JPS58210665A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS58210665A
JPS58210665A JP57093107A JP9310782A JPS58210665A JP S58210665 A JPS58210665 A JP S58210665A JP 57093107 A JP57093107 A JP 57093107A JP 9310782 A JP9310782 A JP 9310782A JP S58210665 A JPS58210665 A JP S58210665A
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JP
Japan
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layer
metal layer
vapor deposition
electrode
gaas
Prior art date
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Pending
Application number
JP57093107A
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English (en)
Inventor
Katsutoshi Saito
斎藤 勝利
Mitsuhiro Mori
森 光廣
Katsuaki Chiba
千葉 勝昭
Takao Mori
孝夫 森
Motonao Hirao
平尾 元尚
Hiroshi Kato
弘 加藤
Masamichi Kobayashi
正道 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/01Manufacture or treatment
    • H10W72/019Manufacture or treatment of bond pads
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/62Electrodes ohmically coupled to a semiconductor
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/90Bond pads, in general
    • H10W72/921Structures or relative sizes of bond pads
    • H10W72/923Bond pads having multiple stacked layers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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    • H10W72/90Bond pads, in general
    • H10W72/951Materials of bond pads
    • H10W72/952Materials of bond pads comprising metals or metalloids, e.g. PbSn, Ag or Cu

Landscapes

  • Wire Bonding (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

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】 本発明は、l−V族化合物半導体のオーム性電極に関す
るものである。
電極技術に要求される技術的課題の一つに、ワイヤボン
ディング性がある。通常、ワイヤボンディングは熱圧着
法によシ行われている。すなわち、純粋なAuを純粋な
Auに加熱圧着することにょシ強固な接合を得ている。
一方、従来よシ化合物半導体、特に、G a A s 
+InPなどの璽−V族化合物半導体のオーム性電極に
ついては、Au−Ge/Ni/Au 、Au−Ge−N
 i /A u 、 A u −S n /A u 、
 A u −Z n /A uなどが使われていた。し
かし、これらの二層あるいは三層構造の電極は、電極蒸
着中あるいはその後の熱処理工程中に、半導体構成原子
やオーム性接触用電極材料がAu電極層の表面にまで外
方拡散してしまい、ワイヤボンディング性が損なわれる
という欠点をもっていた。
上記のような欠点を解消するために、 Au  Ge/
 T a /A uの三層構造を採用し、タンタル(T
a)をバリヤ層として用いる方法もある(特開昭56−
29365 )oまた、バリヤ層としては、Taの他に
タングステン(W)、ハフニウム(Hf)、白金(pH
、モリブデン(Mo)などが利用できるが、これらの金
属はいずれも高融点であシ、電子線蒸着法によらなけれ
ば蒸着が極めて困難である。このため、半導体レーザ、
発光ダイオードなどのように、50〜100μm厚とい
う薄いウェーハに電極蒸着を行う場合に、次に説明する
ような欠点があった。41図は、電子線蒸着を行う場合
の試料の支持方法と蒸着法を示す模式図である。高融点
金属蒸着源(’I”a、W、Moなど)15は水冷ルツ
ボ16内に収納されておシ、タングステン(W)フィラ
メント17から発生した電子線18が金属蒸着源に投入
されて蒸着が行われる。この場合には、蒸着源の上方に
試料14を下向きに支持する必要がある。試料14をホ
ルダー10に取付けるには、ツメ状金具11とビス12
により支持板13に固定していた。l−V族化合物半導
体の機械的強度は弱く、かつ、試料が50〜100μm
と薄いために、試料取付は時に試料が割れるなどの破損
事故が続出していた。
上記の試料の破損事故を防ぐには、第2図に示すように
、試料ホルダーを兼ねた基板加熱板上23上に、試料2
4をただ単に載せるだけにする方法を採ればよいと一見
考えられる。そして、蒸着源は試料24の上方に位置す
るようにする。例えば、スパイラル状のタングステンフ
ィラメント21に蒸着源金属線22を吊下げて、抵拡加
熱式の蒸着法を採用すればよい。一方、バリヤ層となる
上記のTa、W、Mo、Hf、Ptなどは、抵拡加熱式
での蒸着が極めて困難である。このため、抵拡加熱方式
での蒸着が可能で、かつ、拡散のバリヤとして機能する
材料を種々検討した。その結果、パラジウム(Pd)が
上記の要求を満す材質であることを見出した。しかし、
一方、Pd層は、オーム性接触を得るためノAu−Ge
 、Au−Ge−Ni 。
Au−8n、Au−Zn層などに対して密着性が劣るこ
と、また、特にG a A s基板に対して、ワイヤボ
ンディング時にポンド直下のGaAs層が破砕さ触形成
金属がAu層中に外方拡散するのを抑制するために用い
るPd層(バリヤメタル層)の、オーミック接触形成金
属層に対する密着性を改善することにある。この結果、
次の如き構成の電極を用いることによって目的を達し得
ることを見い出した。
(1)I−V族化合物半導体基体に対し、該基体との間
にオーム性接触を構成し且Auを主体とする第1の金属
層を設ける。
(2)  第1の金属層上にCr又はTjのうちの少な
くとも御名からなる第2の金属層を設ける。
(3)第2の金属層上にPdからなる第3の金属を設け
ることである。
(4)  通常、半導体装置と他の部材との接続に有利
にせしむるためAu等よシなる第4の金属層が設けられ
る。但し、Pd層をその目的のため十分に厚くすれば必
ずしも必要ではない。
しかし、Pd層の形成を通常の蒸着法に依る場合、余シ
厚いPd層は形成しにくいのでこの方法は有利ではない
本発明はPdより成る第3の金属層によって化合物半導
体基体の構成原子(たとえばG a A s の場合は
Ga)或いはオーム性接触形成金属(たとえばZn )
等が当該電極層に拡散することを抑制することができ、
十分に高信頼性を確保することができる。
本発明は化合物半導体基体表面に高濃度の不純物層が形
成されていない基体に適用して極めて有用である。
更に第1の金属層と第3の金属層の間にCr又はTiの
うちの少なくとも御名からなる第2の金属層を用いるこ
とによって、第3の金属層の密着性を充分に確保しつつ
、且第3の金属層のバリアメタル層としての性能を損な
わない。
前記第1の金属層としては通常、l−V族化合物半導体
の導電性と一致する不純物元素を少なくとも含有し且A
uを主成分とする合金が用いられる。P導電形に対して
はAu−Zn 、Au−Be、N導電形に対してはAu
−8i 、Au−Ge、 Au−GeN t + A 
u  S n等が代表的な例である。
これら合金の不純物元素の含有量は、この合金を溶融し
た場合、化合物半導体基体内に高濃度に不純物をドープ
可能な程度を目安とされる。
例えばA u −Z nの場合、Znは10〜20wt
−チ、Au−Geの場合、Geは4〜12wt−%程度
である。Au−8nの場合、Snは8〜12wt−%程
度である。
第1の金属層は通常500λ〜3000人が採用される
。膜厚の下限は溶融の後、少なくとも連続的な膜が形成
出来る程度となす。上限は蒸着の容易さ等信の要因で決
定して良い。
第2の金属層は通常100λ〜500人の膜厚を用いて
いる。
第3の金属層は500λ〜3000人が採用される。前
述したように第3の金属層(Pd層)は厚くても良く、
この場合、第4の金属層を省略し得る。しかし、Pdを
650 nm以上に厚く蒸着することは不可能ではない
が困難が伴う。
第4の金属層は通常Auを用い厚さとしては300nm
以上、0.5μm−1,5μmの範囲を多くの場合用い
ている。
以下、本発明の一実施を第3図(5)〜qを用いて説明
する。半導体デバイスとして、G a A s −G 
aA I A s 系の半導体レーザダイオードを例に
とって説明する。
第3図(5)は、レーザダイオード用の半導体結晶30
に対して、P側のオーぐツク電極33を形成した状態の
断面図である。n −G a A s基板31上に、半
導体レーザダイオードを構成するために、GaAlAs
、GaAsの単結晶薄層32を液相成長法によ多形成す
る。次に、液相成長層側にCrとAuを連続蒸着し、つ
いでホトレジスト技術を用いてCr、Au 層を部分的
に除去してP側のオーミック電極33を形成する。次に
、第3図(ハ)に示すように、n −G a A s基
板31をラッピングとケミカルエツチングによシ厚さ約
100μmに調整する。この厚さは、レーザダイオード
用チップを製作するための骨間工程に対して最適の厚さ
であるが、一方、局部的に大きな圧力がかかるような取
扱いをするとウェーハを破損する厚さでもある。
次に、n−GaAs基板31上に、A u −G e 
/P d /A u三層膜を抵抗加熱蒸着法によシ連続
蒸着する。第3図0は、本発明によるN側オーミック電
極形成後のウェーハの断面図である。第1層目のAu−
Ge層34の厚さは500〜3000λで、約380℃
で加熱しながら蒸着する。次に、ウェーハ温度を約20
0℃にしたのち、Cr(35)を100〜500人、つ
いでPd36を500〜3000λ蒸着し、最後にAu
37を0.5〜1.5μm蒸着する。
上述のN側オーミック電極は、蒸着中または蒸着後の熱
処理工程を経ても、Au電極表面へのGe。
Gaなどの外方拡散は抑制されているので、すぐれたワ
イヤボンド性能をもっている。Pdの膜厚は、500λ
以上あれば拡散バリヤとしての性能を発揮するが、実用
的には、電極形成後の熱処理工程の温度、時間を考慮し
て膜厚を厚くすればよい。また、オーム性接触形成金属
層(例えば、Au−Ge)とPd層との間にCr層など
のバインダ一層を付加したことによシ、Pd層の密着性
が著るしく改善されると同時に、従来、G a A B
基板に対してしばしば生じていた、ワイヤボンド直  
 下のG a A s層の破砕という問題も解消し、高
信頼性の電極を得ることができる。又、第2の金属層と
してTiを用いても同様の効果を奏した。要するに第2
の金属層としてCrおよびTiのうちの少なくとも御名
を用いることが肝要である。
以上は、基板がG a A sの場合であるが、InP
−InGaAsP系の半導体レーザにおけるInP基板
に対しても全く同様のことが言える。また、オーム性接
触形成金属層がAu−Ge−Ni 、An −8n合金
層であっても事情は全く同様である。
0 さらに、P型のG a A sやInPなどに対するオ
ーム性接触形成金属層としてIAu  Zn合金層を用
いる場合にも本発明を適用することができた0さらに、
Pdは、ヨード系のエッチャントによるケミカルエッチ
が可能であシ、電極のバタンニ抵坑加熱式蒸着法を示す
模式図、第3図四〜C)は本発明による電極形成工程の
美施例を示す断面図である0 30・・・・・・・・・半導体結晶 31 ・−・−・・−n −G a A s基板32−
―・・・・・・・液相成長単結晶薄層34・・・・・−
・・オーム性接触形成金属層(Au−Geなど) 35・・・・・・・・・Cr層 36・・・・・・・・・Pd層 37・・・・・・・・・Au層 弁理士薄田利幸 1 あ 1 目 羽 2 圀 第 3 図 第1頁の続き 0発 明 者 平尾元尚 国分寺市東恋ケ窪1丁目280番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 0発 明 者 加藤弘 高崎市西横手町111番地株式会 社日立製作所高崎工場内 0発 明 者 小林正道 高崎市西横手町111番地株式会 社日立製作所高崎工場内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.1−V族化合物半導体基体と、該基体との間にオー
    ム性接触を構成し且Auを主体とする第1の金属層と、
    該第1の金属層上に設けられたCrおよびTiのなかか
    ら選ばれた少なくとも一考よシなる第2の金属層と、該
    第2の金属層上に設けられたPdからなる第3の金属層
    とを少なくとも有する半導体装置。 2、前記第3の金属層上に第4の金属層を有して成るこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置
    。 3、第4の金属層がAuよシなることを特徴とする特許
    請求の範囲第2項記載の半導体装置。 4、前記第1の金属層が当該半導体基体内でN導電形を
    構成する不純物を含有し且Auを主体とした金属よシな
    シ且前記半導体基体の第1の金属層と接触する領域がN
    導電形なることを特徴とする特許請求の範囲第1項、第
    2項、又は第3項記載の半導体装置。 5、前記第1の金属層が当該半導体基体内でP導電形を
    構成する不純物を含有し且Auを主体とした金属よシな
    シ且前記半導体基体の第1の金属と接触する領域がP導
    電形なることを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2
    項。 又は第3項記載の半導体装置。
JP57093107A 1982-06-02 1982-06-02 半導体装置 Pending JPS58210665A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60242619A (ja) * 1984-05-16 1985-12-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体オ−ム性電極の形成方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60242619A (ja) * 1984-05-16 1985-12-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体オ−ム性電極の形成方法

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