JPS63501738A

JPS63501738A - イオン選択性電界効果トランジスタおよび製造法

Info

Publication number: JPS63501738A
Application number: JP50637286A
Authority: JP
Inventors: ラコンブ、ピエール; ミショー、ベルナール; クープ、ジャン‐ポール; マルチネ、オーギュスタン; ショベ、フランソワ
Original assignee: ソシエテ・ナシオナル・エルフ・アキテ−ヌ
Priority date: 1985-12-05
Filing date: 1986-12-04
Publication date: 1988-07-14
Also published as: FR2591389B1; EP0250476A1; WO1987003687A1; FR2591389A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】イオン選択性電界効果トランジスタおよび製造法本発明は、イオン選択性電界効果トランジスタとこのトランジスタの製造法に関する。

イオン選択性電界効果トランジスタは、１９７０年のＢＥＲＧＶＥＬＤの仕事から現在までのｌ５ＰＥＴに関する参考文献（１３０の参考文献）を集めた１９８３年ｌＯ月の１．Ｅ、Ｅ、会報１３０号、Ｐｔ、１．Ｎ、５のＡ、５ＩＢＢＡＬＤの記事”Ｃｈｅｓｌｃａｌ−ｓｅｎｓｌｔｌｖｅＨｅｌｄ−ｅｆＴｅｃｔ　ｔｒａｎｓｌｓｔｏｒｓ”により知られている・このような電界効果トランジスタは特に、英国特許２．０１０，０１１ならびにその製造法により知られている。

このような従来技術による装置には、グリッド区域内に設けられるＰタイプのチャネル部分以外のところで寄生または並行チャネルが形成されるのを防ぐ事ができないという不都合が存在する。さらに、ドレンおよびソースの拡張長さは、追加の抵抗を引き起こし、その結果、電界効果トランジスタの増幅を減少させる。

本発明の一番の目的は、上記の不都合を緩和する電界効果トランジスタを提案する事にある。

この最初の目的は、イオン選択性電界効果トランジスタがＴ形の基板を内蔵し、そのＴ形の脚部分の先端の近くのグリッド（２）区域内で、グリッド（２）区域内のソース（３）およびドレン（４）を構成するＮタイプの二つの拡散が実施され、これらＮタイプの拡散がＴ形の脚部分がＴ形の横棒部分に合体するところの基板区域（１）に向かって分散しながら拡がって行くために、ソース（３）とドレン（４）の拡散がグリッド（２）区域で保護リングを構成するＰタイプの拡散により取り囲まれ、グリッド（２）区域とＴ形の横棒部分と脚部分の接合区域の間で、Ｐタイプの拡散区域がドレン（４）とソース（３）の拡散の両側を包囲し、Ｔの脚部分の長さが短縮され、Ｎタイプの拡散がＴの脚部分と横棒部分の接合部の直ぐ近くで止まると言う特性を持っている事により達成される。

別の特性によると、Ｎタイプの拡散は５ミクロンの深さまで実施され、一方、Ｐタイプの拡散は１０ミクロンの深さまで実施される。

別の特性によると、Ｎタイプの拡散は開口部（３１１４１）によりこれらの拡散と接触する金属被覆（３０，４０）によりＴ形の横棒部分の表面に拡がる。

別の特性によると、電界効果トランジスタは基板の分極の断続接点（５）を内蔵する。

本発明の二番目の目的は、より品質の高い構成要素、すなわち、その特性の散らばりが少ない構成部分と、製造におけるより大きな信頼性、すなわち、高い生産効率性を取得する事を可能にするこのトランジスタの製造法提案する事にある。

この目的は、製造法に、珪素小板（１）の清掃段階後、以下の段階が含まれる事により達成されるニールタイプの拡散による保護リング（６）の形成；−Ｎタイプの拡散によるソース（３）とドレン（４）の電極の形成； −窒化による構成部分の不動態化； −Ωの形状にしたがった化学的切断； −　グリッド電極（１４）の形成； −構成部品および切断面全体の不動態化；−接触開口部（３１，４１，５０）と接触金属被覆（３０，４０，５）の作成； −各構成部品（ＩＡ、　ＩＢ）の切断。

本発明のその他の特性および利点は、付録として添付されている図の説明文である以下の記述を読めばよりはっきりと理解できる。

−図１は、構成部品の透視図および部分的断面図を表しているニー　図２ａは、構成部品の線ＤＤ’に沿った切断前の上面図を表しているニー　図２ｂは、図２ａの断面ＡＡ’　に沿った切断面図を表している； −図３ａ％　３ｃｓ　３ａ％　４ａ％　４ｅ％　５、Ｇａｓ　Ｂｅｓ　７．８ａ。

９．１Ｏ１ｌｌａ　％１２．１３ａは製造法の各種段階における構成部品の断面図を表しているニー　図３ｂ、　４ｂ、　８ｂ、　８ｂ、　ｌｌｂ　、　１３ｂは、構成部品の製造法において使用されるマスクの上面図を表している。

図１は、イオン選択性電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ。

ｉｏｎ　５ｅｌｅｃｔＩｖｅ　ｆｉｅｌｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｒａｎｓｌｓｔｏｒ）を表している。このトランジスタは、実質的にＴ形をしており、その狭い部分（ＩＢ）はＴの中央の脚部分を形成し、広い部分（ＩＡ）はＴの横棒部分を形成している。このトランジスタは、濃度５．１１０１５ａｔ／ｄ”ｒ、基板の平面（１００）方向に向いたＰタイプの珪素基板（１）により構成されている。以下で説明する製造法を使って、上記の基板におけるグリッド（２）区域、ドレン（３）の拡散、Ｎタイプのソース（４）ならびにドレンの金属被覆（３０）とソースの金属被覆（４０）および前述の基板接触金属被Ｗ　（５）が決定される。

金属被Ｗ　（３０，４０）の一方の端は断続接点（３２，４２）で終わりもう一方の端は基板の開口部（３１１４１）内でドレンとソースの各々の拡散（３，４）と接触を持つ。これによりドレンとソースの拡散長さを最大限、短縮する事が可能になり、その結果、電界効果トランジスタの増幅を減少させるところのこれらの拡散によりもたらされる補足の抵抗が相対的に減少する。中央の断覆接点を構成する金属被覆（５）は基板（１）を構成する珪素の体積内での接触を保証する。この接触は、製造法の以後の記述で判るように、開口部（５０、図２ａ）内の金属被覆を使って実施される。基板（１）との接触を保証するこの中央断続接点（５）により必要な場合は、以下の関係式にしたがってソース−基板電圧の値ｖＢｓを調整して、ｌ５ＦＥＴの閾値電圧ＶＴを調整する事が可能になる；この場合、ＶＴｏは、ソース−基板電圧ｖＢＳがゼロの時のｌ５ＦＥＴの閾値電圧を表し、ｋは定数で、Ｃは表面単ｘ位当りのグリッド容量である。

図２ａ、　２ｂ、　２ｃにより、本発明にょるｌ５ＦＥＴ　）ランジスタを以前の技術と比較した場合の、別の利点と完成をより良く理解する事が可能になる。

図２ａは、トランジスタの上面図で、その中にソース（３）とドレン（４）のＮタイプの拡散、金属ｍ覆（３０，４０）および金属被覆（５）の部分の形状ならびにソース（３）、ドレン（４）および基板（１）の各々の上の金属被ｆｆｌ　（３０，４０，５）の断続接点の開口部（３１，４１および５０）の部分の形状が描がれている。またこの図には、ソースおよびドレン（３，４）のＮタイプの拡散を完全に取り囲むＰタイプの拡散により構成される保護リング（６）が斜線で示されている。基板（１）の線ＡＡ’　に沿った断面図である図２０に示されているように、Ｔの脚の端部に位置するＴの棒部分とグリッド区域（２）の接合区域内では、Ｐタイプの拡散にはソース（３）とドレン（４）のＮタイプの二つの拡散の間に位置する中央区域（６）とソース（３）とドレン（４）の拡散の各々の外側に位置する二つの外部区域が含まれている。一方、基板（１）のＢＢ’ 　（グリッド区域（２）に相当する）に沿った断面図である図２ｂでは、Ｐタイプの拡散は、ソース（３）とドレン（４）の二つの拡散の各々の外側にだけ位置し、両側のＰ、Ｎの拡散の間には基板区域（１）が存在し、その厚さは、ソース −基板ダイオードとドレン−基板ダイオードの破裂電圧を低下させるように、指定の最小値に維持されている。さらに、ドレンとソース区域の拡散とこれら二つの拡散の間の分離区域の設置は、ソース−基板ダイオードとドレン基板ダイオードの一般特性、特にＩＦｓＥＴの運転にとって最も重要であるその破裂電圧のより良い再生産性を導き出す。

英国特許２，０１０，０１１により知られている以前の技術では、チャネル区域の境界を限定するためにＰ＋タイプの層を使用しているが、この層はドレンとソースの拡散の上に位置する構成部品の表面またはチャネル区域と接触区域を除く表面のいたるところに拡散している。これと比較して、ソースとドレンを構成するＮタイプの拡散の双方に拡散している保護リングは以下の二つの利点を持−保護リングはチャネル部分以外の寄生または並行チャネルの形成を防ぐニー　保護リングは電気的役割を果たして、ソース−基板ダイオードとドレン−基板ダイオードの特性を改善する。

図１．２に従って記述されたトランジスタの製造は、つぎに、図３から１３までを使らて説明されている製造法により明確になって来る。まず小板のじみを落とし、つぎに金属不純物および有機物を除去する事を目的とする基板小板の最初の清掃後、小板を蒸気により４５分間、つぎに乾燥酸素により１５分間、最後にアルゴンにより１０分間、１１００℃まで加熱して最初の酸化段階が実施される。

この酸化段階において、酸化珪素（Ｓｔ　０２　）は、図３ａのＷｌ（１０）により表されている５０００Ａ　”の厚さまで増大させられる。

図３ｂのマスクを使用した三番目の写真製版の段階により、Ｐ“タイプの拡散が実施される区域内の珪素層（１０）の除去が可能になる。これらの区域は図３ｂでは参照部分（６）により示されている。この写真製版および珪素層攻撃段階の後は、樹脂の後を消し、冑機−金属化合物を除去するための清掃段階が続く。

Ｐ＋タイプの層の事前溶着により成り立っている四番目の段階は、ＢＢｒ３により構成されるボア不純物を加熱して実施される。ボア不純物はＢｒａをＢ２Ｏ３に変えるために７分間、窒素と酸素の流れの中で１０８０℃まで加熱される。この段階により図３０に示されているＰタイプの拡散区域（６）を得る事が可能となる。

この事前溶着の段階の後、基板を窒素の流れの中で３０分間、つぎに湿潤酸素の流れの中で３０分間、最後にアルゴンの流れの中で１０分間、１１５０℃まで加熱して実施される三番目の不純物Ｐ１拡散再分配段階が続く。この段階は、図３ｄに示されているように、拡散の深さを増大し、表面平方抵抗を調整するために実施される。

珪素層（１１）を拡大させるための、六番口の全体脱酸段階と七番口の基板の再酸化段階の後、八番口のＮ＋タイプの拡散区域の写真製版段階が実施される。この段階では、図４ａに示すように、ソースとドレン（３，４）の拡散が攻撃される。この写真製版作業は図４ｂ（こ示すマスクを使って実施される。図４ｂでは、珪素層（１１）が攻撃される区域（１１３および１１４）が、点部分で示されている。

九番口の、基板内に拡散されたＮタイプの不純物の事前溶着と再分配の段階が、職人が使う従来のやり方で実施され、Ｎタイプの不純物を５ミクロンの深さまで拡散し、図４ｃに示すように、ソース（３）とドレン（４）を形成するようにされる。

本発明の製造法においては、Ｐタイプの不純物の拡散は、Ｎタイプの不純物の深さよりも深い１０ミクロンの長さまで実施される事に注意しなければならない。

その後に続くチャネルＰの拡散を可能にするためにＮタイプの拡散が１０ミクロンの深さにまで達する必要があるところの、英国特許２，０１０．０１１により知られる従来の技術による製造法と比較して、本発明の製造法は時間の節約を可能にする。また、ドレンとソースの区域のドーピング法である不純物の事前溶着に続く再分配は、リングの深い拡散しか引き起こさず、障害にはならないが、その反対であるＫＵＲＡＲＡＹのような場合は障害となる。

この九番口の段階の後に、そのっぎのＶ゛形攻撃のための十番目の保護窒化段階が続く。この窒化は、マスキングと不動態化の作用体の役割を果たし、その電気特性は珪素酸化物Ｓｌ　０２に類似しており、化学剤の攻撃にたいする抵抗性を完全に保っている。低圧下の蒸気相の化学的溶着により成り立っているこの段階では、図５に示されているように、基板の全体に珪素窒化物（１２）、８１３Ｎ４が溶着させられる。低圧下の化学蒸気の溶着は温度が７５０℃に維持され、その中で一次空気抜きが実施された炉に、ディクロロシレン（８１０２Ｃｌ３　）とアンモニア（ＮＨ３）を投入して実施される。この低圧化学蒸気溶着（ＬＰＣＶＤ、１ｏｖ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｈｅｓｌｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）作業は、気圧ＣＶＤ作業と比較して、より良い質の不動態化を実施する事ができる。この窒化物溶着段階は、窒化物の厚さが０．１ミクロンになるまで実施される。

１１番口の化学的切断区域の写真製版の段階は、図６ａｓ６ｂおよび２ａに点部分（１３）に゛より示されている。この部分はΩの切断形状を示し、その内部では、写真製版後、プラズマと珪素窒化物（１２）による攻撃が実施される。

プラズマは、８％の酸素（０２）が混入されたフレオン（ＣＦｓ　）により構成される。このプラズマ攻撃の後、図２ａに示されているΩの区域（１３）内の基板（１）の珪素をゼロにするように区域（１３）内で形成された珪素酸化物の攻撃が続く。この攻撃およびこれらの段階は、図６ａに示されているように、まず片面で実施され、つぎに図６ｃに示されているように基板（１）のもう一方の面で繰り返され、基板の両面が攻撃を受けるようにされる事は言うまでもない。このΩの形状（１３）は、同じ小板上の複数のトランジスタを切断する際、図２ａに示すように、各々が隣接するトランジスタに属する複数の切断区域（１３）が存在する場合に、小板が上記のくし形に沿って切断される時、小板に最大限の硬度を保持させる事を可能にする。

またこのタイプの切断は、部材（ＩＡ）の切断により複数のトランジスタを分離する時、小板の一個または複数のトランジスタを破壊する事なく、切断工具の位置付けのエラーを吸収する事を可能にする。この措置は重要である、何故ならば、小板上の構成部品の機械切断の場合−１針（ＩＢ）を損傷する事なくダイヤモンドを位置付ける事の難しさにより、製造効率が著しく減少する事があるからである。

この不都合を緩和するために、異方性攻撃マスクは、各針（ＩＢ）の下に、“Ω ”の端部を形成する°肩０を持っている。これにより針を損傷する事なく切断工具を位置付ける事ができるだけでなく、信頼性を高める事も可能になる。

この１１番口の段階の後に、図７に示されている１２番口の異方性攻撃段階が続く。この攻撃は職人により良く知られているやり方で実施され、同様に良く知られているやり方で基板（１）のΩの形状の区域（１３）内の側面がＶ形に切断される。これはトランジスタの部分（ＩＢ）の側面の目に見える形が図１の針の形になるように実施される。

この異方性切断は、ジアミン・エチレンにより実施され、１２５ｅｅのジアミン −エチレン、４０ｃｃの水、２０ｇのカテコールの配合で、１１０℃の温度で実施されるその攻撃速度は増大させられている。

１３番口の段階では、図７に示されている珪素窒化物の層（１２）がプラズマにより攻撃され、この段階のあとでは、図８８に示されている珪素酸化物の層（１１）により覆われた小板が得られるようにされる。

１４番口の段階では、図８ｂに示されているマスクを使って、写真製版によるグリッドの開口（１４）が実施される。

マスクの区域（１１４）は、層（１１）の珪素酸化物が攻撃される区域を表し、基板（１）上の、希望する場所に、図８ａに示す通りのグリッドの開口部（１４）が作られるようにされる。

乾燥酸素ガスとアルゴンの流れの中で、１１５０℃で実施される１５番口の乾燥酸化段階により、珪素の厚さは図９の層（１５）により示されている　０．１４ミクロンの厚さに増大させられる。

１６番口の構成部品と切断面の全体の不動態化段階は、図１０に示されているように、小板の構成部品上への窒化物の層（１Ｂ）のＬＰＣＶＤによる溶着により成り立っている。

製造法の１７番口の段階は、図１１ｂに示されているマスクを使った、接触開口部（３１，４１，５０）の写真製版により成り立っている。このマスクの参照部分（１３１，，１４１゜１５０）は、図１１ａおよび２ａに示されているように、開口部（３１，４１，５０）の場所を空けるために攻撃される小板の窒化物と珪素の層の場所を表している。これらの開口は、プラズマ攻撃により実施される。

１８番口の段階は、開口部と小板の金属被覆により成り立っており、これは、図１２に示されているように、アルミニウムを蒸発させて、小板の上に５ミクロンの厚さのアルミニウムの層（１７）を溶着させて実施される。

１９番口の段階は、図１３ｂに示されているマスクを使ったアルミニウムの写真製版により成り立っている。マスク内の区域（１３０〜１３２および１４０〜１４２）はアルミニウムが存続する区域、すなわち、図１８ａに示されている開口部（ＩＩ、４１．５０）の場所、および図１に示されている金属被覆（３０，４０，３２，４２）の場所を表している。最後に、線ＤＤ’　に沿った切断により、小板の各トランジスタが分離され、図１に示されているような個別の部材が得られる。

これまで記述されてきた製造法は、その製造法と装置の両方にもたらされた簡素化と改善により、前述の従来の技術による製造法と比較して、よりシンプルで、より経済的な、より信頼性の高いかたちで、イオン選択性電界効果トランジスタを製造する事を可能にする。特に、本発明による製造法により、高い生産効率と、構成部品の特性の散らばりの減少が実現可能になる。これらの特性に貢献する措置の一つにはまずＰタイプのチャネルの拡散の実施が挙げられ、つぎにドレンとソースの拡散の実施が挙げられる。

職人の領域に属するその他の修正も同様に本発明の一部を構成する。

手続補正歯国際出願番号　ＰＣＴ／ＦＲ８６１００４２０２発明の名称イオン選択性電界効果トランジスタおよび製造法３　補正をする名事件との関係　特許出願人名　称　ソシエテ・ナシオナル・エルフ・アキテーヌ４代理人住　所　東京都千代田区永田町１丁目１１番２８号６　補正の対象タイプ印書により浄書した明細書及び請求の範囲の翻訳文。

７　補正の内容国際調査報告 □□］ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　−ｄＥ　ＺＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＦ、ＲＥ？ＯＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡτＺＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＸＣＡＴＸＯＮ　Ｎｏ、　ＰＣＴ／ＦＲ８６１００４２０（ＳＡ　１５３４９）ＵＳ−Ａ−４３２２６８０３０１０３／８２　Ｎｏｎ。

Claims

【特許請求の範囲】

１．イオン選択性電界効果トランジスタは、Ｔ形の基板を内蔵し、そのＴ形の脚部分の端に近いグリッド区域（２）内で、ソース（３）とドレン（４）を構成するＮタイブの二つの拡散が実施され、またグリッド区域（２）内にはグリッド開口部（１４）が存在する。上記のＮタイブの拡散は、Ｔの脚部分がＴの横棒部分と合体する基板の部分に向かって分散しながら拡がって行く。このトランジスタは、ソース（３）とドレン（４）の拡散が、グリッド区域（２）で保護リング（６）を構成するＰタイブの拡散により包囲される事、グリッド区域（２）とＴの脚部分とその横棒部分の接合部の間で、Ｐタイブの拡散区域がドレン（４）とソース（３）の拡散の各々の外側部分を包囲する事、およびＴの脚部分の長さが短縮され、Ｎタイブの拡散がＴの脚部分と横棒部分の接合部のすぐ近くで止まる事により特徴付けられる。
２．請求の範囲第１項にしたがったトランジスタは、Ｎタイブの拡散が５ミクロンの深さまで実施され、Ｐタイブの拡散は１０ミクロレの深さまで実施される事により特徴付けられる。
３．請求の範囲第１項または第２項にしたがったトランジスタは、Ｎタイブの拡散が開口部（３１、４１）によりこれらの拡散と接触を持つ金属被覆によりＴの頭部の表面にまで拡がる事により特徴付けられる。
４．請求の範囲第１項または第２項の一つにしたがったトランジスタは、基板（１）の分極の断続接点を内蔵している事により特徴付けられる。
５．上記の請求の範囲の一つにしたがった電界効果トランジスタの製造法は、珪素小板（１）の清掃段階後、以下の段階が実施される事により特徴付けられる。 −Ｐタイブの拡散による保護リング（６）の形成：−Ｎタイブの拡散によるソースとドレンの電極の形成；窒化による構成部品の不動態化； Ωの形状に沿った化学的切断；グリッド電極（１４）の形成；構成部品と切断面の全体の不動態化；接触開口部（３１、４１、５０）と接触金属被覆（３０、４０、５）の作成；各構成部品の切断（１Ａ、１Ｂ）。