JPS62122255A - 化合物半導体装置 - Google Patents

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】 〔技術分野〕 本発明は化合物半導体装置、特に耐ワイヤボンディング
強度が高い砒化ガリウム半導体装置に関する。

〔背景技術〕

低雑音、高遮断周波数、高出力等の特長を有するマイク
ロ波トランジスタとして、閃亜鉛鉱型結晶構造の基体を
基にして形成された砒化ガリウム電界効果トランジスタ
（ＧａＡｓ−ＦＥＴと称する。）が広く知られている。

また、このＧａＡｓ・ＦＥＴの一つとしてショットキ障
壁ゲート形電界効果トランジスタ（ＳＢＧ−ＦＥＴと略
す。）が知られている。５ＢＧ−ＦＥＴはｎ導電型の能
動領域主面に設けられたオーミック接触構造のソース・
ドレイン電極と、その中間に一つあるいは二つ設けられ
たショットキ接合構造のゲート電極とからなり、シング
ルゲート構造あるいはデュアルゲート構造を構成してい
る。

ところで、前記のＧａＡｓＭＥＳ−ＦＥＴにあっては、
ソース・ドレイン電極はＡｕ系材料が多用されている。

また、ＡｕとＧａＡｓ基板とのオーミックコンタクトを
とるために、Ａｕ、、！：Ｇｅとからなる合金を蒸着に
よって直接ＧａＡｓ基板に被着させるとともに、アロイ
によってＧａＡｓ基板の表面にＡｕ−Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ
による四元合金層を形成している。たとえば、工業調査
会発行［電子材料４１９７５年８月号、昭和５０年８月
１日発行、Ｐ５７〜Ｐ６０に記載されているように、Ｇ
ａＡｓ基板にＡｕ−Ｇｅを蒸着するとともに、アロイを
行うことによって、ソース電極およびドレイン電極を形
成する例が示されている。また、ゲート電極としては、
／ｌが使用されている。

ところで、ＧａＡｓはシリコンに比較して脆いため、大
きな衝撃力が加わると破損し易い。このため、自動ワイ
ヤボンディング装置でワイヤボンディングを行うと、自
動ワイヤボンディング装置は高速でワイヤボンディング
を行う構造となっているため、ワイヤボンディングバン
ドの下のＧａＡｓ部分が割れ易い。このようなことから
ＧａＡｓ基板を用いた砒化ガリウム半導体装置のワイヤ
ボンディングは、手動でかつ大きな衝撃力がＧａＡｓ基
板に加わらないようにして行うしかなく、生産性向上を
妨げていた。

本発明者は、ＧａＡｓ系の半導体装置の生産性を向上さ
せるべく、ワイヤボンディング作業の自動化を検討して
いたが、ワイヤボンディングの動荷重を小さく選べば、
ソース電極およびドレイン電極のワイヤボンディングバ
ンド下のＧａＡｓ基板部分には、前述の自動ワイヤボン
ディングによるＧａＡｓ基板の破損は、生じ難いことが
わかった。これは、前記ソース電極およびドレイン電極
がＡ　ｕ　Ｇ　ｅ　／　Ｎ　ｉ　／　Ａ　ｕからなり、
かつアロイ処理されているためであることによると判明
した。

すなわち、Ａｕ　Ｇ　ｅ　／　Ｎ　ｉ　／　Ａ　ｕ層は
アロイ処理される結果、その下部ではＧａＡｓ基板との
間でＡｕ−Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ等による合金層（アロイ層
）となるが、このアロイ層はオーミックコンタクト（電
極の接着性）を向上させるだけではなく、硬いため、あ
る程度大きな衝撃力に対しても破損することなく充分耐
える。

したがって、ショットキ障壁接合を得るために、単にＧ
ａＡｓ基板上にＡｎを蒸着した構造、換言するならば、
ＧａＡｓ基板上に置いた構造のゲート電極にあっては、
ワイヤボンディング時の衝撃が直接ＧａＡｓ基板に加わ
るため、ＧａＡｓ基板が極めて容易に破損するというこ
とになる。

そこで、本発明者はゲート電極のワイヤボンディングパ
ッドもＧａＡｓ基板との間にアロイ層を設けれは、耐ワ
イヤボンディング強度を高めることができることに気が
付き本発明を成した。

〔発明の目的〕

本発明の目的は耐ワイヤボンディング強度が高いワイヤ
ボンディングパッドを存する化合物半導体素子を組み込
んだ化合物半導体装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、高速自動ワイヤボンディングが可
能な化合物半導体素子を提供することによって、組立コ
ストが低減できる化合物半導体装置を提供することにあ
る。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明のＧａＡｓ　−ＭＥＳ−ＦＥＴにあっ
ては、その製造時、ｎ十形ＧａＡｓ層の表面にＡｕＧｅ
／Ｎｉ／Ａｕからなるソース電極およびドレイン電極を
形成する際、半絶縁性のＧａＡｓ基板のゲート電極用ワ
イヤボンディングパッド形成領域に、同時にＡ　ｕ　Ｇ
　ｅ　／　Ｎ　ｉ　／　Ａ　ｕからなる補強層を形成し
、かつソース電極およびドレイン電極のアロイ時に、同
時にこの補強層をもアロイ化しておくとともに、ｎ形の
チャネル層上にＡＪＩＩからなるゲート電極を形成した
後、このへ旦電極層と前記アロイ化された補強層とをＴ
　ｉ　／　Ｐｔ　／　Ａ　ｕからなる接続層で電気的に
接続するため、ドレイン電極およびソース電極のワイヤ
ボンディングパッドは勿論のこととして、ゲート電極の
ワイヤボンディングバンドをも、機械的強度が大きなア
ロイ層を介してＧａＡｓ基板上に設けられていることか
ら、各ワイヤボンディングパッドの耐ワイヤボンディン
グ強度は従来に比較して強くなるため、高速でワイヤボ
ンディングを行う自動ワイヤボンディングでワイヤボン
ディングを行うことができるようになり、生産性が高め
られ、組立コストの軽減が達成できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例によるショットキ障壁ゲート
形電界効果トランジスタにおけるゲート電極のワイヤボ
ンディングバンド部分の構造を示す概念的な模式図、第
２図は同じ（ＧａＡｓ　−ＭＥＳ　−ＦＥＴチップの概
要を示す模式的平面図、第３図は第２図のｍ−ｍ線に沿
う断面図、第４図から第１０図は同じくチ・７プを製造
する各工程を示す図であって、第４図はチップ製造に用
いるウェハの断面図、第５図はウェハをメサエッチング
しかつソース電極およびドレイン電極を形成したウェハ
の断面図、第６図は半絶縁性のＧａＡｓ基板上にゲート
電極用ワイヤボンディングパッド形成のための補強層を
形成した状態のウェハの断面図、第７図はゲート電極形
成後のウェハの断面図、第８図はゲート電極延在方向の
ウェハの断面を示す断面図、第９図は前記アロイ化され
た補強層とゲート電極の端部を接続する接続層を示す断
面図、第１０図はボンディングパッドを形成した状態の
ウェハの断面図である。

この実施例ではＧａＡｓショットキ障壁ゲート形電界効
果トランジスタ（ＧａＡｓＭＥＳ　−ＦＥＴ）の製造に
本発明を適用した例を示す。ＧａＡｓＭＥＳ−ＦＥＴチ
ップ（以下、単にチップと称す。）は、第２図および第
３図に示すように、ソース電極（Ｓ）１とドレイン電極
（Ｄ）２との間に一本のゲート電極（Ｇ）３を設けた、
シングル・ゲート構造となっている。なお、第２図では
、素子（チ・ノブ）４の表面を部分的に被う第３図に示
すパッシベーション膜５は省略されている。また、第２
図に示す二点１ｉ線枠領域は各電極のボンディングパッ
ド６を示す領域であり、この領域は前記パッシベーショ
ン膜５に被われない領域であって、チップ４の外部との
間に亘って配設されるワイヤ７が接続される領域である
。

また、この実施例のチップ４の特徴的なことは、ゲート
電極用ワイヤボンディングパッド８が、第１図に示され
るように、半絶縁性のＧａＡｓ基板９の主面に設けられ
た補強層１０と、この補強層１０上に載りかつＦＥＴを
構成するゲート電極部分工１にまで達し、かつこのゲー
ト電極部分１１と補強層１０を電気的に接続する接続層
１２とによって構成されていることである。

この構造は、つぎのような理由によって決定された。す
なわち、ショットキ障壁接合によるＦＥＴを構成するゲ
ート電極部分１１は、半絶縁性のＧａＡｓ基板９の主面
表層部に設けられたｎ形のチャネル層１３上に蒸着によ
って形成されるが、この蒸着時、このゲート電極３のパ
ターンを、前記チャネル層１３等によるアクティブ領域
外にまで延在させてゲート電極用ワイヤボンディングパ
ッド８を形成しても、前述のように、ゲート電極３がＧ
ａＡｓ基板９上に載るだけであることから、ゲート電極
用ワイヤボンディングパッド８の耐ワイヤボンディング
強度は高くならない。そこで、ＦＥＴを構成するゲート
電極部分１１を接続に必要な長さだけアクティブ領域か
ら外れた位置にまで延在させた後、この外れたゲート電
極３に接続層１２の一端を電気的に接続するとともに、
接続層１２の他端を半絶縁性のＧａＡｓ基板９上にアロ
イ化されて形成された独立した補強層１０上に接続する
。前記補強層１０は、後に詳細に説明するが、ＧａＡｓ
基板９との間にアロイ層を形成しているため、機械的強
度が強い。この結果、ゲート電極用ワイヤボンディング
パッド８は機械的強度が強くなり、自動ワイヤボンディ
ング装置による高速ワイヤボンディングを行っても充分
その衝撃力を前記アロイ層が吸収するため、ＧａＡｓ基
板９の破損は生じなくなる。

つぎに、このようなチップ４の製造方法について説明す
る。チップ４は第４図〜第１０図に示す工程を経て製造
され、第２図および第３図に示すようなチップ４となる
。

最初に第４図に示されるように、半導体基板となる化合
物半導体薄板（ウェハ）１４が用意される。このウェハ
１４は半絶縁性のＧａＡｓ基板９からなっているととも
に、ウェハ１４の主面にはｎ形のチャネル層１３と、こ
のチャネル１１３上に設けられたｎ十形のオーミックコ
ンタクト層１５が、それぞれエピタキシャル成長によっ
て設けられている。

つぎに、第５図に示されるように、ウェハ１４の主面は
常用のメサエッチング技術によって、半絶縁性のＧａＡ
ｓ基板９に達する深さに亘ってメサエッチングが行われ
、第２図の実線枠で示されるような島状のメサ部１６が
設けられる。また、ウェハ１４の主面は、常用のホトリ
ソグラフィによって、ソース電極１およびドレイン電極
２の形成領域を除いて５ｉＯｚ膜のような絶縁膜１７が
設けられるとともに、蒸着、リフトオフ法によってソー
ス電極１およびドレイン電極２の形成領域にそれぞれＡ
ｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるソース電極１およびドレイ
ン電極２が形成されかつアロイ処理される。この際、第
６図に示されるように、半絶縁性のＧａＡ３基板９のゲ
ート電極用ワイヤボンディングパッド形成領域にもＡｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／　Ａ　ｕからなる独立した補強層１０が形
成される。

また、これらＡ　ｕ　Ｇ　ｅ　／　Ｎ　ｉ　／　Ａ　ｕ
の下層はアロイ処理によってＧａＡｓとの間に機械的強
度が高いアロイ層を形成している。なお、前記入ｕＧｅ
の厚さは１０００人、Ｎｉの厚さは５００〜１０００人
、　　Ａｕの厚さは２０００〜５０００人である。

つぎに、第７図に示されるように、再びウェハ１４の主
面には常用のホトリソグラフィによって、ゲート電極３
を形成する領域を除く領域に絶縁膜１８が形成されるさ
れるとともに、この絶縁膜１８およびこの絶縁膜１８上
に残留するホトレジスト膜（図示せず。）をマスクとし
てチャネル層１３が所望深さだけエツチングされ、溝（
リセス）１９が形成される。また、前記ホトレジスト膜
上には、アルミニウム（ＡＪＩＩ）が蒸着されるととも
に、前記ホトレジスト膜の除去によってゲート電極３が
形成される（リフトオフ法）。なお、第８図は、ゲート
電極部分１１の延在状態を示す図であって、ゲート電極
３はアクティブ領域を外れて半絶縁性のＧａＡＳｉ板９
にまで延在している。

この延在端は、接続層１２の接続領域となる。

つぎに、前記絶縁膜１７．１８が除去された後、第２図
においてハツチングが施される領域に補強層１０が形成
される。この補強層１０の形式は、第９図に示されるよ
うに、ウェハ１４の主面に部分的に設けられた絶縁膜２
０上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの連続蒸着によって部分的に
形成される。また、このＴ　ｉ　／　Ｐ　ｔ　／　Ａ　
ｕからなる接続層１２は、前記補強層１０およびゲート
電極３上にまで延在し、補強層１０とゲート電極３を電
気的に接続する。なお、Ｔｉの厚さは１０００人、Ｐｔ
の厚さは５００〜１０００人、Ａｕの厚さは２０００〜
５０００人である。

つぎに、第１Ｏ図に示されるように、ウェハ１４の主面
全域はナイトライド膜（Ｓ　ｉ　Ｎ）のようなパッシベ
ーション膜５で被われるとともに、常用のホトリソグラ
フィによってボンディングパッドを形成する部分のパッ
シベーション膜５が除去され、各電極のボンディングパ
ッド６　（ゲート電極用ワイヤボンディングパッド８を
も含む。第９図参照）が形成される。また、ウェハ１４
は格子状に分断され（第１０図における二点鎖線の分断
線２１で分断される。）、第２図および第３図に示され
るような千ツブ４が製造される。

このようなチップ４は支持板に固定されるとともに、各
ボンディングパッド６と外部端子となるリードの内端と
がワイヤ７によって接続され、さらにレジンパッケージ
又はセラミックパッケージに封止されて電界効果トラン
ジスタ単体として使用される。

〔効果〕

（１）本発明のＧａＡｓＭＥＳ−ＦＥＴにあっては、Ａ
　ｕ　Ｇ　ｅ　／　Ｎ　ｉ　／　Ａ　ｕからなるソース
電極１およびドレイン電極２を形成する際、同時にＧａ
Ａｓ基板９の主面のゲート電極用ワイヤボンディングパ
ッド形成領域にも、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる補強
層を形成し、かつアロイするとともに、この補強層上に
Ｔ　ｉ　／　Ｐ　ｔ　／　Ａ　ｕからなる接続層を重ね
ることによってゲート電極用ワイヤボンディングパッド
を形成するため、耐ワイヤボンディング強度の高いゲー
ト電極用ワイヤボンディングパッドを形成することがで
きるという効果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明の砒化ガリウム半導体
素子を組み込んだ砒化ガリウム半導体装置の製造にあっ
ては、砒化ガリウム半導体素子へのワイヤポンディング
は総てのワイヤポンディングパソドの耐ワイヤボンディ
ング強度が高いため、ボンディング時の衝撃力の高い自
動ワイヤボンディング装置を利用してワイヤボンディン
グが行えることから、ワイヤボンディングの高速化が達
成できるという効果が得られる。たとえば、従来の砒化
ガリウム半導体素子の場合のワイヤボンディング速度は
、たとえば、１ｍｍの長さのワイヤの接続時、５００ｍ
５／ワイヤであるのに対して、本発明による砒化ガリウ
ム半導体素子の場合は、５０ｍ５／ワイヤと一桁も高速
化が図れる。

（３）上記（１１および（２）により、本発明によれば
、砒化ガリウム半導体装置の製造において、ワイヤボン
ディング時の素子破壊低減およびワイヤボンディングの
高速化によって、信頼性の高い砒化ガリウム半導体装置
を提供することができるとともに、歩留りの向上、生産
性の向上から砒化ガリウム半導体装置の低コスト化とい
う相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、前記補強層お
よび接続層さらにはゲート電極等を構成する材料は、前
記実施例に限定されない。たとえば、ＡｕＧｅ／　Ｎ　
ｉ　／　Ａ　ｕからなる補強層１０において、バリア層
となるＮｉ０代わりに、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ。

Ｍｏ等の耐熱金属材料を用いても前記実施例同様な効果
が得られる。また、前記補強層１０はＧａＡｓ基板との
接着性を向上させる層として、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ等を用い
、この上にボンディング性を向上させる層、すなわち、
Ａｕを設ける二層構造としても前記実施例同様な効果が
得られる。

また、第１１図に示されるように、ＧａＡｓ基板９の主
面のゲート電極用ワイヤボンディングパッド形成領域に
、オーミ・ツクコンタクトを形成するためのＡｕＧｅ層
２２を蒸着し、この上に順次Ｎｉ層２３．Ａｕ層２４．
Ｗ層２５を蒸着形成して補強層１０を形成するとともに
、同時に、第１２図に示されるように、ソース電極１お
よびドレイン電極２を同様の材料で形成し、その後、ゲ
ート電極３を形成する際、Ｔｉ層２６およびＡ旦層２７
を蒸着してゲート電極３とするとともに、このゲート電
極３を前記補強層ＩＯにまで延在させることによって接
続層１２をも形成するようにすれば、工程数が低減でき
るという効果が得られる。なお、同図における２８は絶
縁膜である。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるＧａＡｓショットキ
障壁ゲート形電界効果トランジスタの製造技術に適用し
た場合について説明したが、それに限定されるものでは
なく、たとえばＧａＡＳを用いるＧａＡｓ　ＩＣなどに
適用できる。

本発明は少なくともＧａＡｓ等を用いる化合物半導体装
置の製造技術には適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるショットキ障壁ゲート
形電界効果トランジスタにおけるゲート電極のワイヤボ
ンディングパッド部分の構造を示す概念的な模式図、 第２図は同じ＜ＧａＡｓ　−ＭＥＳ　−ＦＥＴチップの
概要を示す模式的平面図、。 第３図は第２図のｍ−ｍ線に沿う断面図、第４図は同じ
くチップ製造におけろウェハの断面図、 第５図は同じ（ウェハをメサエッチングしかつソース電
極およびドレイン電極を形成したウェハの断面図、 第６図は同じく半絶縁性のＧａＡｓ基板上にゲート電極
用ワイヤボンディングパソド形成のための補強層を形成
した状態のウェハの断面図、第７図は同じくゲート電極
形成後のウェハの断面図、 第８図は同じくゲート電極延在方向のウェハの断面を示
す断面図、 第９図は同じく前記アロイ化された補強層とゲート電極
の端部を接続する接続層を示す断面図、第１０図は同じ
くポンディングバンドを形成した状態のウェハの断面図
、 第１１図は本発明の他の実施例によるゲート電極のワイ
ヤボンディングパッド部分を示す概念的な模式図、 第１２図は同じくソース・ドレイン電極のワイヤポンデ
ィングバンド部分を示す断面図である。 ■・・・ソース電ｈ　（Ｓ）　、２・・・ドレイン電極
（Ｄ）　、３・・・ゲート電極、４・・・素子（チップ
）、５・・・パンシヘーション膜、６・・・ポンディン
グバンド、７・・・ワイヤ、８・・・ゲート電極用ワイ
ヤポンディングバンド、９・・・ＧａＡＳ基板、１０・
・・補強層、１１・・・ゲート電極部分、１２・・・接
続層、１３・・・チャネル層、１４・・・ウェハ、１５
・・・オーミックコンタクト層、１６・・・メサ部、１
７・・・絶縁膜、１８・・・絶縁膜、１９・・・溝（リ
セス）、２０・・・絶縁膜、２１・・・分断線、２２　
・−・ＡｕＧｅ層、２３・・・Ｎｉ層、２４・・・Ａｕ
層、２５・・・Ｗ層、２６・・・Ｔｉ層、２７・・・Ａ
旦層、２８・・・絶縁膜。 代理人　弁理士　小川勝馬″□（二４ 第　　１　　図 第　　２　　図 ゲ 第　　３　　図 Ｚ 第　　５　　図 第　　６　　図 第　　７　　図 第　　８　　図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、総てのボンディングパッドの化合物半導体基板との
   接触部分にはアロイ層が設けられていることを特徴とす
   る化合物半導体装置。