JP2517929B2

JP2517929B2 - 半田電極構造

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Publication number: JP2517929B2
Application number: JP26004486A
Authority: JP
Inventors: 興太郎狛; 修松田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1996-07-24
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: JPS63114237A

Description

【発明の詳細な説明】以下の順序に従って本発明を説明する。

A.産業上の利用分野 B.発明の概要 C.背景技術［第２図］ D.発明が解決しようとする問題点［第３図］ E.問題点を解決するための手段 F.作用 G.実施例［第１図］ H.発明の効果（A.産業上の利用分野）本発明は半田電極構造、特に半導体基板表面に形成さ
れたアルミニウム配線膜の表面にチップ等を半田付けす
るための半田電極の構造に関する。

（B.発明の概要）本発明は、半導体基板表面に形成されたアルミニウム
配線膜の表面にチップ等を半田付けするための半田電極
構造において、半田付けの際に半田層を構成する錫とアルミニウム配
線膜とが反応して錫とアルミニウムからなる反応層が半
導体基板との界面に生じてアルミニウム配線膜が剥れ易
くなることを防止するため、アルミニウム配線膜上にチタン膜を形成し、該チタン
膜上に銀膜を形成し、該銀膜上に半田層を形成したもの
である。

（C.背景技術）［第２図］半導体レーザとしてシリコンSiからなる半導体基板の
一部領域にモニター用フォトダイオードを形成し、別の
領域にレーザダイオードチップを半田付けしたものがあ
り、このような半導体レーザは光学式ビデオディスクプ
レイヤーあるいは光学オーディオプレイヤー等の光ピッ
クアップに光源として用いられている。

そして、上記モニター用フォトダイオードは半導体基
板自身を一方の電極とするPINダイオードであり、半導
体基板が例えばＮ型であれば、Ｎ型半導体基板の表面部
に選択的に真性領域（Ｉ）を形成し、該真性領域（Ｉ）
の表面部にＰ型の半導体領域を選択的に形成することに
よりつくられる。そして、レーザダイオードチップは半
導体基板と同じ導電型側の電極、即ちこの例だとＮ側の
電極にて半導体基板の表面に直接ボンデングされてい
た。このようにすると、レーザダイオードチップのＮ側
の電極には半導体基板を通じて電位を与えることがで
き、Ｎ側の電極に電位を与えるための配線を形成する必
要性がないという利点があるからである。

ところで、このような半導体レーザを駆動する場合、
フォトダイオードについてはＮ型の半導体基板側がプラ
ス、Ｐ型の半導体領域側がマイナスとなる極性の電源電
圧を与なければならないのに対し、レーザダイオードに
ついては半導体基板にボンデングされたＮ側がマイナ
ス、それと反対側であるＰ側がプラスとなる極性の電源
電圧を与えなければならない。従って、この半導体レー
ザを駆動するには半導体基板を共通端子としてそれに対
して正の電圧を発生する正電源と、半導体基板に対して
負の電圧を発生する負電源の２つの電源が必要となる。
しかし、２つの電源を設けることは半導体レーザを光源
とする装置の集積化、低価格化を阻む要因となり好まし
くない。そこで、本願出願人会社においてはレーザダイ
オードとモニター用フォトダイオードを単一の電源で駆
動することが試みられた。その試みというのは、具体的
には半導体基板の表面のうちレーザダイオードをボンデ
ングすべき領域をPN接合によって電気的に半導体基板か
ら分離し、その領域にアルミニウム配線膜を介してレー
ザダイオードを半田付けし、レーザダイオードのその半
田付けされた側の電極にはアルミニウム配線膜を介して
電源の一方の極の電位を与えるというものである。

第２図はそのような半導体レーザの断面図であり、同
図において、ａはＮ型半導体基板、ｂはその表面に形成
されたN^-型半導体領域、ｃは該半導体領域ｂの表面部に
選択的に形成されたP⁺型半導体領域、ｄは該P⁺型半導体
領域ｃの表面部に選択的に形成されたN⁺型半導体領域で
あり、半導体領域ｃ、ｄを設けることにより半導体基板
ａから電気的にフローティングされた領域（即ち、半導
体領域ｄ）をつくることができる。ｅはレーザダイオー
ドボンデング領域下を囲繞するように半導体基板ａ表面
部に形成されたリング状チャンネルストッパであり、半
導体領域ｂよりも深く形成されている。

ｆは半導体基板ａの表面に形成されたシリコン酸化
膜、ｇはシリコン酸化膜ｆ上に形成されたアルミニウム
配線膜で、該アルミニウム配線膜ｇの一部はシリコン酸
化膜ｆの開窓部を通じて上記半導体領域ｄに接続されて
いる。ｈはシリコンナイトライド膜、ｉは該シリコンナ
イトライド膜ｈの開窓部を通じて上記アルミニウム配線
膜ｇの一部分上に接続されるように形成されたチタン膜
で、約500Åの膜厚を有している。ｊはチタン膜ｉ上に
形成されたニッケル及び金からなる膜で、ニッケルが約
2000Å、金が約5000Åの膜厚を有している。これ等の膜
ｉ、ｊが半田電極の下地層を成している。

ｋは上記膜ｊ上に形成された半田層で、錫からなる。
この第２図に示す構造の半田電極にレーザダイオードｌ
が一方の電極（チタン／白金／金からなる）ｍにて半田
付けされる。ｎはレーザダイオードｌの他方の電極（金
ゲルマニウム／ニッケル／金からなる）、ｏは活性層で
ある。

（D.発明が解決しようとする問題点）［第３図］ところで、半田電極を上述のような構造にした場合、
半田層ｈを構成する錫が配線膜ｇを構成するアルミニュ
ウムと激しく反応して脆い反応層がアルミニウム配線膜
ｇと半導体基板ａとの界面に形成され、その結果、第３
図に示すようにアルミニウム配線膜ｇ（ｇ′はボンディ
ングパッド）が半導体基板ａから剥れるという不良が少
からず発生するという問題があった。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもの
であり、半田付けによって半田層中の錫がアルミニウム
配線膜と反応してアルミニウム配線膜が半導体基板から
剥れ易くなることを防止することを目的とする。

（E.問題点を解決するための手段）本発明半田電極構造は上記問題点を解決するため、半
導体基板の表面に形成されたアルミニウム配線膜を少な
くとも一部分上にチタン膜が形成され、該チタン膜上に
銀膜が形成され、該銀膜上に半田層が形成されてなる半
田電極構造において、上記半田層は錫を含有し、上記銀
膜は、上記半田層中の錫が拡散し、アルミニウムと錫と
の反応膜を形成しない程度の厚さを有することを特徴と
するものである。

（F.作用）本発明半田電極構造によれば、アルミニウム配線膜に
形成されたチタン膜がアルミニウム配線膜と銀膜との密
着性を高め、その銀膜がチタン膜と半田層の中の錫との
反応を抑制し、そして半田層中の錫が銀膜を越えてアル
ミニウム配線膜内に入り込もうとするのをチタン膜が阻
む。従って、良好なコンタクトを取ることができ、且つ
アルミニウム配線膜と半田層中の錫とが反応してアルミ
ニウムと錫との反応層がアルミニウム配線膜と半導体基
板との界面に生じてアルミニウム配線膜が半導体基板か
ら剥れ易くなることを防止することができる。

（G.実施例）［第１図］以下、本発明半田電極構造を図示実施例に従って詳細
に説明する。

第１図は本発明半田電極構造の一つの実施例を示す断
面図である。

同図において、１はＮ型半導体基板、２はその表面部
に形成されたN^-型半導体領域、３は該半導体領域２の表
面部に選択的に形成されたP⁺型半導体領域、４は該半導
体領域３の表面部に選択的に形成されたN⁺型半導体領域
で、該半導体領域４は接合分離によって半導体基板１か
ら電気的にフローティングした領域となる。５はN⁺型の
チャンネルストッパである。

６は半導体基板１の表面に形成されたシリコン酸化
膜、７はアルミニウム配線膜で、約1.5μｍの膜厚を有
しており、シリコン酸化膜６の窓開部を通じて半導体領
域４に接続されている。８はシリコンナイトライド膜、
９はチタン膜で、シリコンナイトライド膜８の窓開部を
通してアルミニウム配線膜７に接続されている。10は銀
膜であり、上記チタン膜９と銀10によって半田層の下地
層が構成される。尚、該銀膜10とチタン膜９との界面に
はチタンと銀の反応層11が生じている場合もある。12は
錫からなる半田層である。

第１図に示した半田電極は、アルミニウム1.5μｍ、
チタン2000Å、銀２μｍ、錫６μｍを順次蒸着し、適宜
パターニングすることにより形成される。

そして、このような構造の半田電極にレーザダイオー
ド13がその電極14にて半田層12によって半田付けされる
のである。

このような半田電極構造によれば、300℃、５分間の
熱処理を施してもアルミニウム配線膜７が半田層12から
の錫と反応することを防止し得た。そして、半田付け、
即ち半田層12による融着は例えば280℃、２分間という
ような加熱条件下で充分で行うことができるのでアルミ
ニウム配線膜７が半田層12中の錫と反応してアルミニウ
ムと錫との反応層ができてしまうことは回避することが
できた。

この点について解析すると、チタン及び銀はアルミニ
ウムと錫との間に介在すると錫がアルミニウム側に侵入
するのを抑制する働きを持つので、アルミニウム配線膜
７上のチタン膜９は半田層12中の錫がアルミニウム配線
膜７中に侵入するのを抑制する。しかし、その抑制には
チタンと錫との反応が伴い、チタンが錫と反応しきって
しまうとそれ以上の抑制力はなくなる。従って、チタン
と錫との反応を抑制するものが必要であるが、それには
銀が最適である。というのは、銀はチタンと錫との反応
を抑制するだけでなくチタンとの密着性が良好であると
いう性質を有するからである。従って、銀膜10は半田層
12中の錫がチタン膜９と反応することを抑制する。依っ
て、半田層12中の錫がアルミニウム配線膜７まで侵入し
そこでアルミニウムとの反応層をつくることを有効に防
止することができるのである。尚、チタン膜９を形成す
るためのチタンの蒸着は膜厚500Åでは不充分であるが
膜厚2000Åあれば充分であり、普通の融着条件下ではチ
タン膜９は錫との反応によって消失してしまうことはな
く少なくともある厚さは残存しており、チタン膜９が残
存している限りアルミニウム配線膜７への錫の侵入を抑
止することができたといえるのである。

尚、上記実施例において、半田層12として錫のみから
なるものが用いられているが、錫と鉛を混合したものを
用いても良いことはいうまでもない。そして、鉛の成分
比を大きくする程融着条件が緩やかになる。

（H.発明の効果）以上に述べたように、本発明半田電極構造は、半導体
基板の表面に形成されたアルミニウム配線膜を少なくと
も一部分上にチタン膜が形成され、該チタン膜上に銀膜
が形成され、該銀膜上に半田層が形成されてなる半田電
極構造において、上記半田層は錫を含有し、上記銀膜
は、上記半田層中の錫が拡散し、アルミニウムと錫との
反応膜を形成しない程度の厚さを有することを特徴とす
る。

従って、本発明半田電極構造によれば、アルミニウム
配線膜に形成されたチタン膜がアルミニウム配線膜と銀
膜との密着性を高め、その銀膜がチタン膜と半田層の中
の錫との反応を抑制し、そして半田層中の錫が銀膜を越
えてアルミニウム配線膜内に入り込もうとするのをチタ
ン膜が阻む。従って、良好なコンタクトを取ることがで
き、そして、アルミニウム配線膜と半田層中の錫とが反
応してアルミニウムと錫との反応層がアルミニウム配線
膜と半導体基板との界面に生じてアルミニウム配線膜が
半導体基板から剥れ易くなることを防止することができ
るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明半田電極構造の一つの実施例を示す断面
図、第２図は背景技術を示す断面図、第３図は発明が解
決しようとする問題点を示す斜視図である。符号の説明１……半導体基板、７……アルミニウム配線膜、９……チタン膜、10……銀膜、 12……半田層。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の表面に形成されたアルミニウ
ム配線膜を少なくとも一部分上にチタン膜が形成され、
該チタン膜上に銀膜が形成され、該銀膜上に半田層が形
成されてなる半田電極構造において、上記半田層は錫を含有し、上記銀膜は、上記半田層中の錫が拡散し、アルミニウム
と錫との反応膜を形成しない程度の厚さを有することを特徴とする半田電極構造