JP2907811B1 - 半導体発光素子の実装方法および実装体 - Google Patents

半導体発光素子の実装方法および実装体

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Abstract

【要約】 【課題】 低コストで生産性の高い半導体発光素子の実
装方法および実装体を提供することを目的とする。 【解決手段】 化合物半導体の表面のオーミックコンタ
クト層と、この層上に形成された金層１７から成る電極
を有する半導体発光素子１１を基板１０に実装する半導
体発光素子の実装方法において、半導体発光素子１１を
基板１０のベース電極１２上に導電性樹脂接着剤１４を
介してボンディングし、この導電性樹脂接着剤１４を加
熱により硬化させる。次いで金層１７と基板１０の電極
１２を金ワイヤ２７でワイヤボンディングする前に、加
熱によって金層１７表面に形成された不純物の化合物を
プラズマ処理により除去する。これにより、従来低温で
バッチ処理されていた熱処理を高温短時間でインライン
処理することができるので、タクトタイムを短縮、工程
簡略化により生産性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子を
基板に実装する半導体発光素子の実装方法および実装体
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体発光素子（ＬＥＤ）は、ＧａＡｌ
ＡｓやＧａＰなどの化合物半導体のｎ極側およびＰ極側
のそれぞれの表面に電気的接合を得るためのオーミック
コンタクト層を形成し、これらのオーミックコンタクト
層を介して基板の電極と導通するようになっている。以
下、従来の半導体発光素子について図面を参照して説明
する。図８（ａ），（ｂ）は従来の半導体発光素子の側
断面図であり、図８（ａ）は化合物半導体としてＧａＡ
ｌＡｓを、また図８（ｂ）はＧａＰを用いた例を示して
いる。図８（ａ），（ｂ）に示すように半導体発光素子
１，１’は化合物半導体２，２’のｎ極側に、オーミッ
クコンタクト層４，４’としてそれぞれＡｕ−２．５％
Ｇｅ層、Ａｕ−２．５％Ｂｅ層を形成し、これらのオー
ミックコンタクト層４，４’の表面に実装後のワイヤボ
ンディング時の良好なワイヤ接合性を得るためのＡｕ層
５を形成している。またＰ極側にはオーミックコンタク
ト層であるＰ電極６，６’としてそれぞれＡｕ−５％Ｚ
ｎ層、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ／Ｚｎ合金層が形成されてい
る。
【０００３】これらの半導体発光素子１，１’の基板へ
の実装は、Ｐ電極６，６’を導電性樹脂によって基板の
ベース電極にボンディングすることによって行われる。
そして実装に際しては、導電性樹脂を硬化させるための
熱処理が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記熱処理
の過程において、Ａｕ層５，５’の表面には、オーミッ
クコンタクト層４，４’や、化合物半導体１，１’から
不純物が拡散し、表面に化合物層を形成する。この化合
物層は基板への実装後に行われるワイヤボンディング時
のワイヤ接合性を阻害するものである。このため、従来
の半導体発光素子の実装においては、極力上記の接合阻
害物である化合物を形成させないよう上記Ａｕ層を複数
層としたり、あるいは、熱処理を低温で長時間かけて行
うなど高コストで生産性の低い方法を採用せざるを得な
いという問題点があった。
【０００５】そこで本発明は、低コストで生産性の高い
半導体発光素子の実装方法および実装体を提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の半導体発
光素子の実装方法は、化合物半導体の表面に形成された
オーミックコンタクト層と、このオーミックコンタクト
層の表面に形成された金層から成る電極を有する半導体
発光素子を基板に実装する半導体発光素子の実装方法で
あって、半導体発光素子を基板のベース電極上に導電性
接着剤を介してボンディングする工程と、この導電性接
着剤を加熱により硬化させる工程と、前記加熱によって
前記半導体発光素子の電極の表面に形成された不純物の
化合物をイオンエッチングにより除去する工程と、前記
半導体発光素子の電極と基板のサブ電極を金ワイヤによ
って電気的に接続する工程とを含む。
【０００７】請求項２記載の半導体発光素子の実装方法
は、化合物半導体の表面に形成されたオーミックコンタ
クト層から成る電極を有する半導体発光素子を基板に実
装する半導体発光素子の実装方法であって、半導体発光
素子を基板のベース電極上に導電性接着剤を介してボン
ディングする工程と、この導電性接着剤を加熱により硬
化させる工程と、前記加熱によって前記半導体発光素子
の電極の表面に形成された不純物の化合物をイオンエッ
チングにより除去する工程と、前記半導体発光素子の電
極と基板のサブ電極を金ワイヤによって電気的に接続す
る工程とを含む。
【０００８】請求項３記載の半導体発光素子の実装体
は、化合物半導体の表面に形成されたオーミックコンタ
クト層から成る電極を有する半導体発光素子を基板に実
装して成る半導体発光素子の実装体であって、半導体発
光素子を基板のベース電極上に導電性接着剤を介してボ
ンディングする工程と、この導電性接着剤を加熱により
硬化させる工程と、前記加熱によって前記半導体発光素
子の電極の表面に形成された不純物の化合物をイオンエ
ッチングにより除去する工程と、前記半導体発光素子の
電極と基板のサブ電極を金ワイヤによって電気的に接続
する工程とを含む方法によって形成されている。
【０００９】各請求項記載の発明によれば、導電性樹脂
を硬化させる熱処理での加熱により半導体発光素子の電
極の表面に形成された不純物の化合物をイオンエッチン
グによって除去することにより、実装後のワイヤボンデ
ィング時の金ワイヤとの接合性を向上させることができ
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１（ａ），
（ｂ），（ｃ）、図２（ａ），（ｂ）、図３（ａ），
（ｂ）、図４は本発明の実施の形態１の半導体発光素子
の実装方法の工程説明図、図５は同ＧａＡｌＡｓ半導体
発光素子の金電極表面のオージェ分光分析結果を示すグ
ラフ、図６は同金ワイヤボール接合試験結果を示すグラ
フである。
【００１１】図１〜図４は半導体発光素子の実装方法を
工程順に示すものである。図１（ａ）において基板１０
の表面にはベース電極としてのダイボンディング用の電
極１２およびサブ電極としてのワイヤボンディング用の
電極１３が形成されている。図１（ｂ）に示すように電
極１２上には熱硬化性の導電性樹脂接着剤１４が塗布さ
れる。その後電極１２上には、図１（ｃ）に示すように
半導体発光素子１１がボンディングされ，ｐ極側の電極
１６を電極１２と導通させる。半導体発光素子１１は従
来の半導体発光素子１または１’と同様のものである。
【００１２】この後基板１０は、図２（ａ）に示すよう
に熱処理炉１５中に搬入され、ヒータ１６により加熱さ
れる。この熱処理工程では、例えば加熱温度３２５°Ｃ
にて保持時間５５秒程度の加熱が行われる。これにより
導電性樹脂接着剤１４が熱硬化し、Ｐ極側の電極１６が
電極１２と導通するとともに、半導体発光素子１１は電
極１２に完全に固着される。
【００１３】このとき、図２（ｂ）に示すように、半導
体発光素子のｎ極側電極１７のＡｕ層１７ａ表面には、
化合物層１８が形成されている。化合物層１８は、半導
体発光素子１１のオーミックコンタクト層や化合物半導
体中の成分がＡｕ層１７ａ中の不純物として拡散し、熱
処理工程で加熱されて表面で不純物の化合物を含む層と
して形成されたものである。この化合物は、基板への実
装後に行われるワイヤボンディング時の金ワイヤとの接
合性を阻害する接合阻害物である。
【００１４】そこで、この接合阻害物である化合物層１
８をＡｕ層１７ａの表面から除去する。本実施の形態で
は、除去の方法としてプラズマ処理によるイオンエッチ
ングを利用している。図３（ａ）に示すように、基板１
０はプラズマ処理装置２０の真空チャンバ２１内に搬入
される。電極２３上に基板１０を載置し、蓋部材２２を
閉じた状態で真空排気部２５により真空チャンバ２１内
を真空排気した後、真空チャンバ２１内にはプラズマガ
ス供給部２６よりアルゴンガスなどのプラズマ発生用ガ
スが供給される。
【００１５】そして電極２３に高周波電源２４を駆動し
て高周波電圧を印加することにより、真空チャンバ２１
内にはプラズマが発生する。この結果発生したアルゴン
イオンや電子が基板１０上に衝突することにより、図３
（ｂ）に示すように、アルゴンイオンなどのエッチング
効果によってＡｕ層１７ａの表面の化合物層１８が除去
される。このとき、電極１３の表面層の汚染物も同時に
除去される。
【００１６】この後、基板１０はワイヤボンディング工
程に送られ、図４に示すようにｎ電極側のＡｕ層１７ａ
と、電極１３とを金ワイヤ２７によって電気的に接続す
る。このとき、Ａｕ層１７ａおよび電極１３の表面は前
工程でプラズマ処理が行われ、表面の接合阻害物が除去
されているので、金ワイヤ２７はＡｕ層１７ａおよび電
極１３に良好にボンディングされる。
【００１７】ここで図５、図６を参照して前述のプラズ
マ処理による金ワイヤの接合性向上効果について実験デ
ータに則して説明する。図５は、化合物半導体としてＧ
ａＡｌＡｓを用いた半導体発光素子のＡｕ層１７ａ表面
のＧａ濃度をオージェ分光分析により求めたものであ
る。図５に示すように、接着剤硬化のための熱処理を行
わない未処理ものでは、Ｇａ濃度はきわめて低いが、熱
処理を行った後にはＧａ濃度は大きく上昇する。しかし
この後前述のプラズマ処理を行うことにより、上昇した
Ｇａ濃度は未処理の状態と同等レベルまで低下すること
がわかる。
【００１８】図６は、図５に示すＡｕ層１７ａ表面のそ
れぞれの状態において、Ａｕ層１７ａに金ワイヤのボン
ディングを行い、ボンディング時に形成されるボール
（図４参照）とＡｕ層１７ａの接合強度を測定した結果
を示すものである。図５、図６から明らかなように、接
合強度は上述のＧａ濃度に大きく依存していることがわ
かる。すなわち、接着剤硬化のための熱処理を行わない
未処理のもので、Ｇａ濃度が低い状態では良好な接合強
度を示しているが、熱処理を行った後の、Ｇａ濃度が上
昇した状態では接合強度は大きく低下している。そし
て、熱処理後にプラズマ処理を行ってＧａ濃度を低下さ
せた状態では、再び良好な接合強度を示している。
【００１９】このように、半導体発光素子のｎ極側の電
極にワイヤボンディングを行う半導体発光素子の実装方
法において、熱処理工程で化合物半導体中の成分が電極
表面のＡｕ層中に拡散し、表面で化合物層となった接合
阻害物を除去することにより、十分な接合強度を確保し
て良好なワイヤボンディングを行うことができる。この
とき、接着剤硬化のための熱処理を高温・短時間の条件
でインラインで行うことができるので、従来の方法で用
いられていた低温・長時間のバッチ処理による方法と比
較し、タクトタイムの短縮および工程の簡略化が可能と
なり、これによって生産性を大幅に向上させることがで
きる。
【００２０】（実施の形態２）図７は本発明の実施の形
態２の半導体発光素子の実装体の側面図である。図７に
示す半導体発光素子１１’は、実施の形態１における半
導体発光素子１１のｎ電極１７側のオーミックコンタク
ト層に形成されるＡｕ層を省いたものである。この点以
外については、基板１０への実装工程を含めて実施の形
態１と同様である。すなわち半導体発光素子１１’を電
極１２上に導電性樹脂接着剤１４によってボンディング
し、接着剤硬化のための熱処理を行った後にプラズマ処
理を行い、その後にｎ電極１７’と電極１３を金ワイヤ
２７によるワイヤボンディングで電気的に接続したもの
である。
【００２１】このようにして形成された上記実装体の金
ワイヤ２７の接合強度について、図５および図６の実験
データを参照して説明する。図５に□印で示すデータ
は、上述のようにｎ極側の電極１７’上のＡｕ層を省い
たものに、接着剤硬化の熱処理を行い、その後プラズマ
処理を行った状態でのｎ極側の電極表面のＧａ濃度であ
る。図５で明らかなように、プラズマ処理を行うことに
より、○印で示す実施の形態１のプラズマ処理後のもの
と同等レベルのＧａ濃度を得ている。この結果と符合し
て、図６に□印で示す接合強度は、実施の形態１の例よ
りは幾分低いものの、実用上十分な接合強度を有してい
る。
【００２２】このように、熱処理後にプラズマ処理を行
うことにより、従来ワイヤボンディング時の接合性を向
上させるために設けられていたｎ極側電極のＡｕ層を省
いて、オーミックコンタクト層に直接金ワイヤをボンデ
ィングしても、実用上十分な接合強度を確保することが
でき、高価なＡｕ材料の使用量を削減して低コストの半
導体発光素子の実装体を実現することができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、導電性樹脂を硬化させ
る熱処理での加熱により半導体発光素子の電極の表面に
形成された不純物の化合物をイオンエッチングによって
除去することにより、実装後のワイヤボンディング時の
金ワイヤとの接合性を向上させることができる。これに
より、熱処理工程を高温・短時間で行うことが可能とな
り、タクトタイムの短縮、工程簡略化によって生産性を
向上させることができる。さらに、接合性向上のために
設けられていたＡｕ層を省くことも可能となるので、高
価格のＡｕ材料を削減して半導体発光素子の低コスト化
を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１の半導体発光素子
の実装方法の工程説明図 （ｂ）本発明の実施の形態１の半導体発光素子の実装方
法の工程説明図 （ｃ）本発明の実施の形態１の半導体発光素子の実装方
法の工程説明図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１の半導体発光素子
の実装方法の工程説明図 （ｂ）本発明の実施の形態１の半導体発光素子の実装方
法の工程説明図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１の半導体発光素子
の実装方法の工程説明図 （ｂ）本発明の実施の形態１の半導体発光素子の実装方
法の工程説明図
【図４】本発明の実施の形態１の半導体発光素子の実装
方法の工程説明図
【図５】本発明の実施の形態１のＧａＡｌＡｓ半導体発
光素子の金電極表面のオージェ分光分析結果を示すグラ
フ
【図６】本発明の実施の形態１の金ワイヤボール接合試
験結果を示すグラフ
【図７】本発明の実施の形態２の半導体発光素子の実装
体の側面図
【図８】（ａ）従来の半導体発光素子の側断面図 （ｂ）従来の半導体発光素子の側断面図
【符号の説明】
１０ 基板 １１ 半導体発光素子 １２、１３ 電極 １４ 導電性樹脂接着剤 １７ 電極 １７ａ Ａｕ層 １８ 化合物層 ２０ プラズマ処理装置 ２７ 金ワイヤ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】化合物半導体の表面に形成されたオーミッ
    クコンタクト層と、このオーミックコンタクト層の表面
    に形成された金層から成る電極を有する半導体発光素子
    を基板に実装する半導体発光素子の実装方法であって、
    半導体発光素子を基板のベース電極上に導電性接着剤を
    介してボンディングする工程と、この導電性接着剤を加
    熱により硬化させる工程と、前記加熱によって前記半導
    体発光素子の電極の表面に形成された不純物の化合物を
    イオンエッチングにより除去する工程と、前記半導体発
    光素子の電極と基板のサブ電極を金ワイヤによって電気
    的に接続する工程とを含むことを特徴とする半導体発光
    素子の実装方法。
  2. 【請求項２】化合物半導体の表面に形成されたオーミッ
    クコンタクト層から成る電極を有する半導体発光素子を
    基板に実装する半導体発光素子の実装方法であって、半
    導体発光素子を基板のベース電極上に導電性接着剤を介
    してボンディングする工程と、この導電性接着剤を加熱
    により硬化させる工程と、前記加熱によって前記半導体
    発光素子の電極の表面に形成された不純物の化合物をイ
    オンエッチングにより除去する工程と、前記半導体発光
    素子の電極と基板のサブ電極を金ワイヤによって電気的
    に接続する工程とを含むことを特徴とする半導体発光素
    子の実装方法。
  3. 【請求項３】化合物半導体の表面に形成されたオーミッ
    クコンタクト層から成る電極を有する半導体発光素子を
    基板に実装して成る半導体発光素子の実装体であって、
    半導体発光素子を基板のベース電極上に導電性接着剤を
    介してボンディングする工程と、この導電性接着剤を加
    熱により硬化させる工程と、前記加熱によって前記半導
    体発光素子の電極の表面に形成された不純物の化合物を
    イオンエッチングにより除去する工程と、前記半導体発
    光素子の電極と基板のサブ電極を金ワイヤによって電気
    的に接続する工程とを含む方法によって形成されている
    ことを特徴とする半導体発光素子の実装体。
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