JP2007157883A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】GaAs基板上に、基板への付着力が高く、基板に与えるストレスの小さいメッキ給電層を形成する。
【解決手段】GaAs基板1上にNiP膜4を形成し、熱処理することにより、NiP膜4に含まれるNiがGaAs基板1側に拡散する。この結果、GaAs基板1とNiP膜4との界面に、NiGaAs層5が形成される。このとき、NiP膜4に対するNiGaAs層5の膜厚比が1.5未満となるようにする。これにより、GaAs基板1への付着力を高くし、かつ、GaAs基板1に与えるストレスの小さいメッキ給電層(NiP膜4)を得ることができる。
【選択図】図4

Description

本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、GaAs基板に金属メッキ層を形成する半導体装置、およびその製造方法に関するものである。
GaAs基板を用いた半導体装置において、ビアホールを用いた配線構造、すなわち基板を貫通するビアホールを形成し、基板の表面側と裏面側とを導通させる配線構造が広く用いられている。ビアホールの内面にAu層などの金属メッキ層を形成する工程では、NiP膜をメッキ給電層として用いる方法が用いられている。この方法により形成した金属メッキ層は、Ti膜などをメッキ給電層として形成した場合と比較して、ビアホール内へのカバレッジが優れている(例えば、特許文献1参照)。
特開平7−193214号公報
上記従来の半導体装置の製造方法において、NiP膜をメッキ給電層として用いた場合、NiP膜のGaAs基板への付着力は十分ではなかった。このため、GaAs基板上に、膜厚ばらつきの小さい金属メッキ層を形成することが困難であった。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、メッキ給電層のGaAs基板への付着力を高くすることにより、GaAs基板上に、膜厚ばらつきの小さい金属メッキ層を形成できる半導体装置、およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体装置は、GaAs基板と、前記GaAs基板のいずれかの面に設けられたNiGaAs層と、前記NiGaAs層の上に設けられ、Niを含むメッキ給電層と、前記メッキ給電層の上に設けられた金属メッキ層とを有することを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、GaAs基板上にNiを含むメッキ給電層を形成する工程と、前記Niを前記GaAs基板に拡散させ、前記GaAs基板と前記メッキ給電層との間にNiGaAs層を形成する工程と、前記メッキ給電層を覆うように金属メッキ層を形成する工程とを有することを特徴とする。その他の特徴については、以下において詳細に説明する。
本発明によれば、メッキ給電層のGaAs基板への付着力を高くすることにより、GaAs基板上に、膜厚ばらつきの小さい金属メッキ層を形成できる半導体装置、およびその製造方法を得ることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。
実施の形態
本発明に係る半導体装置は、GaAs基板を用いて形成される。以下、この半導体装置の製造方法について説明する。まず、図示しないが、GaAs基板の主面(表面)に、トランジスタなどの素子を形成する。次に、図1に示すように、GaAs基板1の表面側(以下の製造方法の説明図では、GaAs基板1の表面側を下向きに示す)に、ビアホール受けメタル2を形成する。
次に、GaAs基板1の裏面側を削り、基板の厚さを50〜200μm程度にする。次に、ビアホール受けメタル2をストッパーとして、GaAs基板1の裏面側を選択的にエッチングする。この結果、図2に示すように、GaAs基板1を貫通するビアホール3が形成される。ビアホールの3のホール径は30〜100μm程度である。上記エッチングは、例えば、ICP−RIE(Inductively Coupled Plasma-Reacitve Ion Etching)装置などを用いて行う。
次に、無電解メッキ法を用いて、GaAs基板1の裏面側に、全面にNiP膜を300nm程度の厚さで形成する。この結果、図3に示すように、ビアホール3の内面およびGaAs基板1の裏面側に、NiP膜4が形成される。この膜は、後の工程で、ビアホール3の内部およびGaAs基板1の裏面に金属メッキ層を形成する際に、メッキ給電層として用いられる膜である。また、NiP膜4に含まれるP(リン)の濃度は、6〜15wt%(重量%)程度である。このPの濃度が低いと、この後形成されるNiGaAs層が厚くなり、基板の反り量が大きくなる。Pの濃度が高いと、NiP膜の付着力が悪くなる。
次に、NiP膜4を窒素などの雰囲気中で、200〜300℃の温度で10分間熱処理する。この結果、図4に示すように、NiP膜4に含まれるNiがGaAs基板1側に拡散し、GaAs基板1とNiP膜4との界面に、NiGaAs層5が形成される。上記熱処理でNiGaAs層5が形成されたことにより、NiP膜4のGaAs基板1への付着力を飛躍的に向上させることができる。また、上記熱処理を行う前は、NiP膜4の全体または一部は非晶質である。上記熱処理後は、NiP膜4の非晶質部分が結晶化され、安定した膜とすることができる。
次に、GaAs基板1の裏面側に、置換金メッキ法により、全面にAu膜を50nm程度形成する。さらに、電解メッキ法により、Au膜を必要な膜厚だけ形成する。このとき、NiP膜4は、Au膜を形成する際のメッキ給電層となっている。この結果、図5に示すように、ビアホール3の内面およびGaAs基板1の裏面側に、NiP膜4を覆うように、Auメッキ層6が形成される。
以上のようにして、図5に示すように、GaAs基板1にビアホール3が形成され、その内面およびGaAs基板1の裏面にNiGaAs層5、NiP層4、Auメッキ層6を積層した構造を得ることができる。なお、上述した製造方法では、GaAs基板1の裏面側にビアホール3を形成するようにしたが、ビアホール3を形成しない構造であっても良い。また、上記積層構造は、GaAs基板1の表面側に形成されたものであっても良い。すなわち、GaAs基板基板1の表面または裏面のいずれかの面にNiGaAs層5、NiP層4、Auメッキ層6を順次形成した構造であっても良い。
上記製造方法では、GaAs基板1上にNiP膜4を形成し、熱処理を行うことにより、GaAs基板1とNiP膜4との界面にNiGaAs層5が形成される(図4参照)。ここで、NiGaAs層5の膜厚と、上記熱処理の熱処理温度との関係について説明する。図6は、GaAs基板上に無電解メッキ法により250nm程度のNiP膜を形成し、熱処理を行った後の、NiP膜とNiGaAs層の膜厚を示したものである。熱処理温度が150〜250℃のとき、NiP膜の膜厚は150〜200nm程度まで減少し、NiGaAs層の厚さは、150〜200nmとなっている。従って、上記温度の熱処理を行うことにより、NiP膜に含まれるNiがGaAs基板側に拡散し、GaAs基板とNiP膜との界面に、150〜200nm程度のNiGaAs層が形成されると考えられる。
上述したNiGaAs層がGaAs基板とNiP膜との間に形成されたことにより、NiGaAs層を形成しない場合と比較して、NiP膜のGaAs基板への付着力を飛躍的に向上させることができる。従って、NiP膜をメッキ給電層としてAuメッキ層を形成する場合、GaAs基板上に、膜厚ばらつきが小さく強度の安定した金属メッキ層を形成することができる。
次に、NiP膜の膜厚に対するNiGaAs層の膜厚比と、GaAs基板の反り量との関係を図7に示す。GaAs基板の反り量は、上記膜厚比を大きくすると大きくなる。これは、上記膜厚比を大きくするとGaAs基板に与えられるストレスが大きくなるためと考えられる。GaAs基板の反り量が大きくなると、電気測定やアセンブリ工程に支障をきたす。このため、GaAs基板の反り量は、所定量以下とする必要がある。
電気測定やアセンブリ工程に影響しないGaAs基板の反り量が3.0以下のとき、上記膜厚比は1.5未満とすることが必要である。つまり、上述した製造方法において、NiP膜に対するNiGaAs層の膜厚比を1.5未満とすることにより、NiP膜のGaAs基板への付着力を向上させ、かつ、電気測定やアセンブリ工程に支障をきたさないメッキ給電層(NiP膜)を形成することができる。
次に、GaAs基板上に形成するNiP膜のリン濃度(重量%)をパラメータとして、NiP膜を250℃で熱処理した後の、NiP膜の膜厚に対するNiGaAs層の膜厚比を図8に示す。リン濃度の増加に伴い膜厚比は減少し、リン濃度が6%(重量%)以上のとき、膜厚比は1.5未満となる。従って、上述した製造方法において、NiP膜に含まれるリン濃度(重量%)を6%以上とすることにより、NiP膜のGaAs基板への付着力を向上させ、かつ、電気測定やアセンブリ工程に支障をきたさないメッキ給電層(NiP膜)を形成することができる。
上述した半導体装置の構造および製造方法では、Auメッキ層のメッキ給電層として、NiP膜を形成する例を示した。しかし、NiP膜に置き換えて、NiB膜などのNi系の無電解メッキ層を形成しても、同様の効果を得ることができる。
半導体装置の製造方法を示す断面図。 半導体装置の製造方法を示す断面図。 半導体装置の製造方法を示す断面図。 半導体装置の製造方法を示す断面図。 半導体装置の製造方法を示す断面図。 NiP膜の熱処理後のNiP膜、NiGaAs層の膜厚を示す図。 GaAs基板の反り量とNiGaAs層/NiP膜の膜厚比との関係を示す図。 NiGaAs層/NiP膜の膜厚比とNiP膜のリン濃度との関係を示す図。
符号の説明
1 GaAs基板、2 ビアホール受けメタル、3 ビアホール、4 NiP膜、5 NiGaAs層、6 Auメッキ層。

Claims (4)

  1. GaAs基板と、
    前記GaAs基板のいずれかの面に設けられたNiGaAs層と、
    前記NiGaAs層の上に設けられ、Niを含むメッキ給電層と、
    前記メッキ給電層の上に設けられた金属メッキ層と、
    を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記メッキ給電層に対する前記NiGaAs層の膜厚比は、1.5未満であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記メッキ給電層はNiP膜であり、この膜に含まれるリンの含有率は、6wt%以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. GaAs基板上にNiを含むメッキ給電層を形成する工程と、
    前記Niを前記GaAs基板に拡散させ、前記GaAs基板と前記メッキ給電層との間にNiGaAs層を形成する工程と、
    前記メッキ給電層を覆うように金属メッキ層を形成する工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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