JP2002231970A - ショットキーダイオードの電極形成方法及びその製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決すべき課題】 簡単で安価な設備で大量生産が出
来るショットキーダイオードの電極形成方法及びその製
品を提供する 【解決手段】 ショットキーダイオードの電極形成方法
であって、高融点金属上に電気伝導性に優れた金属電極
層を無電解めっき法により形成する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ショットキーダイ
オードの電極形成方法及び該方法により生産されるショ
ットキーダイオードに関する。

【０００２】

【従来の技術】ショットキーダイオードは、金属と半導
体との接合によって生じる電位障壁を利用するダイオー
ドで、拡散層によって所謂ジャンクション形成しないた
めに、動作速度が速く、また動作による電気的損失が少
ないという利点があるため、昨今の電池動作での各種電
子機器の電池充電寿命時間の延長に大きく寄与すること
から、大量に使用されるようになってきた。とくに軽薄
短小化が進む携帯電話、ノートブックパソコン、ビデオ
カメラ等の製品においては、電池による連続使用時間の
長さもまた販売戦略上極めて重要なファクターとなりつ
つあり、これら機器に使用される半導体デバイスは、低
損失、高速動作が強く求められるようになってきてい
る。

【０００３】低損失、高速動作が可能なショットキーダ
イオードの代表的な例が特開昭56-164529に提案されて
いる。この例ではモリブデンやチタン上に白金、パラジ
ウムを形成後、電解めっきにより高導電性の金を形成し
ている。しかし、この方法では電解めっきのシード層と
しての白金やパラジウムはスパッタ法により形成するた
め、高真空下でしかも清浄な表面を維持した高精度なス
パッタ装置の使用が要求される。このような装置は、既
に市場で入手可能ではあるが、極めて高価である。更
に、複数層重層された性質の異なる金属をエッチングす
ることは、一般には高価なプラズマ装置を使用して、一
層ごとにガスを変化させるという手法が必要で、高度の
技術と高価な装置のための多額の投資を伴う。勿論、ス
パッタ法などの蒸着工程であっても、リフトオフ法の利
用により、エッチング工程を省略することは原理的には
可能であるが、真空室内の汚染、真空度の低下等の副作
用があり、実際上の利用は困難である。

【０００４】また、特性的に漏洩電流は金属層の形成条
件、特に温度に依存していることが経験的事実として知
られている。これは金属のもつ熱膨張係数と係わりがあ
り、スパッタ法のように高温で金属層を形成した場合、
常温に戻した時の温度差により機械的歪みが生じ、これ
が漏洩電流の原因となる。従って、良好なショットキー
バリヤ形成には、精密な温度コントロールが必要である
ことが経験的に知られている。

【０００５】以上のように既存の高価で高精度の乾式装
置を用いればショットキーダイオードの製造は可能であ
るが、対象物がダイオードであるため付加価値があまり
期待できないという実情を考えると、高価な装置を利用
した、複雑で高度な作業技術を必要とする製造は、事実
上不可能といえる。

【０００６】これに対してスパッタ装置のような乾式大
型装置を使用しない、湿式金属析出法、すなわち電解め
っき又は無電解めっきを利用したショットキーダイオー
ド形成方法がこれまでに試みられている。まず、特公昭
54-1150、特開平5-190572、特開平5-275460等には、電
解法によるショットキーダイオードの電極形成方法が開
示されている。ところが電解めっき法では、−外部電源
から金属析出のための通電用リードを取る必要があり、
回路設計が複雑になる、−めっき後通電用リード部分を
取り除いた後、レジスト保護膜を除くという工程を要す
る、−アノード電極の配置や浴槽形状などが、電流分
布、析出均一性などに影響を及ぼすため、ウェハー毎の
枚葉処理を要する。

【０００７】すなわち、電解めっきでは工程が煩雑とな
り、めっき装置を特殊化する必要もあり、簡略、大量処
理という目的を達成することは困難である。一方、無電
解めっきを用いたショットキーダイオード電極形成につ
いては、特開昭61-163664、特開平11-97457、特開平11-
214411などに紹介されているが、無電解めっきで高融点
金属上、とくにモリブデン上に電極を形成する場合の密
着性のよい電極形成のための具体的技術については開示
されていない。

【０００８】なお、セラミック基板上でのタングステン
やモリブデンペーストによる回路パターン形成後、メタ
ライズした表面をパラジウムで活性化した後、無電解め
っきにより金属を析出する方法が、特開昭59-16961、特
許第2972209号に開示されているが、これらはプリント
配線板におけるスルーホール無電解銅めっき、セラミッ
ク基板のメタライズドタングステンパターン等へのパラ
ジウムによる触媒付与であって、ショットキーダイオー
ドの電極形成に応用した例はない。

【０００９】また、通常非導電性のプラスチックやセラ
ミック及びガラスなどに対して行われるパラジウム核析
出による触媒化付与方法は、プラスチック等の非導電体
の場合は、塩化すずによる感応化と塩化パラジウムによ
る活性化の二段階で行われ、銅の場合は、コロイド状一
液系キャタリストまたは吸着性の強いパラジウム錯体溶
液に素材を浸漬後、ジメチルアミンボランなどの還元剤
でパラジウム金属を析出させる方法など、操作が煩雑で
素地毎に触媒化付与方法が異なる。さらに、このパラジ
ウム核の析出条件により、その後の無電解めっきの密着
性、析出性が大きく影響を受けることから、素材毎の条
件最適化が極めて重要であり、ショットキーダイオード
の電極形成にそのまま簡単に応用できるものではなかっ
た。

【００１０】

【発明が解決すべき課題】本発明の課題は、上記従来技
術の問題を解決し、簡単で安価な設備で大量生産が出来
るショットキーダイオードの電極形成方法及びその製品
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねる中で、無電解めっきによ
れば、外部電源を必要とせず、金属析出が可能であり、
近年とくに需要の大きい微細パターン、孤立パターンな
どに対しても通電用の回路設計の必要がなく、さらにま
たアノード電極位置や電流分布を考慮する必要もないた
め、単純な浸漬方式での大量処理が可能という大きなメ
リットが期待できるとの知見を得るに至った。そしてさ
らに研究を進めた結果、高融点金属上にショットキーダ
イオード金属電極層を無電解めっき法により形成するこ
とからなる、上記課題を解決する本発明を完成するに至
った。

【００１２】すなわち、本発明は、ショットキーダイオ
ードの電極形成方法であって、高融点金属上に電気伝導
性に優れた金属電極層を無電解めっき法により形成する
方法に関する。また本発明は、高融点金属が、モリブデ
ンである、前記方法に関する。さらに本発明は、電気伝
導性に優れた金属が、ニッケル、銅、金及び銀からなる
群から選択される１または２種以上である、前記方法に
関する。また本発明は、無電解めっき前に、被めっき金
属に対して活性のある触媒核を付与することを特徴とす
る、前記方法に関する。さらに本発明は、触媒核がパラ
ジウム触媒であることを特徴とする、前記方法に関す
る。また本発明は、無電解金属めっきとして、無電解ニ
ッケルめっき、置換型金めっき、自己触媒型金めっきを
順次行うことを特徴とする、前記方法に関する。さらに
本発明は、無電解金属めっきにて金属層を形成後、すず
又はすず合金めっきを行うことを特徴とする、前記方法
に関する。また本発明は、前記方法により電極形成され
たショットキーダイオードに関する。

【００１３】本発明によれば、外部電源や大型で高価な
真空系特殊装置を用いることなく、単なる溶液浸漬によ
る無電解めっき法で、銅、ニッケル、金、すず単体又は
すず合金などに覆われた電極を簡便に形成することがで
きる。そして本発明による無電解めっき電極形成は、基
本的に試料を溶液に浸漬するだけで可能であることか
ら、ウェハーの種類及び形状、回路パターンなどが変わ
っても、電気導通のための複雑な回路設計や枚葉式めっ
きのようなめっきカップ形状の変更等、装置的な変更は
基本的に必要ない。

【００１４】また、本発明によれば、めっきされる金属
の特性を、めっき液、めっき条件によって容易にかつ広
範囲に変えることもできる。さらに本発明においては、
リフト−オフ法の利用により、なんらの問題も惹起する
ことなく、ショットキーバリア金属上に形成される金属
のエッチングを不要とすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明における高融点金属として
は、プラチナやイリジウムなどの貴金属はSiO₂とのなじ
みが悪いため、モリブデン、タングステン、チタンまた
はそれらの合金などが用いられる。とくにモリブデンは
タングステンより再結晶温度が低く、薄膜でもバルク抵
抗に近い値が得られることから、モリブデンまたはモリ
ブデン合金が好適に用いられる。

【００１６】高融点金属は、基板上に通常の乾式の方法
により形成する。高融点金属上にめっきする電気伝導性
に優れた金属は、ニッケル、銅、金、銀などの電気伝導
性金属である。この電気伝導性金属層は単一層に限らず
数種の金属を重ねることもでき、無電解めっきにより金
属層を形成した後、必要に応じて無電解めっきに限らず
電解めっきによる金属層を形成することもできる。

【００１７】高融点金属に電気伝導性金属を形成する
際、高融点金属は、酸化されやすいため、初めに無電解
めっきのための前処理方法、所謂触媒化付与を行うこと
が好ましい。触媒化の方法としては、パラジウム核析出
法を用いることができる。とくにＭｏやＷなどの高融点
金属の場合は、標準酸化還元電位の差に起因する置換反
応により、塩化パラジウム等のパラジウムを含む溶液に
所定時間浸漬することで、パラジウム触媒核付与を１段
階で簡便に行うことができる。

【００１８】パラジウム触媒核を付与することにより、
無電解めっき可能な金属はすべてめっきすることができ
る。その結果、高融点金属と電気伝導性金属との組み合
わせは、歪み、漏洩電流等に対して最適の条件の組み合
わせを広い範囲で形成することができ、かつ装置的にも
安価であり、大量生産も容易である。

【００１９】本発明の一態様として、接点、端子の処理
として一般的なニッケル／金めっき層形成の処理方法は
次の通りである。まず無電解ニッケルめっきとしては、
りんを含有する無電解ニッケル−りんめっき、ボロンを
含有する無電解ニッケル−ボロン、又無電解純ニッケル
どれでも行うことができる。このニッケル上に、置換型
の金めっき液を用い、浸漬処理により0.05μｍ程度の薄
い金めっきを行う。但し、置換型金は薄い金めっき膜厚
しか得られないため、更に厚付けの金層を形成したい場
合は、置換金めっきの後、直ちに自己触媒型の無電解金
めっきを行い所望厚みの金層を形成する。この場合、ニ
ッケルめっき後直接自己触媒型の無電解金めっきを行う
とニッケルと金の密着性が得られないため、厚付け無電
解金めっきを行う場合は必ず置換型金めっきを行う。

【００２０】ショットキーダイオードの接続として、は
んだによる接続を行う場合は、無電解金属めっきにより
金属層を形成後、すず又はすず−鉛などのすず合金を無
電解めっきにより析出させ、全工程無電解めっき法によ
り電極を形成することが可能である。また必要に応じて
無電解金属めっきによりニッケル、銅、金などの金属層
を形成した後、すず、はんだ、またはすず−銀、すず−
ビスマスなどのはんだ代替のすず合金を電解めっきによ
り析出させ電極形成することも可能である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明のショットキーダイオード金属
電極層形成方法について、実施例および比較例によっ
て、更に詳しく説明するが、これらは本発明を何ら限定
するものではない。

【００２２】実施例１ 4inchシリコン基板上にスパッタリング（一段階目のス
パッタ条件：ターゲットMo、パワー370W、温度350℃、
二段階目のスパッタ条件：ターゲットMo、パワー1150
W、温度350℃）で0.4μｍのＭｏバリアメタル層を形成
した。この半導体ウェハーを塩化パラジウム30mg、濃塩
酸60μlを水1000mlに溶かしたPd触媒化液に室温で60秒
間浸漬して、Mo表面にめっき反応の核となるPd核を形成
した。

【００２３】次に無電解Ni-Pめっき液『ICPニコロンUS
D』（奥野製薬工業株式会社製）に85℃、機械的攪拌条
件下、10分間浸漬し、0.7μmのNi-P（Ｐ含量6.8%）めっ
き膜を析出させた。次に、置換金めっき液『OPCムデン
ゴールドAD』（奥野製薬工業株式会社製）を用い、90
℃、無攪拌で10分間浸漬することにより約0.05μｍの金
を析出させた。最後に、ノーシアン自己触媒型無電解金
めっき液『509RS』（関東化学株式会社製）を用い、60
℃、pH7.2、弱い攪拌条件下、30分間浸漬により0.5μm
の金を析出させた。この操作により、0.4μmのMoバリア
メタル層上にめっき法によりNi 0.7μｍ/Au 0.55μｍに
覆われた電極を形成させた。本めっき法で得られた電極
は、テープによる密着性テストも良好な結果が得られ、
はんだ濡れ性、ボンディング性も良好であった。

【００２４】実施例２ 4inchシリコン基板上にスパッタリング（スパッタ条
件：ターゲットMo、パワー370W、温度350℃）で0.09μ
ｍのＭｏバリアメタル層を形成した。このウェハーを塩
化パラジウム30mg、濃塩酸60μlを水1000mlに溶かしたP
d触媒化液に室温で60秒間浸漬して、Mo表面にめっき反
応の核となるPd核を形成した。

【００２５】次に、無電解Ni-Pめっき液『ICPニコロンU
SD』（奥野製薬工業株式会社製）に85℃、機械的攪拌条
件下、5分間浸漬し、0.4μmのNi-P（Ｐ含量6.8%）めっ
き膜を析出させた。更に、置換金めっき液『OPCムデン
ゴールドAD』（奥野製薬工業株式会社製）を用い、90
℃、無攪拌で10分間浸漬することにより約0.05μｍの金
を析出させた。更に、ノーシアン自己触媒型無電解金め
っき液『509RS』（関東化学株式会社製）を用い、60
℃、pH7.2、弱い攪拌条件下、30分間浸漬により0.5μm
の金を析出させた。この操作により、0.09μmのMoバリ
アメタル層上にめっき法によりNi0.4μｍ/Au 0.55μｍ
に覆われた電極を形成させた。本めっき法で得られた電
極は、テープによる密着性テストも良好な結果が得ら
れ、はんだ濡れ性、ボンディング性も良好であった。

【００２６】実施例３ 実施例１で用いたものと同様のＭｏバリアメタル層を形
成した4inchシリコンウェハーを塩化パラジウム30mg、
濃塩酸60μlを水1000mlに溶かしたPd触媒化液に室温で6
0秒間浸漬して、Mo表面にめっき反応の核となるPd核を
形成した。このシリコンウェハーを用い、無電解Ni-Pめ
っき液『ICPニコロンUSD』（奥野製薬工業株式会社製）
に85℃、機械的攪拌条件下、10分間浸漬し、0.4μmのNi
-P（Ｐ含量6.8%）めっき膜を析出させた。更に、置換金
めっき液『OPCムデンゴールドAD』（奥野製薬工業株式
会社製）を用い、90℃、無攪拌で10分間浸漬することに
より約0.05μｍの金を析出させた。更に、ノーシアン自
己触媒型無電解金めっき液『509RS』（関東化学株式会
社製）を用い、60℃、pH7.2、弱い攪拌条件下、30分間
浸漬により0.5μmの金を析出させた。この操作により、
0.4μmのMoバリアメタル層上にめっき法によりNi 0.4μ
ｍ／Au 0.55μｍに覆われた電極を形成させた。本めっ
き法で得られた電極は、テープによる密着性テストも良
好な結果が得られ、はんだ濡れ性、ボンディング性も良
好であった。

【００２７】実施例４ 4inchシリコン基板上にスパッタリング（一段階目のス
パッタ条件：ターゲットMo、パワー370W、温度350℃、
二段階目のスパッタ条件：ターゲットMo、パワー1150
W、温度350℃、三段目のスパッタ条件：ターゲットMo−
Al(50％-50％)、パワー400W、温度350℃）で0.5μｍの
Ｍｏ-Alのバリアメタル層を形成した。この半導体ウェ
ハーを塩化パラジウム30mg、濃塩酸60μlを水1000mlに
溶かしたPd触媒化液に室温で60秒間浸漬して、Mo-Al表
面にめっき反応の核となるPd核を形成した。次に無電解
Ni-Pめっき液『ICPニコロンUSD』（奥野製薬工業株式会
社製）に85℃、機械的攪拌条件下、10分間浸漬し、0.6
μmのNi-P（Ｐ含量6.8%）めっき膜を析出させた。次
に、置換金めっき液『OPCムデンゴールドAD』（奥野製
薬工業株式会社製）を用い、90℃、無攪拌で10分間浸漬
することにより約0.05μｍの金を析出させた。最後に、
ノーシアン自己触媒型無電解金めっき液『509RS』（関
東化学株式会社製）を用い、60℃、pH7.2、弱い攪拌条
件下、40分間浸漬により0.7μmの金を析出させた。この
操作により、0.5μmのMo-Alバリアメタル層上にめっき
法によりNi 0.6μｍ/Au 0.75μｍに覆われた電極を形成
させた。本めっき法で得られた電極は、テープによる密
着性テストも良好な結果が得られ、はんだ濡れ性、ボン
ディング性も良好であった。

【００２８】実施例５ 4inchシリコン基板上にスパッタリング（一段階目のス
パッタ条件：ターゲットMo、パワー370W、温度350℃、
二段階目のスパッタ条件：ターゲットMo、パワー1150
W、温度350℃）で0.7μｍのＭｏ層を形成した。このウ
ェハーを塩化パラジウム30mg、濃塩酸60μlを水1000ml
に溶かしたPd触媒化液に室温で60秒間浸漬して、Mo表面
にめっき反応の核となるPd核を形成した。次に無電解Ni
-Pめっき液『ICPニコロンUSD』（奥野製薬工業株式会社
製）に85℃、機械的攪拌条件下、10分間浸漬し、0.6μm
のNi-P（Ｐ含量6.8%）めっき膜を析出させた。次に、置
換金めっき液『OPCムデンゴールドAD』（奥野製薬工業
株式会社製）を用い、90℃、無攪拌で10分間浸漬するこ
とにより約0.05μｍの金を析出させた。最後に、ノーシ
アン自己触媒型無電解金めっき液『509RS』（関東化学
株式会社製）を用い、60℃、pH7.2、弱い攪拌条件下、4
0分間浸漬により0.7μmの金を析出させた。この操作に
より、0.7μmのMoバリアメタル層上にめっき法によりNi
0.6μｍ/Au 0.75μｍに覆われた電極を形成させた。上
記処理により作製したショットキーダイオードについて
逆方向の漏洩電流（0.5mA）が認められる電圧VR及び順
方向の立ち上がり電圧VF（500mA,1000mA）を測定した結
果、VR＝65V、VF＝0.42V、0.51Vであった。この無電解
めっき法で作製した試料は、後述する比較例１に示す従
来のスパッタ法で作製したショットキーダイオードの逆
方向の漏洩電流（0.5mA）が認められる電圧VR及び順方
向の立ち上がり電圧VFに違いは認められなかった。

【００２９】比較例１ 4inchシリコン基板上にスパッタリング（一段階目のス
パッタ条件：ターゲットMo、パワー370W、温度350℃、
二段階目のスパッタ条件：ターゲットMo、パワー1150
W、温度350℃、三段目のスパッタ条件：ターゲットMo−
Al(50％-50％)、パワー400W、温度350℃）で0.7μｍの
Ｍｏ及び3μmのMo-Al層を形成した。上記、全工程スパ
ッタリングで作製したショットキーダイオードについ
て、実施例５と同じように動作試験を行った。その結果
VR（0.5mA）：65V及びVF（500mA,1000mA）：0.42V、0.5
1Vであった。

【００３０】

【発明の効果】本発明のショットキーバリア電極形成方
法によれば、従来のものに比較して損失が少ないという
利点のみでなく、簡単で安価な設備で大量生産が出来、
製造技術、製造コストを含めた実用的に大きな効果を得
ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 勝 埼玉県草加市稲荷１−７−１ 関東化学株 式会社中央研究所内 (72)発明者 星野 政宏 台湾基隆市204大武崙工業區武訓街45號 (72)発明者 陳 慶 ▲豊▼ 台湾基隆市204大武崙工業區武訓街45號 Ｆターム(参考） 4K022 AA02 AA41 BA01 BA03 BA08 BA14 BA21 BA31 BA32 BA36 CA06 CA21 DA01 DA03 4M104 AA01 BB16 CC03 DD37 DD53 FF13 GG03 HH08

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ショットキーダイオードの電極形成方法
   であって、高融点金属上に電気伝導性に優れた金属電極
   層を無電解めっき法により形成する方法。
2. 【請求項２】 高融点金属が、モリブデンである請求項
   １に記載の方法。
3. 【請求項３】 電気伝導性に優れた金属が、ニッケル、
   銅、金及び銀からなる群から選択される１または２種以
   上である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 【請求項４】 無電解めっき前に、被めっき金属に対し
   て活性のある触媒核を付与することを特徴とする、請求
   項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 【請求項５】 触媒核がパラジウム触媒であることを特
   徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 無電解金属めっきとして、無電解ニッケ
   ルめっき、置換型金めっき、自己触媒型金めっきを順次
   行うことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載
   の方法。
7. 【請求項７】 無電解金属めっきにて金属層を形成後、
   すず又はすず合金めっきを行うことを特徴とする、請求
   項１〜５のいずれかに記載の方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜７に記載の方法により電極形
   成されたショットキーダイオード。