht störend. Die an der fertigen Schaltung verbleibenden Dickoxidschichten sind mit dem Bezugszeichen 7 versehen.

Durch den Implantationsschritt wird durch Ionenimplantation in der Kanalzone 3 die Einsatzspannung des Feldeffekttransistors erniedrigt und gleichzeitig durch die Ionenimplantation in dem Widerstandsbereich 5 der ohmsche Widerstand hergestellt. Vorzugsweise beträgt die Dosis der Ionenimplantation 7x10" bis 1,2 χ 10¹² Ionen pro cm² und die Energie der Ionenimplantation etwa38keV.

In den beiden letzten Verfahrensschritten wird zunächst die Dünnoxidschicht an den Stellen, an denen die p-Gebiete kontaktiert werden sollen, entfernt und die Kontakte und Leiterbahnen aufgedampft.

In der F i g. 2 ist der Feldeffekttransistor des Inverters mit 22 und der Widerstand des Inverters mit 66 bezeichnet. Die Schaltungspunkte 88, 99, 100, 111 der Schaltung der F i g. 2 sind in der Schaltungsanordnung der F i g. 1 dargestellt. Dabei entspricht der Punkt 88 der Sourceelektrode 8, der Punkt 99 der Gateelektrode 9, der Punkt 100 der Drainelektrode 10 des Feldeffekttransistors. Der Punkt 100 in dem nach der Fig.2 der Drainanschluß des Feldeffekttransistors 22 und das eine Ende des Widerstandes 66 zusammengeschaltet sind, entspricht in der F i g. i der Elektrode 10. Der Punkt ti 1 der F i g. 2 entspricht der Elektrode 11 der F i g. 1.

Bei der Herstellung der oben beschriebenen Schaltung betrug die Einsatzspannung der Feldeffekttransi-

stören bei einer Dosis von 10¹² Ionen/cm² und einer Energie von 38 keV der Ionenimplantation etwa 500 mV. Die Kanallänge der Feldeffekttransistoren betrug etwa 8 μηι, in der F i g. 1 ist diese Länge durch die mit 31 bezeichnete Linie dargestellt. Die Kanalweite, das ist die Ausdehnung der Kanalzone senkrecht zur Zeichenebene betrug etwa 65μιη. In dem gleichen Implantationsschritt wurden Widerstände realisiert, die in dem Bereich von 500 kQ bis 1 ΜΩ lagen.

In der F i g. 3 ist der gemessene Schichtwiderstand Rs, das ist der Widerstand eines definierten Gebietes einer quadratischen Fläche, von ohmschen Widerständen und die gemessene Einsatzspannung Utvon p-Kanal-MOS-Transistoren in Abhängigkeit von der Implantationsdosis dargestellt. Die Funktion 13 stellt die Einsatzspannung Urin Abhängigkeit von der Dosis, die Funktion 14 den Schichtwiderstand Rs in Abhängigkeit von der Dosis dar. Der schraffierte Bereich 15 gibt an, in welchem Bereich sich die Dosis der Ionenimplantation bewegen darf, daß der Feldeffekttransistor noch vom Anreicherungstyp ist und daß der Widerstand eine infolge der Umdotierung des Substrates an der Oberfläche p-leitende Widerstandsschicht ist. Durch die Ionenimplantation wird in diesem Bereich 15 durch das Kontaktpotential des Gatemetalls infolge der Umdotierung des Substrates eine genügend große Verarmungs-

zone aufgebaut, so daß in dieser Schicht noch keine beweglichen Ladungsträger auftreten können.

Die bei der Herstellung der Schaltungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auftretende und oben angegebene große Streuung der Widerstandswertc

spielt keine Rolle, da für die Funktionsfähigkeit dieser Schaltungen nur die Bedingung gilt, daß der Widerstand der Laslelemente groß gegen den Durchlaßwiderstand der Schalttransistoren und klein gegen deren Sperrwiderstand ist. Die Streuung der Widerstandswertc beeinträchtigt also nicht die Funktion.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht das Substrat aus p-lcitendem Silizium. In diesem Falle sind die eindiffundierten Gebiete η-leitend. Die Implantation von Ionen in die Kanalzone und in den

Widerstandsbereich erfolgt mit negativen Phosphorionen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schaltungen mit wenigstens einem Feldeffekttransistor mit einer Source-, einer Drain- und einer Gateelektrode und mit wenigstens einem ohmschen Schichtwiderstand auf einem gemeinsamen Substrat, bei dem auf der Oberfläche des Substrates in mehreren einzelnen Verfahrensschritten der Feldeffekttransistor und der Widerstand hergestellt werden, wobei bei der Herstellung des Feldeffekttransistors ein Verfahrensschritt darin besteht, daß in der Kanalzone des Feldeffekttransistors eine Ionenimplantation einer vorgegebenen lonensorte, vorgegebener Ionenenergie und vorgegebener lonenmenge so vorgenommen wird, daß ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp entsteht und gleichzeitig die Einsatzspamnung des Feldeffekttransistors abgesenkt wird und und wobei zur Herstellung des Widerstandes ebenfalls in einem Verfahrensschritt eine Ionenimplantation einer vorgegebenen lonensorte vorgegebener Ionenenergie und vorgegebener lonenmenge vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenimplantation in der Kanalzone des Feldeffekttransistors und die Ionenimplantation zur Herstellung des Widerstandes in einem einzigen Verfahrensschritt gleichzeitig durch eine einzige Ionenimplantation einer vorgegebenen lonensorte vorgegebener Ionenenergie und vorgegebener lonenmenge vorgenommen wird, wobei die Ionenenergie und die lonenmenge so ausgewählt werden, daß der Schichtwiderstand einen Wert besitzt, der größer ist als die Widerstandswerte des Feldeffekttransistors in seinem Durchlaßbereich und der kleiner ist als die Widerstandswerte des Feldeffekttransistors in seinem Sperrbereich.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Dünnoxidschicht (33, 55) hindurch die Ionen in der Kanalzone implantiert werden.