JP2004356429A

JP2004356429A - サブマウントおよびそれを用いた半導体装置

Info

Publication number: JP2004356429A
Application number: JP2003152927A
Authority: JP
Inventors: Akio Amo; 映夫天羽; Takashi Ishii; 隆石井; Kenjiro Higaki; 賢次郎桧垣; Yasushi Chikugi; 保志筑木
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16
Also published as: WO2004107438A1

Abstract

【課題】高精度なパターニングが可能であるとともに、優れた絶縁性を実現できる絶縁膜を備えるサブマウントおよびそれを用いた半導体装置を提供する。
【解決手段】サブマウント５０は、主表面１ａを有し、２種以上の金属の複合体または１種以上の金属と１種以上のセラミックスとの複合体からなる導電性の複合金属放熱板１と、複合金属放熱板１の主表面１ａ上に形成された絶縁膜２とを備える。絶縁膜２の表面粗さＲａおよびＲｚは、Ｒａ＜０．２０μｍおよびＲｚ＜２．０μｍの関係を満たす。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般的には、サブマウントおよびそれを用いた半導体装置に関し、より特定的には、半導体素子を搭載するためのサブマウントおよびそれを用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子を搭載するサブマウント基板として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）などからなる絶縁性基板上に回路パターンを描いたものが多く用いられている。しかし、近年需要の伸びている窒化ガリウム（ＧａＮ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなる半導体素子を実装する場合、半導体素子と上述の絶縁性基板との熱膨張係数（線膨張係数、以下同様）に若干のずれがある。たとえば、窒化アルミニウムおよび炭化ケイ素の熱膨張係数が、３〜５×１０^−６（／Ｋ）であるのに対して、窒化ガリウムおよびガリウム砒素の熱膨張係数は、ともにそれよりも大きい。このため、半導体素子が発熱した場合に、絶縁性基板との間に熱応力が発生し、半導体素子の特性が十分に発揮されないという問題があった。
【０００３】
そこで、銅−タングステン（ＣｕＷ）合金または複合体（以後、合金と略す）や、銅−モリブデン（ＣｕＭｏ）合金または複合体（以後、合金と略す）などからなる導電性基板を、半導体素子を搭載するサブマウント基板として用いることが考案されている。銅−タングステン合金や銅−モリブデン合金の熱膨張係数は、窒化ガリウムおよびガリウム砒素の熱膨張係数により近いため、これらの合金からなる導電性基板を用いた場合、上述の問題を解決することができる。
【０００４】
このように半導体素子を搭載するサブマウント基板に導電性基板を用いる場合で、その導電性基板上に回路パターンを形成する場合は、形成する回路パターンの絶縁性を確保する必要が生じる。このため、導電性基板上にまず絶縁膜を設け、その絶縁膜上に回路パターンを形成することが行なわれている。
【０００５】
このように半導体素子を搭載するサブマウント基板に導電性基板を用いる内容が、たとえば、特開平５−３２６７４３号公報（特許文献１）、および特開昭６０−１２８６９７号公報（特許文献２）に開示されている。特許文献１および２には、導電性基板上に設ける絶縁膜にダイヤモンドや擬似ダイヤモンドを使用することが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−３２６７４３号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開昭６０−１２８６９７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、サブマウント基板に導電性基板を用いた場合、導電性基板上に絶縁膜を設けている。しかし、その絶縁膜にピンホールが形成されている場合、その部分が導通するため、導電性基板上に形成する回路パターン間の絶縁性が確保されないおそれがある。これによって、サブマウント基板に搭載される半導体素子が所望の状態に動作されないという問題が発生する。
【０００９】
また、半導体素子をサブマウント基板に実装するため、回路パターンの高精度化が要求されている。特に、近年において半導体素子の高集積化が進み、回路パターンの高精度化の要求は一層強まっている。このため、サブマウント基板上に設けた絶縁膜も高精度にパターニングできる必要がある。しかし、特許文献１および２に開示されているように絶縁膜にダイヤモンドを使用した場合、ダイヤモンドは高硬度であり、化学的にも安定しているため、絶縁膜を高精度にパターニングすることが困難である。また、ダイヤモンドは高価であるため、サブマウントの製造コストが増大するという問題も発生する。
【００１０】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、高精度なパターニングが可能であるとともに、優れた絶縁性を実現できる絶縁膜を備えるサブマウントおよびそれを用いた半導体装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に従ったサブマウントは、主表面を有し、２種以上の金属の複合体または１種以上の金属と１種以上のセラミックスとの複合体からなる導電性のサブマウント基板と、サブマウント基板の主表面上に形成された絶縁膜とを備える。絶縁膜の表面粗さＲａおよびＲｚは、Ｒａ＜０．２０μｍおよびＲｚ＜２．０μｍの関係を満たす。表面粗さＲａとは、ＪＩＳＢ０６０１で規定されている算術平均粗さのことである。また、表面粗さＲｚとは、ＪＩＳＢ０６０１で規定されている十点平均粗さのことである。
【００１２】
このように構成されたサブマウントによれば、以下に説明する理由から備える絶縁膜によって優れた絶縁性を実現することができる。例えば、絶縁膜の表面粗さＲａが０．２０μｍ以上またはＲｚが２．０μｍ以上であり、絶縁膜の凹凸が、主にサブマウント基板の主表面の凹凸に起因している場合、つまり、主表面の表面粗さが大きい場合は、主表面上に絶縁膜を形成する際に、主表面の凹凸によって、絶縁膜にピンホールが形成されやすくなる。この場合、ピンホールが形成された部分に起因して、絶縁膜による絶縁性が十分に確保されないおそれがある。また、主表面の凹凸が大きすぎるために、絶縁膜の厚みが部分的に薄くなってしまうおそれがあり、その部分で絶縁性が確保されないおそれがある。
【００１３】
また、絶縁膜の表面粗さＲａが０．２０μｍ以上またはＲｚが２．０μｍ以上であり、絶縁膜の凹凸が、主に絶縁膜の膜質に起因している場合、つまり、絶縁膜の粒径が過度に大きかったり、絶縁膜がポーラス状であったり、絶縁膜にへこみ等の大きな欠陥があったり等する場合は、そのような膜質の影響で絶縁膜の厚みが部分的に薄くなってしまうおそれがあり、その部分で絶縁性が確保されないおそれがある。
【００１４】
なお、絶縁膜の表面粗さを上述の範囲とするために、サブマウント基板の主表面の表面粗さＲａおよびＲｚは、Ｒａ＜０．１０μｍおよびＲｚ＜１．０μｍの関係を満たすことが好ましい。
【００１５】
また好ましくは、絶縁膜の厚みＴは、絶縁膜の表面粗さＲａの１０倍以上１０００倍以下である。絶縁膜の厚みＴは、絶縁膜の表面粗さＲｚの２倍以上１５０倍以下である。このように構成されたサブマウントによれば、絶縁膜を容易かつ高精度にパターニングできるとともに、絶縁膜による優れた絶縁性をより確実に実現することができる。
【００１６】
つまり、絶縁膜の厚みＴを、絶縁膜の表面粗さＲａの１０倍以上、絶縁膜の表面粗さＲｚの２倍以上とした場合、絶縁膜の厚みが適度に確保されている。このため、主表面の凹凸によって絶縁膜にピンホールが形成されたとしても、絶縁膜の形成過程でピンホールが消滅し、絶縁性を確保することができる。また、絶縁膜の厚みＴを、絶縁膜の表面粗さＲａの１０００倍以下、絶縁膜の表面粗さＲｚの１５０倍以下とすることによって、絶縁膜の厚みが大きすぎるために絶縁膜のパターニングが容易に行なえないという事態を回避することができる。
【００１７】
また好ましくは、サブマウント基板は、銅−タングステン（ＣｕＷ）合金、銅−モリブデン（ＣｕＭｏ）合金およびＡｌＳｉＣからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む。このように構成されたサブマウントによれば、これらの材料から形成されたサブマウント基板は、窒化ガリウムやガリウム砒素の熱膨張係数（線膨張係数、以下同様）により近い熱膨張係数を有する。このため、サブマウントに窒化ガリウムやガリウム砒素からなる半導体素子を搭載する場合に、サブマウント基板と半導体素子との間に熱応力が発生することを抑制できる。これにより、半導体素子の特性を十分に発揮させることができる。
【００１８】
また好ましくは、絶縁膜は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる群より選ばれた少なくとも一種を含む。このように構成されたサブマウントによれば、これらの材質から形成された絶縁膜によって高い絶縁性を実現することができる。また、ダイヤモンドから形成された絶縁膜と比較して、容易かつ高精度にパターニングすることができる。さらに、ダイヤモンドと比較して、安価に入手することができるためサブマウントの製造コストを削減することができる。
【００１９】
また好ましくは、サブマウントは、サブマウント基板と絶縁膜との間に形成され、絶縁膜に接触する密着膜をさらに備える。このように構成されたサブマウントによれば、サブマウント基板と絶縁膜との密着性を向上させることができる。これにより、絶縁膜をサブマウント基板に確実に保持することができる。
【００２０】
また好ましくは、密着膜は、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）合金およびタンタル（Ｔａ）からなる群より選ばれた少なくとも一種を含む。このように構成されたサブマウントによれば、これらの材質から形成された密着膜によって、絶縁膜をサブマウント基板に確実に保持することができる。
【００２１】
この発明に従った半導体装置は、上述のいずれかに記載のサブマウントを用いた半導体装置である。半導体装置は、サブマウントに搭載される半導体素子を備える。半導体素子の材料としては、たとえば、ＧａＡｓ系、ＧａＮ系などの化合物半導体が挙げられる。このように構成された半導体装置によれば、サブマウントによる上述の効果によって、半導体素子の特性を十分に発揮させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１におけるサブマウントを示す断面図である。図１を参照して、サブマウント５０は、主表面１ａを有する複合金属放熱板１と、主表面１ａ上に形成された絶縁膜密着層３と、絶縁膜密着層３上に形成され、頂面２ａを有する絶縁膜２と、頂面２ａ上に形成された電極４ｍと、絶縁膜密着層３、絶縁膜２および電極４ｍとは別に主表面１ａ上に形成された電極４ｎとを備える。
【００２４】
絶縁膜２および絶縁膜密着層３は、ほぼ同じ幅で形成されている。電極４ｍは、絶縁膜２の幅よりも小さい幅で形成されている。電極４ｍと電極４ｎとは、絶縁膜２によって電気的に絶縁している。
【００２５】
複合金属放熱板１は、銅−タングステン（ＣｕＷ）合金または銅−モリブデン（ＣｕＭｏ）合金から形成されている。また、複合金属放熱板１は、ＡｌＳｉＣのような金属とセラミックスとの複合体から形成されていても構わない。複合金属放熱板１の側面または底面に、はんだ接合用または防錆用のメタライズ層が形成されていても良い。このメタライズ層は、たとえば、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）または金（Ａｕ）の単層膜、もしくはこれらが積層された多層膜から形成される。
【００２６】
複合金属放熱板１の熱膨張係数（線膨張係数、以下同様）は、サブマウント５０に搭載される半導体素子の熱膨張係数に近似していることが好ましい。たとえば、サブマウント５０に窒化ガリウムやガリウム砒素からなる半導体素子を搭載する場合、複合金属放熱板１の熱膨張係数は、１０×１０^−６（／Ｋ）以下であることが好ましい。また、同様の場合、複合金属放熱板１の熱膨張係数は、５．０×１０^−６（／Ｋ）以上７．０×１０^−６（／Ｋ）以下であることがさらに好ましい。この場合、半導体素子が発熱しても、複合金属放熱板１と半導体素子との間に熱応力が発生することを抑制できる。
【００２７】
複合金属放熱板１の熱伝導率は、高い方が好ましい。具体的には、複合金属放熱板１の熱伝導率は、１５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であることがさらに好ましい。これにより、サブマウント５０に搭載される半導体素子から発生した熱を、複合金属放熱板１を介して効率良く外部に放出することができる。
【００２８】
絶縁膜密着層３は、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル−クロム合金（ＮｉＣｒ）、タンタル（Ｔａ）、およびこれらの化合物によって形成されている。絶縁膜密着層３は、０．０１μｍ以上１．０μｍ以下の厚み、たとえば、０．１μｍの厚みで形成されている。このように形成された絶縁膜密着層３は、複合金属放熱板１との密着性が良好な材料で形成されているため、絶縁膜２を複合金属放熱板１に確実に保持する役割を果たす。
【００２９】
絶縁膜２は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）および酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）などの酸化物単層膜、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの窒化物単層膜、酸窒化物単層膜、ならびにこれらを組合せた多層膜によって形成されている。絶縁膜２によって、絶縁膜２を挟んだ上層と下層とが絶縁されている。
【００３０】
絶縁膜２の頂面２ａの表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は、Ｒａ＜０．２０μｍの関係を満たす。絶縁膜２の頂面２ａの表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）は、Ｒｚ＜２．０μｍの関係を満たす。絶縁膜２の頂面２ａの表面粗さＲａは、Ｒａ＜０．０５μｍの関係を満たすことが好ましい。絶縁膜２の頂面２ａの表面粗さＲｚは、Ｒｚ＜０．５μｍの関係を満たすことが好ましい。
【００３１】
絶縁膜２の頂面２ａの表面粗さが上述の関係を満たすために、主表面１ａの表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は、Ｒａ＜０．１０μｍの関係を満たすことが好ましい。主表面１ａの表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）は、Ｒｚ＜１．０μｍの関係を満たすことが好ましい。主表面１ａの表面粗さＲａは、Ｒａ＜０．０３μｍの関係を満たすことがさらに好ましい。主表面１ａの表面粗さＲｚは、Ｒｚ＜０．３μｍの関係を満たすことがさらに好ましい。
【００３２】
絶縁膜２の厚みＴは、頂面２ａの表面粗さＲａの１０倍以上１０００倍以下であり、頂面２ａの表面粗さＲｚの２倍以上１５０倍以下であることが好ましい。絶縁膜２の厚みＴは、頂面２ａの表面粗さＲａの５０倍以上５００倍以下であり、頂面２ａの表面粗さＲｚの５倍以上１００倍以下であることがさらに好ましい。絶縁膜２は、たとえば、５．０μｍの厚みで形成されている。
【００３３】
電極４ｍおよび４ｎは、下から順に、チタン（Ｔｉ）層、白金（Ｐｔ）層および金（Ａｕ）層の３層が積層された多層膜から形成されている。Ｔｉ層、Ｐｔ層およびＡｕ層は、たとえば、０．１μｍ、０．２μｍおよび０．６μｍの厚みで形成されている。
【００３４】
電極４ｍおよび４ｎのＴｉ層は、絶縁膜２および複合金属放熱板１にそれぞれ接触して形成されている。Ｔｉ層は、絶縁膜２および複合金属放熱板１との密着性が良好であるため、電極４ｍおよび４ｎのいわゆる密着層としての役割を果たす。この密着層を形成する材料としては、チタンのほかに、クロム（Ｃｒ）、ニッケル−クロム合金（ＮｉＣｒ）、タンタル（Ｔａ）およびこれらの化合物などを用いることができる。
【００３５】
電極４ｍおよび４ｎのＰｔ層は、Ｔｉ層の上部表面上に形成されたいわゆる拡散防止層である。この拡散防止層を形成する材料としては、白金のほかに、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル−クロム合金（ＮｉＣｒ）、タングステンチタニウム（ＴｉＷ）、ニッケル（Ｎｉ）およびモリブデン（Ｍｏ）などを用いることができる。また、電極４ｍおよび４ｎのＡｕ層は、いわゆる電極層である。この電極層を形成する材料としては、金の他に、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）およびこれらの合金などを用いることができる。また、密着層と拡散防止層とは必須ではなく、場合によっては省略しても構わない。
【００３６】
なお、本実施の形態では、複合金属放熱板１と絶縁膜２との間に絶縁膜密着層３を設けたが、本発明において絶縁膜密着層３は必須ではない。つまり、複合金属放熱板１の主表面１ａ上に直接絶縁膜２が形成されていても良い。
【００３７】
図２から図４は、図１中に示すサブマウントの製造方法の工程を示す断面図である。図１から図４を用いて、図１中に示すサブマウント５０の製造方法について説明を行なう。
【００３８】
図２を参照して、所定の材料から形成された複合金属放熱板１を準備する。銅−タングステン合金または銅−モリブデン合金からなる複合金属放熱板１を用いる場合、まず、タングステンまたはモリブデンの金属粉末をプレス成形することによって成形体とし、その成形体を非酸化性雰囲気下で焼結することによって多孔質の焼結体を得る。その焼結体に溶融した銅を浸透させて焼結体の空隙を埋めることによって、複合金属放熱板１を形成する。
【００３９】
また、ＡｌＳｉＣからなる複合金属放熱板１を用いる場合、所定の組成を有する合金粉末をガスアトマイズ法によって製造する。この際、平均シリコン粒径を５０μｍ以下にすることが好ましい。この合金粉末を所定の温度以上に加熱した後、押し出し成形法等を用いて加工することによって、複合金属放熱板１を形成する。
【００４０】
次に、複合金属放熱板１の主表面１ａの研磨を行なう。研磨方法としては、研削盤、サンドブラスト、サンドペーパーまたは砥粒などを用いた通常の研磨方法を適用することができる。また、化学的機械研磨法（ＣＭＰ；ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いても構わない。この際、主表面１ａの表面粗さＲａおよびＲｚが、Ｒａ＜０．１０μｍおよびＲｚ＜１．０μｍの関係を満たすように主表面１ａの研磨を行なうことが好ましい。
【００４１】
図３を参照して、主表面１ａ上に絶縁膜密着層３を成膜する。この際、蒸着法またはスパッタリング法などによって、絶縁膜密着層３を成膜することが好ましい。
【００４２】
なお、絶縁膜密着層３の成膜にめっき法を用いることは好ましくない。めっき法を用いた場合、通常めっきと下地との密着性を向上させるためにシンタ工程を行なう。このシンタ工程で複合金属放熱板１は高温になる。複合金属放熱板１には、熱膨張係数の異なる金属が含まれている。このため、複合金属放熱板１が高温になった時に複合金属放熱板１の表面粗さが大きくなり、絶縁膜２にピンホールが発生しやすくなるからである。また、絶縁膜密着層３の成膜に印刷法などを用いることは好ましくない。印刷法によって形成された厚膜メタライズは、パターン精度および平坦度の点において劣っているからである。
【００４３】
次に、絶縁膜密着層３上に絶縁膜２を成膜する。成膜された絶縁膜２の頂面２ａの表面粗さＲａおよびＲｚは、Ｒａ＜０．２０μｍおよびＲｚ＜２．０μｍの関係を満たす。また、絶縁膜２の厚みＴが絶縁膜２の表面粗さＲａの１０倍以上１０００倍以下となり、絶縁膜２の表面粗さＲｚの２倍以上１５０倍以下となるように絶縁膜２を成膜する。また、絶縁膜２の成膜には、蒸着法またはスパッタリング法を用いることが好ましい。これらの成膜方法によれば、複合金属放熱板１を高温にすることなく絶縁膜２の成膜を行なうことができる。
【００４４】
図４を参照して、メタルマスク法やフォトリソグラフィ法を用いることによって、絶縁膜密着層３および絶縁膜２を所定のパターン形状にパターニングする。高精度なパターニングを行なうために、リフトオフ、ドライエッチングおよび化学エッチングなどの方法を採ることができる。
【００４５】
図１を参照して、絶縁膜２の頂面２ａ上および複合金属放熱板１の主表面１ａ上に、所定のパターン形状を有する電極４ｍおよび４ｎを形成する。以上に説明した工程によってサブマウント５０が完成する。
【００４６】
このように構成されたサブマウント５０によれば、絶縁膜２の頂面２ａの表面粗さが所定の値より小さくなっている。このため、その絶縁膜２が形成された複合金属放熱板１の主表面１ａも表面粗さが小さくなるように形成されている。このため、主表面１ａ上に設けられる絶縁膜２にピンホールが形成されることを防止できる。また、絶縁膜２は、絶縁膜２の頂面２ａの表面粗さに対して十分に大きい厚みＴで形成されている。以上の理由から、絶縁膜２によって優れた絶縁性を実現することができる。
【００４７】
また、絶縁膜２は、二酸化ケイ素など加工が容易な材料から形成されている。さらに、絶縁膜２は、絶縁性を得たうえで、必要以上に大きい厚みで形成されていない。このため、図４に示す工程において、絶縁膜２を容易かつ高精度にパターニングすることができる。
【００４８】
（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２におけるサブマウントを示す断面図である。図５を参照して、サブマウント５５は、主表面１ａを有する複合金属放熱板１と、主表面１ａ上に形成された電極４ｑと、電極４ｑ上に形成された絶縁膜密着層３と、絶縁膜密着層３上に形成され、頂面２ａを有する絶縁膜２と、頂面２ａ上に形成された電極４ｐとを備える。
【００４９】
電極４ｑは、主表面１ａの全面に渡って形成されている点で相違する。複合金属放熱板１、絶縁膜２の頂面２ａの表面粗さ、絶縁膜２の厚みＴ、およびその他使用できる材料等については、実施の形態１におけるサブマウント５０と同様であり、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を奏することができる。
【００５０】
（実施の形態３）
図６は、この発明の実施の形態３におけるサブマウントを示す断面図である。図６を参照して、実施の形態３におけるサブマウント６０は、実施の形態２におけるサブマウント５５に、はんだバリア層５ｐおよび５ｑと、はんだ層６ｐおよび６ｑとをさらに備える。以下において重複する構造の説明は省略する。
【００５１】
はんだバリア層５ｐは、電極４ｐの幅よりも小さい幅で形成されている。はんだバリア層５ｑは、絶縁膜密着層３とは別に電極４ｑの頂面上に形成されている。はんだバリア層５ｐおよび５ｑの材料としては、たとえば、白金（Ｐｔ）、ニッケル−クロム合金（ＮｉＣｒ）およびニッケル（Ｎｉ）などを用いることができる。はんだバリア層５ｐおよび５ｑは、たとえば、０．２μｍの厚みで形成されている。なお、はんだバリア層はなくても構わない。
【００５２】
はんだバリア層５ｐ上には、はんだバリア層５ｐとほぼ同じ幅ではんだ層６ｐが形成されている。はんだバリア層５ｑ上には、はんだバリア層５ｑとほぼ同じ幅ではんだ層６ｑが形成されている。はんだ層６ｐおよび６ｑの材料としては、たとえば、錫（Ｓｎ）系はんだ、インジウム（Ｉｎ）系はんだ、金錫（ＡｕＳｎ）系はんだ、金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）系はんだ、鉛錫（ＰｂＳｎ）系はんだ、インジウム錫（ＩｎＳｎ）系はんだ、および銀錫（ＡｇＳｎ）系はんだなどの合金はんだ、これら合金はんだの積層体、これら合金はんだを構成する金属の積層体、ならびにこれら合金はんだと合金はんだを構成する金属との積層体を用いることができる。
【００５３】
なお、はんだ層６ｐおよび６ｑとして金錫（ＡｕＳｎ）系はんだを用いる場合、その組成比としては金（Ａｕ）が６５質量％以上８５質量％以下、または金（Ａｕ）が５質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。
【００５４】
このように構成されたサブマウント６０によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
（実施の形態４）
図７は、この発明の実施の形態４における半導体装置を示す断面図である。図７を参照して、半導体装置７０は、サブマウント６５と、サブマウント６５に搭載されたレーザーダイオード８とを備える。
【００５６】
サブマウント６５は、主表面１ａを有する複合金属放熱板１と、主表面１ａ上に下から順に形成された絶縁膜密着層３、頂面２ａを有する絶縁膜２、電極４、はんだバリア層５およびはんだ層６とによって構成されている。複合金属放熱板１、絶縁膜２の頂面２ａの表面粗さ、絶縁膜２の厚みＴ、およびその他使用できる材料等については、実施の形態１におけるサブマウント５０と同様である。
【００５７】
はんだ層６とレーザーダイオード８の底面側に形成された電極７とが接続されることによって、サブマウント６５にレーザーダイオード８が搭載されている。レーザーダイオード８および電極４の頂面側からボンディングワイヤ８ｂが延びており、ボンディングワイヤ８ｂはサブマウント６５上の所定の位置または外部電極に接続されている。
【００５８】
この発明の実施の形態４に従った半導体装置７０は、サブマウント６５を用いた半導体装置である。半導体装置７０は、サブマウント６５に搭載される半導体素子としてのレーザーダイオード８を備える。なお、本実施の形態では、半導体素子としてレーザーダイオード８を用いたが、発光ダイオードなどの各種半導体発光素子を用いることもできる。また、発光素子の発光部は、上面および下面のいずれであってもよい。
【００５９】
このように構成された半導体装置７０によれば、レーザーダイオード８で発生する熱をサブマウント６５を介して外部に放出できるとともに、絶縁膜２が示す優れた絶縁性によって、レーザーダイオード８の特性を十分に発揮させることができる。
【００６０】
（実施の形態５）
図８は、この発明の実施の形態５における半導体装置を示す断面図である。図８を参照して、半導体装置７５は、実施の形態３におけるサブマウント６０と、サブマウント６０に搭載されたレーザーダイオード８とを備える。
【００６１】
はんだ層６ｐとレーザーダイオード８の底面側に形成された電極７ｐとが接続され、はんだ層６ｑとレーザーダイオード８の底面側に形成された電極７ｑとが接続されることによって、サブマウント６０にレーザーダイオード８が搭載されている。
【００６２】
このように構成された半導体装置７５によれば、実施の形態４に記載の効果と同様の効果を奏することができる。
【００６３】
（実施の形態６）
図９は、この発明の実施の形態６における半導体装置を示す断面図である。図９を参照して、半導体装置８０は、実施の形態２におけるサブマウント５５と、サブマウント５５に搭載されたレーザーダイオード８とを備える。
【００６４】
電極４ｐとレーザーダイオード８の底面側に形成された電極７ｐとがＡｕバンプ９ｐを介して接続され、電極４ｑとレーザーダイオード８の底面側に形成された電極７ｑとがＡｕバンプ９ｑを介して接続されることによって、サブマウント５５にレーザーダイオード８が搭載されている。
【００６５】
このように構成された半導体装置８０によれば、実施の形態４に記載の効果と同様の効果を奏することができる。
【００６６】
【実施例】
実施の形態１において図１から図４を用いて説明した製造方法に従ってサブマウントを作製し、そのサブマウントの評価試験を行なった。
【００６７】
図２に示す工程で、銅−タングステン合金（Ｃｕ；１０質量％、Ｗ；９０質量％）からなり、一辺の長さが４０ｍｍの正方形形状を有する厚み１．０ｍｍの複合金属放熱板１を準備した。主表面１ａの表面粗さが所定の値となるように、複合金属放熱板１の研磨を行なった。図３に示す工程で、スパッタリング法を用いて、チタンからなる絶縁膜密着層３を主表面１ａ上に成膜した。絶縁膜密着層３の厚みを０．１μｍとした。スパッタリング法を用いて、絶縁膜密着層３上に二酸化ケイ素または酸化アルミニウムからなる絶縁膜２を所定の厚みで成膜した。
【００６８】
図４に示す工程で、フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程とを順次行なうことによって、絶縁膜密着層３および絶縁膜２をパターニングした。その後、絶縁膜２の頂面２ａの表面粗さを測定した。図１に示す工程で、スパッタリング法を用いて、チタン、白金および金からなる積層膜を絶縁膜２上に成膜した。フォトリソグラフィ工程とリフトオフ工程とを順次行なうことによって、一辺の長さが１．０ｍｍの正方形形状を有する電極４を形成した。
【００６９】
絶縁膜２の頂面２ａの表面粗さＲａおよびＲｚと、絶縁膜２の厚みＴとをかえることによって、製造条件の異なる試料１から５のサブマウントを作製した。また、試料１から５のサブマウントの評価を行なうために、比較用試料１および２を作製した。試料１から５ならびに比較用試料１および２のサブマウントの製造条件を表１にまとめた。
【００７０】
【表１】

【００７１】
表１を参照して、試料１から５のサブマウントを本発明に従ったサブマウントとした。比較用試料１のサブマウントは、絶縁膜２の頂面２ａの表面粗さが本発明で規定する範囲よりも大きい値となっている。また、比較用試料２のサブマウントは、絶縁膜２の厚みＴが本発明で規定する範囲よりも小さい値となっている。
【００７２】
続いて、試料１から５ならびに比較用試料１および２のサブマウントを用いて耐圧試験を行なった。図１０は、サブマウントの耐圧の測定方法を示す断面図である。図１０を参照して、サブマウントを金属板４４の上に載置した。サブマウントに１００（Ｖ）の電圧を印加し、サブマウントの電極４と金属板４４との間の抵抗値を絶縁抵抗計４１によって測定した。抵抗値の測定は３０箇所で行なった。抵抗値の平均が１０^１０（Ω）以上であった場合は「◎」、１０^５（Ω）以上１０^１０（Ω）未満であった場合は「○」、１０^５（Ω）未満であった場合は「×」として、表１に示した。
【００７３】
以上の結果から、本発明によれば、絶縁膜２によって優れた絶縁性を実現できることを確認できた。
【００７４】
試料１から５のサブマウントについて、耐熱試験を行なった。耐熱試験は、サブマウントを温度３５０℃の雰囲気中に３分間保持する工程を１０回繰り返すことによって行なった。その後、４０から４００倍まで拡大可能な顕微鏡でサブマウントの表面を観察した。その結果、全ての試料のサブマウントで表面にクラックが認められなかった。また、耐熱試験を行なった後のサブマウントに上述の耐圧試験を行なったら、抵抗値の低下が１０％以内に収まった。以上の結果から、試料１から５のサブマウントは、耐熱性に関する要求を十分に満たしていることを確認できた。
【００７５】
さらに、絶縁膜２の密着性を確認するために、レーザーダイオードのサブマウントに対する接合強度のテストとして、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３ＣＭＥＴＨＯＤ２０１９．４に基づいたダイシアテストを行なった。図１１は、サブマウントのダイシアテストの方法を示す断面図である。図１１を参照して、サブマウントの電極４上にＡｕＳｎはんだ４７を介してダミーチップ４８を搭載した。サブマウントを固定した状態で、ダミーチップ４８の側面を押圧するようにツール４５を矢印４６に示す方向に移動させた。接合を破断する破断応力は全て３０（ＭＰａ）以上であり、十分に強い密着性であった。以上の結果から、試料１から５のサブマウントは、絶縁膜２の密着性に関する要求を十分に満たしていることを確認できた。
【００７６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明に従えば、高精度なパターニングが可能であるとともに、優れた絶縁性を実現できる絶縁膜を備えるサブマウントおよびそれを用いた半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるサブマウントを示す断面図である。
【図２】図１中に示すサブマウントの製造方法の第１工程を示す断面図である。
【図３】図１中に示すサブマウントの製造方法の第２工程を示す断面図である。
【図４】図１中に示すサブマウントの製造方法の第３工程を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２におけるサブマウントを示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３におけるサブマウントを示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４における半導体装置を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態５における半導体装置を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態６における半導体装置を示す断面図である。
【図１０】サブマウントの耐圧の測定方法を示す断面図である。
【図１１】サブマウントのダイシアテストの方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１複合金属放熱板、１ａ主表面、２絶縁膜、２ａ頂面、３絶縁膜密着層、８レーザーダイオード、５０，５５，６０，６５サブマウント、７０，７５，８０半導体装置。

Claims

主表面を有し、２種以上の金属の複合体または１種以上の金属と１種以上のセラミックスとの複合体からなる導電性のサブマウント基板と、
前記サブマウント基板の前記主表面上に形成された絶縁膜とを備え、
前記絶縁膜の表面粗さＲａおよびＲｚは、Ｒａ＜０．２０μｍおよびＲｚ＜２．０μｍの関係を満たす、サブマウント。
前記絶縁膜の厚みＴは、前記絶縁膜の表面粗さＲａの１０倍以上１０００倍以下であり、前記絶縁膜の表面粗さＲｚの２倍以上１５０倍以下である、請求項１に記載のサブマウント。
前記サブマウント基板は、銅−タングステン、銅−モリブデンおよびＡｌＳｉＣからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項１または２に記載のサブマウント。
前記絶縁膜は、二酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のサブマウント。
前記サブマウント基板と前記絶縁膜との間に形成され、前記絶縁膜に接触する密着膜をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載のサブマウント。
前記密着膜は、チタン、クロム、ニッケル−クロム合金およびタンタルからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項５に記載のサブマウント。
請求項１から６のいずれか１項に記載のサブマウントを用いた半導体装置であって、前記サブマウントに搭載される半導体素子を備える、半導体装置。