JPH063815B2 - 光半導体素子用サブマウント - Google Patents

光半導体素子用サブマウント

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JPH063815B2
JPH063815B2 JP58180239A JP18023983A JPH063815B2 JP H063815 B2 JPH063815 B2 JP H063815B2 JP 58180239 A JP58180239 A JP 58180239A JP 18023983 A JP18023983 A JP 18023983A JP H063815 B2 JPH063815 B2 JP H063815B2
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solder
semiconductor device
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正秀 徳田
邦典 今井
賢一 水石
勝昭 千葉
正道 小林
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、光半導体素子のチップの実装に使用するサブ
マウントの構造に関するものである。
〔発明の背景〕 従来、光半導体素子、特にレーザダイオードなどにおい
ては、金属やＳｉあるいは高熱伝導性絶縁材料から成る
サブマウントと称する小片に半導体チップをボンディン
グしたのち、ステムに実装するという手法が一般に用い
られている。このうち、高熱伝導性絶縁基板を用いたサ
ブマウントでは、ダイボンドされたチップの下面の電極
を、サブマウントの表面メタライズ層を介して外部に接
続する必要があるので、通常、第１図（断面図）に示す
構造が採用されていた（特願昭５８−４０６８１）。す
なわち、高熱伝導性絶縁基板（ＩＩ−Ａ型ダイヤモン
ド、酸化ベリリウム〔ベリリア〕、高熱伝導性ＳｉＣセ
ラミックなど）１上に、蒸着、スパッタなどの方法によ
ってメタライズした多層膜配線層（通常、最上層はＡ
ｕ）２が形成されている。配線層２は、必要ならばパタ
ーンニングを施す。また、ソルダ層４と配線層２との反
応を防止するためのバリヤ層３が配線層２上に部分的に
設けられている。
光半導体チップ（例えばレーザダイオードチップ）５を
実装するには、まず、ソルダ層４を溶融させてチップ５
をサブマウントにダイボンドしたのち、サブマウントを
金属製の放熱体７にソルダ８によりハンダ付けする（サ
ブマウントの裏面には、予めメタライズ層６が設けられ
ている。）。次に、チップ５の上面電極９とサブマウン
ト上の配線層２に、Ａｕ線１０，１１をワイヤボンディ
ングして組立てを完了するものである。
ここで、バリヤの材料には、ＭｏやＷなど、ソルダとの
濡れ性の悪い材料が用いられていた。このため、ソルダ
２４と接するバリヤ最上層には、第２図に示すようにソ
ルダとの濡れ性に優れるＡｕやＡｇなどからなるソルダ
下地層２５を設け、かつ、バリヤ本体層（Ｍｏ，Ｗな
ど）２３とソルダ下地層２５との間に、両者の混合層２
６を設けることにより密着性を高めていた。
このサブマウントにおいては、バリヤ層に対するソルダ
の濡れ性やバリヤ層のバリヤ性が優れているが、高温高
湿下でバリヤ層（ＭｏやＷ）の露出面が酸化するので、
長期的な信頼性に乏しく、また製造工程が複雑になるな
どの欠点をもっていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記の欠点を排除し、高温高湿にも耐
え得る。光半導体素子用サブマウントを提供することに
ある。
〔発明の背景〕
上記目的を達成するために、本発明では、配線層上に設
けるバリヤ層をＰｔで構成したことを特徴としている。
これにより、バリヤ層の耐湿性は大幅に改善される。ま
た、Ｐｔはソルダに対して適度の濡れ性をもつので、ソ
ルダ層の下地として必ずしもＡｕ層を設ける必要がな
い。また、パタンニングされたソルダ層が溶融した時の
横方向のソルダのしみ出しも僅かであるので、バリヤ層
を部分的に限定して設ける必要もない。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。第３
図，第４図は、本発明の一実施例を説明するための断面
図である（実施例１）。
まず、高熱伝導性ＳｉＣセラミック基板３１の裏面に、
基板を４００〜５００℃に加熱しながらＴｉ層３２を膜
厚約１０００Å、Ｎｉ層３３を膜厚約４０００Å真空蒸
着し、次いで、基板温度約２００℃においてＡｕ層３４
を約２０００Å真空蒸着して裏面メタライズ層４０を形
成した。
次に、基板を３００℃に加熱しながら基板表面にＴｉ層
３５（膜厚約１０００Å）、Ｐｔ層３６（膜厚約３００
０Å）、次いで基板温度約２００℃でＡｕ層３７（約１
μｍ）を真空蒸着して配線層４１を形成し、さらに続け
てＴｉ層３８（膜厚約１０００Å）、Ｐｔバリヤ本体層
３９（膜厚約４０００Å）を順次蒸着してバリヤ層４２
を形成した。
ここで配線層４１にＴｉ層３５とＰｔ層３６を設けてい
るのは、Ａｕ層３７の基板３１への悪影響を防ぐためで
ある。また、バリヤ層４２のＰｔ層３９はソルダの配線
層への侵入を防ぐためのものであるが、さらにＴｉ層３
８を設けることによってソルダの配線層への侵入阻止を
一層確実なものとすることができる。
次に、蒸着層全面に厚さ３〜５μｍのポジ型ホトレジス
ト膜を塗布し、ホトレジスト技術によりソルダ層の形状
（例えば４００μｍ×５００μｍ）の窓をレジスト層４
３に設けた。次いで、レジスト膜が被着した状態でこの
面にＰｂ−Ｓｎソルダ４４を厚さ２〜４μｍ真空蒸着し
た。次いで、ポジレジスト膜を溶解しうる有機溶剤（例
えばアセトン）中に試料を浸漬し、超音波振動を溶剤に
加えてレジスト膜を溶解除去することにより、レジスト
膜上のＰｂ−Ｓｎソルダ層を除去する、いわゆる「リフ
トオフ法」により第４図に示すようなソルダ層５２を選
択的に形成した。
ソルダ層の組成比については、ソルダ層上に実装するチ
ップの構造や実装作業温度などを考慮して自由に調整す
ればよい。一例を挙げればＰｂ４０wt.％，Ｓｎ６０wt.
％である。
最後に、第４図に示すように、ソルダ層のパタンニング
ピッチにしたがって熱伝導性ＳｉＣセラミック基板３１
を切断し、例えば、横約1.５mm、縦約1.２mmの大きさの
サブマウント５０を製作した。
次に、サブマウント５０のソルダ層５２上に半導体レー
ザチップ５３のダイボンドしたのち、サブマウント５０
を放熱体５６にソルダ５５を用いてハンダ付けした。次
いで、チップ５３上の上部電極５４にＡｕ線５５を超音
波ボンディングし、また、下地に配線層４１をもつバリ
ヤ層（Ｔｉ／Ｐｔ）４２上にＡｕ線５７を超音波ボンデ
ィングしてチップ下部電極を外部に接続した。
以上述べた実施例によるサブマウントは、従来品に比べ
て構造、特にバリヤ層の構成が著しく簡素化されてお
り、製造工数が大幅に低減されている。例えば、パタン
ニングのためのホトレジスト工程を３工程から１工程
に、蒸着工程を４工程から３工程に低減することができ
た。
また、バリヤ本体層にＰｔを用いているので、きわめて
安定したソルダ濡れ性を得ることができた。さらに、チ
ップ実装後の高温高湿保管テストにおいても、従来品に
みられたバリヤ層の酸化という問題を完全に解消するこ
とができた。
第５図は本発明の他の実施例を示す断面である（実施例
２）。
本実施例は、チップ下部電極を取出すための専用のボン
ディングパッドを設けたことを特徴とする。
まず、高熱伝導性ＳｉＣセラミック基板６１の裏面に、
実施例１と同様のメタライズ層６２を設ける。次いで、
実施例１と同様の手法により基板表面に配線層６３とバ
リヤ層（Ｔｉ／Ｐｔ）６４を被着し、さらに連続してＡ
ｕを厚さ約７０００Å被着した。次いで、ホトレジスト
技術を用いて最上層のＡｕを選択エッチしてボンディン
グパド６５を形成した。
さらに、実施例１と同様のリフトオフ法を用いてバリヤ
層（Ｔｉ／Ｐｔ）６４上にＰｂ−Ｓｎソルダ層６６を選
択的に形成した。
なお、最上層のＡｕ層を除去したＰｔバリヤ露出面に、
特別な前処理を施さずにＰｂ−Ｓｎソルダ層を蒸着した
場合には、Ｐｔ層に対するソルダ層の濡れ性が必ずしも
充分でない場合がある。この原因を種々検討した結果、
Ａｕ層の化学エッチにより露出したＰｔ表面には、酸化
によるものと思われる変成層が存在することがわかっ
た。
このため、Ｐｂ−Ｓｎソルダの蒸着時には、Ｐｔ表面の
変成層を除去するための前処理を実施している。その前
処理の一例として、布フッ化水素酸水溶液、またはフッ
化水素酸とフッ化アンモニウムとの混合水溶液、などに
３０秒から数分間浸漬後、水洗・乾燥するという手法を
挙げることができる。
本実施例によるサブマウントは、比較的厚いＡｕ層から
なる専用のボンディングパッドを有するので、実装チッ
プの下部電極を取出す際のワイヤボンディング作業条件
を緩和できる利点を有する。すなわち、低温・低荷重の
条件下でも充分な強さをもつボンディングを行うことが
可能であり、また、超音波を印加しない熱圧着方式によ
るボンディングも可能である。
以上の説明では、サブマウントを構成する基板材料とし
て高熱伝導性ＳｉＣセラミック基板を用いた例を挙げた
が、II−Ａ型ダイヤモンドやベリリアなどの高熱伝導性
絶縁物基板も使用できる。さらに、微少な電力しか消費
しない光半導体チップを実装する場合には、必ずしも高
熱伝導性が必要ではなく、アルミナのような通常のセラ
ミック基板を用いることも可能である。
また、エッチングにより露出させたＰｔ面の変成層を除
去するには、実施例２で述べた方法以外に、イオンエッ
チング、プラズマクリーニングなどの手法により物理的
に変成層を除去する方法を適用することも可能である。
また、配線層およびバリヤ層に用いているＴｉ層は、下
地との密着性を確保するためのコンタクトメタルであ
り、Ｔｉの代りにＣｒを用いてもよい。
さらに、ソルダ層を選択的に形成する手段をしては、リ
フトオフ法以外に、蒸着マスクを用いた選択蒸着法や、
選択メッキ法なども利用できる。
また、以上の実施例では、１個のソルダパタン層と１個
のボンディングパッド層をもつサブマウントについて説
明したが、複数個のソルダパタン層と複数個のボンデイ
ングパッドを設けることも充分可能である。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、本発明によれば、高温高湿にも耐
え得る光半導体用サブマウントが実現でき、実用に供し
てその効果は著しい。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のサブマウントを用いて実装した光半導体
素子の断面図、第２図は従来のサブマウントのバリヤ層
付近の拡大断面図、第３図は本発明の一実施例を示す断
面図、第４図は第３図に示すサブマウントを用いて実装
した光半導体素子の断面図、第５図は本発明の他の実施
例を示す断面図、である。 ３１…高熱伝導性ＳｉＣセラミック基板、３５…Ｔｉ
層、３６…Ｐｔ層、３７…Ａｕ層、３８…Ｔｉ層、３９
…Ｐｔ層、４０…裏面メタライズ層、５２…ソルダ層、
６３…配線層、６４…バリヤ層、６５…ボンディングパ
ッド、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水石 賢一 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 千葉 勝昭 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 小林 正道 群馬県高崎市西横手町111番地 株式会社 日立製作所高崎工場内 (56)参考文献 特開 昭57−112085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−15446（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光半導体素子のチップを実装するためのサ
    ブマウントにおいて、高熱伝導性電気絶縁材料でサブマ
    ウント基体を構成し、かつ、サブマウント基体の主面に
    第１層ＴｉまたはＣｒ、第２層Ｐｔ、第３層Ａｕからな
    る多層膜で配線用導体層を形成し、さらにその上に第１
    層ＴｉまたはＣｒ、第２層Ｐｔからなる拡散バリヤ層を
    設け、さらにその上にパタンニングされた複数個のソル
    ダ層を選択的に設けたことを特徴とする光半導体素子用
    サブマウント。
  2. 【請求項２】前記拡散バリヤ層上の一部分に、Ａｕ層か
    らなるワイヤボンディングパッドを設けたことを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の光半導体素子用サブマ
    ウント。
  3. 【請求項３】前記サブマウントの基体材料が高熱伝導性
    ＳｉＣセラミック（ＳｉＣにＢｅＯを添加した焼結体）
    であることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
    ２項記載の光半導体素子用サブマウント。
  4. 【請求項４】前記ソルダ層がＰｂとＳｎの合金で構成さ
    れたことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の光半
    導体素子用サブマウント。
  5. 【請求項５】前記サブマウント基体の裏面に第１層Ｔｉ
    またはＣｒ、第２層Ｎｉ、第３層Ａｕからなる多層膜を
    設けたことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の光
    半導体素子用サブマウント。
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