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JP4822155B2 - サブマウント及びその製造方法 - Google Patents

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JP4822155B2
JP4822155B2 JP2005278958A JP2005278958A JP4822155B2 JP 4822155 B2 JP4822155 B2 JP 4822155B2 JP 2005278958 A JP2005278958 A JP 2005278958A JP 2005278958 A JP2005278958 A JP 2005278958A JP 4822155 B2 JP4822155 B2 JP 4822155B2
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solder
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electrode layer
adhesion
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雅之 中野
嘉和 大鹿
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Dowa Electronics Materials Co Ltd
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Description

本発明は、半導体装置を搭載するサブマウント及びその製造方法に関する。
通常、半導体装置をパッケージ化する際に、放熱板又は放熱器に半導体装置を搭載することで、半導体装置から発生する熱を効率良く放出している。さらに、半導体装置と放熱板との間に両者の熱膨張率の違いを緩和するため、または、放熱特性を改善するために、熱伝導率の高い基板、すなわち、サブマウント基板からなるサブマウントを介在させる場合がある。この熱伝導率の高い基板としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などが挙げられる。
上記サブマウントにおいては、サブマウント基板に搭載する半導体素子チップとの接合及びサブマウント基板の放熱板への接合は、サブマウントの片面及び／又は両面に形成した半田層により行なっていた。半田層は、環境負荷低減のため、鉛（Ｐｂ）を用いない所謂Ｐｂフリー半田、例えばＡｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｚｎ−Ｓｎなどの半田で形成することが提案されている。
サブマウント基板上に最上層が金（Ａｕ）からなる電極層を形成し、この電極層上に半田層をＡｕ−ＳｎなどのＰｂフリー半田で形成する場合、半田層自身が非平衡状態であり、室温に放置しても平衡状態に進むために電極層の金が容易に拡散することが、非特許文献１に報告されている。
そして、最上層が金からなる電極層上に、Ａｕ−Ｓｎで形成した半田層を形成する場合には、電極層中の金が半田層に拡散して半田層の組成が変動する。このため、Ａｕ−Ｓｎ半田層に拡散する金により半田層中の金の組成割合が増大し、半田層自体の融点が上昇する。このため、最初に形成したＡｕ−Ｓｎの組成で決まる融点よりも、高い温度で半導体装置を半田接合する必要が生じていた。したがって、半導体装置の耐熱温度との差が小さくなり、半導体装置不良などの問題が生じた。
上記半田層と電極層との相互拡散を防止するために、半田層と電極層との間に半田バリア層を設ける電極構造が知られている。
図７は従来の半田バリア層を有するサブマウントの構造を模式的に示す断面図である。図７に示すように、従来のサブマウント５０は、サブマウント基板５１と、サブマウント基板５１の上面、すなわち、半導体装置を搭載する側の面上に形成される密着層５２と、その密着層５２上に形成される電極層５３と、電極層５３上に形成される半田バリア層５４と、半田バリア層５４上に形成される半田層５５と、から構成されている。半田バリア層５４は、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）などからなり、電極層５３を構成する金の半田層５５への拡散を防止し、半田層の融点の上昇などを防止していた。
特許文献１には、半田バリア層として、半田層の直下にチタン（Ｔｉ）などの遷移元素層と白金などの貴金属とが積層されてなる半田密着層を形成することで、搭載される半導体装置とサブマウントの接合強度を４０ＭＰａ以上に高めることが、開示されている。
特許第３５０９８０９号公報 S.Nakahara他３名, "ROOM TEMPERATURE INTERDIFFUSION STUDIES OF Au/Sn THIN FILM COUPLES", Thin Solid Films, Vol.84, pp185-196, 1981
しかしながら、従来のサブマウント基板において、半田層へ電極層の金属が拡散して生じる接合不良を、半田バリア層を挿入して解決する場合には、半田バリア層を、白金やパラジウムなどの高価な貴金属で形成する必要があるので、サブマウントが高コストになるという課題がある。
本発明は、上記課題に鑑み、搭載される半導体装置との間には高い半田接合強度を有する、サブマウント及びその製造方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明のサブマウントは、サブマウント基板と、サブマウント基板上に形成された電極層と、電極層の一部に開口して形成された半田層埋め込み用の窓部と、電極層の窓部に形成されていて電極層と接続される外周部を有する密着層と、密着層を介して窓部に埋め込まれると共に、密着層と接続される外周部を有する半田層と、を備え、密着層は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの何れか一つを主成分とする材料、又は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの何れか一つの合金を主成分とする材料からなり、半田層は、密着層のみを介して電極層と接続され、半田層の外周部が、上記密着層の外周部を介して電極層の上面に接続されることを特徴とする。
上記構成において、半田層が、好ましくは、密着層の外周部に接続される重複部を有し、重複部が電極層の上面に電気的に接続される。
また、本発明の別のサブマウントは、サブマウント基板と、サブマウント基板上に形成された第１の密着層と、第１の密着層上に形成された電極層と、第１の密着層及び電極層の一部に開口して形成された半田層埋め込み用の窓部と、窓部に形成された第２の密着層と、第２の密着層上に形成された半田層と、を備え、密着層は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの何れか一つを主成分とする材料、又は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの何れか一つの合金を主成分とする材料からなり、半田層が、窓部に形成された第２の密着層のみを介して電極層と接続されていることを特徴とする。
上記構成によれば、電極層と半田層とが密着層を介在させてサブマウント基板上に形成され、かつ、電極層と半田層の重複部とが接続されることで、電極層と半導体層とが電気的に接続されたサブマウントを提供することができる。
上記構成において、好ましくは、半田層の重複部の幅Ｌ１と半田層の最表面の幅Ｌとの比は１０％以下である。さらに好ましくは、この比は、４．４％以下である。
サブマウント基板は、好ましくは、窒化アルミニウム、炭化珪素、シリコンの何れかの材料からなる。半田層を構成する材料は、好ましくは、鉛を含まない半田からなる。また電極層は、好ましくは、金、白金、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン、タングステン（Ｗ）の何れか一つ又はこれらの金属を二種類以上含む材料からなる。
上記構成によれば、電極層と半田層とが密着層を介して電気的に接続されると共に、半田層に接合する半導体装置とのチップ接合強度を高くできるサブマウントを提供することができる。したがって、電極金属から半田層への電極金属の拡散を最小限とすることができ、半田層の融点上昇を、効果的に防止することができる。このため、電極層と半田層との間に高価な貴金属を用いた半田バリア層を設ける必要がなくなるので、安価なサブマウントを提供することができる。
本発明のサブマウントの製造方法は、サブマウント基板上に窓部を有する電極層を形成する工程と、窓部にＴｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの何れか一つを主成分とする材料、又は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの何れか一つの合金を主成分とする材料からなる密着層を形成する工程と、密着層に半田層を形成する工程と、を含み、密着層を形成する工程において、密着層を電極層の窓部に形成すると共に、電極層の上面と接続する密着層の外周部を形成し、半田層を形成する工程において、半田層を密着層のみを介して電極層と接続すると共に、半田層を密着層の外周部を介して電極層の上面に電気的に接続することを特徴とする。
上記構成において、好ましくは、半田層を形成する工程において、半田層には、密着層の外周部を介して電極層の上面に接続される重複部を設ける。
サブマウント基板上に窓部を有する電極層を形成する工程に先立って、好ましくは、サブマウント基板と電極層の間に密着層を形成する。
上記製造方法によれば、電極層の窓部に密着層を介して半田層をサブマウント基板上に形成し、さらに、電極層の上面を被覆するように半田層に重複部を形成するので、電極層と半田層との電気的な接触を保ちながら、半田バリア層を設けることなく、半田層の融点上昇を防ぐことができる。そして、電極層と半田層との間に貴金属を用いた半田バリア層を設ける必要がないので、安価にサブマウントを製造することができる。
本発明のサブマウントによれば、サブマウント基板上に半田層が形成される窓部を有する電極層と、窓部を密着層を介して埋め込む半田層とが形成され、かつ、開口端部と半田層との接触面積を最小限にして互いに電気的に接続されるので、電極層と半田層との間に白金やパラジウム等の貴金属材料から形成される半田バリア層を設けることなく、電極層からの半田層への拡散を抑制して、半田層の組成変化による融点上昇を防止することができる。このため、半導体装置のチップ接合時に、半田層の融点上昇による半田接合時のチップ接合不良を防止して、歩留まり向上を達成することができる。
さらに、本発明の半田層の組成が変化しなので、半田接合の密着強度を向上することが
できる。
また、本発明のサブマウントの製造方法によれば、電極層と半田層とが密着層を介して接続されているので、電極層と半田層との間に高価な白金やパラジウム等の貴金属材料から形成される半田バリア層を設ける必要なく、高い接合強度を有するサブマウントを低コストで提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
図１は、本発明によるサブマウント１０の構造を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本発明のサブマウント１０は、サブマウント基板１と、サブマウント基板１上に形成される電極層２と、サブマウント基板１上に電極層２に隣接して形成される半田層３とを備え、電極層２と半田層３の外周部とが接続して構成される。即ち、半田層３が、密着層４を介して電極層の窓部２Ａに埋め込まれ、かつ、半田層３の外周部と電極層２とが接続し、電気的に接続されている。この場合、電極層の窓部の幅をＬ0 とする。
ここで、電極層の窓部２Ａは、電極層２に半田層３を形成するために開口した領域であり、エッチングなどの工程により電極層２を形成しない領域である。電極層２とサブマウント基板１との間には、密着層５を挿入してもよい。
半田層３としては、その厚さを電極層２よりも厚くして、かつ、電極層２との重なり部分、即ち、半田層に重複部３Ａを備えるようにすれば、より、電極層２と半田層３との電気的接続を形成し易くできる。この場合、半田層の重複部３Ａの下部が、密着層４を介して電極層２と接触していることが好ましく、半田層３と電極層２との反応を効果的に防止することができる。図示するように、半田層３の最表面の幅がＬであり、その重複部３Ａの幅はＬ1 である。半田層に設ける重複部３Ａの幅は、半田層３と電極層２との間に生じる抵抗が、十分に小さくなるように所定の寸法とすればよい。
図２は、本発明によるサブマウントの変形例の構造を模式的に示す断面図である。図２に示すように、サブマウント１０Ａにおいて、電極層２と半田層３との接続は、密着層４で行なってもよい。この場合には、半田層３の幅Ｌ2 は電極層の窓部２Ａよりも狭くし、密着層の外周部４Ａ（幅Ｌ1 ）を電極層の上面２Ｂを被覆するように形成している。この幅Ｌ1 の外周部４Ａが電極層２との重複部を形成している。他の構成は、図１に示すサブマウント１０と同じであるので説明は省略する。
ここで、電極層２の窓部の形状は、四角や円形などの任意の形状でよく、電極層の窓部２Ａに応じて、半田層の重複部３Ａや密着層の重複部４Ａを形成すればよい。円形の場合には、上記半田層３の幅はその直径である。
なお、サブマウント１０及び１０Ａにおいて、電極層２及び半田層３の電気的接続とは、上記のように電極２と半田層の重複部３Ａや密着層の重複部４Ａとの接続において、電極層２と半田層３との間に生じる電気抵抗が非常に小さいことを意味し、後述する半田層３に搭載される半導体装置などが、電極２と同電位になるような接続と定義する。
この場合、重複部３Ａ，４Ａの幅はＬ1 の半田層３の幅Ｌに対する割合、即ちＬ1 ／Ｌは、Ｌ1 ／Ｌ≦１０％とすることで、後述する半田層３とこの半田層３に搭載される半導体装置とが半田接合された場合の密着強度を３０ＭＰａ以上とすることができ、実用的な密着強度が得られる。さらに、好ましくはＬ1 ／Ｌ≦４．４％となるように設定すれば、半田層３の半田接合時の密着強度を４０ＭＰａ以上とすることができ、信頼性の高い密着強度が得られる。このようにＬ1 ／Ｌを設定することにより、半田層３と電極層２との間に生じる抵抗を小さくできると共に、半田層３に接合する半導体装置とのチップ接合強度を高くすることができる。
サブマウント基板１としては、熱伝導率の高い窒化アルミニウム、炭化珪素（ＳｉＣ）、シリコン、ダイヤモンドＩＩａなどの絶縁性基板を用いることができる。
電極層２としては抵抗率の小さい金属が好ましく、金、白金、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン、タングステン（Ｗ）の何れかを用いることができる。これらの金属を二種類以上含んでもよい。電極層２は所定の回路パターン状に形成されてもよいし、電極層２の一部には、外部端子との接続のために金線やアルミニウム線を接続して、電気回路を形成してもよい。
半田層３には、鉛を含まない、すなわち、Ｐｂフリー半田が好ましく、銀、金、銅、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ビスマス（Ｂｉ）、アルミニウム、スズ（Ｓｎ）のうち、２種類以上の元素を含んだ半田を好ましく用いることができる。
さらに、サブマウント基板１及び電極層２の密着性を高めるために、図１に示すように、サブマウント基板１及び電極層２の間、つまり電極層の下部に密着層５を設けることが好ましい。
一方、サブマウント基板１の下面、即ち、通常は放熱体に被着される裏面の一部又は全部には、例えば、図１に示すように、基板裏面側の密着層６が形成され、この密着層６上に半田層７が形成される。このとき、サブマウント基板１の裏面側の密着層６及び半田層７は、サブマウント基板１の上面側に設けた密着層４，５や半田層３とは、それぞれ同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。
上記密着層４，５，６は、サブマウント基板１との密着性が良好で、半田層３，６との相互拡散が生じにくい高融点の金属を使用することが好ましい。密着層４，５，６に用いる金属材料としては、チタン（Ｔｉ），Ｃｒ（クロム），Ｎｉ（ニッケル），Ｍｏ（モリブデン）などの何れか一つを主成分とする材料を用いることができる。また、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの何れか一つの合金を主成分とする材料を用いて形成してもよい。
以上説明したように、本発明のサブマウント１０，１０Ａは、サブマウント基板１の上面に、好ましくは密着層４を介在させて、電極層２と半田層３とが隣接して形成されており、半田層３の頭部３Ａが電極層２の窓部２Ａの開口端部上面２Ｂを被覆して、電極層２と半田層３との電気的接続が保たれる。
次に、本発明のサブマウントによる半導体装置の実装について説明する。
図３は、図１のサブマウント１０，１０Ａに半導体装置８を搭載した構造を模式的に示す断面図である。図３に示すように、サブマウント１０，１０Ａにおいて、半導体装置８は、その下部電極８Ａを介して半田層３により半田接合される。この場合、半導体装置の下部電極８Ａと半田層３とが直接接触しており、半田層３の下部に、相互拡散する金などの金属が介在していないので、半田層３はその組成で決まる融点温度となり、半田層３をＰｂフリー半田で形成しても、その融点は高くならない。したがって、本発明のサブマウント１０，１０Ａでは、Ｐｂフリー半田層３の組成で決まる融点近傍の低い温度で、半導体装置８との半田接合を実施することができる。このため、従来のように半田層３の下部には、相互拡散する金などの金属が介在していないので、半田接合温度の上昇に伴う半導体装置８の不良を著しく低減することができる。
これにより、本発明のサブマウント１０，１０Ａによれば、電極層２と半田層３との間に半田バリア層を設けなくても、半導体装置８と半田層３とを強固に接合することが可能になる。
半導体装置８の下部電極は、半田層３を介して電極層２に電気的に接続される。この電極層２は、金線９Ａにより図示しない外部端子とワイヤーボンディングにて接続される。そして、半導体装置８の上部電極８Ｂは、金線９Ｂにより図示しない外部端子とワイヤーボンディングにて接続される。これにより、半導体装置８と半田層３と電極層２と各金線９Ａ及び９Ｂで電気回路が形成される。ここで、半導体装置８は、レーザダイオードや発光ダイオードなどの発光素子や、ダイオード、高周波増幅やスイッチングに使用されるトランジスタやサイリスタなどのような能動素子や集積回路などを挙げることができる。
次に、本発明のサブマウント１０の製造方法について説明する。
サブマウント基板１を用意し、その両側をラッピング装置により研削する。さらに、ポリッシング装置などを用いて仕上げ研磨を実施する。そして、研磨済みのサブマウント基板１を洗浄する。
次に、フォトリソグラフィー法により電極層２のパターニングを行なう。具体的には、サブマウント基板１の上面全体にスピナーを用いてレジストを均一に塗布した後、ベーキング炉によって所定のベーキングを行ない、マスクアライナー装置を用いてコンタクト露光を行なう。
露光後、テトラメチルアミン系の現像液により電極層２となる部分のレジストを溶解し、サブマウント基板１を露出させる。その結果、半田層３が形成される領域、即ち、窓部２Ａとなる部分にはレジストが溶解しないで残ったままである。続いて、サブマウント基板１の表面全体に密着層５を形成する。密着層５は、真空蒸着装置やスパッタリング装置を用いた蒸着法により形成することができる。
次に、真空蒸着装置などにより電極層２となる金属を蒸着し、アセトンなどを用いてレジスト全体を溶解させることにより、電極層となる領域以外の金属をリフトオフにより除去して所定の電極層２を形成する。このようにして、リフトオフにより窓部２Ａを有する電極層２を形成することができる。
続いて、上記電極層２と同様に、フォトリソグラフィー法及び真空蒸着装置を用いたリフトオフにより、電極層２の窓部２Ａを埋め込むように半田層３を形成する。具体的には、電極層２及び密着層５が形成されているサブマウント基板１の上面に、レジストを均一に塗布した後、所定のベーキングを行ない、コンタクト露光を行なう。露光後、テトラメチルアミン系の現像液により半田層となる部分、即ち、窓部２Ａ上のレジストを溶解し、その部分の密着層５及び電極層２の開口端部を露出させる。この時点で、半田層３が形成される領域のレジストは除去される。さらに、好ましくは、半田層の重複部３Ａを形成するために、電極層の窓部２Ａ側の周縁部を重複部３Ａの幅であるＬ1 だけ大きくした窓部となるマスクパターンを用いて、露光を行なえばよい。
次に、半田層３下部側の密着層４となる金属を真空蒸着する。
引き続き、半田層３となる金属を電極層２の厚さよりも厚く蒸着し、アセトンなどを用いてレジスト全体を溶解させることにより、密着層４及び半田層３となる領域以外の蒸着した半田層をリフトオフにより除去する。このようにして、半田層３で電極の窓部２Ａを埋め込んだ半田層３を形成することができる。さらに、マスクパターンなどの調整により、重複部３Ａを有する半田層３も容易に形成することができる。このとき、半田層の重複部３Ａの幅は、前述したように、電極層２と半田層３との電気的な接続を保つのに必要最小限な幅とすることが好ましい。
次に、サブマウント基板１の裏面に半田層７を形成する。この場合、サブマウント基板１の裏面と半田層７との間には、密着層６を挿入してもよい。
次に、サブマウント基板１の表面に露出している密着層をエッチングにより除去してサブマウント基板１の表面を露出させる。
最後に、得られたサブマウント基板１を、ダイシング装置などを用いて所定のサブマウント１０の寸法に分割する。
本発明のサブマウントの製造方法では、サブマウント基板１上に、好ましくは密着層５を介して、窓部２Ａを有するように電極層２が形成され、次に、窓部２Ａを埋め込み、さらに好ましくは、電極層との重複部３Ａを有するように密着層４及び半田層３が形成される。したがって、電極層２と半田層３との間に、Ｐｔなどからなる貴金属を用いた半田バリア層を設ける必要がなく、製造工程数を削減することができる。これにより、本発明のサブマウントの製造方法によれば、貴金属を使用した半田バリア層を設ける必要がないので、低コストで製造することができる。
以下、実施例に基いて、本発明をさらに詳細に説明する。
図４は、実施例１で製造したサブマウント２０を模式的に示す断面図である。
最初に、サブマウント２０を製造する。
高熱伝導性（２３０Ｗ／ｍＫ）を有する５５ｍｍ角、厚さ０．３ｍｍの焼結窒化アルミニウム基板１の両面をラッピング装置によって研削し、ポリッシング装置を用いて仕上げ研磨を実施した。
続いて、フォトリソグラフィー法によるパターニングを行なうため、基板表面全体にスピナーを用いてレジストを均一に塗布した後、ベーキング炉によって所定のベーキングを行ない、マスクアライナー装置を用いてコンタクト露光を行なった。露光用のマスクは１ｍｍ角のサブマウント寸法でパターニング出来るように、マスクを設計した。
露光後、テトラメチルアミン系の現像液により、電極層２となる部分のレジストを溶解し、基板１の表面を露出させた。なお、窓部２Ａとなる部分にはレジストを形成したままである。
次に、研磨した窒化アルミニウム基板２を洗浄して表面を洗浄化し、この基板２の表面全体にチタンからなる密着層５を真空蒸着装置により、５０ｎｍ堆積させた。
次に、真空蒸着装置により金を蒸着し、アセトンを用いてレジスト全体を溶解させることにより、電極層２以外のＡｕをリフトオフで除去し、窓部２Ａを有する電極層２を０．２μｍ形成した。
続いて、電極層２と同様に、フォトリソグラフィー法及び真空蒸着装置を用い、窒化アルミニウム基板２表面に、リフトオフにより５０ｎｍの密着層４及び３．５μｍの半田層３を形成した。半田層３の成分は、ＡｕとＳｎの元素比が７０：３０となるようにした。半田層３のサイズは、幅Ｌ＝５００μｍの正方形とし、半田層の重複部３Ａの幅Ｌ1 は、１μｍ程度とした。この場合のＬ1 ／Ｌは、０．２％である。
最後に、得られた窒化アルミニウム基板を、ダイシング装置を用いて、サブマウント１０の寸法として、１ｍｍ角に切断し、実施例のサブマウント２０を製造した。
半田層の重複部３Ａの幅Ｌ1 を２２μｍとした以外は、実施例１と同様にして、実施例２のサブマウント２０を製作した。この場合のＬ1 ／Ｌは４．４％である。
半田層の重複部３Ａの幅Ｌ1 を５０μｍとした以外は、実施例１と同様にして、実施例３のサブマウント２０を製作した。この場合のＬ1 ／Ｌは、１０％である。
次に、比較例について説明する。
（比較例１）
図５は、比較例１のサブマウント３０を模式的に示す断面図でである。
密着層５上に金で電極層３２を形成し、その電極層３２上の一部に密着層３３及び実施例と同じ組成（Ａｕ：Ｓｎ（元素比）＝７０：３０）の半田層３４を形成した以外は、実施例と同様の製造方法により、比較例１のサブマウント３０を製造した。
（比較例２）
図６は、比較例２のサブマウント４０を模式的に示す断面図でである。密着層５上に金で電極層３２を形成し、その電極層３２上の一部に密着層４１及びＰｔからなる半田バリア層４２を形成し、さらに半田バリア層４２上に実施例と同じ組成（Ａｕ：Ｓｎ（元素比）＝７０：３０）の半田層３４を形成した以外は、実施例と同様の製造方法により、比較例２のサブマウント４０を製造した。
実施例１〜３及び比較例１及び２のサブマウント２０, ３０, ４０に対し、半導体装置８を半田層３, ３４で接合してサンプルを作製した。すなわち、加熱装置でサブマウントの半田層３, ３４を溶解させた後に、半導体装置８として３００μｍ角の発光ダイオードを上部から配置し、サブマウント２０, ３０, ４０と半導体装置８と、を半田層３, ３４により接合し、サンプルを作製した。この場合の半田接合温度は２９０℃とした。サンプル数は実施例及び比較例共に各１００個とした。
次に、サンプルの発光ダイオード８の剥離試験を、ダイシェアせん断試験により行ない、所謂チップせん断強度を測定した。ダイシェアせん断試験は、ＭＩＬ規格（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｃ、Ｍｅｔｈｏｄ ２０１９．４）に準拠して行ない、各条件Ｎ数＝１０とし、その平均値からチップせん断強度を得た。
表１は、実施例１〜３及び比較例のサブマウントの構成とダイシェアせん断試験により測定したチップせん断強度を示す表である。
表１から明らかなように、実施例１では、半田層の重複部３Ａの幅Ｌ1 と半田層幅Ｌとの比（Ｌ1 ／Ｌ）が０．２％であり、チップせん断強度が４５ＭＰａであった。実施例２では、Ｌ1 ／Ｌが４．４％であり、チップせん断強度が４１ＭＰａであった。実施例３では、Ｌ1 ／Ｌが１０％であり、チップせん断強度が３２ＭＰａであった。
一方、比較例１及び比較例２のチップせん断強度は、それぞれ、２６ＭＰａ，４ＭＰａとなり、明らかに、半田層の下部にＰｔからなる半田バリア層を設けた比較例２でチップせん断強度が４０ＭＰａ以上となった。
Figure 0004822155
上記結果から、実施例１のように半田層の重複部３Ａの幅Ｌ1 と半田層幅Ｌとの比（Ｌ1 ／Ｌ）が１０％とした場合のチップせん断強度は、比較例１の金電極層３２にチタンからなる密着層３３を介してＡｕ−Ｓｎからなる半田層３４を設けたサブマウント３０よりも向上した。そして、Ｌ1 ／Ｌが４．４％以下の実施例２及び３によれば、そのチップせん断強度が、比較例２のＰｔからなる半田バリア４１を介在させたサブマウント４０と同等以上となり、信頼性の高い密着強度が得られることが判明した。このため、実施例のサブマウントによれば、Ｐｔからなる半田バリア層を使用しないで、チップせん断強度の大きい半田層を形成できることが分かった。これにより、実施例のサブマウントによれば、Ｐｔなどの高価な貴金属を使用しないので、低コストのサブマウントとなる。
本発明は、上記実施例に記載のサブマウントに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲で種々変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることは言うまでもない。
本発明によるサブマウントの構造を模式的に示す断面図である。 本発明によるサブマウントの変形例の構造を模式的に示す断面図である。 図１のサブマウントに半導体装置を搭載した構造を模式的に示す断面図である。 実施例で製造したサブマウントを模式的に示す断面図である。 比較例１のサブマウントを模式的に示す断面図である。 比較例２のサブマウントを模式的に示す断面図である。 従来のバリア層を有するサブマウントの構造の模式的断面図である。
符号の説明
１：サブマウント基板
２，３２：電極層
２Ａ：窓部
２Ｂ：上面
３, ７，３４：半田層
３Ａ：半田層の重複部
４，３３，４１：密着層（半田層下部）
４Ａ：密着層の重複部
５：密着層（電極層下部）
６：密着層（基板裏面側）
８：半導体装置
８Ａ：下部電極
８Ｂ：上部電極
９Ａ, ９Ｂ：金線
１０, １０Ａ，２０：サブマウント
３０：比較例１のサブマウント
４０：比較例２のサブマウント
４２：比較例２のバリア層

Claims (12)

  1. サブマウント基板と、該サブマウント基板上に形成された電極層と、
    該電極層の一部に開口して形成された半田層埋め込み用の窓部と、
    上記電極層の窓部に形成されていて該電極層と接続される外周部を有する密着層と、
    上記密着層を介して上記窓部に埋め込まれると共に、該密着層と接続される外周部を有する半田層と、
    を備え、
    上記密着層は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの何れか一つを主成分とする材料、又は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの何れか一つの合金を主成分とする材料からなり、
    上記半田層は、上記密着層のみを介して上記電極層と接続され、
    上記半田層の外周部が、上記密着層の外周部を介して上記電極層の上面に接続されることを特徴とする、サブマウント。
  2. 前記半田層が、前記密着層の外周部に接続される重複部を有し、該重複部が前記電極層の上面に電気的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のサブマウント。
  3. 前記半田層の重複部の幅Ｌ１と前記半田層の最表面の幅Ｌとの比が、１０％以下であることを特徴とする、請求項２に記載のサブマウント。
  4. 前記半田層の重複部の幅Ｌ１と前記半田層の最表面の幅Ｌとの比が、４．４％以下であることを特徴とする、請求項２に記載のサブマウント。
  5. 前記サブマウント基板と前記窓部が形成されていない電極層との間に、さらに別の密着層を備えることを特徴とする、請求項１に記載のサブマウント。
  6. サブマウント基板と、該サブマウント基板上に形成された第１の密着層と、該第１の密着層上に形成された電極層と、該第１の密着層及び電極層の一部に開口して形成された半田層埋め込み用の窓部と、上記窓部に形成された第２の密着層と、該第２の密着層上に形成された半田層と、を備え、
    上記密着層は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの何れか一つを主成分とする材料、又は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの何れか一つの合金を主成分とする材料からなり、
    上記半田層が、上記窓部に形成された第２の密着層のみを介して上記電極層と接続されていることを特徴とする、サブマウント。
  7. 前記サブマウント基板は、窒化アルミニウム、炭化珪素、シリコンの何れかの材料からなることを特徴とする、請求項１又は６に記載のサブマウント。
  8. 前記半田層を構成する材料が、鉛を含まない半田からなることを特徴とする、請求項１又は６に記載のサブマウント。
  9. 前記電極層が、金、白金、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン、タングステン（Ｗ）の何れか一つ、又は、これらの金属を二種類以上含む材料からなることを特徴とする、請求項１又は６に記載のサブマウント。
  10. サブマウント基板上に窓部を有する電極層を形成する工程と、
    上記窓部に、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの何れか一つを主成分とする材料、又は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏの何れか一つの合金を主成分とする材料からなる密着層を形成する工程と、
    上記密着層に半田層を形成する工程と、を含み、
    上記密着層を形成する工程において、該密着層を上記電極層の窓部に形成すると共に、該電極層の上面と接続する密着層の外周部を形成し、
    上記半田層を形成する工程において、上記半田層を、上記密着層のみを介して上記電極層と接続すると共に、上記半田層を上記密着層の外周部を介して上記電極層の上面に電気的に接続することを特徴とする、サブマウントの製造方法。
  11. 前記半田層を形成する工程において、前記半田層には、前記密着層の外周部を介して前記電極層の上面に接続される重複部を設けることを特徴とする、請求項１０に記載のサブマウントの製造方法。
  12. 前記サブマウント基板上に窓部を有する電極層を形成する工程に先立って、前記サブマウント基板と前記電極層の間に密着層を形成することを特徴とする、請求項１０に記載のサブマウントの製造方法。
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