JPS58500920A - 金メツキプロセス - Google Patents

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】 金メツキプロセス 技術分野 本発明はＩ−Ｖ族半導体表面に電気的に付着した金属表面上に、金をメッキする プロセスに係る。本発明の一実施例において、金はある種の型のトランジスタ構 造中の小さな貫通孔を通してメッキされる。

本発明の背景 新材料の発見及びよりよい材料の新製法の開発にょシ、半導体分野に多くの新し い用途が導き出された。

これらの新らしい用途はしばしば異なる製作技術を特徴とする特に、微小寸法に 関連し、デバイスの各種形状をより精密に配置すること、半導体表面に金属物質 を固着させることなどに関してである。

具体的な例の一つは、化合物半導体を含むデバイスである。各種の型のデバイス は化合物半導体を用いて作られ、半導体レーザー、検出器、発光ダイオード及び 増幅器を含む。典型的な例は、各種化合物半導体で作られるある種のマイクロ波 半導体デバイスの製作と構造に付随している。ここで、寄生インダクタンスを最 小にすることが、よいデバイス特性をｆ）乙うえで重要である。それにより、高 周波動作が可能になり、高周波でよシ高い利得と帯域幅が得られる。また、金属 （２） パッドに金をよシ確実に固着させることにより、よい電気的接触とよい熱接触が 確実になる。これによりデバイスの高パワー処理能力が可能になシ、デバイ３の より高くより予測可能な周波数特性が得られるようになる。

特に望ましいのは、化合物半導体構造上のあらかじめ決められた領域に、メッキ をする信頼性あるプロセスである。半導体プロセスにおいては、個々のデバイス に電気的接続をすることなくこのことが実現できると特に望ましい。特に金メツ キプロセスのようなメッキプロセスの正確な方向は、各種半導体デバイスの製作 において特に有利である。各種Ｑ文献で半導体上への金属の堆積について述べら れておシ、その中にはエイ、ビー、ジエイ、サリバン（Ａ、Ｂ、Ｊ、５ｕｌｌｉ ｖａｎ　）による１１新しい半導体電極技術”　（”　Ｎｅｗ　Ｓｅｍ１ｃｏｎ ｄｕｃｔｏｒ　ＣｏｎｔａｃｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　’“）と題する論文、エ レクトロニック・レタース（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　）牙１２ 巻、牙６号（１９７６年６月１８日）１６６頁が含まれる。

本発明の要約 本発明はＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの製作プロセスに係り、その中で少くと も一工程は化合物半導体に電気的に付着された金属上に金をメッキすることを含 む。この金メッキは化合物半導体の光或気化学酸化により引き起こされる。化合 物半導体はアンド−プ、（５） 半絶縁性（補償）まだはｎ形でよい。金メツキプロセスは、金を含む物質の金属 表面における化学的還元を含む。他の任意の金属表面も使用できるが、金属表面 もまた金である。金属の厚さは数ミクロンから分子の厚さまで必要に応じ変えて もよい。プロセスは半導体の酸化物を溶解し、還元によシ金属金を生じるメッキ すべき金の源を含む電解質中で行われる。本発明の特に有利な実施例は、窓を通 してのガリウムひ素電界効果トランジスタ（ＧａＡｓ−Ｆ　ＥＴ　）中への金メ ッキである。このプロセスはメッキパワー源、デバイスへの電気的接続またはワ イヤを用いず金メッキが可能である。

通常のメッキプロセスでは小さすぎる溝および孔中にでも優れたメッキの結果が 得られる。このプロセスにより、金属表面に対し良好な熱的および電気的接触を 有する金メッキが生じる。加えて、ＧａＡｓ−Ｆ　Ｂ　Ｔデバイスのソースパッ ドを、孔を通すことによシ、ヘッダに電気的接続をするためにこのプロセスを用 いるとき、良好な熱的および周波数容量を有する、より信頼性の高い再現性のよ いデバイスが得られる。池の用途には、半導体表面上の電極、他の金属層、ソー スパッド、トレインパッドおよびゲートパッドの製作が含まれる。

図面の簡単な説明 矛１図は貫通孔を通して金をメッキした後の半導体ウェハの一部分の側面図、 （４） １′２図は半導体デバイスおよび金を満たした窓に付着した金ヘッダを有する半 導体ウェハの一部分の側面本発明は化合物半導体表面に固着した金属表面上への 金メツキのための光電気化学プロセスを含む。このプロセスは本質的に化合物半 導体の光酸化と化合物半導体の表面に固着した金属表面上での還元から成る。

溶液には還元で金属金を生じる可溶物質を含ませる。

溶液にはまた、化合物半導体の光酸化で生じた酸化物を溶解する物質を加える。

これによりメッキプロセスが確実に続く。

本発明は特に純粋な（アンドープ）化合物半導体、禁制帯中にトラップを形成す るようにドーピングすることにより作られた半絶縁性化合物半導体およびｎ形化 合物半導体に適用される。本質的には化合物半導体は著しいｐ形であってはなら ない。一般に、正孔濃度は１００倍以上電子濃度を越えてはならない。本質的に 、半導体特性は正孔濃度が照射によるプロセスの光−酸化部分で著しく変化する ようなものにすべきである。これにより正孔が表面まで運ばれ、光−酸化反応を 起こす。これらの正孔は空間電荷層中の電界により表面に運ばれる。これらの半 導体は主として市販の重要なデバイスに用いられるため、本発明は特にｌ−Ｖ特 表昭５８−５００９２０（３） 化合物半導体に係る。

典型的なＩ−Ｖ族半導体化合物はＧａＰ、　ＧａＡｓ、　ＡｌＡｓ。

Ａｄｄ、　ＡＡＳｂ、　ＩｎＰ、　ＩｎＳｂ、　ＩｎＡｓ、　ＧａＩｎＡｓ、　 ＧａＩｎＰ、　ＧａＩｎＡｓＰ。

ＧａＡｊ’ＰおよびＣａＭＡＳである。本発明は補償された材料とともに、アン ドープ材料に適用すると有用である。

典型的な補償材料は、クロムドープのガリウムひ素である。ここで、ドーピング は通常１０１５から１０１７Ｃｒ／ｃａ’の範囲である。このプロセスで一般に １０６０−α以上の抵抗率が生じる。酸素はまた補償用材料としても有用である 。

本発明はまたｎ形化合物半導体のプロセスにも有用である。当業者には周知の各 種の方法は、ｎ形化合物半導体を作るために用いられる。ＩＮ−Ｖ族化合物に典 型的なのは、半導体中の■族元素を置換するために、■族元素（すなわち、Ｓｉ 、　Ｇｅ、　Ｓｎ）をドーピングするか、半導体中のＶ族元素を置換するために 、■族元素（Ｓ、　Ｓｅ、　Ｔｅ　）をドーピングするかである。典型的なドー ピングレベルは、１立方センチメートル当り１０ないし１０　ドナ原子である。

光電気化学メッキプロセスは、本質的に同時に起こる各種のプロセスを含む。メ ッキすべき金属表面を含む化合物半導体は、以下でより詳細に述べる電解質溶液 中に浸される。化合物半導体の表面を、電子−正孔対を発生する光で照射する。

光のフォトンエネルギー（６） は二つのエネルギー帯中で牛ヤリャを発生するように、禁制帯に等しいかそれよ り大きくすべきである。しばしば広帯域の源を用いるのが便利であるが、光の正 確な位置が有用な場合はレーザー源が用いられる。光はまた、酸化が起る領域か ら、メッキが起る金属表面への光導電性を−起こすのにも有用である。これは低 導電率がメッキ速度を制限するクロムドープガリウムひ素のような半絶縁性半導 体に対し特に望ましい。また、金属層の特定の領域にメッキを制限するため、メ ッキが望ましくない金属層の部分は、しばしばマスクで除去される。このマスク はマウントする表面、通常は基板へ金属層を固着させることによシ、しばしば笑 現される。典型的な場合、半導体ウェハは支持のため、サファイア盤のような透 明な基板に固着される。電解質溶液は金の源（より正確には、還元で金属金を生 じる金化合物）、化合物半導体の酸化物を溶解する１ないし複数の物質、電解質 溶液のイオン導電性を確実によくするだめの塩および必要に応じて、溶液のｐＨ を安定化するだめの緩衝剤を含む。非常に多種類の金塩を用いてよく、それには 金シアン化複イオン、他の今後イオンおよび塩化金のような金塩が含まれる。人 手のしやすさおよび金の還元しやすさにより、金の源としては金シアン、化カリ ウムが望ましい。金物質の濃度はｏ、　ｏ　ｏ　ｉモル濃度から飽和までの広い 範囲で変えてよ（７） い。最適の濃度はプロセスの特性より、経済性に通常大きく依存する。このため 、０．０１ないし０．２モル濃度のような比較的低濃度が通常好まれる。シアン 化イオンがもし存在するならば、それは金シアン化イオンの濃度の０．１ないし １０倍の範囲であろう。一般に、過剰のシアン化物は用いられない。

化合物半導体の酸化物を溶解するのに有用な物質は、含まれる特定の化合物に依 存する。溶解度を確実に得るためには、しばしば適度の酸または塩基で十分であ る。典型的な場合、この目的には４以下または８以上のｐＨを用いる。適当な陰 イオンが存在するならば、中間のｐＨＯ値を用いることもできる。アルミニウム およびある程度のインジウムの場合、塩基性溶液が好ましく、塩素イオンを加え ると、しばしば生成した酸化物の溶解に役立つ。ガリウムひ素の場合、緩衝剤の 一部であるりん酸イオンが存在すると、酸化生成物の溶解を促進する。導電性の 塩を加えるのも有益である。

典型的な量は０．０５ないし１モル濃度溶液である。本質的にイオン化し、酸化 −還元プロセスを妨げない任。

意の物質を用いることができる。この要件は緩衝のような溶液中での池の機能を 果たす物質または半導体の酸化生成物を確実に溶解する物質が満たす。

緩衝剤はだのプロセスを実施する上で必要ではないが、それは電解質溶液中のｐ Ｈを確実に安定化し、そ（８） れにより反応は安定化する傾向がある。典型的な緩衝剤はりん酸塩系物質（りん 酸二水素塩−シん酸水素塩基およびりん酸水素塩−りん酸塩系の両方）およびク エン酸塩である。含まれる濃度は広範囲に変えてよく、通常の電解メッキプロセ スで用いられる典型的なものである。典型的には、０．０５ないし１０モル濃度 溶液が用いられる。

プロセスの温度は広範囲に変えてよく、電解質溶液の氷点から沸点まで含まれる 。しばしば室温が便利なため好まれるが、よシ急速なメッキが望ましい場合、４ ０ないし７５Ｃの温度が望ましい。５０ないし６０Ｃのメツ牛温度が最も好まし い。

本発明はデバイスについての説明およびデバイス製作における金メッキで用いら れるプロセスについての説明で、その利点が説明できる。牙１図は一部分完成し た個々の多くのＧａＡｓ　ＦＥＴを有する半導体ウェハ（１０）の一部の側面図 である。ウェハは通常のワックス（１２）を用いて、サファイア盤（１１）上に マウントされる。多くのプロセスはすでにデバイスに対し行われる。デバイスの 主基体（１３）は約１０１６のクロム原子／Ｃｍ’をガリウムひ素にドープする ことにより作られた半絶縁性ガリウムひ素で作られている。各種の層が半絶縁１ １ＧａＡｓ上に形成されている。ｎ形ガリウムひ素のエビタ牛シャル層（１４） が半絶縁性ガ（９） 特表昭５８−５００９２１）（４） リウムひ素上に成長され、ドレインパッド（１６）と同様、ソースパッド（１５ ）が図のように含まれる。

ゲートパッド（図示されていない）がソースパッドおよびドレインパッド間に配 置される。本発明のプロセスは図のように孔（１７）を通し金（１８）で全体ま たは一部を満たすのに有用である。通常孔は完全に満たす必要はない。個々のデ バイスは（しばしば単一のデバイス上に多数のソースおよびドレインの組合せを 有し）分離され、ヘッダにろう付けされる。ろう付は材料は通常金−すす合金で ある。金−すす合金はソースパッドおよび孔の内側部分から離すのが有利である 。

貫通孔の中に金メッキをする典型的なプロセスは、以下のとうりである。典型的 な場合、プラズマエツチング技術により貫通孔を作った後、ウェハは一連の浄化 工程を通る。オ・−に、ウェハは酸素で飽和した（典型的な場合０２モル濃度Ｋ ＣＮの）シアン化物溶液中に浸される。この溶液はプラズマエツチング中、ソー スパッドからスパッタされたあらゆる金を溶解した。

次に、表面は濃硫酸６．３０パーセント過酸化水素溶液１および水１でできた溶 液で浄化される。この処理により、貫通孔の側面およびガリウムひ素の表面上へ の、寄生的なメッキが防止された。

サファイア盤上にマウントされたウェハは、４　ｇｍ　／ｌ　ＫＡｕ（ＯＮ）２ ．１００　ｇｍ／７　ＫＩ４２ＰＯｘ　、　２８　ｇｍ／ｌ　ＫＯＨか（１０） ら成る水溶性メッキ液中に浸された。ｐＨは約７で、メッキプロセスは約５５ｃ の浴槽温度で行われた。

適度な浴槽の攪拌を通常用い、金メツキ速度を調整するために光強度を用いても よい。光照射は５００ワツトのタングステン・ハロゲンランプで行い、放射を集 め光線を本質的に並行にするためにレンズを用いた。

これらの装置は必ずしも必要ではないが、ランプからの光出力をより効率的にし 、半導体ウェハの表面上での光の分布をより均一にする。

光照射は（サファイア盤を通すか底面へ）デバイスのいずれの側または両側から できる。一般に、サファイア盤を通して光照射すると、より便利でよい結果が得 られる。

（通常、硫酸３、過酸化物溶液１および水１の水溶性エツチング液でＧ　ａ　Ａ 　ｓを化学的にエツチングした後）顕微鏡でこれらの貫通孔を調べると、メッキ によシ金で満ちた孔には空孔がなく、ソースパッドと優れた電気的および熱的接 触を形成していることが示された。

牙２図は半導体ウェハ（２ｏ）の側面を示し、ウェハには多数のＧ　ａ　Ａ　ｓ 　−Ｆ　Ｅ　Ｔがありその中の貫通孔（２１）は金で満たされ、デバイスの底面 上の金メッキ（２２）は完了している。示されているのは、ソースパッド（２３ ）、ドレインパッド（２４）および半絶縁性０ａＡｓ２５）である。典型的なデ バイスの各種寸法も示され（１１） でいる。

ＦＩＧ、　／ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　金の源を含む電解質溶液から、金属部領域の表面の少くとも７部分上に、金 をメッキすることから成るアンドープ、半絶縁性またはｎ形ｉ−ｖ族化合物半導 体材料を含むデバイスの製作プロセスにおいて、半導体の酸化を可能にし、金属 表面、上で金の源の還元を起こさせ、その上に金属部を堆積させるように、１− Ｖ族化合物半導体材料の禁制帯と少くとも同じがそれより大きなフォトンエネル ギーを有する光で、■−■族化合物半導体材料を照射することによシ、メッキを 行うことを特徴とするプロセス。 ２、　前記牙１項に記載されたプロセスにおいて。 １−Ｖ族化合物半導体はＧａＰ、　ＧａＡｓ、　ＡｄＡｓ、　Ａ７Ｓｂ　。 ＩｎＰ、　ＩｎＳｂ、　ＩｎＡｓ、　ＧａＩｎＡｓ、　ＧａＩｎＰ、　ＧａＩｎ ＡｓＰ、　ＧａＡｌＰおよびＧａＡｌＡｓから成るグループの中から選択される ことを特徴とするプロセス。 ３　前記牙１または牙２項に記載されたプロセスにおいて、 １０１５ないし１０１７０ｒ／α５の範囲の濃度でクロム４、　前記牙２項に記 載されたプロセスにおいて、Ｓｉ、　Ｇｅ、　Ｓｏ、　Ｓ、　ＳｅおよびＴｅか ら選択された少くとも１種類の元素をドープしたｎ形のｌ−Ｖ族化合物（１３） 半導体を用いることを特徴とするプロセス。 ５、　前記矛１〜４項のいずれかに記載されたプロセスにおいて、 金の源は００１ないし０２モル濃度の濃度を有する金シアン化カリウムのような 金シアン化複イオンであることを特徴とするプロセス。 ６、　前記矛１〜５項のいずれかに記載されたプロセスにおいて、 電解質溶液は４以下または８以上のｐＨを有することを特徴とするプロセス。 ７　前記オ・１〜６項のいずれかに記載されたプロセスにおいて、 金メツキプロセス中、電解質溶液の温度は４ｏないし７５Ｃに保たれることを特 徴とするプロセス。 ８　前記牙１〜７項のいずれかに記載されたプロセスにおいて、 化合物半導体はＧ　ａＡ　ｓで、金は貫通孔を通し、ソースパッド上にメッキさ れ、電解質溶液は水、１−４゜ｇｍ／１ＫＡｕ　（ＯＮ　）２．１００　ｇｍ／ 　ｌ！　ＫＪ（、、ＰＯｌｌおよび２８ｇｍ／　ｌ　ＫＯＨから成ることを特徴 とするプロセス。 ９　前記牙１〜８項のいずれかに記載されたプロセスにおいて、 メッキに先だち、化合物半導体をシアン化物溶液に浸し、次に化合物半導体を本 質的に硫酸６、過酸化物（１４） 溶液１および水１から成る溶液中に浸すことによシ、半導体を清浄化することを 特徴とするプロセス。 １０、前記牙１〜９項のいずれ２５〜に記載されたプロセスにおいて、 電解質溶液は塩素イオンまたは緩衝剤を含むことを特徴とするプロセス。 特表昭５８−５００９２０（２）