(57)【要約】【課題】所定のボンディング強度を確実に得ることができる半導体素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】Ｎ型ＧａＡｌＡｓ層３上にアルミニウム電極層５が形成されている。このアルミニウム電極層５の表面には金ワイヤがボンディングされている。上記アルミニウム電極層５の表面についてアルミニウム、炭素及び酸素の３成分をオージェ電子分析で分析したときの上記３成分中のアルミニウムの割合が８５％以上である。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体上にアルミニウム電極層を備え、上記アルミニウム電極層の表面に金ワイヤがボンディングされた半導体素子において、
上記アルミニウム電極層の表面についてアルミニウム、炭素及び酸素の３成分をオージェ電子分析で分析したときの上記３成分中の上記アルミニウムの割合が８５％以上であることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
半導体の表面上にアルミニウム電極層を積層する第１の工程と、
上記アルミニウム電極層の表面から所定の深さまでの表層部分を除去する第２の工程と、
上記表層部分の除去により形成された上記アルミニウム電極層の露出面に、金ワイヤをボンディングする第３の工程と
を備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体素子の製造方法において、
上記所定の深さは０．２μｍ乃至０．５μｍの範囲内であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体素子の製造方法において、
上記半導体の表面と上記アルミニウム電極層との間に主電極層を設け、上記第１の工程と上記第２の工程との間に熱処理を行って、上記半導体と上記主電極層との間のオーム性接触を得ることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項５】
請求項２に記載の半導体素子の製造方法において、
上記表層部分の除去は、希釈率が２倍乃至１０倍のエッチング液を用いて行うことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子の一例である半導体発光素子の電極構造としては、半導体結晶上に複数の金属層とアルミニウム電極層とを順に備え、アルミニウム電極層の表面に金ワイヤがボンディングされたものがある。
【０００３】
上記半導体発光素子は次のようにして製造される。
【０００４】
まず、エピタキシャル成長で形成した半導体結晶上に上側電極を形成する。この上側電極が、上記複数層の金属層とアルミニウム電極層とからなっている。
【０００５】
次に、上記半導体結晶下に、金合金材料からなる下側電極を形成する。
【０００６】
次に、上記半導体結晶をダイシングにより複数個に分割して、複数個の半導体チップを得る。
【０００７】
次に、上記半導体チップをリードフレームの所定の箇所に銀ペーストでダイボンドして、リードフレームと下側電極とを接続する。
【０００８】
そして、上記アルミニウム電極層の表面に金ワイヤをボンディングした後、樹脂モールドを行い、半導体チップを樹脂で封止する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の半導体発光素子の製造方法では、アルミニウム電極層の表面に薄い酸化膜が付いた状態で、ボンディング条件（超音波強度・ボンディング圧力・温度等）を変えて、その酸化膜を金ワイヤが突き破るようにワイヤボンディングを行っている。このとき、上記アルミニウム電極層の表面が汚染されていると、ボンディング条件の僅かな変化で、所定のボンディング強度にならないことがあるという問題がある。すなわち、上記金ワイヤの先端の金ボールと、アルミニウム電極層との間の接着力が不十分になることがあるという問題がある。
【００１０】
上記アルミニウム電極層の表面における汚染の度合いは、その表面における酸素・炭素の存在をオージェ電子分析することにより評価できる。上記アルミニウム電極層の表面が汚染されている場合、その表面におけるアルミニウム、炭素及び酸素の３成分をオージェ電子分析で分析すると、その３成分中のアルミニウムの割合が約１０％、炭素の割合が約４０％、そして酸素の割合が約５０％であった。
【００１１】
また、上記ボンディング強度が十分でないまま樹脂モールドが行われた場合、金ワイヤが樹脂で押され、しばしば、金ワイヤがアルミニウム電極層から剥がれ（以下、「ワイヤ外れ」と言う。）てしまう。このような金ワイヤの接続不良が発生すると、生産歩留が低下してしまう。つまり、生産効率が低下してしまう。
【００１２】
そして、上記樹脂モールドでワイヤ外れが生じなくても、ボンディング強度が弱いと、完成品の半導体発光素子を使用した時に、ワイヤ外れが起こる可能性が有る。したがって、上記半導体発光素子が使用中に正常に機能しなくなる可能性が有る。例えば、上記半導体発光素子がセンサに使用されていた場合、半導体発光素子における使用時のワイヤ外れによる不具合の発生は重大な問題となってしまう。
【００１３】
そこで、本発明の課題は、所定のボンディング強度を確実に得ることができる半導体素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
本明細書において、ボンディング強度とは、ワイヤの先端部にあるボールと、ワイヤをボンディングする層との間の接着力を意味する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
以上より、上記課題を解決するため、本発明の半導体素子は、半導体上にアルミニウム電極層を備え、上記アルミニウム電極層の表面に金ワイヤがボンディングされている。そして、上記アルミニウム電極層の表面についてアルミニウム、炭素及び酸素の３成分をオージェ電子分析で分析したときの上記３成分中の上記アルミニウムの割合が８５％以上である。
【００１６】
上記構成の半導体素子は、上記アルミニウム電極層の表面についてアルミニウム、炭素及び酸素の３成分をオージェ電子分析で分析すると、その３成分中のアルミニウムの割合が８５％以上であるから、アルミニウム電極層の表面では酸素や炭素による汚染が少ない。このように、酸素や炭素による汚染が少ないアルミニウム電極層の表面に、金ワイヤがボンディングされている。したがって、所定のボンディング強度を確実に得ることができる。
【００１７】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、まず、第１の工程において、半導体の表面上にアルミニウム電極層を積層する。次に、第２の工程において、上記アルミニウム電極層の表面から所定の深さまでの表層部分を除去する。次に、第３の工程において、上記表層部分の除去により形成された上記アルミニウム電極層の露出面に、金ワイヤをボンディングする。
【００１８】
上記構成の半導体素子の製造方法によれば、上記半導体の表面上にアルミニウム電極層を積層した後、アルミニウム電極層の表面から所定の深さまでの表層部分を除去する。この表層部分の除去により形成されたアルミニウム電極層の露出面では、例えば炭素や酸素といった汚染物が少ない。その後、上記汚染物が少ないアルミニウム電極層の露出面に、金ワイヤをボンディングする。したがって、所定のボンディング強度を確実に得ることができる。
【００１９】
一実施形態の半導体素子の製造方法は、上記所定の深さは０．２μｍ乃至０．５μｍの範囲内である。
【００２０】
上記実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記アルミニウム電極層の表面から深さ０．２μｍ乃至０．５μｍまでの表層部分を除去する。この表層部分の除去により露出したアルミニウム電極層の露出面では、例えば炭素や酸素といった汚染物が非常に少ない。その後、上記汚染物が少ないアルミニウム電極層の露出面に、金ワイヤをボンディングする。したがって、所定のボンディング強度をより確実に得ることができる。
【００２１】
なお、上記アルミニウム電極層の表面から深さ０．２μｍ以上の表層部分を除去する理由は、その深さが０．２μｍ未満であると、その表層部の除去により形成されたアルミニウム電極層の露出面では、炭素や酸素が多く存在してしまうからである。酸素や炭素が多く存在する露出面に金ワイヤをボンディングした場合、アルミニウム電極層に金ワイヤが接着されなかったり（以下、「ワイヤボンディング不良」と言う。）、ボンディング強度の不足が生じてしまう。
【００２２】
一方、上記アルミニウム電極層の表面から深さ０．５μｍ以下の表層部分を除去する理由は、通常のアルミニウム電極層の厚みが１．０μｍ程度であるので、そのアルミニウム電極層の表面から０．５μｍを越える深さまでの表層部分を除去すると、残りのアルミニウム電極層ではワイヤボンディング時の衝撃を緩和できず、素子が破壊されてしまう恐れがあるからである。
【００２３】
一実施形態の半導体素子の製造方法は、上記半導体の表面と上記アルミニウム電極層との間に主電極層を設け、熱処理を行って、上記半導体と上記主電極層との間のオーム性接触を得た後、上記第２の工程を行う。
【００２４】
上記実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記半導体の表面とアルミニウム電極層との間に主電極層を設け、半導体と主電極層との間のオーム性接触を得るための熱処理を第１の工程と第２の工程との間に行うので、その熱処理でアルミニウム電極層の表面が酸化されても、アルミニウム電極層の汚染された表面を第２の工程で除去することができる。
【００２５】
一実施形態の半導体素子の製造方法は、上記表層部分の除去は、希釈率が２倍乃至１０倍のエッチング液を用いて行う。
【００２６】
上記実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記アルミニウム電極層の表面から所定の深さまでの表層部分を、希釈率が２倍乃至１０倍のエッチング液を用いて除去するので、その表層部分を容易かつ確実に除去することができる。
【００２７】
なお、上記希釈率が２倍以上のエッチング液を用いる理由は、希釈率が２倍未満のエッチグ液では、エッチングレートが速く、エッチングの制御が出来なくなるからである。つまり、上記アルミニウム電極層の表面から所定の深さまでの表層部分を確実に除去できないからである。
【００２８】
一方、上記希釈率が１０倍以下のエッチング液を用いる理由は、希釈率が１０倍を越えるエッチング液では、エッチングレートが遅く、時間がかかり実用的でないからである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体素子及びその製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３０】
図１（ａ）〜（ｅ）に、本発明の実施の一形態の半導体素子の一例であるＧａＡｌＡｓ系発光ダイオードの製造工程図を示す。以下、図１にしたがって上記発光ダイオードの製造方法について説明する。
【００３１】
まず、図１（ａ）に示すように、水平ブリッチマン法によってえられたＰ型ＧａＡｓ基板１上に、エピタキシャル成長によりＰ型ＧａＡｌＡｓ層２及びＮ型ＧａＡｌＡｓ層３を形成する。
【００３２】
次に、上記Ｐ型ＧａＡｓ基板１をエッチングで除去して、図１（ｂ）に示すように、Ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２とＮ型ＧａＡｌＡｓ層３とからなる所望の厚みのウェハを得る。ここでは、上記ウエハが半導体の一例に相当する。
【００３３】
次に、上記ウェハのワイヤボンディング側の表面上、つまりＮ型ＧａＡｌＡｓ層３の表面上に、主電極層の一例としての複数の金属層をスパッタ法で積層した後、アルミニウム電極層を積層する。そして、上記アルミニウム電極層上にフォトリソグラフィで形成した所定の形状のフォトレジストをマスクとして用い、複数の金属層とアルミニウム電極層とをエッチングにより所定の電極パターンに加工する。これにより、上記Ｎ型ＧａＡｌＡｓ層３の表面上に、図１（ｃ）に示すように、多層の金属層４とアルミニウム電極層５とからなる上側電極６が形成される。その後、上記フォトレジストを除去した後、チッソ雰囲気中で熱処理を行って、Ｎ型ＧａＡｌＡｓ層３と多層の金属層４との間のオーム性接触を得る。なお、上記多層の金属層４は、Ｎ型ＧａＡｌＡｓ層３との密着性を考慮した材料を用いて形成されている。
【００３４】
次に、スパッタ法または真空蒸着法によって、ウェハのダイボンド側の表面下、つまりＰ型ＧａＡｌＡｓ層２の表面下に金合金層を設ける。そして、フォリソグラフィ及びエッチングを順次行って、図１（ｄ）に示すように、Ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２の表面下に、金合金材料からなる下側電極７を形成する。その後、チッソ雰囲気中で熱処理を行って、Ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２と下側電極７との間のオーム性接触を得る。
【００３５】
次に、図１（ｅ）に示すように、上記ウェハをダイシング装置によって複数個に分割して、複数個の半導体チップ１００，１００（実際には２個以上であるが、図１（ｅ）では２つのみ示す）を得る。
【００３６】
次に、上記アルミニウム電極層５の表面から深さ０．２μｍ乃至０．５μｍまでの表層部分を除去する。このとき、上記表層部分の除去は、例えば、希釈率が２倍から１０倍の希釈リン酸をエッチング液として用いて行う。また、上記希釈リン酸の温度は例えば５０℃に設定している。
【００３７】
次に、上記半導体チップのそれぞれをリードフレーム（図示せず）の所定の箇所に銀ペーストでダイボンドして、リードフレームと下側電極とを接続する。
【００３８】
そして、上記表層部分が除去されることにより形成されたアルミニウム電極層の露出面に、２５μｍφ乃至４０μｍφの金ワイヤをボンディングした後、樹脂モールドを行い、半導体チップ１００を樹脂で封止する。
【００３９】
図２に、図１（ｄ）のアルミニウム電極層５においてアルミニウム・酸素・炭素の３元素に絞ってオージェ電子分析を行った結果を示す。つまり、上記表層部分が除去される前のアルミニウム電極層５におけるオージェ電子分析の結果を示している。また、図２では、上記アルミニウム電極層５において上記３元素中の各元素の割合を各元素の濃度で示している。また、上記オージェ電子分析では、イオンスパッタを用いてアルミニウム電極層５の表面から深さ方向の上記３元素の濃度の変化を測定している。したがって、図２中のスパッタ時間が、アルミニウム電極層５の表面からの深さと対応する。例えば、上記スパッタ時間が０分ではアルミニウム電極層５の表面における３元素の濃度が検出される。
【００４０】
図２中の直線Ａは、上記アルミニウム電極層５が理想的なアルミニウム電極層である場合のアルミニウム・酸素・炭素中のアルミニウムの割合を示す直線である。上記直線Ａから分かるように、理想的なアルミニウム電極層の表面ではアルミニウムの割合が８５％であり、アルミニウム電極層を掘り進んで行くとアルミニウムの割合が１００％に近づいて行く。このような理想的なアルミニウム電極層の表面に金ワイヤをボンディングした場合は、ボンディング条件の僅かな変化が生じても、ボンディング強度が低下しない。つまり、上記アルミニウム電極層と金ワイヤとの間の接着力が低下しない。
【００４１】
しかし、上記アルミニウム電極層５の表面が汚染されている場合、アルミニウム電極層５の表面から深さ０．２μｍ未満までの表層部分において、アルミニウム・酸素・炭素中のアルミニウムの割合が、直線Ａのアルミニウムの割合よりも小さくなってしまう。つまり、上記アルミニウム電極層５の表面から深さ０．２μｍ未満までの表層部分では炭素や酸素が多く存在してしまう。これに対して、上記アルミニウム電極層５の表面から０．２μｍ以上の所では、アルミニウム電極層５の表面が汚染されていても、アルミニウム・酸素・炭素中のアルミニウムの割合が直線Ａのアルミニウムの割合に略一致する。
【００４２】
したがって、本実施の形態の半導体素子の製造方法では、アルミニウム電極層５の表面から深さ０．２μｍ以上の表層部分を除去するので、この表層部分の除去により形成されたアルミニウム電極層の露出面においてアルミニウム・酸素・炭素中のアルミニウムの割合が確実に８５％以上になる。つまり、上記金ワイヤの先端の金ボール直下において、アルミニウム電極層の露出面についてアルミニウム・酸素・炭素中のアルミニウムの割合が確実に８５％以上である。したがって、上記アルミニウム電極層の露出面に金ワイヤがボンディングされているので、ワイヤボンディング不良が生じることがなく、所定のボンディング強度を確実に得ることができる。
【００４３】
また、上記アルミニウム電極層５の厚さは通常１．０μｍ程度であり、そのアルミニウム電極層５の表面から深さ０．５μｍ以下の表層部分を除去するので、残りのアルミニウム電極層でワイヤボンディング時の衝撃を緩和できる。したがって、上記ワイヤボンリング時の衝撃で素子が破壊されるのを防止できる。
【００４４】
また、上述した製造方法において、ワイヤボンディング完了後に、ボンディング強度の代わりとしてボール押し強度を測定した。このボール押し強度とは、Ｎ型ＧａＡｌＡｓ層の表面に対して水平方向の力を金ボールに加えて、アルミニウム電極層の表面から金ボールを外すのに要する力のことである。
【００４５】
図３に、従来の発光ダイオード（図３中では「従来品」と記載）のボール押し強度と、本発明の発光ダイオード（図３中では「本発明品」と記載）のボール押し強度とを示す。
【００４６】
図３から分かるように、従来の発光ダイオードのボール押し強度に比べて、本発明の発光ダイオードのボール押し強度が強くなっている。すなわち、従来の発光ダイオードのボンディング強度と比較して、本発明の発光ダイオードのボンディング強度の方が強くなっている。
【００４７】
また、所定のボンディング強度を確実に得ることができるので、生産時の不良品の数が減少し、生産効率を向上させることができる。
【００４８】
ところで、上記Ｎ型ＧａＡｌＡｓ層３と上側電極６との間のオーム性接触を得るための熱処理を行うと、アルミニウム電極層５の表面における炭素・酸素・アルミニウムのうちアルミニウムの割合が低下する。しかし、上記熱処理後に、アルミニウム電極層５の表面から深さ０．２μｍ乃至０．５μｍまでの表層部分を除去するので、アルミニウム電極層５において炭素・酸素・アルミニウムのうちアルミニウムの割合が大きい露出面を得ることができる。
【００４９】
図４に、上記希釈リン酸の希釈率（図４中では「リン酸希釈率」と記載）と、アルミニウム電極層の除去量（図４中では「アルミニウム電極表面除去量」と記載）との関係を示す。
【００５０】
図４から分かるように、希釈率が２倍未満の希釈リン酸は、エッチングレートが速く、エッチングの制御が出来なくなるからである。
【００５１】
また、希釈率が１０倍を越える希釈リン酸は、エッチングレートが遅く、時間がかかり実用的でない。
【００５２】
したがって、上記アルミニウム電極層の表面から深さ０．２μｍ乃至０．５μｍまでの表層部分を容易かつ確実に除去する観点上、希釈率が２倍乃至１０倍までの希釈リン酸を用いるのが好ましい。
【００５３】
上記実施の形態では、本発明を発光ダイオードに適用したが、本発明を発光ダイオード以外の半導体素子に適用してもよい。
【００５４】
上記実施の形態では、ウエハを半導体の一例として用いたが、例えば、半導体結晶、非晶質半導体、半導体層などを半導体の一例として用いてもよい。
【００５５】
また、上記複数の金属層４の代わりに単層の金属層を用いてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の半導体素子は、アルミニウム電極層の表面におけるアルミニウム、炭素及び酸素の３成分をオージェ電子分析で分析したときの３成分中のアルミニウムの割合が８５％以上であるから、汚染が少ないアルミニウム電極層の表面に金ワイヤをボンディングされていて、所定のボンディング強度を確実に得ることができる。
【００５７】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、アルミニウム電極層の表面から所定の深さまでの表層部分を除去するので、この表層部分の除去により形成されたアルミニウム電極層の露出面では汚染物が少ない。したがって、上記露出面に金ワイヤをボンディングすることにより、所定のボンディング強度を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の一形態の半導体素子の製造工程図である。
【図２】図２はアルミニウム電極層の深さ方向のアルミニウム・酸素・炭素の濃度変化を示すグラフである。
【図３】図３は従来品のボール押し強度と本発明品のボール押し強度とを示すグラフである。
【図４】図４はリン酸希釈率とアルミニウム電極表面除去量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２　Ｐ型ＧａＡｌＡｓ
３　Ｎ型ＧａＡｌＡｓ
４　金属層
５　アルミニウム電極層
【図１】
2004031587.tif 000003
【図２】
2004031587.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004031587.tif 000006