JPS5932055B2 - 接点を有する半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に関するものである。

特に、本発明は外部への電気的接点を化合物半導体土に
設けることに関する。半導体へのオーミツク接点の形成
は半導体装置の製造においては変わらぬ関心事である。

化合物半導体の接触は特に困難であるが、これはおそら
ノくこれらの材料が、単一元素からなる半導体に比し
て、より複雑な化学的性質を有しているためである。こ
の分野の代表的な技術についての概説はソリツド・ステ
ート・エレクトロニクス１８（１９７５）、５４１ｆ１
Ｃ．見られる。接点を形成するためには典型的には以下
に述べる２つの成分を用いる。即ち、第１番目の成分は
半導体用のドーピング剤であり、第２番目の成分は実際
の外部接点を与える金属である。−Ｖ族半導体用のＮ型
ドーピング剤には錫及びゲルマニウムが含まれる。２広
範に使用される接点用金属は金である。

この様な金一錫及び金−ゲルマニムム接点の使用の際に
は半導体表面のこれらの成分のボーリング・アツプ（即
ち、付着した金属が球状または滴状となつて、半導体表
面に良好に付着しないこと）及びそ２の他の不均一性を
さけるために多大の注意を必要とする（米国特許第３８
９０６９９号、１９７５年６月２４日発行、例えば第１
欄、１３−１７行を参照）。この参考文献はゲルマニウ
ム層、銀層及び金層の連続付着について説明している。
オ一 Ｊミツク接点を形成する他の従来法（米国特許第
３９５９５２２号、１９７６年５月２５日）ではまず金
を加熱した基板上に付着し、この基板を冷却し、錫層を
冷却した基板土に付着し、このデバイスを再び加熱し、
次いで再び冷却してニツケル及び金を付着し、外部接点
をつくる。Ｐ型材料を接触させるために開発された多層
法では亜鉛がＰ型ドーピング剤として使用される。しか
し、亜鉛は高い蒸気圧を持つことが知られている。亜鉛
を半導体中に拡散させるために必要な熱処理工程の際に
亜鉛の蒸発を抑制せんとして、金の層、次いで金一亜鉛
合金層及び金の第２層を連続的に付着することからなる
方法が開発された（米国特許第３８５０６８８号、１９
７４年１１月２６日発ＱＯ−Ｖ族半導体のうちで、アル
ミニウムを含むもの（例えば、ガリウム・アルミニウム
・砒素）は接点形成上特有な問題を提起している。半導
体表面の近傍の半導体中にアルミニウム化合物が存在す
るとこれらの接点の特性を望ましくないものにし、電気
的に信頼性のないものとする傾向があると考えられる。
この問題点を解消するために開発された方法が米国特許
第４０８１８２４号、１９７８年３月２４日発行、に示
されている。この方法はアルミニウムとドーピング剤元
素の二つの成分を有する遷移層と、これに続く金層とを
付着させるものである（遷移層は半導体層と最後の金層
との間に付着される）。この方法は高い歩留りで電気的
に信頼性のある、即ち電気的に望ましい特性を有する接
点を与えることができ製造土有用であることがわかつた
。しかし、典型的な製造作業において、著しく多数の接
点は、付着された接点パツドにワイヤが結合された後に
機械的な欠陥を有することがわかつた。このワイヤに応
力が掛けられた時、多数の接点は半導体と付着された接
点材料との間の境界面で切断した。これらのデバイスに
対する電子顕微鏡による研究によつて境界面中に空隙の
存在することが見い出された。結合上の欠陥はこれらの
空隙の存在に起因するものと考えられる。これらの空隙
は金の付着中及び付着後であつて熱処理の前における錫
の拡散によつて形成されるものと想定される。電気的か
つ機械的に信頼性のある接点を設けることは変わらぬ関
心事である。。

型−Ｖ族化合物半導体に対する電気的に、並びに機械的
に信頼性のあるオーミツク接点が発明された。以下にこ
れを開示する。これらの高い剥離強度の接点を与える本
方法は金、錫、次いで金の各層の連続付着処理を含んで
おり、これらの少なくとも最初の二つの層の付着は半導
体表面の温度が２００℃以下の時に行われるものである
。施された多層接点構造を持つ半導体基体は次いで非酸
化雰囲気中で３５０℃〜５００℃の温度に加熱され、錫
は半導体中に拡散される。典型的な試験において、標準
的なワイヤボンデイング技術でこれらの接点にワイヤを
結合したとき、接点材料が半導体表面から剥がれる前に
、そのワイヤが著しく破断することが観察された。本発
明の方法は接点を形成するのが困難であることが知られ
ている１アルミニウムを含む化合物半導体に接点を設け
るために使用する時、特有の利点を有することがわかつ
た。典型例でぱ、第１の金層の付着前のアルミーウムの
層の付着が接点の電気的信頼性を改善するために行われ
た。この方法は発光ダイオードの製造に使用された。第
１図は三層接点を有する典型的な半導体ウエ・・の立面
断面図である。

第２図は典型的なアルミニウム含有半導体ウエ・・であ
つて、最初に付着したアルミニウムの層を含んだ接点を
有しているものの立面断面図である。

第３図は典型的なダイオードの立面断面図である。電気
的及び機械的に信頼性のある接点を持つ化合物半導体装
置の製造は問題点を持つており、これは多くの研究者を
独占しそして広範な技術文献、特許文献をもたらした。

第１図に示した本発明法はｎ型−Ｖ族半導体に対して電
気的及び機械的に信頼性のあるオーミツク接点を与えた
。「オーミツク」の語が半導体デバイスの望ましい動作
に関して非線形性が許容可能な程度に小さいことを意味
することはよく知られている。この方法においては、半
導体基体１１は接点多重層１２の連続付着のための基板
を形成する。オーミツク接点の観点からは信頼性のある
接点の形成に重要な性質を有する半導体本体１１の部分
は表面に近傍の半導体材料の厚さにして１ミクロンの部
分であり、これは少なくとも９５モルバーセントの−Ｖ
族化合物半導体からできている。また、この部分には半
導体デバイスの動作に必要な各種のドーピング元素を含
めることもできる。半導体は図示のように一体となつた
単一のものでも、或は例えば半導体でない材料の表面上
に形成された結晶部分であつてもよい。−Ｖ族部分もま
た異なつた組成の半導体基体土にエピタキシヤル付着す
ることができる。この接点形成法はｎ型ドーピング剤と
しての錫と接点金属としての金との付着を含んでいる。

この方法は連続的な金層１３の付着、続く錫層１４の付
着及び金の第２層１５の付着を含んでいる。金の第１層
１３は錫層１４を半導体基体１１の表面から分離するも
のとして働き、他方十分な錫を表面に拡散させ、オーミ
ツク接触に必要な高いドーブレベルを生じさせる。第１
の金層１３は、錫層１４を半導体基体１１から十分に分
離するために、少なくとも０．１ミクロンの厚みとすべ
きである。この錫層１４と半導体基体１１との分離は金
の中への錫の拡散に際して半導体表面での空隙の形成を
防ぐのである。この層１３の付着は付着体の均一性を向
上させるため冷たい基板（２００℃以下）土で行われ、
この付着によつて半導体１１の表面に望まない化合物の
形成が防止される。第１の金の付着の後に、錫層１４が
付着される。付着される錫の層１３，１５の金の全含有
量の少なくとも０．２モルパーセントとすべきである。
この錫の含有量は金中における錫の十分な濃度を与えそ
してオーミツク接点を形成するために半導体中に必要な
ドーピング処理を施すために必要である。もしも、例え
ば高電流デバイス用として低抵抗の接点が望ましければ
、錫の含有量少なくとも１モルパーセントが付着される
べきである。錫の全含有量は後続の層に機械的な問題点
を生じさせないように金の全含有量の５モルパーセント
以下とすぺきである。この錫層もまた均一性を達成する
ために２００℃以下で付着される。錫層１４の上に第２
の金層１５が付着され層１２の全厚みをワイヤ・ボンデ
イング操作に必要な厚みにする（少なくとも２ミクロン
が好ましい）。金層１３，１５の間において空隙の形成
は、もしあるとしても、接点の剥離強度に関し注意すべ
き影響を及ぼさないことがわかつた。

これらの三種の付着処理につづいて、温度範囲３５０℃
〜５００℃で熱処理を行い、これによつて錫が半導体１
１の表面に拡散される。錫は比較的低い温度で迅速に金
を通つて拡散することがわかつた。ほとんどの錫は、第
２の金の付着が完了する時までには、すでに金中に拡散
しているものと考えられる。熱処理工程は望ましい温度
範囲で少なくとも０．５分、好ましくは１〜２分の滞留
時間を含むべきである。この熱処理は有害な酸化物の形
成をさけるため十分に非酸化性の雰囲気中で行われる。
還元種（例えば水素）のある量を含ませると、形成する
かもしれない酸化物を除去するのに助けとなる。この付
着操作はアルミニウム含有の−族化合物半導体との接点
を形成するのに特に有用である。

この様な材料にはアルミニウム．リン、ア）Ｌ／ミニウ
ム・砒素、ガリウム・アルミニウム・砒素）ガリウム・
アルミニウム・リン、ガリウム・アルミニウム・アンチ
モン及びインジウム・アルモニウム・砒素がある。これ
らの材料はアルミニウムの含有量が族成分に対して少な
くとも１０モルパーセントのときは特に接点を設けるの
が困難として知られている。第２図は本発明に関する別
の例を示しており、アルミニウム含有材料の半導体基体
１１への典型的な接点を示している。第２図の例では、
金層を付着する前に、半導体表面土へアルミニウム層を
付着させるものである。詳細にぱ、この接点は少なくと
も０．００２ミクロンの厚みの層１６を形成するための
十分なアルミニウムの付着を含む。アルミニウム付着の
最後には実際の層の厚さは例えば表面酸化物のアルミニ
ウムによつてとらえるため薄いかもしれない。第３図は
拡散工程の後であつて、かつワイヤ２０をｎ側接点層１
２及びｐ側接点層１７に結合した後の完成したデバイス
を示している。

実施例 ガリウム・アルミニウム・砒素の発光ダイオードを、約
０．００３５ミクロンのアルミニウム、約０．２ミクロ
ンの金、約０．０５ミクロンの厚さの層を形成するのに
十分な錫（実際の層の厚みは拡散のためより薄いかもし
れない）及び約２．８ミクロンの金をＧａＡ！Ａｓウエ
ハのｎ型表面に付着することからなる方法によつて形成
した。

これらの付着処理の間、基体温度は２００℃以下であつ
た。付着後、ウエハをＨ２ｌ５パーセント、Ｎ２８５パ
ーセントの非酸化性雰囲気中に置き、そして１〜２分間
にわたり約４１５℃で熱処理した。このようにして本発
明方法によつてｎ側接点をつくることができる。なお、
このデバイスのｐ側への接点は金中にベリリウム１パー
セントを含む８００オングストロームの層および２１０
０オングストロームの金層を付着し、次いで上記と同じ
熱処理を行うことによつて作製された。

典型的な製造作業において、１０−３オーム以下の接触
抵抗を持つ少なくとも９０パーセントの歩留りが観察さ
れそして超音波ワイヤボンデイング処理及びそれに続く
デバイス加工処理に耐える十分な機械的信頼性をもつて
いた。本方法は商業的に実行可能な製造方法であること
が判明している。

【図面の簡単な説明】

第１図は三層接点をもつ半導体ウエハの立面断面図であ
る。 第２図はアルミニウムの層を含む接点をもつたアルミニ
ウム含有半導体ウエ・・の立面断面図である。第３図は
ダイオードの立面断面図である。１１・・・・・・半導
体本体、１２・・・・・・接点多重層、１３・・・・・
・第１の金属、１４・・・・・・錫層、１５・・・・・
・第２の金層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ｎ型III−Ｖ族化合物半導体の半導体部分に接点を
   有する半導体装置の製造方法であり、半導体部分の表面
   に金属の接点多重層を付着し該接点多重層は少なくとも
   金属及び錫層を含む複数の層からなり、そして得られた
   半成品を非酸化性雰囲気中で熱処理する諸工程からなる
   方法において、該半導体部分の表面から連続して第１の
   金属、錫層及びもう一つの金属を含む接点多重層を付着
   すること、ここで第１の金属が少なくとも０．１ミクロ
   ンの厚みを有し、そして接点多重層における錫の含有量
   が、熱処理工程の前には、金の全含有量の０．２〜５モ
   ルパーセントの範囲にあり、少なくとも第１金属及び錫
   層の付着を、半導体部分が２００℃以下の温度にある間
   に行うこと、及び熱処理工程を少なくとも半分間の滞留
   時間、３５０℃〜５００℃の温度範囲で実施することを
   特徴とする方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前記
   熱処理滞留時間を０．５〜２分の範囲から選択すること
   を特徴とする方法。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法にお
   いて、第１の金属及びもう一つの金層を少なくとも２ミ
   クロンの全厚みに付着することを特徴とする方法。 ４ 特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項に記載の
   方法において、金、錫及び金の連続層の付着を約０．２
   ミクロンの金、約０．０５ミクロンの錫及び約２．８ミ
   クロンの金の連続的な付着処理により行うことを特徴と
   する方法。 ５ 特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記
   載方法において、該III−Ｖ族化合物半導体のIII族成分
   の少なくとも１０モルパーセントがアルミニウムである
   ときはいつでも、接点多重層の前記付着処理が第１の金
   層の付着前に少なくとも０．００２ミクロンの厚さのア
   ルミニウム層の付着処理を含んでいることを特徴とする
   方法。 ６ 特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記
   載の方法において、前記半導体部分がエピタキシャル付
   着層であることを特徴とする方法。