JPH04364032A - 化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents

化合物半導体装置の製造方法

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JPH04364032A
JPH04364032A JP3138695A JP13869591A JPH04364032A JP H04364032 A JPH04364032 A JP H04364032A JP 3138695 A JP3138695 A JP 3138695A JP 13869591 A JP13869591 A JP 13869591A JP H04364032 A JPH04364032 A JP H04364032A
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JP
Japan
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layer
bonding pad
compound semiconductor
substrate
semiconductor device
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JP3138695A
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Hiroshi Ishimura
石村 浩
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体装置の製造
方法に係り、特にガリウム砒素(以下GaAsと記す)
もしくはインジウム燐(InP)を基板に用いた半導体
装置における、ボンディングパッド電極形成工程に用い
て好適な改良された化合物半導体装置の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】GaAs,インジウム燐(以下InPと
記す)等のIII−V族半導体を代表する化合物半導体
は、Si,Ge等のIV族半導体にはない物理的諸物性
を有し、近年超高速、超高周波素子用及び光素子用の材
料として注目され、需要も飛躍的に増大してきている。 これらの化合物半導体では、比較的容易に安定な半絶縁
性基板が得られるため、係る化合物半導体を用いた半導
体装置においては、この半絶縁性基板上に、導電性の半
導体層を動作層として選択的に形成し、この半導体層に
所望の素子を形成することが通常行なわれている。その
際、外部から素子と電気的信号をやり取りするための各
電極は、半絶縁性基板上に延在して配線され、この配線
と半絶縁性基板上に形成されたボンディングパッドとに
接続されることが一般的である。
【0003】例えば、半絶縁性GaAs基板上に形成さ
れたショットキゲート型電界効果トランジスタ(以下G
aAs  MESFETと記す)の場合、ゲート電極を
チタン(Ti)、あるいはアルミニウム(Al)で形成
し、チタン/白金/金(Ti/Pt/Au)よりなる3
層構造をもってボンディングパッドを形成することが一
般に行なわれている。この3層構造では、上層のAuが
比抵抗を下げると同時に、一般にボンディングで使われ
るAuワイヤとの密着性を向上させ、また中間層のPt
がバリヤ層として上層のAuの拡散を防止し、下地のG
aAs基板やゲート電極との合金化を防止している。こ
のように、Ti/Pt/Auよりなる3層構造のボンデ
ィングパッドは、比抵抗が小さく、ボンディングワイヤ
との密着性が良好であるという特長を有している。
【0004】しかしながら、上記3層構造よりなるボン
ディングパッドは、下地のGaAsあるいはInP基板
との接着強度が弱く、しばしば製造工程中、あるいは素
子使用中に基板から剥離するという欠点があった。この
ため、製造歩留りや素子の信頼性を損なう大きな要因と
なっていた。
【0005】このような欠点を解決するために、例えば
特開昭59−76437号に開示されているように、ボ
ンディングパッドと下地基板との間に、基板と合金化す
るとともにボンディングパッドとの密着性が良好な物質
を介在させる方法が知られている。この方法によれば、
確かにボンディングパッドと基板との接着強度は改善さ
れるが、この密着性の改善は、介在層が下地の基板と合
金層を形成することによって行なわれるため、合金層の
形成のなされ方いかんで接着強度がばらつく上、形成さ
れた合金層が素子の信頼性を損なう要因となる場合も多
く、製造歩留り上、素子信頼性上問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】叙上の如く、化合物半
導体を用いた半導体装置の場合、接着強度、信頼性に優
れたボンディングパッドを安定に形成する方法が確立し
ておらず、このために製造歩留り、素子信頼性向上を図
る上で大きな障害になっていた。
【0007】本発明は、上記問題点を解消するためにな
されたもので、GaAsもしくはInPを基板に用いた
半導体装置に用いて好適な、改良されたボンディングパ
ッド電極形成方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る化合物半導
体の製造方法は、一主面の一部に形成された動作層を有
する化合物半導体基板の主面、または前記動作層と別に
形成された半導体層の表面に硫化アンモニウム処理を施
す工程と、前記動作層から、化合物半導体基板の主面上
にまたは前記半導体層上に延在し電極金属層を形成する
工程とを含む。また、実施態様として、前記化合物半導
体基板がGaAs、InP、硫化アンモニウム処理が(
NH4)2Sxの溶液への浸漬、または蒸気中への暴露
により行うことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明によれば、ボンディングパッドが形成さ
れる部分の半導体基板あるいは半導体層の表面を(NH
4)2Sx溶液にて処理することによって、パッド−基
板界面に存在している下地基板構成元素の酸化物薄層が
除去されるため、下地基板と合金層を形成する物質を介
在層として使用しなくとも、接着強度、信頼性に優れた
ボンディングパッドを極めて安定に形成することが可能
となる。
【0010】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明の一つの実施例をGaAs 
 MESFETに適用した場合につき図面を参照して説
明する。
【0011】まず、図1に示したように、半絶縁性Ga
As基板1上の一主面内の所望領域にn型GaAsから
なる動作層2を選択的に形成する。この動作層2は、例
えばイオン注入法によって選択的に形成してもよいし、
エピタキシャル法によって形成した動作層をメサエッチ
ングによって分離形成してもよい。図1には、後者の方
法によって形成した場合を示してある。次に、公知の方
法を使用して図2に示すように、金ゲルマニウム(Au
Ge)/ニッケル(Ni)合金からなるソース、ドレイ
ン各電極3,4、Ti/Alからなるゲート電極5を形
成し、しかる後、全面にシリコン窒化膜(SiNx)か
らなる絶縁膜6を形成する。
【0012】次に、図3に示すようにフォトリソグラフ
ィ法とケミカルドライエッチング(CDE)法によって
ボンディングパッド形成領域の絶縁膜6を選択的にエッ
チング除去した後、ボンディングパッドが形成される部
分のGaAs層の表面を、50℃の(NH4)2Sx水
溶液(5〜15倍希釈)に10分間浸すことにより処理
する。続いて、Ti,Pt,Auを真空蒸着法を用いて
順次積層し、リフトオフ法により図4に示すようなTi
/Pt/Au3層構造からなるボンディングパッドが完
成する(ここにはゲートボンディングパッド7のみが図
示されており、ソースボンディングパッド8(図5)、
ドレインボンディングパッド9(図5)の図示は省略さ
れている)。
【0013】図5に、上記工程により形成されたGaA
s  MESFETの平面図(絶縁膜は図示せず)を示
す。図5においては8はソースボンディングパッド、9
はドレインボンディングパッドである。また、上記工程
の説明において、図1及び図2は図5のA−A断面に沿
った断面図を、図3及び図4はB−B断面に沿った断面
図を夫々示すものである。
【0014】なお、上記実施例においては、ソース、ド
レイン、ゲート各ボンディングパッドを同時に、同じ金
属(Ti/Pt/Au三層構造)で形成する場合を説明
したが、これらボンディングパッドは同時に形成される
必要はなく、例えばソース、ドレインのボンディングパ
ッドとゲートのボンディングパッドを別の工程で形成し
てもよく、その際例えば、ソース、ドレインのボンディ
ングパッドをAuGe系の合金で、ゲートのボンディン
グパッドをTi/Pt/Au三層構造金属といったよう
に、別々の金属あるいは金属の積層構造で形成しても本
発明の効果は何ら変わるものではない。
【0015】上記方法で製造したGaAs  MESF
ETについてパッド剥離試験を10製造ロットに施した
ところ、従来は20%程度不良が発生していたものが皆
無となり、本発明の顕著な効果が確認できた。また、上
記10ロットについて信頼性試験も施したが、その成績
も極めて良好であった。
【0016】本発明に係る化合物半導体装置の製造方法
において重要な点は、ボンディングパッド用金属を(N
H4)2Sx溶液にて処理した化合物半導体基板の表面
に形成するという点であり、従って、ボンディングパッ
ド用金属も上記実施例にて説明したものに限られること
はない。(NH4)2Sx溶液による処理についても、
溶液濃度、処理条件等は上記実施例にて説明したものよ
りも広い範囲で適用可能であるが、溶液中に存在するS
x2−イオン(x≧2)の量を低くし過ぎないのが肝要
である。
【0017】また、上記実施例はGaAs  MESF
ETを例に本発明の要旨を説明したが、本発明は化合物
半導体基板が次の第2の実施例に示されるInPの場合
においても、基板がGaAsの場合と同等以上の効果を
得ることが出来る。
【0018】(実施例2)以下、本発明の2の実施例に
係るInP  MESFETに適用した場合につき図面
を参照して説明する。なお、説明に用いる図面は、前記
第1の実施例の説明に用いた第1図ないし第3図を援用
する。
【0019】まず、図1に示したように、半絶縁性In
P基板1上の一主面内の所望領域にn型InPからなる
動作層2を選択的に形成する。この動作層2は、例えば
イオン注入法によって選択的に形成してもよいし、エピ
タキシャル法によって形成した動作層をメサエッチング
によって分離形成してもよい。図1には、後者の方法に
よって形成した場合を示してある。次に、公知の方法を
使用して図2に示すように、金ゲルマニウム(AuGe
)/ニッケル(Ni)合金からなるソース、ドレイン各
電極3,4、Ti/Alからなるゲート電極5を形成し
、しかる後、全面にシリコン窒化膜(SiNx)からな
る絶縁膜6を形成する。
【0020】次に、図3に示すようにフォトリソグラフ
ィ法とケミカルドライエッチング(CDE)法によって
ボンディングパッド形成領域の絶縁膜6を選択的にエッ
チング除去した後、ボンディングパッドが形成される部
分のGaAs層の表面を、50℃の(NH4)2Sx水
溶液(5〜15倍希釈)に10分間浸すことにより処理
する。続いて、Ti,Pt,Auを真空蒸着法を用いて
順次積層し、リフトオフ法により図4に示すようなTi
/Pt/Au3層構造からなるボンディングパッドが完
成する(ここにはゲートボンディングパッド7のみが図
示されており、ソースボンディングパッド8(図5)、
ドレインボンディングパッド9(図5)の図示は省略さ
れている)。
【0021】図5に、上記工程により形成されたInP
  MESFETの平面図(絶縁膜は図示せず)を示す
。 図5においては8はソースボンディングパッド、9はド
レインボンディングパッドである。また、上記工程の説
明において、図1及び図2は図5のA−A断面に沿った
断面図を、図3及び図4はB−B断面に沿った断面図を
夫々示すものである。
【0022】なお、上記実施例においては、ソース、ド
レイン、ゲート各ボンディングパッドを同時に、同じ金
属(Ti/Pt/Au三層構造)で形成する場合を説明
したが、これらボンディングパッドは同時に形成される
必要はなく、例えばソース、ドレインのボンディングパ
ッドとゲートのボンディングパッドを別の工程で形成し
てもよく、その際例えば、ソース、ドレインのボンディ
ングパッドをAuGe系の合金で、ゲートのボンディン
グパッドをTi/Pt/Au三層構造金属といったよう
に、別々の金属あるいは金属の積層構造で形成しても本
発明の効果は何ら変わるものではない。
【0023】上記方法で製造したInP  MESFE
Tについてパッド剥離試験を10製造ロットに施したと
ころ、従来は20%程度不良が発生していたものが皆無
となり、本発明の顕著な効果が確認できた。また、上記
10ロットについて信頼性試験も施したが、その成績も
極めて良好であった。
【0024】本発明に係る化合物半導体装置の製造方法
において重要な点は、ボンディングパッド用金属を(N
H4)2Sx溶液にて処理した化合物半導体基板の表面
に形成するという点であり、従って、ボンディングパッ
ド用金属も上記実施例にて説明したものに限られること
はない。(NH4)2Sx溶液による処理についても、
溶液濃度、処理条件等は上記実施例にて説明したものよ
りも広い範囲で適用可能であるが、溶液中に存在するS
x2−イオン(x≧2)の量を低くし過ぎないのが肝要
である。
【0025】また、上記実施例でGaAs  MESF
ET、およびInP  MESFETを例に本発明の要
旨を説明したが、本発明の方法は、基板と動作層を形成
する半導体が異なるような素子、例えば、HEMT等の
ヘテロ接合を利用した素子にも適用できることは、ボン
ディングパッドが形成される半導体表面を(NH4)2
Sx溶液にて処理することが肝要であるという上記の説
明も明らかであろう。
【0026】また、ボンディングパッドが形成される半
導体層は、GaAs、InP等の基板に限られることは
なく、これら基板上にエピタキシャル法等にて形成され
たGaAs、InP、さらにはAlGaAs、InAl
Asといったいわゆるバッフア層等の半導体層であって
もよいことはいうまでもない。
【0027】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、GaAsや
InPを基板に用いた化合物半導体装置において、しば
しば問題になっていたボンディングパッドの剥離を、下
地半導体基板と合金層を形成する介在層を使用せずに有
効に防止することが出来るため、装置の製造歩留りを大
幅に向上させ得ると共に、信頼性に優れた化合物半導体
装置を製造することが可能な製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る化合物半導体装置の製造方法の実
施例を工程順に示す断面図。
【図2】本発明に係る化合物半導体装置の製造方法の実
施例を工程順に示す断面図。
【図3】本発明に係る化合物半導体装置の製造方法の実
施例を工程順に示す断面図。
【図4】本発明に係る化合物半導体装置の製造方法の実
施例を工程順に示す断面図。
【図5】本発明に係る一実施例の化合物半導体装置の平
面図。
【符号の説明】
1…半絶縁性基板(GaAs、InP)2…動作層(n
−GaAs、n−InP)3…ソース電極 4…ドレイン電極 5…ゲート電極 6…絶縁膜(SiNx) 7…ゲートボンディングパッド 8…ソースボンディングパッド 9…ドレインボンディングパッド

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  一主面の一部に形成された動作層を有
    する化合物半導体基板の主面、または前記動作層と別に
    形成された半導体層の表面に硫化アンモニウム処理を施
    す工程と、前記動作層から、化合物半導体基板の主面上
    にまたは前記半導体層上に延在し電極金属層を形成する
    工程とを含む化合物半導体装置の製造方法。
JP3138695A 1991-06-11 1991-06-11 化合物半導体装置の製造方法 Pending JPH04364032A (ja)

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