JPS6351629A - シリコン基板への電極形成法 - Google Patents
シリコン基板への電極形成法Info
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- JPS6351629A JPS6351629A JP19404786A JP19404786A JPS6351629A JP S6351629 A JPS6351629 A JP S6351629A JP 19404786 A JP19404786 A JP 19404786A JP 19404786 A JP19404786 A JP 19404786A JP S6351629 A JPS6351629 A JP S6351629A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、シリコン基板への電極形成法、特にアルゴン
プラズマを利用してイオンブレーティングを行うシリコ
ン基板への電極形成法に関連する。
プラズマを利用してイオンブレーティングを行うシリコ
ン基板への電極形成法に関連する。
焚米立投帆
汎用形パワートランジスタ及び整流ダイオード等の個別
半導体装置におけるシリコン基板電極の形成法としては
、無電解ニッケルメッキ法が多用されている。無電解ニ
ッケルメッキ法を使用する理由は、ニッケルに対する半
田の濡れ性が良好で。
半導体装置におけるシリコン基板電極の形成法としては
、無電解ニッケルメッキ法が多用されている。無電解ニ
ッケルメッキ法を使用する理由は、ニッケルに対する半
田の濡れ性が良好で。
また、前記半導体装置の製造の際、金属製リード材やス
テ11材等の外部電極とシリコン基板とを半田で接続す
ると、良好な電気的特性、熱的特性及び大きな機械的強
度の接続を得ることができるからである。
テ11材等の外部電極とシリコン基板とを半田で接続す
ると、良好な電気的特性、熱的特性及び大きな機械的強
度の接続を得ることができるからである。
次に、無電解ニッケルメッキ法によってシリコン基板に
電極を形成する里程を示す第4図(a)〜(d)に従っ
て説明する0図中(a)において、41は、既に熱拡散
法による不純物導入でP−N接合が形成されたシリコン
基板である。42は、シリコン基板41の表面に無電解
ニッケルメッキ法で形成されたニッケルを主成分とする
ニッケルメッキの第1層である。
電極を形成する里程を示す第4図(a)〜(d)に従っ
て説明する0図中(a)において、41は、既に熱拡散
法による不純物導入でP−N接合が形成されたシリコン
基板である。42は、シリコン基板41の表面に無電解
ニッケルメッキ法で形成されたニッケルを主成分とする
ニッケルメッキの第1層である。
第4図(b)は、(a)のシリコン基板を窒素ガス中。
550〜700℃で30分〜1時間熱処理を施した状態
を示す、42aは、第1層42の一部が熱処理によりシ
リコン基板41に拡散した残部である。43は、第1層
42がシリコン基板41に拡散して形成されたニッケル
シリサイド層である。
を示す、42aは、第1層42の一部が熱処理によりシ
リコン基板41に拡散した残部である。43は、第1層
42がシリコン基板41に拡散して形成されたニッケル
シリサイド層である。
熱処理前の状態(a)の第1層42は、シリコン基板4
1への密着力が弱い上に、半導体装置の電気的特性とし
て必要な抵抗性接触(オーミック接触)は得られない、
しかし、熱処理後の状態(b)では、密着力が強化され
、抵抗性接触も得られる。
1への密着力が弱い上に、半導体装置の電気的特性とし
て必要な抵抗性接触(オーミック接触)は得られない、
しかし、熱処理後の状態(b)では、密着力が強化され
、抵抗性接触も得られる。
ただし、外部電極と接続するため残部42aに溶融半田
を接触させても、濡れ性を得ることはできない、即ち、
無電解ニッケルメッキ法に使用されるメッキ浴は、主成
分である塩化ニッケルと添加剤のフォスフイン酸ソーダ
とを含み、フォスフイン酸の還元作用を利用してニッケ
ルをシリコン基板上に析出させる。従って、析出したニ
ッケル層中には多量(3〜10重量%)の燐が含有され
ている。この析出したニッケル層は、熱処理によって相
変化を起こし、非晶質から結晶質に転じ燐化ニッケル(
NiiP)を生じる。この際、反応に関与しない余剰の
燐成分は気中に蒸発する。燐化ニッケルは化学的にも安
定な成分であり、燐化ニッケルを含むニッケル層では溶
融半田に対する濡れ性を得ることができないのである。
を接触させても、濡れ性を得ることはできない、即ち、
無電解ニッケルメッキ法に使用されるメッキ浴は、主成
分である塩化ニッケルと添加剤のフォスフイン酸ソーダ
とを含み、フォスフイン酸の還元作用を利用してニッケ
ルをシリコン基板上に析出させる。従って、析出したニ
ッケル層中には多量(3〜10重量%)の燐が含有され
ている。この析出したニッケル層は、熱処理によって相
変化を起こし、非晶質から結晶質に転じ燐化ニッケル(
NiiP)を生じる。この際、反応に関与しない余剰の
燐成分は気中に蒸発する。燐化ニッケルは化学的にも安
定な成分であり、燐化ニッケルを含むニッケル層では溶
融半田に対する濡れ性を得ることができないのである。
従って、溶融半田に対する濡れ性を得るためには、更に
下記の処理が必要である。
下記の処理が必要である。
第4図(c)は、(b)の表面層である残部42aを王
水又は熱硝酸を主成分とするエツチング剤で溶解除去し
た状態を示す、(d)は、ニッケルシリサイド[43の
上に、更に、無電解ニッケルメッキ法により、ニッケル
層44を形成した状態を示す。
水又は熱硝酸を主成分とするエツチング剤で溶解除去し
た状態を示す、(d)は、ニッケルシリサイド[43の
上に、更に、無電解ニッケルメッキ法により、ニッケル
層44を形成した状態を示す。
ニッケル層44は、多量の燐を含有するが、熱処理を行
っていないから、溶融半田に対する濡れ性を得ることが
できる。
っていないから、溶融半田に対する濡れ性を得ることが
できる。
上述のように無電解ニッケルメッキ法によって形成され
るニッケル電極は、下記問題を発生する。
るニッケル電極は、下記問題を発生する。
■ シリコン基板上に付着する析出物が、燐とニッケル
との混合物及び化合物を含むため、後の熱処理で相変化
及び組成変化を起こす、また、溶融半田を接触させたと
き燐ガスが蒸発し、凝固した半田内に微少気泡を残す。
との混合物及び化合物を含むため、後の熱処理で相変化
及び組成変化を起こす、また、溶融半田を接触させたと
き燐ガスが蒸発し、凝固した半田内に微少気泡を残す。
これらのため、半田の接着強度が不十分となる。
■ ニッケルの析出速度がシリコン基板の表面状態及び
雁歴に影響され易いこともあって、ニッケルの厚さを正
確に制御することが困難である。
雁歴に影響され易いこともあって、ニッケルの厚さを正
確に制御することが困難である。
■ シリコン基板のP形不純物が拡散された面とN形不
純物が拡散された面とで析出速度が異なる。
純物が拡散された面とで析出速度が異なる。
これは、両不純物の表面瀝度に差がある場合顕著となる
。
。
■ シリコン基板の表面に微かな汚れがあるとメッキの
不析出部ができ易い。
不析出部ができ易い。
■ メッキ工程の前処理及び後処理で多量の水を使用す
る。
る。
■ メッキ廃液処理が必要である。
■ 半導体装置の電気的特性として必要な電極の抵抗性
接触を得るためには、熱処理が必要である。
接触を得るためには、熱処理が必要である。
■ 溶融半田に対する濡れ性を確保するため、上記熱処
理後、再度メッキ処理を行う必要がある。
理後、再度メッキ処理を行う必要がある。
上記無電解ニッケルメッキ法の欠点を改善するため、真
空蒸着法を利用することも行われている。
空蒸着法を利用することも行われている。
真空蒸着法で半田接続可能なニッケルの電極を形成する
場合、シリコン基板に直接にニッケルを蒸着したのでは
、充分な密着性及び抵抗性接触は得られない。このため
、チタン、クロム、モリブデン等のベース金属をシリコ
ン基板に蒸着し、その上にニッケルを蒸着するという二
層構造とする。
場合、シリコン基板に直接にニッケルを蒸着したのでは
、充分な密着性及び抵抗性接触は得られない。このため
、チタン、クロム、モリブデン等のベース金属をシリコ
ン基板に蒸着し、その上にニッケルを蒸着するという二
層構造とする。
■が解 しようとするり 、
しかし、上記蒸着法でも下記の欠点がある。
■ ベース金属及びニッケルを単に蒸着した状態では、
電極として密着力が不十分である。充分な密着力を得る
ためには、無電解ニッケルメッキ法の場合と同様に、蒸
着後、更に熱処理を必要とする。
電極として密着力が不十分である。充分な密着力を得る
ためには、無電解ニッケルメッキ法の場合と同様に、蒸
着後、更に熱処理を必要とする。
■ 蒸着前に行われるシリコン基板への洗浄処理の良否
が電極の密着力に大きな影響を与えるので、電極密着力
の低下及びバラツキ幅の拡大が生じ易い。また、電極密
着力の低下及びバラツキ幅の拡大を最小限の抑えるため
に、蒸着前のシリコン基板の洗浄処理及び取扱いを極め
て厳密に行う必要がある。
が電極の密着力に大きな影響を与えるので、電極密着力
の低下及びバラツキ幅の拡大が生じ易い。また、電極密
着力の低下及びバラツキ幅の拡大を最小限の抑えるため
に、蒸着前のシリコン基板の洗浄処理及び取扱いを極め
て厳密に行う必要がある。
本発明は、熱処理を行わない場合でも、高い電極′Jl
i着力及び低抵抗性接触が安定して得られるシリコン基
板への電極形成法を提供することを目的とする。
i着力及び低抵抗性接触が安定して得られるシリコン基
板への電極形成法を提供することを目的とする。
慣」h[1解淋]=褌だプ0−s反
本発明のシリコン基板への電極形成法は、高周波プラズ
マ励起用コイルを介して蒸発源供給部に対向して配置さ
れたシリコン基板の雰囲気をチタン、クロム又はモリブ
デンから選択されたベース金属及びニッケルの蒸発が可
能な真空度まで排気する排気工程、前記蒸発源供給部に
対して前記シリコン基板部分が負となる直流電圧を印加
し、前記雰囲気中に希ガスを導入すると共に、前記高周
波プラズマ励起用コイルに高周波電力を供給して希ガス
のプラズマを発生させ、前記シリコン基板に希ガスのイ
オンでWR撃を与えてシリコン基板の表面をクリーニン
グするクリーニング工程、前記直流電圧の印加状態でか
つ前記プラズマの発生状態で前記蒸発源供給部からベー
ス金属を蒸発させ、クリーニングした前記シリコン基板
の表面にベース金属層を形成するベース金属層形成工程
、及び前記直流電圧の印加状態でかつ前記プラズマ発生
状態で前記蒸発源供給部からニッケルを蒸発させ、前記
ベース金属層の上にニッケル層を形成するニッケル層形
成工程、を含む。
マ励起用コイルを介して蒸発源供給部に対向して配置さ
れたシリコン基板の雰囲気をチタン、クロム又はモリブ
デンから選択されたベース金属及びニッケルの蒸発が可
能な真空度まで排気する排気工程、前記蒸発源供給部に
対して前記シリコン基板部分が負となる直流電圧を印加
し、前記雰囲気中に希ガスを導入すると共に、前記高周
波プラズマ励起用コイルに高周波電力を供給して希ガス
のプラズマを発生させ、前記シリコン基板に希ガスのイ
オンでWR撃を与えてシリコン基板の表面をクリーニン
グするクリーニング工程、前記直流電圧の印加状態でか
つ前記プラズマの発生状態で前記蒸発源供給部からベー
ス金属を蒸発させ、クリーニングした前記シリコン基板
の表面にベース金属層を形成するベース金属層形成工程
、及び前記直流電圧の印加状態でかつ前記プラズマ発生
状態で前記蒸発源供給部からニッケルを蒸発させ、前記
ベース金属層の上にニッケル層を形成するニッケル層形
成工程、を含む。
旦
蒸発源供給部に対してシリコン基板部分が負となる直流
電圧を印加し、高周波プラズマ励起用コイルに高周波電
力を供給して希ガスのプラズマを発生させ、シリコン基
板の表面に加速された希ガスのイオンで衝撃を与えるこ
とにより、シリコン基板の表面は、予めクリーニングさ
れる。その後。
電圧を印加し、高周波プラズマ励起用コイルに高周波電
力を供給して希ガスのプラズマを発生させ、シリコン基
板の表面に加速された希ガスのイオンで衝撃を与えるこ
とにより、シリコン基板の表面は、予めクリーニングさ
れる。その後。
蒸発源供給部から蒸発したベース金属粒子は、希ガスの
プラズマ領域において、高周波プラズマ励起用コイルに
供給される高周波電力のエネルギを受けて、励起粒子、
イオン粒子又は中性粒子となって加速されてシリコン基
板に到達する。この結果、シリコン基板の表面に強固に
付着したベース金属層が形成される0次に、蒸発源供給
部からニッケル粒子が蒸発すると、同様の作用で、上記
ベース金属層に強固に付着したニッケル層が形成される
。
プラズマ領域において、高周波プラズマ励起用コイルに
供給される高周波電力のエネルギを受けて、励起粒子、
イオン粒子又は中性粒子となって加速されてシリコン基
板に到達する。この結果、シリコン基板の表面に強固に
付着したベース金属層が形成される0次に、蒸発源供給
部からニッケル粒子が蒸発すると、同様の作用で、上記
ベース金属層に強固に付着したニッケル層が形成される
。
ス」1匹
以下、本発明の実施例を図面について説明する。
第1図は1本発明によるシリコン基板への電極形成法に
使用するイオンブレーティング装置の概略図である0図
中、1はベースプレート、2はステンレス製ペルジャー
、3は真空チェンバ、4はベース金属としてのチタン及
びニッケルを入れた回転切換式のルツボ(図示せず)を
備えた蒸発源供給部、5は蒸発源供給部4に対向して基
板ホルダ6に取付けたシリコン基板、7は蒸発源供給部
4とシリコン基板5との間に配置された高周波プラズマ
励起用コイル、8は高周波電源、9は高周波電源8と高
周波プラズマ励起用コイル7の間にあるマツチングボッ
クス、10は蒸発源を加熱する電子銃(図示せず)に電
力を供給する蒸発用電源、11はシリコン基板に向かっ
て移動する正イオンを加速する直流電圧を印加する加速
用直流電源。
使用するイオンブレーティング装置の概略図である0図
中、1はベースプレート、2はステンレス製ペルジャー
、3は真空チェンバ、4はベース金属としてのチタン及
びニッケルを入れた回転切換式のルツボ(図示せず)を
備えた蒸発源供給部、5は蒸発源供給部4に対向して基
板ホルダ6に取付けたシリコン基板、7は蒸発源供給部
4とシリコン基板5との間に配置された高周波プラズマ
励起用コイル、8は高周波電源、9は高周波電源8と高
周波プラズマ励起用コイル7の間にあるマツチングボッ
クス、10は蒸発源を加熱する電子銃(図示せず)に電
力を供給する蒸発用電源、11はシリコン基板に向かっ
て移動する正イオンを加速する直流電圧を印加する加速
用直流電源。
12は真空チェンバ3内に供給する希ガスの流量を制御
する制御バルブである。
する制御バルブである。
上記構成において、予め表面を清浄に処理した複数のシ
リコン基板5を基板ホルダ6に取り付け。
リコン基板5を基板ホルダ6に取り付け。
ベルジャ2を閉鎖して、真空チェンバ3内を排気する。
真空チェンバ3内が、5 X 10”2Pa (パスカ
ル)以下の真空度に達したとき、制御バルブ12を開弁
して、真空チェンバ3内にアルゴンガスを導入し、その
分圧を4X10−2Paに保持する。その後、高周波プ
ラズマ励起用コイル7にsoowの高周波電力を供給す
ると、高周波プラズマ励起用コイル7を中心として蒸発
源供給部4とシリコン基板5を含む広い範囲にアルゴン
のプラズマが発生する。このとき、シリコン基板5の表
面は、電子とイオンの易動度の差によるセルフ・バイア
ス効果により直流電界が印加された状態と等価となる。
ル)以下の真空度に達したとき、制御バルブ12を開弁
して、真空チェンバ3内にアルゴンガスを導入し、その
分圧を4X10−2Paに保持する。その後、高周波プ
ラズマ励起用コイル7にsoowの高周波電力を供給す
ると、高周波プラズマ励起用コイル7を中心として蒸発
源供給部4とシリコン基板5を含む広い範囲にアルゴン
のプラズマが発生する。このとき、シリコン基板5の表
面は、電子とイオンの易動度の差によるセルフ・バイア
ス効果により直流電界が印加された状態と等価となる。
更に、アルゴンイオンの移動速度を加速するため、蒸発
源供給部4を接地し、これと基板ホルダ6との間に基板
ホルダ6側を負とする500vの直流電圧を印加する。
源供給部4を接地し、これと基板ホルダ6との間に基板
ホルダ6側を負とする500vの直流電圧を印加する。
従って、アルゴンイオンは、基板ホルダ6とほぼ同電位
となるシリコン基板5に向かって高速度で移動し、シリ
コン基板5の表面に衝突(ボンバードメント)する。
となるシリコン基板5に向かって高速度で移動し、シリ
コン基板5の表面に衝突(ボンバードメント)する。
従って、シリコン基板5の表面はイオンエツチングによ
りクリーニングされる。このクリーニング工程の時間は
、約20分である。
りクリーニングされる。このクリーニング工程の時間は
、約20分である。
その後、500vの直流電圧の印加はそのままに、アル
ゴン圧力をやや低めて2XIO−2Paに保持し、蒸発
源供給部4に置かれたベース金属としてのチタンに電子
銃から発せられた電子ビームを当ててチタンを蒸発させ
る。蒸発したチタン粒子は、アルゴンプラズマの中心領
域である高周波プラズマ励起用コイル7の付近で高周波
電力のエネルギを受けて励起粒子、イオン粒子又は中性
粒子となり、高速度でシリコン基板5に向かって移動し
てこれに付着し、チタンのベース金属層を形成する。こ
の場合、ベース金属層は、5Å/秒の形成速度で、約4
,000人の膜厚に形成される。
ゴン圧力をやや低めて2XIO−2Paに保持し、蒸発
源供給部4に置かれたベース金属としてのチタンに電子
銃から発せられた電子ビームを当ててチタンを蒸発させ
る。蒸発したチタン粒子は、アルゴンプラズマの中心領
域である高周波プラズマ励起用コイル7の付近で高周波
電力のエネルギを受けて励起粒子、イオン粒子又は中性
粒子となり、高速度でシリコン基板5に向かって移動し
てこれに付着し、チタンのベース金属層を形成する。こ
の場合、ベース金属層は、5Å/秒の形成速度で、約4
,000人の膜厚に形成される。
ベース金属層の形成後、蒸発源をニッケルに切換え、上
記チタンの蒸発工程と同条件で蒸発源供給部4からニッ
ケルを蒸発させる。従って、ニッケル粒子は、高周波プ
ラズマ励起用コイル7の付近で高周波電力のエネルギを
受けて励起粒子、イオン粒子又は中性粒子となり、高速
度でシリコン基板5に向かって移動してこれに付着し、
前記ベース金属Mの上にニッケル層を形成する。この場
合、ニッケル層は、10Å/秒の形成速度で、約4 、
000人の膜厚に形成される。従って、第2図に示すよ
うに、シリコン基板5には、このシリコン基板5上に付
着したベース金属層13及びベース金属層13上に付着
したニッケル層14からなる電極が形成される。
記チタンの蒸発工程と同条件で蒸発源供給部4からニッ
ケルを蒸発させる。従って、ニッケル粒子は、高周波プ
ラズマ励起用コイル7の付近で高周波電力のエネルギを
受けて励起粒子、イオン粒子又は中性粒子となり、高速
度でシリコン基板5に向かって移動してこれに付着し、
前記ベース金属Mの上にニッケル層を形成する。この場
合、ニッケル層は、10Å/秒の形成速度で、約4 、
000人の膜厚に形成される。従って、第2図に示すよ
うに、シリコン基板5には、このシリコン基板5上に付
着したベース金属層13及びベース金属層13上に付着
したニッケル層14からなる電極が形成される。
本発明のシリコン基板への電極形成法では、充分に低抵
抗の抵抗性接触特性(オーミック接触)が得られる。こ
の抵抗性接触特性は、比抵抗0.018Ω・口、厚さ2
80μIのN形シリコンウェハに表面不純物濃度I X
10′icm−’、深さ1.7μmのNΦ形拡散層を
形成したものに本発明の方法により電極を形成したとき
のデータで、接触抵抗値は9mΩである。一方、シリコ
ン母材比抵抗と2.2mm角(4,84mn+”)に切
り出したチップ寸法から計算で求められた抵抗値は10
.4mΩである。従って、完全に近い抵抗性接触特性を
得ている。
抗の抵抗性接触特性(オーミック接触)が得られる。こ
の抵抗性接触特性は、比抵抗0.018Ω・口、厚さ2
80μIのN形シリコンウェハに表面不純物濃度I X
10′icm−’、深さ1.7μmのNΦ形拡散層を
形成したものに本発明の方法により電極を形成したとき
のデータで、接触抵抗値は9mΩである。一方、シリコ
ン母材比抵抗と2.2mm角(4,84mn+”)に切
り出したチップ寸法から計算で求められた抵抗値は10
.4mΩである。従って、完全に近い抵抗性接触特性を
得ている。
第3図は、2.1m’の面積を有するシリコン基板に本
発明の方法、真空蒸着法及び無電解ニッケルメッキ法に
より電極を形成した上で、これらに半田を介してリード
線を接続し、引張試験にて電極の密着力を測定した結果
を示す。この引張試験では、各電極に対し20個のサン
プルを準備した(図中の丸印がそれぞれの測定値を示す
)。図中。
発明の方法、真空蒸着法及び無電解ニッケルメッキ法に
より電極を形成した上で、これらに半田を介してリード
線を接続し、引張試験にて電極の密着力を測定した結果
を示す。この引張試験では、各電極に対し20個のサン
プルを準備した(図中の丸印がそれぞれの測定値を示す
)。図中。
Aは、本発明で得られたチタンとニッケルの二層電極の
密着力を示す。Bは、真空蒸着法で得られた同じくチタ
ンとニッケルの二層電極の密着力を示す。Cは、無電解
ニッケルメッキ法で得られたニッケルシリサイドとニッ
ケルの二層電極の密着力を示す。この図から明らかな通
り、Aは、三角形印で示される平均値で11.5kgの
密着力を示し、かつ破断個所は電極部でなくシリコン基
板結晶内である。これに対し、B及びCの平均密着力は
、それぞれ7.5kg及び10.4 k gで、Aより
かなり低く、かつ上下限のバラツキが非常に大きい、な
お。
密着力を示す。Bは、真空蒸着法で得られた同じくチタ
ンとニッケルの二層電極の密着力を示す。Cは、無電解
ニッケルメッキ法で得られたニッケルシリサイドとニッ
ケルの二層電極の密着力を示す。この図から明らかな通
り、Aは、三角形印で示される平均値で11.5kgの
密着力を示し、かつ破断個所は電極部でなくシリコン基
板結晶内である。これに対し、B及びCの平均密着力は
、それぞれ7.5kg及び10.4 k gで、Aより
かなり低く、かつ上下限のバラツキが非常に大きい、な
お。
真空蒸着法によるBのデータは、蒸着後の熱処理を施し
ていないものである。しかし、蒸着後に熱処理を施した
としても、Cと同程度の電極密着力が得られるだけで、
平均値及びバラツキのいずれにおいてもAより劣ってい
る。
ていないものである。しかし、蒸着後に熱処理を施した
としても、Cと同程度の電極密着力が得られるだけで、
平均値及びバラツキのいずれにおいてもAより劣ってい
る。
本発明のシリコン基板への電極形成法では、真空チェン
バ3内に供給する希ガスは、実用的にはアルゴンが最適
である。また、アルゴン圧力は、クリーニング工程’t
[2X 10−” 〜6 X 10−2Pa(パスカル
)、ベース金属層形成工程及びニッケル層形成工程では
1.5X10−’〜4X10−2Paの範囲で好結果が
得られる。即ち、クリーニング工程でのアルゴン圧力が
2 X 10”” P’a未満では、アルゴンイオンの
量が不足し、シリコン基板表面のクリーニング効果が不
十分となり、電極の密着力が低下する。逆に、アルゴン
圧力が6×10−2Paを越えると、アルゴンイオンの
量が過剰になり、シリコン基板以外のものをエツチング
して、それ等の残渣がシリコン基板に付着し、やはり電
極の密着力が低下する。クリーニング工程でのアルゴン
圧力は、高い電極の密着力を得るため、3 X 10−
”5 X 10−2Paの範囲が更に望ましい。
バ3内に供給する希ガスは、実用的にはアルゴンが最適
である。また、アルゴン圧力は、クリーニング工程’t
[2X 10−” 〜6 X 10−2Pa(パスカル
)、ベース金属層形成工程及びニッケル層形成工程では
1.5X10−’〜4X10−2Paの範囲で好結果が
得られる。即ち、クリーニング工程でのアルゴン圧力が
2 X 10”” P’a未満では、アルゴンイオンの
量が不足し、シリコン基板表面のクリーニング効果が不
十分となり、電極の密着力が低下する。逆に、アルゴン
圧力が6×10−2Paを越えると、アルゴンイオンの
量が過剰になり、シリコン基板以外のものをエツチング
して、それ等の残渣がシリコン基板に付着し、やはり電
極の密着力が低下する。クリーニング工程でのアルゴン
圧力は、高い電極の密着力を得るため、3 X 10−
”5 X 10−2Paの範囲が更に望ましい。
ベース金a層形成工程及びニッケル層形成工程でのアル
ゴン圧力は、クリーニング工程と同様にexio−”p
aが電極の密着力からすると上限値である。しかし実際
には、アルゴン圧力が4×102Paを越えると、付着
したベース金属層やニッケル層がアルゴンイオンの衝突
によってエツチングされ、このためベース金属層又はニ
ッケル層の形成速度がかなり低下する現象が現れる。ベ
ース金属層形成工程及びニッケル層形成工程ではクリー
ニング作用を強力に行う必要はないから、アルゴン圧力
を4X10−2Pa以下とするのが効率的である。なお
、アルゴン圧力が1.5X10−2Pa未満では、アル
ゴンの安定したプラズマ状態が得られない。
ゴン圧力は、クリーニング工程と同様にexio−”p
aが電極の密着力からすると上限値である。しかし実際
には、アルゴン圧力が4×102Paを越えると、付着
したベース金属層やニッケル層がアルゴンイオンの衝突
によってエツチングされ、このためベース金属層又はニ
ッケル層の形成速度がかなり低下する現象が現れる。ベ
ース金属層形成工程及びニッケル層形成工程ではクリー
ニング作用を強力に行う必要はないから、アルゴン圧力
を4X10−2Pa以下とするのが効率的である。なお
、アルゴン圧力が1.5X10−2Pa未満では、アル
ゴンの安定したプラズマ状態が得られない。
本発明のシリコン基板への電極形成法では、各粒子を加
速するため、蒸発源供給部とシリコン基板部分との間に
直流電圧を印加する。この直流電圧を大きくすると、シ
リコン基板に到達するイオン(アルゴンイオン、ベース
金属イオン、ニッケルイオン)の運動エネルギが大きく
なり、アルゴンイオンによるクリーニング効果が大きく
なり、またベース金属イオン及びニッケルイオンのシリ
コン基板へのくい込み力が高まる。しかし、電極の密着
力がシリコン基板の剥離強度で制限されることから、蒸
着源供給部とシリコン基板の間の空間の電界強度がIO
V/am程度で電極の密着力は飽和の傾向を示す。また
、この電界強度が30V/a11程度を越えると、付着
したベース金属層あるいはニッケル層がイオンのスパッ
タリング作用によって荒れてしまうので好ましくない。
速するため、蒸発源供給部とシリコン基板部分との間に
直流電圧を印加する。この直流電圧を大きくすると、シ
リコン基板に到達するイオン(アルゴンイオン、ベース
金属イオン、ニッケルイオン)の運動エネルギが大きく
なり、アルゴンイオンによるクリーニング効果が大きく
なり、またベース金属イオン及びニッケルイオンのシリ
コン基板へのくい込み力が高まる。しかし、電極の密着
力がシリコン基板の剥離強度で制限されることから、蒸
着源供給部とシリコン基板の間の空間の電界強度がIO
V/am程度で電極の密着力は飽和の傾向を示す。また
、この電界強度が30V/a11程度を越えると、付着
したベース金属層あるいはニッケル層がイオンのスパッ
タリング作用によって荒れてしまうので好ましくない。
従って、この電界強度が10〜30V/Cmの範囲とな
るように直流電圧を印加するのがよい。
るように直流電圧を印加するのがよい。
本発明の方法では、電極の密着力は、電極の形成速度と
厚みに大きく左右される。これは、電極の形成速度と厘
みが電極内の残留応力及び電極系の応力バランスに関係
するためと思われる6種々実験の結果、3〜10Å/秒
の形成速度で2,000〜s 、 ooo人の厚さにチ
タンから成るベース金属層を形成し、5〜13Å/秒の
形成速度で4 、000〜8 、000人の厚さにニッ
ケル層を形成すると良好な結果が得られた。即ち、ベー
ス金属層及びニッケル層とも形成速度は遅い方が良好な
結果が得られるが、形成時間を考慮すると、実用面から
ベース金属層で3Å/秒、ニッケル層で5Å/秒という
下限値が生じる。一方、形成速度がベース金属層で10
Å/秒、ニッケル層で13Å/秒を越えると、いずれも
電極の密着力が低下する。
厚みに大きく左右される。これは、電極の形成速度と厘
みが電極内の残留応力及び電極系の応力バランスに関係
するためと思われる6種々実験の結果、3〜10Å/秒
の形成速度で2,000〜s 、 ooo人の厚さにチ
タンから成るベース金属層を形成し、5〜13Å/秒の
形成速度で4 、000〜8 、000人の厚さにニッ
ケル層を形成すると良好な結果が得られた。即ち、ベー
ス金属層及びニッケル層とも形成速度は遅い方が良好な
結果が得られるが、形成時間を考慮すると、実用面から
ベース金属層で3Å/秒、ニッケル層で5Å/秒という
下限値が生じる。一方、形成速度がベース金属層で10
Å/秒、ニッケル層で13Å/秒を越えると、いずれも
電極の密着力が低下する。
上述の形成速度の範囲において、ベース金属層の厚みが
s 、 ooo人を越えると電極の密着力が低下する。
s 、 ooo人を越えると電極の密着力が低下する。
ベース金属層の厚みが2,000人未満では、ニッケル
層又はその上に被着される半田やアルミニウム材等の金
属とシリコン基板とが反応を起こして電極の密着力が低
下する現象が起き易くなる。
層又はその上に被着される半田やアルミニウム材等の金
属とシリコン基板とが反応を起こして電極の密着力が低
下する現象が起き易くなる。
また、ベース金属層とニッケル層を合わせた電極の厚み
は、上記半田やアルミニウム材等の金属とシリコン基板
との反応を防止するために数千人は必要である。また、
ニッケル層が薄すぎても電極系の応力バランスが崩れて
電極の密着力が低下する。これらのため、ニッケル層の
厚みは4,000Å以上必要である。ニッケル層は、
to、ooo人(1μm)を越えると電極の密着力もか
なり低下するし、これ以上厚くしても経済性を損なうだ
けで意味がない。
は、上記半田やアルミニウム材等の金属とシリコン基板
との反応を防止するために数千人は必要である。また、
ニッケル層が薄すぎても電極系の応力バランスが崩れて
電極の密着力が低下する。これらのため、ニッケル層の
厚みは4,000Å以上必要である。ニッケル層は、
to、ooo人(1μm)を越えると電極の密着力もか
なり低下するし、これ以上厚くしても経済性を損なうだ
けで意味がない。
シリコン基板とニッケル層との間に介在させるベース金
属としては、チタン、クロム又はモリブデンのいずれで
も使用できる。ただし、本発明の方法によって形成した
クロ11は、ケミカルエツチングによって加工するのが
困難である。また、リード線を半田接続する際に塩素系
のフラックスを使うと、クロム層が塩素で腐食して電極
の密着力が低下する。モリブデンは、モリブデン粒子が
弾けるように飛んでシリコン基板に付着する現象によっ
てベース金属層の膜質が低下し易い、このため、量産す
る上では品質の安定性に乏しい。ベース金属として使用
されるチタンは、電極の加工性、半田接続、量産する上
での安定性のいずれにおいても問題ない上に、電極の密
着力も最も大きい値が得られる0例えば、チタン、モリ
ブデン及びクロムを比較した実験では、下記の結果が得
られた。
属としては、チタン、クロム又はモリブデンのいずれで
も使用できる。ただし、本発明の方法によって形成した
クロ11は、ケミカルエツチングによって加工するのが
困難である。また、リード線を半田接続する際に塩素系
のフラックスを使うと、クロム層が塩素で腐食して電極
の密着力が低下する。モリブデンは、モリブデン粒子が
弾けるように飛んでシリコン基板に付着する現象によっ
てベース金属層の膜質が低下し易い、このため、量産す
る上では品質の安定性に乏しい。ベース金属として使用
されるチタンは、電極の加工性、半田接続、量産する上
での安定性のいずれにおいても問題ない上に、電極の密
着力も最も大きい値が得られる0例えば、チタン、モリ
ブデン及びクロムを比較した実験では、下記の結果が得
られた。
ベース金属 VB着力(kg)
チタン 11・5
モリブデン 11.3
クロム 10.0
従って、チタンをベース金属として介在させるのが最も
好適である。
好適である。
なお、フラックスを使わないで半田接続を行う場合、ニ
ッケル面では半田に対する濡れ性が不足することがある
。このような場合は、ニッケル層14の形成後に蒸発源
を銀に切換え、ニッケル層14の上に1,000〜4
、000人の銀層を形成すればよい。
ッケル面では半田に対する濡れ性が不足することがある
。このような場合は、ニッケル層14の形成後に蒸発源
を銀に切換え、ニッケル層14の上に1,000〜4
、000人の銀層を形成すればよい。
溌jIυ例米
上記のように1本発明のシリコン基板への電極形成法で
は、シリコン基板上に順次ベース金属層及びニッケル層
が強固に付着する。従って、電極の熱処理工程を必要と
することなく、シリコン基板上に従来以上に高い密着力
で低抵抗接触性の電極が形成される。即ち、本発明のシ
リコン基板への電極形成法は、従来の無電解ニッケルメ
ッキ法あるいは真空蒸着法に比べ、下記の利点がある。
は、シリコン基板上に順次ベース金属層及びニッケル層
が強固に付着する。従って、電極の熱処理工程を必要と
することなく、シリコン基板上に従来以上に高い密着力
で低抵抗接触性の電極が形成される。即ち、本発明のシ
リコン基板への電極形成法は、従来の無電解ニッケルメ
ッキ法あるいは真空蒸着法に比べ、下記の利点がある。
■ 無電解ニッケルメッキ法と真空蒸着法のいずれに対
しても、電極の密着力が向上し、密着力のバラツキも少
ない。
しても、電極の密着力が向上し、密着力のバラツキも少
ない。
■ 無電解ニッケルメッキ法では、第1層目のメッキ、
熱処理及び第2層目のメッキ等の処理、及びこれらの処
理の前後処理を含む複雑かつ煩垣な処理工程を含み、必
然的に全処理工程時間が長くなる。これに対して本発明
の方法では、全処理工程時間を大幅に短縮することがで
きる。
熱処理及び第2層目のメッキ等の処理、及びこれらの処
理の前後処理を含む複雑かつ煩垣な処理工程を含み、必
然的に全処理工程時間が長くなる。これに対して本発明
の方法では、全処理工程時間を大幅に短縮することがで
きる。
■ 真空蒸着法に対しても、電極の熱処理を必要としな
い分、全処理工程時間を短縮することができる。
い分、全処理工程時間を短縮することができる。
■ 無電解ニッケルメッキ法で必要な多量の化学薬品及
び水を使用することなく、これに伴って廃液処理という
問題もない。
び水を使用することなく、これに伴って廃液処理という
問題もない。
■ 無電解ニッケルメッキ法の場合の燐のような後工程
で不具合を招く成分を含ませないように電極を形成でき
る。従って、半田によるリード線接続のための熱処理工
程で不具合成分が電極から蒸発して接続不良を起こすよ
うなことはない。
で不具合を招く成分を含ませないように電極を形成でき
る。従って、半田によるリード線接続のための熱処理工
程で不具合成分が電極から蒸発して接続不良を起こすよ
うなことはない。
■ 真空蒸着法と比べて、電極の結晶方位がそろってお
り、密度も高い。従って、外部電極との接続状態が良好
かつ安定している。
り、密度も高い。従って、外部電極との接続状態が良好
かつ安定している。
■ 真空蒸着法と比べて、電極形成前のシリコン基板の
処理によって電極の密着力が左右されない。
処理によって電極の密着力が左右されない。
従って、シリコン基板の取扱が簡単であるし、上記■の
利点を生む一因ともなっている。
利点を生む一因ともなっている。
第1図は、本発明によるシリコン基板への電極形成法に
使用するイオンブレーティング装置の概略図、第2図は
、本発明のシリコン基板への電極形成法で電極が形成さ
れたシリコン基板の断面図、第3図は、本発明による電
極と従来の電極の密着力を示すグラフ、第4図は、従来
の無電解ニッケルメッキ法によるシリコン基板への電極
の形成状態を示す断面図である。 10.ベースプレート、 20.ペルジャー、30.真
空チェンバ、 40.蒸発源供給部、50.シリコン基
板、 69.基板ホルダ、7.。 高周波プラズマ励起用コイル、 80.高周波電源、
90.マツチングボックス、 103.蒸発用電源、
118.加速用直流電源、 12.。 制御バルブ、130.ベース金属層、 14.。 ニッケル層、 。 特許出願人 サンケン電気株式会社第1図 第2図 第3図 ′■−−− CB A 第4図
使用するイオンブレーティング装置の概略図、第2図は
、本発明のシリコン基板への電極形成法で電極が形成さ
れたシリコン基板の断面図、第3図は、本発明による電
極と従来の電極の密着力を示すグラフ、第4図は、従来
の無電解ニッケルメッキ法によるシリコン基板への電極
の形成状態を示す断面図である。 10.ベースプレート、 20.ペルジャー、30.真
空チェンバ、 40.蒸発源供給部、50.シリコン基
板、 69.基板ホルダ、7.。 高周波プラズマ励起用コイル、 80.高周波電源、
90.マツチングボックス、 103.蒸発用電源、
118.加速用直流電源、 12.。 制御バルブ、130.ベース金属層、 14.。 ニッケル層、 。 特許出願人 サンケン電気株式会社第1図 第2図 第3図 ′■−−− CB A 第4図
Claims (6)
- (1)高周波プラズマ励起用コイルを介して蒸発源供給
部に対向して配置されたシリコン基板の雰囲気をチタン
、クロム又はモリブデンから選択されたベース金属及び
ニッケルの蒸発が可能な真空度まで排気する排気工程、 前記蒸発源供給部に対して前記シリコン基板部分が負と
なる直流電圧を印加し、前記雰囲気中に希ガスを導入す
ると共に、前記高周波プラズマ励起用コイルに高周波電
力を供給して希ガスのプラズマを発生させ、前記シリコ
ン基板に希ガスのイオンで衝撃を与えてシリコン基板の
表面をクリーニングするクリーニング工程、 前記直流電圧の印加状態でかつ前記希ガスのプラズマの
発生状態で、前記蒸発源供給部から前記ベース金属を蒸
発させ、クリーニングした前記シリコン基板の表面にベ
ース金属層を形成するベース金属層形成工程、及び 前記直流電圧の印加状態でかつ前記希ガスのプラズマの
発生状態で、前記蒸発源供給部からニッケルを蒸発させ
、前記ベース金属層の上にニッケル層を形成するニッケ
ル層形成工程、 を含むシリコン基板への電極形成法。 - (2)前記希ガスはアルゴンである特許請求の範囲第(
1)項記載のシリコン基板への電極形成法。 - (3)前記アルゴンの圧力は、前記クリーニング工程で
は、2×10^−^2〜6×10^−^2Pa(パスカ
ル)で、前記ベース金属層形成工程及びニッケル層形成
工程では、1.5×10^−^2〜4×10^−^2P
aである特許請求の範囲第(2)項記載のシリコン基板
への電極形成法。 - (4)前記直流電圧は、10〜30V/cmの電界強度
を与える特許請求の範囲第(2)項又は第(3)項記載
のシリコン基板への電極形成法。 - (5)前記ベース金属層は、3〜10Å/秒の形成速度
で2,000〜5,000Åの厚さに形成され、前記ニ
ッケル層は、5〜13Å/秒の形成速度で4,000〜
10,000Åの厚さに形成される特許請求の範囲第(
1)項記載のシリコン基板への電極形成法。 - (6)前記ベース金属は、チタンである特許請求の範囲
第(1)項記載のシリコン基板への電極形成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19404786A JPS6351629A (ja) | 1986-08-21 | 1986-08-21 | シリコン基板への電極形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19404786A JPS6351629A (ja) | 1986-08-21 | 1986-08-21 | シリコン基板への電極形成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6351629A true JPS6351629A (ja) | 1988-03-04 |
| JPH0581049B2 JPH0581049B2 (ja) | 1993-11-11 |
Family
ID=16318059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19404786A Granted JPS6351629A (ja) | 1986-08-21 | 1986-08-21 | シリコン基板への電極形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6351629A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56142633A (en) * | 1980-04-08 | 1981-11-07 | Mitsubishi Electric Corp | Forming method for back electrode of semiconductor wafer |
| JPS58102521A (ja) * | 1981-12-14 | 1983-06-18 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS59208727A (ja) * | 1983-05-12 | 1984-11-27 | Mitsubishi Electric Corp | プラズマエツチング装置 |
-
1986
- 1986-08-21 JP JP19404786A patent/JPS6351629A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56142633A (en) * | 1980-04-08 | 1981-11-07 | Mitsubishi Electric Corp | Forming method for back electrode of semiconductor wafer |
| JPS58102521A (ja) * | 1981-12-14 | 1983-06-18 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS59208727A (ja) * | 1983-05-12 | 1984-11-27 | Mitsubishi Electric Corp | プラズマエツチング装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0581049B2 (ja) | 1993-11-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |