JPS6159532B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に
シリコン基体中へのアルミニウムの選択拡散方法
の改良に関する。

アルミニウムはシリコン基体中での拡散速度が
速いため、深い拡散層の形成には非常に有効なド
ーパントである。従来、シリコン基体中へのアル
ミニウムの選択拡散法として、シリコン基体の表
面に所定のパターンのアルミニウムを蒸着等によ
り形成した後、該基体を加熱して拡散する方法が
知られている。特に、アルミニウム蒸着膜のパタ
ーンの面積が広い場合には、加熱すると表面張力
によりアルミニウム合金が粒子状になり、拡散の
接合面に凹凸が生じたり、アルミニウムが熱処理
中に重力でシリコン基体の表面を垂れ下り、パタ
ーンが大きく崩れる等の欠点がある。

本発明は上記した欠点を除去して、精度のよい
アルミニウム選択拡散方法を備えた半導体装置の
製造方法を提供することにある。

以下、本発明を図面とともに詳細に説明する。

第１図はアルミニウム選択拡散の工程図を示す
ためのシリコン基体の断面図である。

ａはシリコン基体１１を示す。シリコン基体１
１は導電型ｎ型、抵抗率90〜110Ω−cm、無転
位、（111）面、直径50mm、厚さ450mmである。ｂ
はシリコン基体１１の表面にアルミニウム層１２
を形成したものを示す。アルミニウム層１２は純
度99.9995％のアルミニウム線をソースとして用
い、シリコン基体の温度250℃、３×10^-6Torr以
下の圧力で、0.005μm/sの堆積速度で電子ビー
ム加熱により真空蒸着したものである。アルミニ
ウム層１２の厚さは0.1〜８μｍの範囲で検討し
た。ｃはアルミニウム層１２を通常のホトリソグ
ラフイによりパターン１２ａを形成したものの一
部を示す。アルミニウムパターン１２ａは幅10、
20、50、100、200、500、1000μｍのライン状、
直径10〜1000μｍのドツト状、及び直径４mm太さ
10〜1000μｍのリング状である。ただし、アルミ
ニニウム層１２が厚い場合は微小パターンのホト
エツチングが困難なため除外した。エツチング液
はりん酸、酢酸、硝酸の混液を用い、ホトレジス
ト剥離後アルミニウム蒸着面を10％水酸化カリウ
ム水溶液及び塩酸でリンスした。ｄは上記のシリ
コン基体を加熱処理して、アルミニウム選択拡散
した後の形状の断面図を示す。拡散は温度1250
℃、時間24h、雰囲気は窒素及び酸素の混合気流
中である。

第２図はアルミニウムパターン１２ａの厚さと
拡散の深さの関係を示す。

拡散接合の深さは、アルミニウムパターン１２
ａの厚さによつて異なり、アルミニウムパターン
１２ａが薄い場合には拡散層のばらつきが大き
く、また、アルミニウムが厚い程大きいことが判
る。

第３図は、上記のアルミニウム選択拡散におけ
るアルミニウムパターン１２ａの厚さとパターン
の大きさとの関係において、拡散接合の均一性及
びパターン精度の良悪を示す。

図において◎印は接合均一性±３％以内、パタ
ーン精度±５％以内のものを示す。○印はライン
状、ドツト状及びリング状のいずれかが上記の精
度の範囲外のもの、×印はいずれも範囲外のもの
を示す。

パターン寸法が大きい場合には、厚いアルミニ
ウムパターンを用いると拡散工程中にアルミニウ
ムがシリコン基体の表面を垂れ流れ、パターン精
度を悪化させる。一方、パターン寸法が小さい場
合にはアルミニウムが酸化され、また拡散工程中
に表面張力により塊状になつて拡散接合の均一性
を悪るくしている。以上の結果から、アルミニウ
ムパターン１２ａからのシリコン基体中への拡散
において、第３図における斜線で示す範囲が適当
であることがわかつた。また、拡散温度を1100℃
とした場合についても実験したところ同様な結果
であつた。

拡散の深さやパターンの精度が拡散温度に依存
しないのは、アルミニウムがシリコン基体の表面
を垂れ流れたり、表面張力によつて塊状になつた
りすることが加熱の初期の段階（昇温速度100℃/
ｍｉｎ）で発生するためであると思われる。

以上の結果をプレーナ型サイリスタ製造のため
のアイソレーシヨン層（突抜け拡散層）の形成に
適用した。

第４図はプレーナ型サイリスタペレツト２０の
断面図を示す。シリコン基体１１の両主表面から
アルミニウム選択拡散によるアイソレーシヨン領
域２１を形成した後、通常の半導体装置製造技術
を用いて、酸化膜２２の形成、ホトリソグラフ
イ、ボロンのエミツタ拡散層２３、ベース拡散層
２４、りんのエミツタ拡散層２５等を実施して
pn接合を形成する。エツチングによりモートを
形成し、その内面に露出した接合にガラスパシベ
ーシヨン２６を施し、電極２７〜２９を蒸着によ
り形成した後、アイソレーシヨン領域２１の中央
部で切断され、個々のサイリスタペレツト２０に
分離される。この時、アルミニウム選択拡散によ
るアイソレーシヨン領域２１の形成には、第２図
に示した如く厚いアルミニウムパターンを用いた
方が短時間の拡散でアイソレーシヨン領域の形成
ができ有利である。

第５図ａはアイソレーシヨン領域２１のための
アルミニウムパターンの一部を示す。アルミニウ
ムパターンの幅ｄ：100μｍ、Ｄ：ピツチ6.5mmの
直交する格子状で、交差点のコーナーの曲率半径
Ｒは500μｍ、アルミニウムパターン３０の厚さ
0.3μｍである。アイソレーシヨン領域のパター
ンの大きさは素子設計によつて定まり、アルミニ
ウムパターン３０の厚さは第２図及び第３図より
最適条件を選定したものである。

しかし、格子状のパターンではライン状はドツ
ト状とは異なり、格子の交差点においてアルミニ
ウムの垂れ流れが発生し、パターン精度を悪化さ
せることが判つた。

第５図ｂは格子の交差点におけるアルミニウム
の垂れ流れの模式図を示す。

これは格子の交差点においては実効的にアルミ
ニウム量が多くなり、垂れ流れが発生するものと
思われる。この対策としてアルミニウムパターン
の厚さを減少させることも考えられるが、アイソ
レーシヨン拡散に長時間を要し不利である。

発明者はこれに対して格子状パターンにおいて
は、交差点の部分のアルミニウムの欠損部を設け
た改良されたパターンを使用することで、拡散時
間を延長することなく解決できることを見出し
た。

第６図は改良されたパターンの例を示す。

ａはアルミニウムパターン３０の格子の交差点
領域の中央部にアルミニウム欠損部３１を設ける
ことにより、交差点の実効的アルミニウム量を稜
辺部３２と同等にしたものである。

ｂは個々のアイソレーシヨン領域のためのアル
ミニウムパターン３０を太さの等しいリング状と
することにより中央部に欠損部を設け、交差点を
なくしたものである。このパターンは厚いシリコ
ン基体の切断においても極めて有効である。すな
わち、プレーナ型サイリスタなどにおいてはシリ
コン基体に複数個の半導体素子を形成後、アイソ
レーシヨン領域の中央部で切断され個々のペレツ
トに分離される。切断はワイヤソーやダイヤモン
ドスクライバー等による機械的な方法、レーザー
スクライバーによる熱的方法がある。

厚いシリコン基体を用いた場合、アイソレーシ
ヨン領域の形成には長時間の拡散を要し、このた
めアイソレーシヨン領域の表面にはアルミニウム
パターンが酸化された、強固なアルミナ膜が形成
される。厚い強固なアルミナ膜が形成されると切
断の時にペレツトにクラツクが入つたり、切断溝
の方向性が悪くなる等の欠点がある。

リング状のアイソレーシヨン領域のパターンに
おいては、切断溝にはアルミニウムパターンを予
め除去してあるため上記欠点を防止できる。

ｃはアイソレーシヨン領域のアルミニウムパタ
ーンを50μｍφのドツト３３及び幅50μｍのライ
ン３４の組合せにより形成したものである。

第２図及び第３図より50μｍのドツトやライン
はパターン精度とアルミニウムパターン厚さの関
係から、最も短時間の拡散でアイソレーシヨン領
域の形成ができるものである。この時アルミニウ
ムの拡散はシリコン基体の深さ方向のみならず、
横方向へも拡がるための各ドツト３３やライン３
４の下の拡散層は連続したものとなる。

以上、３種の方法はいずれも拡散接合の均一性
及びパターン精度の良好なアイソレーシヨン領域
の形成ができた。本発明の改良されたアルミニウ
ムのパターン形成は、特別な工程を経る必要はな
く、アルミニウムのホトリソグラフイにより形成
できる。このアルミニウムのパターンは、その後
のベース、エミツタ拡散層等のホトリソグラフイ
の合せマークとして用いることができる。

本発明によれば、アルミニウムの垂れ流れが防
止でき、アルミニウムの選択拡散が高精度で行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシリコン基体中へのアルミニウム選択
拡散の工程を示す断面図、第２図はアルミニウム
選択拡散において、アルミニウムパターンの厚さ
と拡散接合深さの関係を示す特性図、第３図はア
ルミニウム選択拡散において拡散のパターンの大
きさとアルミニウムパターンの厚さの適用範囲を
示す特性図、第４図はプレーナ型サイリスタペレ
ツトの断面図、第５図ａ，ｂは従来のプレーナ型
サイリスタのアイソレーシヨン領域形成のための
アルミニウムパターンの平面図とアルミニウムの
垂れ流れた状態の模式図、第６図ａ，ｂ，ｃは本
発明によるプレーナ型サイリスタ形成のためのア
ルミニウムパターンの平面図である。 １１…シリコン基体、１２…アルミニウム蒸着
膜、３０…アイソレーシヨンパターン、３１…欠
損部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリコン基体の少なくとも一主表面に格子状
   のアルミニウムパターンを形成した後、該シリコ
   ン基体を加熱してアルミニウムをシリコン基体に
   拡散し該シリコン基体をアイソレーシヨン領域に
   よつて囲まれている複数個の半導体装置に分離す
   る工程を有する半導体装置の製造方法において、
   該アルミニウムパターンの交差点部分内にアルミ
   ニウムの欠陥部を設けてアルミニウムをシリコン
   基体中に拡散することを特徴とする半導体装置の
   製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の製造方法にお
   いて、該アルミニウムパターンの中央部に欠損部
   を設けたことを特徴とするシリコン半導体装置の
   製造方法。 ３ 特許請求範囲第１項に記載の製造方法におい
   て、該アルミニウムパターンを微小ドツト又は狭
   小ラインの配列により欠損部を形成したことを特
   徴とする半導体装置の製造方法。