JPH0693443B2 - Method for forming electrode of semiconductor device - Google Patents
Method for forming electrode of semiconductor deviceInfo
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- JPH0693443B2 JPH0693443B2 JP60021072A JP2107285A JPH0693443B2 JP H0693443 B2 JPH0693443 B2 JP H0693443B2 JP 60021072 A JP60021072 A JP 60021072A JP 2107285 A JP2107285 A JP 2107285A JP H0693443 B2 JPH0693443 B2 JP H0693443B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置のオーミック電極を形成する方法に
関し、特にIII−V族化合物半導体装置におけるオーミ
ック電極形成方法の改良に係る。TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming an ohmic electrode of a semiconductor device, and more particularly to improvement of a method for forming an ohmic electrode in a III-V compound semiconductor device.
III−V族の化合物半導体装置においては、半導体チッ
プに外部リード線をボンディングするためチップ表面に
形成される内部端子として、金または金合金の電極金属
が多く用いられている。In III-V group compound semiconductor devices, gold or gold alloy electrode metals are often used as internal terminals formed on the chip surface for bonding external lead wires to semiconductor chips.
この場合、上記金系電極は半導体チップのリード線導出
予定領域主表面に被着したままの状態では良好なボンデ
ィング性能を有しているものの、該電極を半導体層にオ
ーミック接触させるために熱処理を施すとボンディング
能率が低下することが知られている。この原因は、熱処
理によって半導体結晶の構成成分または金合金中のオー
ミック成分が電極膜表面にまで拡散し、表層に薄い酸化
膜を形成するためであると考えられる。In this case, although the gold-based electrode has good bonding performance in a state where it is attached to the main surface of the lead wire lead-out area of the semiconductor chip, it is subjected to heat treatment to bring the electrode into ohmic contact with the semiconductor layer. It is known that when applied, the bonding efficiency decreases. It is considered that this is because the constituent component of the semiconductor crystal or the ohmic component in the gold alloy is diffused to the surface of the electrode film by heat treatment to form a thin oxide film on the surface layer.
この問題に対する一つの対策として、上記と同様にして
金合金層の被着およびオーミック接触のための熱処理を
行なった後、更にその上に金層を積層被着する「金オー
バーコート方式」と呼ばれる方法が提案されている。こ
の方法によってボンディング能率は飛躍的に向上し、例
えばGaP発光ダイオードに適用した場合、従来は95〜99
%のボンディング成功率が99.99%にまで向上した。他
の半導体結晶に適用した例でも、何れの場合も従来方式
に比べればボンディング能率を向上できる結果が得られ
ている。As one measure against this problem, a “gold overcoat method” is used in which a gold alloy layer is deposited and heat treatment for ohmic contact is performed in the same manner as described above, and then a gold layer is further deposited thereon. A method has been proposed. By this method, the bonding efficiency is dramatically improved.
% Bonding success rate improved to 99.99%. In any of the examples applied to other semiconductor crystals, the result that the bonding efficiency can be improved compared to the conventional method is obtained in any case.
なお、以下の説明においては、「金オーバーコート方
式」で最初に被着する電極をオーミック電極、その上に
積層被着される電極をボンディング電極と称することに
する。In the following description, the electrode first deposited by the "gold overcoat method" will be referred to as an ohmic electrode, and the electrode laminated and deposited thereon will be referred to as a bonding electrode.
ところが、上記「金オーバーコート方式」もボンディン
グ性の低い半導体、例えばGaAlAs赤色発光素子に適用し
た場合には、従来40〜70%であったボンディング成功率
が85〜95%と大幅に向上するものの、他の半導体装置に
適用した場合に比較すればこの数字はかならずしも満足
できるものではない。この場合にもボンディング電極層
を厚くすればボンディング成功率を更に向上することが
可能であるが、コストが増大する上、電極金属の真空蒸
着中に基板温度が上昇する結果、次の説明と同様、Ga等
のオーミック成分がボンディング電極の金層を拡散して
表面に堆積し、却ってボンディング性が劣化するおそれ
がある。However, when the above “gold overcoat method” is also applied to a semiconductor having low bonding properties, for example, GaAlAs red light emitting element, the bonding success rate, which was 40 to 70% in the past, is significantly improved to 85 to 95%. However, this number is not always satisfactory in comparison with the case where it is applied to other semiconductor devices. Also in this case, the bonding success rate can be further improved by increasing the thickness of the bonding electrode layer, but the cost increases and the substrate temperature rises during the vacuum deposition of the electrode metal. , Ga, etc. may diffuse on the gold layer of the bonding electrode and accumulate on the surface, which may deteriorate the bondability.
ところで、GaAlAs赤色発光ダイオードの場合に、「金オ
ーバーコート方式」を適用しても上記のように低いボン
ディング能率に止まる原因については、イオンマイクロ
アナリシス等の表面物理解析の結果から次のように推察
することができる。By the way, in the case of GaAlAs red light-emitting diode, the reason why the bonding efficiency remains low even when the “gold overcoat method” is applied is estimated from the results of surface physical analysis such as ion microanalysis as follows. can do.
即ち、「金オーバーコート方式」ではオーミック電極の
形成後、例えば真空蒸着によりボンディング電極を形成
するに際し、オーミック電極とボンディング電極との密
着性を良好にするため、オーミック電極層が被着された
半導体基板を200℃程度に加熱しながら金を蒸発して被
着せしめる。このとき、既にオーミック電極表面に析出
していた半導体構成々分等が蒸着中のボンディング金層
中を拡散し、その表面に大量に析出する。この析出成分
が水分等によりその後酸化される結果、ボンディング能
率が低下するものと考えられる。That is, in the “gold overcoat method”, after forming the ohmic electrode, for example, when forming the bonding electrode by vacuum deposition, in order to improve the adhesion between the ohmic electrode and the bonding electrode, the semiconductor on which the ohmic electrode layer is deposited is formed. Gold is evaporated and deposited while heating the substrate to about 200 ° C. At this time, the semiconductor components and the like that have already been deposited on the surface of the ohmic electrode diffuse in the bonding gold layer during vapor deposition, and are deposited on the surface in large amounts. It is considered that the bonding efficiency is lowered as a result of the precipitation component being subsequently oxidized by moisture or the like.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、上述の「金
オーバーコート方式」を改良し、特にGaAlAs赤色発光ダ
イオード等のように「金オーバーコート方式」でもなお
ボンディング能率の低い半導体素子に適用してボンディ
ング能率を顕著に向上することができる半導体装置の電
極形成方法を提供するものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and improves the above-mentioned "gold overcoat method", and particularly applies to a semiconductor element having a low bonding efficiency even in the "gold overcoat method" such as GaAlAs red light emitting diode. Thus, the present invention provides a method for forming an electrode of a semiconductor device, which can significantly improve the bonding efficiency.
本発明による半導体装置の電極形成方法は、半導体単結
晶表面にオーミック電極を形成し得る金属層を被着した
後、加熱処理を施すことにより前記半導体単結晶表面に
オーミック接触したオーミック電極層を形成する工程
と、該オーミック電極層上に積層して第一のボンディン
グ電極用金属層を被着した後、被着装置外に取出すこと
なく一旦冷却して前記第一のボンディング電極用金属層
の被着開始温度以下になってから再度第二のボンディン
グ電極用金属層を被着する工程とを具備したことを特徴
とするものである。The method for forming an electrode of a semiconductor device according to the present invention comprises depositing a metal layer capable of forming an ohmic electrode on the surface of a semiconductor single crystal, and then performing heat treatment to form an ohmic electrode layer in ohmic contact with the surface of the semiconductor single crystal. And the step of stacking on the ohmic electrode layer to deposit the first metal layer for the bonding electrode, and then cooling the metal layer for the first bonding electrode without taking it out of the deposition apparatus. And a step of re-depositing the second metal layer for the bonding electrode after the temperature becomes lower than the deposition start temperature.
上記のようにボンディング電極用金属層を二段階以上の
被着で形成することにより、オーミック電極表面に析出
していた半導体構成々分等がボンディング電極用金層表
面に大量に析出するのを防止できる。即ち、下層のボン
ディング電極用金属層を被着した後に一旦冷却して上層
のボンディング電極用金属層を被着するから、下層電極
層表面に析出していた半導体構成々分等の上層電極金属
層中への拡散が抑制されることになる。By forming the metal layer for the bonding electrode in two or more steps as described above, it is possible to prevent large amounts of semiconductor components, etc. deposited on the surface of the ohmic electrode from depositing on the surface of the gold layer for the bonding electrode. it can. That is, since the lower bonding electrode metal layer is deposited and then the upper bonding electrode metal layer is deposited by cooling, the upper electrode metal layer such as the semiconductor components deposited on the lower electrode layer surface is deposited. The diffusion inside will be suppressed.
以下、添附の図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
まず、P型GaAs基板1上にP型GaAlAs層2及びN型GaAl
As層3を順次エピタキシャル成長させ、赤色発光ダイオ
ードの発光領域となるPN接合を形成する。続いてP型Ga
As基板1の裏面およびN型GaAlAs層3の表面に、AuBe合
金層4、AuGe合金層5を夫々真空蒸着する。次に、N2
ガス中で520℃,5分間の熱処理を施すことにより合金層
4,5にオーミック接触を与え、オーミック電極を形成す
る。First, the P-type GaAlAs layer 2 and the N-type GaAl are formed on the P-type GaAs substrate 1.
The As layer 3 is sequentially epitaxially grown to form a PN junction which becomes a light emitting region of the red light emitting diode. Then P-type Ga
An AuBe alloy layer 4 and an AuGe alloy layer 5 are vacuum-deposited on the back surface of the As substrate 1 and the surface of the N-type GaAlAs layer 3, respectively. Then N 2
Alloy layer by heat treatment in gas at 520 ℃ for 5 minutes
Ohmic contacts are applied to 4,5 to form ohmic electrodes.
なお、こうして形成されたオーミック電極4,5の表層に
は、夫々Ge、Gaの酸化物が存在することがオージェ分析
等で明らかになっている。In addition, it has been clarified by Auger analysis that the oxides of Ge and Ga are present in the surface layers of the ohmic electrodes 4 and 5 thus formed, respectively.
次に、AuGe電極面上にボンディング電極用金属層として
Auを真空蒸着する。その際、まず通常の「金オーバーコ
ート方式」と同様、略150℃程度に加熱してから蒸着を
開始して第一のAu層6を形成する。こうして第一のAu層
6を蒸着している間に、温度は更に上昇する。そこで、
第一のAu層6が所定の膜厚で形成されたら一旦蒸着を中
止し、略120℃の温度まで冷却した後、再度Auの蒸着を
開始して第二のAu層7を被着する。こうしてのAuの積層
膜からなるボンディング電極用金属層を形成したら、ウ
エハーを真空蒸着装置の外に取出し、次いで写真蝕刻法
によりこのAu積層膜を所定の電極形状にパターンニング
してボンディング電極とする。Next, as a metal layer for the bonding electrode on the AuGe electrode surface
Vacuum deposit Au. At that time, first, as in the case of the usual “gold overcoat method”, the first Au layer 6 is formed by heating to about 150 ° C. and then starting vapor deposition. Thus, the temperature rises further during the deposition of the first Au layer 6. Therefore,
When the first Au layer 6 is formed with a predetermined film thickness, the vapor deposition is once stopped, and after cooling to a temperature of about 120 ° C., the vapor deposition of Au is started again and the second Au layer 7 is deposited. After forming the metal layer for the bonding electrode consisting of the Au laminated film in this way, the wafer is taken out of the vacuum evaporation apparatus, and then the Au laminated film is patterned into a predetermined electrode shape by the photo-etching method to form the bonding electrode. .
上記実施例の方法で形成されたボンディング電極では、
その表面に析出しているGa,Ge等が従来の「金オーバー
コート方式」の場合に比べて約1桁少ないことが明らか
になった。これは第一のAu層6を蒸着した後に一旦冷却
することで、Au層6の表面に析出したGa,Ge等が第二のA
u層7中に拡散するのを抑制できたことを示している。In the bonding electrode formed by the method of the above embodiment,
It was revealed that the amount of Ga, Ge, etc. deposited on the surface was about an order of magnitude smaller than that in the case of the conventional "gold overcoat method". This is because once the first Au layer 6 is vapor-deposited, it is cooled once, so that Ga, Ge, etc. deposited on the surface of the Au layer 6 can be removed from the second A layer 6.
It is shown that diffusion into the u layer 7 could be suppressed.
こうしてボンディング電極表面における半導体構成々分
の析出が回避される結果、ボンディング性を大幅に向上
できる。この効果を検証するために、次の三種類のGaAl
As赤色発光ダイオード素子を対象としたボンディング試
験を行なった。As a result, deposition of semiconductor components on the surface of the bonding electrode is avoided, and as a result, the bondability can be greatly improved. In order to verify this effect, the following three types of GaAl
A bonding test was conducted on the As red light emitting diode device.
実施例品 上記実施例の方法で電極を形成したGaAlAs赤色発光ダイ
オードチップ。Example product GaAlAs red light emitting diode chip on which an electrode is formed by the method of the above example.
従来品A AuGeオーミック電極5のみを形成したGaAlAs赤色発光ダ
イオードチップ。Conventional product A AuGe GaAlAs red light emitting diode chip with only ohmic electrode 5 formed.
従来品B 従来の「金オーバーコート方式」によりボンディング電
極を形成したGaAlAs赤色発光ダイオードチップ。Conventional product B GaAlAs red light emitting diode chip with bonding electrodes formed by the conventional "gold overcoat method".
上記の各ボンディング試験におけるボンディング成功率
を比較すると、下記第1表に示す通りであった。Comparing the bonding success rates in the above bonding tests, the results are shown in Table 1 below.
第1表の結果から、上記の実施例によれば「金オーバー
コート方式」によっても未だ充分なボンディング性能が
得られたかったGaAlAs素子についても、そのボンディン
グ性能を著しく向上し、他の素子の場合と同様のボンデ
ィング成功率を得られることが明かである。 From the results shown in Table 1, according to the above-mentioned examples, even for the GaAlAs element which was required to have sufficient bonding performance even by the "gold overcoat method", the bonding performance was remarkably improved, and in the case of other elements, It is clear that a bonding success rate similar to that can be obtained.
なお、上記の実施例ではボンディング電極を二段階で形
成したが、三段階以上の多段階で形成するようにしても
よい。Although the bonding electrode is formed in two steps in the above embodiment, it may be formed in three or more steps.
また、本発明はGaAlAs以外の半導体チップ、Au以外の電
極材料を用いた場合にも適用できるものである。The present invention can also be applied to the case where a semiconductor chip other than GaAlAs or an electrode material other than Au is used.
以上詳述したように、本発明による電極形成方法を用い
れば、GaAlAs赤色発光ダイオード等のように「金オーバ
ーコート方式」でもなおボンディング能率の低い半導体
素子についてもボンディング能率を大幅に向上できる
等、顕著な効果が得られるものである。As described above in detail, by using the electrode forming method according to the present invention, it is possible to significantly improve the bonding efficiency even for a semiconductor element having a low bonding efficiency even in the “gold overcoat method” such as the GaAlAs red light emitting diode. A remarkable effect can be obtained.
添附の図面は、本発明をGaAlAs赤色発光ダイオード素子
の電極形成に適用した一実施例を説明するための断面図
である。 1……P型GaAs基板、2……P型GaAlAs層、3……N型
GaAlAs層、4……AuBeオーミック電極、5……AuGeオー
ミック電極、6……第一のAuボンディング電極層、7…
…第二のAuボンディング電極層。The accompanying drawings are cross-sectional views for explaining an embodiment in which the present invention is applied to electrode formation of a GaAlAs red light emitting diode element. 1 ... P-type GaAs substrate, 2 ... P-type GaAlAs layer, 3 ... N-type
GaAlAs layer, 4 ... AuBe ohmic electrode, 5 ... AuGe ohmic electrode, 6 ... first Au bonding electrode layer, 7 ...
… Second Au bonding electrode layer.
Claims (3)
形成し得る金属層を被着した後に加熱処理を施すことに
より、前記半導体単結晶表面にオーミック接触したオー
ミック電極層を形成する工程と、 該オーミック電極層上に積層して、第一のボンディング
電極用金属層を被着する工程と、 前記半導体単結晶を被着装置の外に取り出すことなく、
前記第一のボンディング電極用金属層の被着開始温度以
下にまで冷却する工程と、 上記冷却工程の後に、再度、第二のボンディング電極用
金属層を被着する工程とを具備したことを特徴とする半
導体装置の電極形成方法。1. A step of forming an ohmic electrode layer in ohmic contact with the surface of the semiconductor single crystal by depositing a metal layer capable of forming an ohmic electrode on the surface of the semiconductor single crystal and then performing heat treatment. Stacking on the ohmic electrode layer, depositing the first bonding electrode metal layer, and without removing the semiconductor single crystal from the deposition apparatus,
The method further comprises a step of cooling to below the deposition start temperature of the first bonding electrode metal layer, and a step of depositing a second bonding electrode metal layer again after the cooling step. Method for forming electrode of semiconductor device.
ーミック電極層がAuGe合金層であり、前記第一および第
二のボンディング電極用金属層がAu層である特許請求の
範囲第(1)項に記載の半導体装置の電極形成方法。2. The semiconductor single crystal is GaAlAs, the ohmic electrode layer is an AuGe alloy layer, and the first and second bonding electrode metal layers are Au layers. Item 7. A method for forming an electrode of a semiconductor device according to item.
着開始温度が略150℃であり、前記冷却工程で達成され
る温度が略120℃である特許請求の範囲第(2)項に記
載の半導体装置の電極形成方法。3. The deposition temperature of the first metal layer for a bonding electrode is about 150 ° C., and the temperature achieved in the cooling step is about 120 ° C. A method for forming an electrode of a semiconductor device as described above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60021072A JPH0693443B2 (en) | 1985-02-06 | 1985-02-06 | Method for forming electrode of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60021072A JPH0693443B2 (en) | 1985-02-06 | 1985-02-06 | Method for forming electrode of semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61180430A JPS61180430A (en) | 1986-08-13 |
| JPH0693443B2 true JPH0693443B2 (en) | 1994-11-16 |
Family
ID=12044679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60021072A Expired - Lifetime JPH0693443B2 (en) | 1985-02-06 | 1985-02-06 | Method for forming electrode of semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0693443B2 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54162457A (en) * | 1978-06-14 | 1979-12-24 | Toshiba Corp | Electrode forming method for semiconductor element |
| JPS5942982B2 (en) * | 1979-02-19 | 1984-10-18 | 松下電器産業株式会社 | Electrode formation method for compound semiconductor device |
| JPS5950215B2 (en) * | 1979-08-08 | 1984-12-07 | 三菱電機株式会社 | Method for forming ohmic electrodes on N-type gallium arsenide |
| JPS56142666A (en) * | 1980-04-07 | 1981-11-07 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
-
1985
- 1985-02-06 JP JP60021072A patent/JPH0693443B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61180430A (en) | 1986-08-13 |
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