JPS6159532B2 - - Google Patents
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- JPS6159532B2 JPS6159532B2 JP5269778A JP5269778A JPS6159532B2 JP S6159532 B2 JPS6159532 B2 JP S6159532B2 JP 5269778 A JP5269778 A JP 5269778A JP 5269778 A JP5269778 A JP 5269778A JP S6159532 B2 JPS6159532 B2 JP S6159532B2
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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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an improvement in a method for selectively diffusing aluminum into a silicon substrate.
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。 Since aluminum has a high diffusion rate in a silicon substrate, it is a very effective dopant for forming deep diffusion layers. BACKGROUND ART Conventionally, as a method for selectively diffusing aluminum into a silicon substrate, a method is known in which a predetermined pattern of aluminum is formed on the surface of a silicon substrate by vapor deposition or the like, and then the substrate is heated and diffused. In particular, when the area of the pattern of the aluminum vapor deposition film is large, the aluminum alloy becomes particulate due to surface tension when heated, causing unevenness on the bonding surface of the diffusion, and the aluminum may move on the surface of the silicon substrate due to gravity during heat treatment. It has drawbacks such as drooping and the pattern is greatly distorted.
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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks and provide a method for manufacturing a semiconductor device using an accurate aluminum selective diffusion method.
以下、本発明を図面とともに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.
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。 FIG. 1 is a sectional view of a silicon substrate showing a process diagram of selective aluminum diffusion.
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。 a indicates the silicon substrate 11; Silicon substrate 1
1 has n-type conductivity, resistivity of 90 to 110 Ω-cm, no dislocation, (111) plane, diameter of 50 mm, and thickness of 450 mm. b
is an aluminum layer 12 on the surface of a silicon substrate 11.
This shows what was formed. The aluminum layer 12 is vacuum-deposited by electron beam heating at a deposition rate of 0.005 μm/s at a silicon substrate temperature of 250° C. and a pressure of 3×10 −6 Torr or less using an aluminum wire with a purity of 99.9995% as a source. be. The thickness of the aluminum layer 12 was examined in the range of 0.1 to 8 μm. c shows a part of the aluminum layer 12 in which a pattern 12a is formed by ordinary photolithography. The aluminum pattern 12a has a width of 10,
20, 50, 100, 200, 500, 1000μm line shape,
Dot shape with a diameter of 10 to 1000 μm and a diameter of 4 mm
It has a ring shape of 10 to 1000 μm. However, if the aluminum layer 12 is thick, it is difficult to photo-etch a minute pattern, so this was excluded. A mixed solution of phosphoric acid, acetic acid, and nitric acid was used as the etching solution, and after the photoresist was removed, the aluminum-deposited surface was rinsed with a 10% aqueous potassium hydroxide solution and hydrochloric acid. d shows a cross-sectional view of the shape after heat-treating the silicon substrate and selectively diffusing aluminum. Diffusion is at a temperature of 1250
°C, time 24 h, and the atmosphere is a mixed flow of nitrogen and oxygen.
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。 FIG. 2 shows the relationship between the thickness of the aluminum pattern 12a and the depth of diffusion.
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。 The depth of the diffusion bond is approximately 12 mm
It can be seen that the variation varies depending on the thickness of the aluminum pattern 12a, and that the thinner the aluminum pattern 12a, the greater the variation in the diffusion layer, and the thicker the aluminum, the greater the variation.
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。 FIG. 3 shows the uniformity of diffusion bonding and the quality of pattern accuracy in the relationship between the thickness of the aluminum pattern 12a and the size of the pattern in the above selective aluminum diffusion.
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。 In the figure, the mark ◎ indicates bonding uniformity within ±3% and pattern accuracy within ±5%. The ○ mark indicates that any of the line, dot, and ring shapes is outside the above accuracy range, and the x mark indicates that all of them are outside the range.
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。 If the pattern size is large and a thick aluminum pattern is used, aluminum will drip down the surface of the silicon substrate during the diffusion process, deteriorating pattern accuracy. On the other hand, when the pattern size is small, aluminum is oxidized and becomes lumpy due to surface tension during the diffusion process, impairing the uniformity of diffusion bonding. From the above results, it was found that the range shown by diagonal lines in FIG. 3 is appropriate for diffusion from the aluminum pattern 12a into the silicon substrate. In addition, the diffusion temperature is 1100℃
Experiments were also conducted for the case where the results were similar.
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。 The reason that the depth of diffusion and pattern accuracy do not depend on the diffusion temperature is that aluminum drips down the surface of the silicon substrate and becomes lumpy due to surface tension in the early stage of heating (heating rate of 100℃). /
This seems to be because it occurs at
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。 The above results were applied to the formation of an isolation layer (throughput diffusion layer) for manufacturing a planar thyristor.
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。 FIG. 4 shows a cross-sectional view of the planar thyristor pellet 20. After forming isolation regions 21 by selectively diffusing aluminum from both main surfaces of the silicon substrate 11, ordinary semiconductor device manufacturing techniques are used to form an oxide film 22, photolithography, a boron emitter diffusion layer 23, and a base. Implement the diffusion layer 24, phosphorus emitter diffusion layer 25, etc.
Forms a pn junction. After a moat is formed by etching, a glass passivation 26 is applied to the bond exposed on the inner surface, and electrodes 27 to 29 are formed by vapor deposition, the moat is cut at the center of the isolation region 21 to form individual thyristor pellets. It is separated into 20 parts. At this time, when forming the isolation region 21 by selective aluminum diffusion, it is advantageous to use a thick aluminum pattern as shown in FIG. 2, since the isolation region can be formed in a short time.
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。 FIG. 5a shows a portion of the aluminum pattern for isolation region 21. FIG. Width of aluminum pattern d: 100 μm, D: pitch 6.5 mm, orthogonal lattice shape, radius of curvature R of intersection corner is 500 μm, thickness of aluminum pattern 30
It is 0.3 μm. The size of the pattern in the isolation region is determined by the element design, and the thickness of the aluminum pattern 30 is selected from optimal conditions from FIGS. 2 and 3.
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。 However, it has been found that in a lattice pattern, the line shape is different from the dot shape, and aluminum drips at the intersections of the lattice, deteriorating the pattern accuracy.
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。 Figure 5b shows a schematic diagram of aluminum dripping at grid intersections.
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。 This is thought to be because the amount of aluminum effectively increases at the intersections of the grid, causing dripping. As a countermeasure to this problem, reducing the thickness of the aluminum pattern may be considered, but this is disadvantageous because it requires a long time for isolation diffusion.
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。 In contrast, the inventors have found that this problem can be solved without prolonging the diffusion time by using an improved pattern with aluminum defects at the intersections in the grid pattern.
第6図は改良されたパターンの例を示す。 FIG. 6 shows an example of an improved pattern.
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。 In a, the effective amount of aluminum at the intersections is made equal to that at the edge portions 32 by providing an aluminum missing portion 31 in the center of the intersection region of the lattice of the aluminum pattern 30.
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。 In b, the aluminum pattern 30 for each isolation region is formed into a ring shape of equal thickness, thereby providing a cutout in the center and eliminating intersections. This pattern is also extremely effective in cutting thick silicon substrates. That is, in a planar type thyristor, a plurality of semiconductor elements are formed on a silicon substrate and then cut at the center of the isolation region to separate them into individual pellets. Cutting can be done mechanically using a wire saw or diamond scriber, or thermally using a laser scriber.
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。 When a thick silicon substrate is used, a long period of diffusion is required to form the isolation region, so that a strong alumina film with an oxidized aluminum pattern is formed on the surface of the isolation region. If a thick and strong alumina film is formed, there are disadvantages such as cracks in the pellet during cutting and poor directionality of the cutting grooves.
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。 In the ring-shaped isolation region pattern, the aluminum pattern is removed from the cut grooves in advance, so the above-mentioned drawbacks can be prevented.
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。 The aluminum pattern in the isolation region c is formed by a combination of dots 33 with a diameter of 50 .mu.m and lines 34 with a width of 50 .mu.m.
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。 From FIGS. 2 and 3, dots and lines of 50 .mu.m can form isolation regions with the shortest diffusion time due to the relationship between pattern accuracy and aluminum pattern thickness. At this time, aluminum diffusion occurs not only in the depth direction of the silicon substrate, but also in the depth direction of the silicon substrate.
Each dot 33 and line 3 to spread horizontally
The diffusion layer below 4 is continuous.
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。 All of the three methods described above were able to form isolation regions with good diffusion bonding uniformity and pattern accuracy. The improved aluminum patterning of the present invention does not require any special steps and can be formed by aluminum photolithography. This aluminum pattern can be used as alignment marks for subsequent photolithography of the base, emitter diffusion layer, etc.
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。 According to the present invention, dripping of aluminum can be prevented and selective diffusion of aluminum can be performed with high precision.
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。
Figure 1 is a cross-sectional view showing the process of selectively diffusing aluminum into a silicon substrate, Figure 2 is a characteristic diagram showing the relationship between aluminum pattern thickness and diffusion bonding depth in selective aluminum diffusion, and Figure 3 is a diagram showing the relationship between aluminum selective diffusion. A characteristic diagram showing the applicable range of the size of the diffusion pattern and the thickness of the aluminum pattern in diffusion. Figure 4 is a cross-sectional view of a planar thyristor pellet. Figures 5 a and b are isolation diagrams of a conventional planar thyristor. A plan view of an aluminum pattern for forming a region and a schematic view of a state in which aluminum drips down. FIGS. 6a, b, and c are plan views of an aluminum pattern for forming a planar thyristor according to the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 11... Silicon base, 12... Aluminum vapor deposition film, 30... Isolation pattern, 31... Defect part.
Claims (1)
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。[Claims] 1. After forming a grid-like aluminum pattern on at least one main surface of a silicon substrate, the silicon substrate is heated to diffuse aluminum into the silicon substrate, and the silicon substrate is separated by an isolation region. In a method for manufacturing a semiconductor device that includes a step of separating into a plurality of surrounded semiconductor devices,
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that aluminum is diffused into a silicon substrate by providing a defective portion of aluminum within an intersection portion of the aluminum pattern. 2. A method for manufacturing a silicon semiconductor device according to claim 1, characterized in that a defect is provided in the center of the aluminum pattern. 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the aluminum pattern has a defective portion formed by an arrangement of minute dots or narrow lines.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5269778A JPS54144889A (en) | 1978-05-04 | 1978-05-04 | Manufacture for semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5269778A JPS54144889A (en) | 1978-05-04 | 1978-05-04 | Manufacture for semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS54144889A JPS54144889A (en) | 1979-11-12 |
JPS6159532B2 true JPS6159532B2 (en) | 1986-12-17 |
Family
ID=12922069
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5269778A Granted JPS54144889A (en) | 1978-05-04 | 1978-05-04 | Manufacture for semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS54144889A (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL8006668A (en) * | 1980-12-09 | 1982-07-01 | Philips Nv | METHOD FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE |
JPS59127835A (en) * | 1983-01-12 | 1984-07-23 | Hitachi Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
-
1978
- 1978-05-04 JP JP5269778A patent/JPS54144889A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS54144889A (en) | 1979-11-12 |
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