JPH04364035A - Electrode wiring - Google Patents

Electrode wiring

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JPH04364035A
JPH04364035A JP13810291A JP13810291A JPH04364035A JP H04364035 A JPH04364035 A JP H04364035A JP 13810291 A JP13810291 A JP 13810291A JP 13810291 A JP13810291 A JP 13810291A JP H04364035 A JPH04364035 A JP H04364035A
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JP
Japan
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layer
atoms
electrode wiring
wiring
diffusion
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Withdrawn
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JP13810291A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Shiraishi
靖 白石
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH04364035A publication Critical patent/JPH04364035A/en
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Abstract

PURPOSE:To increase a reliability of an electrode wiring by forming the electrode wiring with an Ag layer and metal formed on the Ag layer. CONSTITUTION:A Ti layer 2, a Pt layer 3 and an Au layer 5 are formed on a GaAs substrate 1 in this order. Due to the long-time use of the semiconductor device, Au atoms in the Au layer 5 diffuse into an Ag layer 4, forming an alloy layer 6 with Ag atoms. This alloy layer 6 is thermally stabilized and Au atoms hardly diffuse into the Pt layer 3 formed under the Ag layer 5. In other words, a further diffusion of Au atoms is prevented due to the stable alloy layer 6 formed between the Au layer 5 and the Ag layer 4. Also, Au atoms are prevented from being diffused through the end of an electrode wiring. Since the diffusion speed of Au atoms into the Ag layer is lower than the diffusion speed of Au atoms into diffusionproof layer such as the Pt layer, the Ag layer itself serves as a diffusionproof layer. Consequently, a leak current from the electrode wiring into the GaAs substrate does not increase and thereby a contact resistance does not increase at the wiring part on the ahmic electrode.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に係り、特に
電極配線に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly to electrode wiring.

【0002】0002

【従来の技術】砒化ガリウム(GaAs)トランジスタ
およびICの電極配線として、主として金(Au)が用
いられている。Auは化学的に安定であり、また電気抵
抗率が2.3μΩ−cmと小さい。さらに、Auの電極
配線は真空蒸着法とリフトオフ法の組み合わせにより容
易に形成できる。もちろんスパッタ法とイオンミリング
法の組み合わせ、あるいはメッキ法によっても形成でき
る。実際には、図3の従来例の電極配線の断面図に示さ
れるように、チタン(Ti)2,白金(Pt)3,Au
4の順に積層した金属多層膜等が用いられている。図3
ではGaAs基板1上の電極配線として示されている。 この電極配線の構造は、例えばヒダ(Hida)等によ
りアイ・イー・イー・イー  トランザクションズ  
オン  エレクトロン  デバイシズ(IEEE  T
ransactions  on  electron
  devices)第36巻2223頁(1989年
)に示されている。この構造でTi層2は下地となるG
aAs基板1あるいは絶縁膜との密着性を向上するため
に用いられ、Pt層3はAu,Ti,Ga,As等の原
子が相互拡散するのを防止するために用いられる。この
金属多層膜は真空蒸着法とリフトオフ法の組み合わせに
より形成できる。
2. Description of the Related Art Gold (Au) is mainly used for electrode wiring of gallium arsenide (GaAs) transistors and ICs. Au is chemically stable and has a low electrical resistivity of 2.3 μΩ-cm. Furthermore, Au electrode wiring can be easily formed by a combination of vacuum evaporation and lift-off methods. Of course, it can also be formed by a combination of sputtering and ion milling, or by plating. In reality, as shown in the cross-sectional view of the conventional electrode wiring in FIG.
A metal multilayer film laminated in the order of 4 is used. Figure 3
, it is shown as an electrode wiring on a GaAs substrate 1. The structure of this electrode wiring is, for example, Hida, etc.
On Electron Devices (IEEE T
transactions on electron
devices), Vol. 36, p. 2223 (1989). In this structure, the Ti layer 2 is the underlying G
The Pt layer 3 is used to improve adhesion to the aAs substrate 1 or the insulating film, and the Pt layer 3 is used to prevent atoms of Au, Ti, Ga, As, etc. from interdiffusion. This metal multilayer film can be formed by a combination of vacuum evaporation method and lift-off method.

【0003】また、拡散防止層としてPtの代わりに、
モリブデン(Mo),窒化チタン(TiN),チタンタ
ングステン(TiW),窒化チタンタングステン(Ti
WN),タングステン(W),タングステンシリサイド
(WSi),窒化タングステンシリサイド(WSiN)
,ほう化チタン(TiB2 )等の耐熱性金属も用いら
れている。例えばTi/Mo/Au構造の電極配線は藤
井等によって第35回応用物理学関係連合講演会講演予
稿集925頁(1988年)に示されている。これらの
耐熱性金属はPtよりも良好な拡散防止効果を示す。 形成方法としては、これらの金属が高融点のためスパッ
タ法あるいは反応性スパッタ法が主として用いられる。
[0003] Also, instead of Pt as a diffusion prevention layer,
Molybdenum (Mo), titanium nitride (TiN), titanium tungsten (TiW), titanium tungsten nitride (Ti
WN), tungsten (W), tungsten silicide (WSi), tungsten silicide nitride (WSiN)
, titanium boride (TiB2), and other heat-resistant metals are also used. For example, electrode wiring having a Ti/Mo/Au structure is shown by Fujii et al. in the proceedings of the 35th Applied Physics Association Conference, page 925 (1988). These refractory metals exhibit better anti-diffusion effects than Pt. As a forming method, a sputtering method or a reactive sputtering method is mainly used because these metals have high melting points.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】従来例で述べたような
電極配線を用いた半導体装置において、長期間の使用に
おいて、GaAs基板上の配線部分ではAu層中からA
u原子がPt等の拡散防止層中を通ってGaAs基板中
に拡散することにより、電極配線とGaAs基板との間
のポテンシャル障壁が小さくなり、電極配線からGaA
s基板へのリーク電流が増大するという問題が生じた。 またオーム性電極上の配線部分では、同様にAu原子が
オーム性電極中およびその下のGaAs中に拡散し、接
触抵抗が増大するという問題が生じた。これらの問題点
は、半導体装置の動作不良を引き起こした。
[Problems to be Solved by the Invention] In a semiconductor device using an electrode wiring as described in the conventional example, during long-term use, the wiring part on the GaAs substrate loses A from the Au layer.
As U atoms diffuse into the GaAs substrate through a diffusion prevention layer such as Pt, the potential barrier between the electrode wiring and the GaAs substrate becomes smaller, and the GaAs is removed from the electrode wiring.
A problem arose in that leakage current to the s-substrate increased. Further, in the wiring portion on the ohmic electrode, similarly, Au atoms diffused into the ohmic electrode and into the GaAs below the ohmic electrode, resulting in an increase in contact resistance. These problems have caused malfunctions of semiconductor devices.

【0005】拡散防止層としてWSiのような耐熱性金
属を用いた場合には、Au原子の拡散の抑制効果は大き
い。しかし、膜質によっては、粒界を通ってAu原子の
拡散7が起こることがあり、また電極配線の端部を通っ
て拡散8が起こることもあった。この電極配線端付近に
おけるAu原子の拡散は先に述べた藤井等によっても報
告された。また耐熱性金属には一般的に電気抵抗率が高
いという問題点があり、さらに膜のストレスの制御が難
しく、膜はがれなどを起こすことがあった。
[0005] When a heat-resistant metal such as WSi is used as the diffusion prevention layer, the effect of suppressing the diffusion of Au atoms is large. However, depending on the film quality, diffusion 7 of Au atoms may occur through the grain boundaries, and diffusion 8 may occur through the ends of the electrode wiring. This diffusion of Au atoms near the ends of the electrode wiring was also reported by Fujii et al. mentioned above. Furthermore, heat-resistant metals generally have a problem of high electrical resistivity, and furthermore, it is difficult to control the stress on the film, which can sometimes cause film peeling.

【0006】ここで述べたようなAu原子の拡散の経路
は図3に矢印で示してある。
[0006] The diffusion route of Au atoms as described here is shown by arrows in FIG.

【0007】本発明の目的は、従来のAuが下地へ拡散
しやすく、信頼性に欠けるという欠点を除去した電極配
線を提供することにある。
[0007] An object of the present invention is to provide an electrode wiring which eliminates the conventional drawback that Au easily diffuses into the underlying layer and lacks reliability.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の電極配線は、銀
層と、銀層上に形成された金属とによって構成されるこ
とを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The electrode wiring of the present invention is characterized in that it is composed of a silver layer and a metal formed on the silver layer.

【0009】[0009]

【作用】図1は本発明の配線金属の一実施例として、G
aAs基板上に形成された電極配線を示す断面図である
。GaAs基板1上にTi2,Pt層3,Ag層5が順
に形成されている。図2は、図1に示した実施例を用い
た半導体装置を長時間動作させた場合における、図1に
示した一実施例の配線電極の変化を示す断面図である。
[Operation] FIG. 1 shows an example of the wiring metal of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing electrode wiring formed on an aAs substrate. A Ti layer 2, a Pt layer 3, and an Ag layer 5 are formed in this order on a GaAs substrate 1. FIG. 2 is a cross-sectional view showing changes in the wiring electrode of the embodiment shown in FIG. 1 when the semiconductor device using the embodiment shown in FIG. 1 is operated for a long time.

【0010】この構造において、半導体装置の長期間の
使用により、Au層5中のAu原子はAg層4中へ拡散
する。拡散したAu原子はAg原子との合金層6を形成
する。この合金層6は熱的に安定であり、下のPt層3
へのAu原子の拡散が起こりにくい。つまり、Au原子
の拡散が、Ag層4との安定な合金層6を形成すること
により抑制されることになる。電極配線端を経由したA
u原子の拡散も抑制できる。さらには、Ag層へのAu
原子の拡散速度は、Pt層などの拡散防止層へのAu原
子の拡散速度に比べて小さく、Ag層自信も拡散防止層
として働く。またAg原子のGaAs基板1中への拡散
速度はAu原子の場合より小さく問題とならない。
In this structure, Au atoms in the Au layer 5 diffuse into the Ag layer 4 due to long-term use of the semiconductor device. The diffused Au atoms form an alloy layer 6 with Ag atoms. This alloy layer 6 is thermally stable and the underlying Pt layer 3
It is difficult for Au atoms to diffuse into. In other words, diffusion of Au atoms is suppressed by forming a stable alloy layer 6 with the Ag layer 4. A via the electrode wiring end
Diffusion of u atoms can also be suppressed. Furthermore, Au to Ag layer
The diffusion rate of atoms is smaller than the diffusion rate of Au atoms into a diffusion prevention layer such as a Pt layer, and the Ag layer itself also acts as a diffusion prevention layer. Further, the diffusion rate of Ag atoms into the GaAs substrate 1 is smaller than that of Au atoms and does not pose a problem.

【0011】このように、本発明の電極配線構造では、
電極配線からGaAs基板へのリーク電流が増大すると
いう問題が生じない。またオーム性電極上の配線部分で
接触抵抗が増大するという問題が生じない。従って、半
導体装置の動作不良が引き起こされるという問題が解決
される。さらに、WSi等の高融点金属を用いなくても
十分に信頼性の高い電極配線が得られる。従って、高融
点金属を用いた場合の膜はがれのような問題とは無縁で
ある。
As described above, in the electrode wiring structure of the present invention,
This eliminates the problem of increased leakage current from the electrode wiring to the GaAs substrate. Further, the problem of increased contact resistance at the wiring portion on the ohmic electrode does not occur. Therefore, the problem of malfunction of the semiconductor device is solved. Furthermore, sufficiently reliable electrode wiring can be obtained without using a high melting point metal such as WSi. Therefore, there is no problem such as film peeling when using a high melting point metal.

【0012】さらにAgの電気抵抗率は1.59μΩ−
cmであり、Auよりも小さい。Auとの合金層を形成
しても、抵抗率の増大は小さい。従って、少なくともA
g層4の存在によって、配線抵抗が増大するという問題
は生じない。
Furthermore, the electrical resistivity of Ag is 1.59μΩ-
cm, which is smaller than Au. Even if an alloy layer with Au is formed, the increase in resistivity is small. Therefore, at least A
Due to the presence of the g layer 4, the problem of increased wiring resistance does not occur.

【0013】またこの電極構造では、化学的に不活性な
Au層5によってAg層4がほとんど覆われているため
、Ag層4が酸化されて抵抗が増大するという問題を避
けられる。
Furthermore, in this electrode structure, since the Ag layer 4 is almost completely covered by the chemically inert Au layer 5, the problem of increased resistance due to oxidation of the Ag layer 4 can be avoided.

【0014】本発明の電極配線構造は、真空蒸着法とリ
フトオフ法の組み合わせにより容易に形成でき、従来の
電極配線形成の工程を複雑にすることはない。もちろん
スパッタ法とイオンミリング法の組み合わせ等の他の方
法によっても形成できる。
The electrode wiring structure of the present invention can be easily formed by a combination of vacuum deposition method and lift-off method, and does not complicate the conventional electrode wiring formation process. Of course, it can also be formed by other methods such as a combination of sputtering and ion milling.

【0015】[0015]

【実施例】次に、本発明の一実施例として、図1および
図2を参照して説明する。GaAs基板1上にTi層2
(厚さ50nm),Pt層3(厚さ50nm),Ag層
4(厚さ50nm),Au層5(厚さ250nm)が順
に形成されている。これらの多層膜は、真空蒸着法によ
ってGaAs基板上に連続して形成でき、電極配線パタ
ンはリフトオフ法によって形成できる。
Embodiment Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Ti layer 2 on GaAs substrate 1
(thickness: 50 nm), Pt layer 3 (thickness: 50 nm), Ag layer 4 (thickness: 50 nm), and Au layer 5 (thickness: 250 nm) are formed in this order. These multilayer films can be continuously formed on a GaAs substrate by vacuum evaporation, and the electrode wiring pattern can be formed by lift-off.

【0016】この構造において、Au層5中のAu原子
の拡散は、Ag層4との安定な合金層6を形成すること
により抑制される。またAg原子のGaAs基板1中へ
の拡散速度はAu原子の場合より小さく問題とならない
。またAg層4の電気抵抗率は低く、配線抵抗が増大す
るという問題は生じない。さらに、化学的に不活性なA
u層5によってAg層4がほとんど覆われているため、
Ag層4が酸化されて抵抗が増大するという問題を避け
られる。Ag層4は真空蒸着法とリフトオフ法の組み合
わせにより容易に形成できるため、従来の電極配線形成
の工程を複雑にすることなく、信頼性の高い電極配線が
得られる。
In this structure, diffusion of Au atoms in the Au layer 5 is suppressed by forming a stable alloy layer 6 with the Ag layer 4. Further, the diffusion rate of Ag atoms into the GaAs substrate 1 is smaller than that of Au atoms and does not pose a problem. Furthermore, the electrical resistivity of the Ag layer 4 is low, and the problem of increased wiring resistance does not occur. Furthermore, chemically inert A
Since the Ag layer 4 is almost covered by the u layer 5,
The problem of increased resistance due to oxidation of the Ag layer 4 can be avoided. Since the Ag layer 4 can be easily formed by a combination of a vacuum evaporation method and a lift-off method, highly reliable electrode wiring can be obtained without complicating the conventional electrode wiring formation process.

【0017】各金属層の厚さはここに示した値である必
要はない。またここではTi/Pt/Ag/Au構造の
電極配線について述べたが、Pt層3は例えばMoのよ
うな他の金属層あるいは多層金属層でもかまわない。P
tやMoなどの拡散防止層はなくてもかまわないが、存
在する方がAuの拡散防止効果はより大きくなり、電極
配線の信頼性が増加する。Ti層2は、電極配線の下地
への密着性が問題とならない場合には無くてもかまわな
い。極端な場合、Ag層4とAu層5のみでも、高信頼
性が要求されない場合には十分である。またAg層4と
Au層5の間にPt層のような拡散防止層をはさんだT
i/Pt/Ag/Ti/Auのような構造でもかまわな
い。
The thickness of each metal layer does not have to be the values shown here. Although the electrode wiring having a Ti/Pt/Ag/Au structure has been described here, the Pt layer 3 may be another metal layer such as Mo or a multilayer metal layer. P
Although there is no need for a diffusion prevention layer such as T or Mo, the presence of the diffusion prevention layer of Au will be greater and the reliability of the electrode wiring will increase. The Ti layer 2 may be omitted if the adhesion of the electrode wiring to the base is not a problem. In an extreme case, the Ag layer 4 and Au layer 5 alone are sufficient if high reliability is not required. In addition, a diffusion prevention layer such as a Pt layer is sandwiched between the Ag layer 4 and the Au layer 5.
A structure such as i/Pt/Ag/Ti/Au may also be used.

【0018】電極配線の形成方法はここに示した方法で
ある必要はなく、例えば真空蒸着法とイオンミリング法
の組み合わせ、あるいはスパッタ法とイオンミリング法
の組み合わせなどの他の方法によってもかまわない。
The method for forming the electrode wiring does not have to be the method shown here, and other methods such as a combination of vacuum evaporation and ion milling, or a combination of sputtering and ion milling may be used.

【0019】また、ここではGaAs基板1上の電極配
線について説明したが、Au/Ge/Ni多層金属膜等
で形成されたオーム性電極上の配線あるいはTi/Au
等で形成されたショットキー電極上の配線に用いても、
Au原子の拡散が抑制されることにより信頼性が向上し
、十分な効果が得られる。あるいはショットキー電極そ
のものにこの電極配線構造を用いても効果が得られる。 さらには、絶縁膜上の電極配線、あるいはInP基板や
Si基板上の電極配線としても用いてもかまわない。
Although the electrode wiring on the GaAs substrate 1 has been explained here, the wiring on the ohmic electrode formed of a multilayer metal film of Au/Ge/Ni or the like or the Ti/Au
Even when used for wiring on Schottky electrodes formed by
By suppressing the diffusion of Au atoms, reliability is improved and sufficient effects can be obtained. Alternatively, the effect can be obtained by using this electrode wiring structure for the Schottky electrode itself. Furthermore, it may be used as electrode wiring on an insulating film, or as electrode wiring on an InP substrate or a Si substrate.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明の電極配線構造において、Au層
中のAu原子の拡散は、Ag層との安定な合金層を形成
することにより抑制されるため、GaAs中へ拡散しな
い。従って信頼性の高い電極配線が得られる。
Effects of the Invention In the electrode wiring structure of the present invention, diffusion of Au atoms in the Au layer is suppressed by forming a stable alloy layer with the Ag layer, so that they do not diffuse into GaAs. Therefore, highly reliable electrode wiring can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の一実施例を説明するための断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view for explaining one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例を説明するための断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view for explaining one embodiment of the present invention.

【図3】従来の電極配線を説明するための断面図である
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining conventional electrode wiring.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    GaAs基板 2    Ti層(密着性強化層) 3    Pt層(拡散防止層) 4    Ag層 5    Au層 6    AuとAgとの合金層 1 GaAs substrate 2 Ti layer (adhesion reinforcement layer) 3 Pt layer (diffusion prevention layer) 4 Ag layer 5 Au layer 6 Alloy layer of Au and Ag

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  銀層と、前記銀層上に形成された金層
とによって構成されることを特徴とする電極配線。
1. An electrode wiring comprising a silver layer and a gold layer formed on the silver layer.
JP13810291A 1991-06-11 1991-06-11 Electrode wiring Withdrawn JPH04364035A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005184005A (en) * 2003-12-23 2005-07-07 Samsung Electronics Co Ltd Flip-chip nitride light emitting element and its manufacturing method
JP2010034355A (en) * 2008-07-30 2010-02-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Heterojunction bipolar transistor
JP2011233899A (en) * 2010-04-28 2011-11-17 Lg Innotek Co Ltd Light emitting device package

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Effective date: 19980903