電子デバイス／絶縁ゲート電界効果トランジスタ

１０．ＩＧＦＥＴの作り方（その１、フォトリソグラフィー）

　ＩＧＦＥＴを作る基本的な手順については３項で触れましたが、以下、重要な技術について説明していきます。

　図１０－１を見て下さい。これは基本的な作り方を手順を追って説明するための図です。図の（ａ）から（ｆ）はＩＧＦＥＴの基本的な作製手順を示しています。まず（ｆ）を参照して下さい。これが図３－１に示したものと同様なＩＧＦＥＴの完成断面図です。ここでは基板がｎ型シリコンの場合のｐチャンネルＩＧＦＥＴの例の例を示しています。それでは（ａ）から順に作り方を見ていきましょう。この項は（ａ）、（ｂ）までの説明になります。

　（ａ）はｎ型シリコン基板上全面にＳｉＯ２膜を形成した状態を示しています。シリコン基板の表面を鏡面に磨いたのち、よく洗浄して汚れを取り除いた後、酸素雰囲気中で1000℃程度に加熱すると、表面が酸化されて一定の厚さのＳｉＯ２膜ができます。

　つぎに（ｂ）のようにこのＳｉＯ２膜の一部に穴をあけてシリコン基板を露出させます。この穴を開けるにはどうすればよいでしょうか。

　一つには（ａ）を作るときに不要な部分にＳｉＯ２膜ができないように予めカバーをしておくという手が考えられます。しかしこの場合、上記のように基板は1000℃前後の高温に加熱されるので、それでも大丈夫な材料でカバーしなければなりません。これは結構むずかしいので、普通はこの手は使われません。もう一つの手は（ａ）のように基板表面全面にＳｉＯ２膜を付けてしまい、後から不要な部分の膜を取り除く方法です。普通はこの方法が使われます。

　もっともよく用いられるＳｉＯ２膜に穴を開ける方法はフォトリソグラフィーとエッチングを組み合わせた方法です。この方法は半導体デバイスを作るときに頻繁に使われる基本的な技術です。

　図１０－２を参照してください。（ａ）は図１０－１の（ａ）と同じです。また（ｂ）は図１０－１の（ｂ）と同じで（ａ）から（ｂ）を作るには図１０－２の（ａ－１）から（ａ－５）の工程が必要です。順に説明しましょう。

　まずＳｉＯ２膜の表面にフォトレジストと呼ばれる感光性の樹脂を塗布します（ａ－１）。これは感光性の樹脂です。光に感じる樹脂ですが、どういう感じ方かというと、光があたると分子構造が変わります。そして変わった部分だけが、特定の溶剤に溶けるようになります（逆に光があたった部分だけが溶けなくなる場合もあります）。このようなフォトレジストをＳｉＯ２膜の付いたシリコンウェハに薄く一様に塗ります。

　これにはスピン塗布という方法が代表的で、スピナーという装置が使われます。しっかりシリコンウェハを固定し、それに液状のフォトレジストを垂らしたのち、これを高速で回転させます。不要な液ははね飛ばされてシリコンウェハ上に一様なフォトレジストの膜が付きます。液状のフォトレジストは少し加熱すると固まります。

　つぎにこのフォトレジスト膜に穴を開けます。そのためにフォトマスクというものを用意します。これはＳｉＯ２膜に穴を開ける部分の上にあるフォトレジストの部分にだけ光をあて、他の部分には光があたらないように遮るはたらきをします。原始的にはつぎのようにして作ります。大きな紙に拡大した穴の形の部分を黒く塗った図を描きます。これをフィルムカメラで写真に撮ります。このフィルムを現像してネガフィルムを作ると、これは最初の図と黒白が反転し、また大きさも縮小されていますので、これがマスクとして使えます。

　フォトマスクが用意できたら、フォトリソグラフィーの工程に入ります。フォトリソグラフィーはほとんど写真（フィルム写真）の露光と現像の技術と同じです。フォトレジストを塗った基板にフォトマスクを被せ、上から紫外線を当てます（ａ－２）。すると光の当たった部分のフォトレジストが決められた溶剤に漬けると、その部分のフォトレジストだけが溶けるように変化します（ａ－３、露光）。

　これを決められた溶剤につけると、（ａ－４）のようにフォトレジストにフォトマスクの形と同じ形の穴が開き、下地のＳｉＯ２膜が露出します（現像）。このようなフォトレジストをポジ型と言いますが、逆に光が当たらなかった部分が溶けるネガ型のフォトレジストもあります。工程上都合がよい方を使うことができますが、フォトマスクのパターンはフォトレジストのタイプに合わせて用意する必要があります。

　つぎにＳｉＯ２膜に穴を開けるわけですが、普通は化学的に薬品によって溶かして取り除きます。これを湿式のエッチング法（ウェットエッチング）と呼んでいます。しかしＳｉＯ２はガラスの主成分ですから、これを溶かす薬品はそうはありません。強い酸やアルカリもガラス瓶に入っていますが、瓶に穴が開くようなことはありません。ほとんど唯一、ＳｉＯ２を溶かす薬剤として知られているのがフッ化水素（ＨＦ）を水に溶かしたフッ化水素酸水溶液で、ＳｉＯ２の化学エッチング用に使われます。

　このフッ化水素酸は樹脂は溶かしません。またシリコンも溶かしません。ですからこれに漬けてもフォトレジストは溶けず、シリコン基板も溶けず、露出したＳｉＯ２膜だけが溶けてなくなります（ａ－５）。最後に不要なフォトレジストを取り除いてやっと（ｂ）（図１０－１（ｂ））ができました。