WO2004107438A1

WO2004107438A1 - サブマウントおよびそれを用いた半導体装置

Info

Publication number: WO2004107438A1
Application number: PCT/JP2004/005955
Authority: WO
Inventors: Teruo Amoh; Takashi Ishii; Kenjiro Higaki; Yasushi Tsuzuki
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2005-11-29
Also published as: JP2004356429A

Abstract

　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。　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。

Description

明細書

サブマウントおよびそれを用いた半導体装置技術分野

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。

背景技術

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（A 1 N) や炭化ケィ素（S i C ) 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（G a N) やガリウム砒素（G a A s ) 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）に若千のずれがある。たとえば、窒化アルミニウムおよび炭化ケィ素の熱膨張係数が、 3〜 5 X 1 0 "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、半尊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。

そこで、銅—タングステン（C u W) 合金または複合体（以後、合金と略す）や、銅一モリブデン（C u M o ) 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、半尊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一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。

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、形成する回路パタニ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。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— 3 2 6 7 4 3号公報、および特開昭 6 0 - 1 2 8 6 9 7号公報に開示されている。これらの公報には、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。

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、導電性基板上に絶緣膜を設けている。しかし、その絶緣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。これによつて、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。

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夕一ニングできる必要がある。しかし、特開平 5— 3 2 6 7 4 3号公報、および特開昭 6 0 - 1 2 8 6 9 7号公報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一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。

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、高精度なパタ一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ゥ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。発明の開示

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。 -絶緣膜の表面粗さ R aおよび R zは、； aく 0 . 2 0 01ぉょび尺2く2 . 0 n mの関係を満たす。表面粗さ R aとは、 J I S B 0 6 0 1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 R zとは、 J I S B 0 6 0 1で規定されている十点平均粗さのことである。

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 R aが 0 . 2 0 m以上または R zが 2 . 0 x m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つ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。

また、絶縁膜の表面粗さ R aが 0 . 2 0 m以上または R zが 2 . 0 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つたり等する場合は、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つ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。

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 R aおよび R zは、 R a < 0 . 1 0 111ぉょび尺2く1 . 0 a mの関係を満たすことが好ましい。

また好ましくは、絶縁膜の厚み Tは、絶縁膜の表面粗さ R aの 1 0倍以上 1 0 0 0倍以下である。絶縁膜の厚み Tは、絶縁膜の表面粗さ R zの 2倍以上 1 5 0 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。

つまり、絶縁膜の厚み Tを、絶縁膜の表面粗さ R aの 1 0倍以上、絶縁膜の表面粗さ R z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 R aの 1 0 0 0倍以下、絶縁膜の表面粗さ R z の 1 5 0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。

また好ましくは、サブマウント基板は、銅—タングステン（C u W) 合金、銅一モリブデン（C u M o ) 合金および A 1 S i C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、サブマウン卜に窒化ガリゥムゃガリゥ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。

また好ましくは、絶縁膜は、二酸化ケイ素（S i〇₂) 、酸化タンタル（T a ₂0 ₅) 、酸化アルミニウム（A 1 ₂0₃) および窒化アルミニウム（A 1 N) 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、安価に形成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。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、絶縁膜に接蝕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。

また好ましくは、密着膜は、チタン（T i ) 、クロム（C r ) 、ニッケル（N i ) —クロム（C r ) 合金およびタンタル（T a ) 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。

この発明に従つた半導体装置は、上述のいずれがに記載のサブマウントを用いた半尊体装置である。半尊体装置は、サブマウントに搭載される半尊体素子を備える。半尊体素子の材料としては、たとえば、 G a A s系、 G a N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。図面の簡単な説明

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 2は、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は、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は、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 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 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 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 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 1 0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 1 1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。発明を実施するための最良の形態 .

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。

(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 5 0は、主表面 1 aを有する複合金属放熱板 1 と、主表面 1 a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 2 aを有する絶縁膜 2と、頂面 2 a上に形成された電極 4 mと、絶縁膜密着層 3、絶縁膜 2および電極 4 mとは別に主表面 1 a上に形成された電極 4 n とを備える。絶緣膜 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 4 nとは、絶縁膜 2によって電気的に絶縁している。

複合金属放熱板 1は、銅—タングステン（CuW) 合金または銅一モリブデン (C uMo) 合金から形成されている。'また、複合金属放熱板 1は、 Al S i C 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鑌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（T i) 、白金（P t) 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。

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 5 0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に窒化ガリゥムゃガリゥ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、 1 0 X 1 0—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. 0X 10— ⁶ (/K) 以上 7. 0 X 1 0—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。

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 ( /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 5 0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。

絶縁膜密着層 3は、チタン（T i) 、クロム（Cr) 、ニッケル一クロム合金 (N i Cr) 、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. 01 m以上 1. 0 m以下の厚み、たとえば、 0. 1 i^m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。絶縁膜 2は、二酸化ケイ素（S i 0₂) 、酸化タンタル（Ta₂0₅) お^び酸化アルミニウム（A 1₂0₃) などの酸化物単層膜、窒化アルミニウム (A1N) 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。

絶縁膜 2の頂面 2 aの表面粗さ R a (算術平均粗さ）は、 Raく 0. 20 / m の関係を満たす。絶縁膜 2の頂面 2 aの表面粗さ Rz (十点平均粗さ）は、 Rz <2. 0 /mの関係を満たす。絶縁膜 2の頂面 2 aの表面粗さ R aは、 Raく 0. 05 の関係を満たすことが好ましい。絶縁膜 2の頂面 2 aの表面粗さ R zは、 Rz<0. 5 mの関係を満たすことが好ましい。

絶縁膜 2の頂面 2 aの表面粗さが上述の関係を満たすために、主表面 1 aの表面粗さ Ra (算術平均粗さ）は、 Raく 0. 10 mの関係を満たすことが好ましい。主表面 l aの表面粗さ Rz (十点平均粗さ）は、 Rz<l. 0 mの関係を満たすことが好ましい。主表面 1 aの表面粗さ R aは、 Ra<0. 03 mの関係を満たすことがさらに好ましい。主表面 1 aの表面粗さ Rzは、 Rz<0. 3 mの関係を満たすことがさらに好ましい。

絶縁膜 2の厚み Tは、頂面 2 aの表面粗さ R aの 10倍以上 1000倍以下であり、頂面 2 a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 2 aの表面粗さ R aの 50倍以上 500倍以下であり、頂面 2 a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レ^ 絶縁膜 2は、たとえば、 5. 0 mの厚みで形成されている。

電極 4mおよび 4 nは、下から順に、チタン（T i ) 層、白金（P t) 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。 T i層、 P t層および Au層は、たとえば、 0. 1 ΠΙ、 0. 2 mおよび 0. 6 mの厚みで形成されている。

電極 4mおよび 4 nの T i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。 T i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 4 n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（C r) 、二ッケルークロム合金（N i C r) 、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。

電極 4mおよび 4 nの P t層は、 T i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、パラジゥム（P d) 、ニッケル—クロム合金（N i C r) 、タングステンチタニウム (T i W) 、ニッケル（N i) 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 4 n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（A 1) 、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。

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 1 a上に直接絶緣膜 2が形成されていても良い。

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。

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。銅一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。

また、 A 1 S i C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 50 m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。 . '

次に、複合金属放熱板 1の主表面 1 a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（CM P ； Chemical Mechanic al Pol i shing) を用いても構わない。この際、主表面 1 aの表面粗さ R aおよび R zが、 R a < 0 . 1 0 mおよび R ζ < 1 . 0 mの関係を満たすように主表面 1 aの研磨を行なうことが好ましい。

図 3を参照して、主表面 1 a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夕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。

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、通常めつきと下地との密着性を向上させるためにシンタエ程を行なう。このシン夕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にピンホ一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、パ夕 ―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。

次に、絶縁膜密着層 3上に絶縁膜 2を成膜する。成膜された絶緣膜 2の頂面 2 aの表面粗さ R aおよび R zは、 R aく 0 . 2 0 ΑΠΉおよび R zく 2 . 0 z m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 R aの 1 0倍以上 1 0 0 0倍以下となり、絶縁膜 2の表面粗さ R zの 2倍以上 1 5 0倍以下となるように絶緣膜 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の成膜を行なうことができる。

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つて、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夕一ニングする。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ツチングなどの方法を採ることができる。

図 1を参照して、絶縁膜 2の頂面 2 a上および複.合金属放熱板 1の主表面 1 a 上に、所定のパターン形状を有する電極 4 mおよび 4 nを形成する。以上に説明した工程によってサブマウント 5 0が完成する。このように構成されたサブマウント 5 0によれば、絶縁膜 2の頂面 2 aの表面粗さが所定の値より小さくなつている。このため、その絶縁膜 2が形成された複合金属放熱板 Iの主表面 I a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 I a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 2 a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。

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、絶緣性を得たうえ 1iで、必要以上に大きい厚みで形成されて o.

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一二ングすることができる。

(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 5 5は、主表面 1 aを有する複合金属放熱板 1 と、主表面 1 a上に形成された電極 4 qと、電極 4 Q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 2 aを有する絶縁膜 2と、頂面 2 a 上に形成された電極 4 pとを備える。

電極 4 Qは、主表面 1 a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 2 a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 5 0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。

(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 6 0は、実施の形態 2におけるサブマウント 5 5に、はんだパリア層 5 ρおよび 5 と、はんだ層 6 ρおよび 6 Q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。

はんだパリア層 5 ρは、電極 4 ρの幅よりも小さい幅で形成されている。.はんだパリア層 5 Qは、絶縁膜密着層 3とは別に電極 4 qの頂面上に形成されている。はんだパリア層 5 pおよび 5 Qの材料としては、たとえば、白金（P t ) 、ニッケル一クロム合金（N i C r) およびニッケル（N i) などを用いることができる。はんだパリア層 5 pおよび 5 Qは、たとえば、 0. 2 m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。

はんだバリア層 5 p上には、はんだパリア層 5 pとほぼ同じ幅ではんだ層 6 p が形成されている。はんだパリア層 5 Q上には、はんだバリア層 5 Qとほぼ同じ幅ではんだ層 6 Qが形成されている。はんだ層 6 pおよび 6 Qの材料としては、たとえば、錫（S n) 系はんだ、インジウム（ I n) 系はんだ、金錫（Au S n) 系はんだ、金ゲルマニウム（AuGe) 系はんだ、鉛錫（Pb S n) 系はんだ、インジウム錫（I nS n) 系はんだ、および銀錫（AgS n) 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。

なお、はんだ層 6 pおよび 6 qとして金錫（Au S n) 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。

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。

(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に搭載されたレ一ザ一ダイオード 8とを備える。

サブマウント 65は、主表面 1 aを有する複合金属放熱板 1と、主表面 l a上に下から順に形成された絶縁膜密着層 3、頂面 2 aを有する絶縁膜 2、電極 4、はんだパリア層 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 2 a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。はんだ層 6とレーザーダイォード 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にレーザ一ダイオード 8が搭載されている。レ—ザ—ダイォード 8および電極 4の頂面側からボンディングワイヤ 8 bが延びており、ボンディングワイヤ 8 bはサブマウント 6 5上の所定の位置または外部電極に接続されている。

この発明の実施の形態 4に従った半導体装置 7 0は、サブマウント 6 5を用いた半導体装置である。半導体装置 7 0は、サブマウント 6 5に搭載される半導体素子としてのレーザ一ダイオード 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ォード 8を用いたが、発光ダイォ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。

このように構成された半導体装置 7 0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 6 5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、レーザ一ダイォ一ド 8の特性を十分に発揮させることができる。

(実施の形態 5 )

図 8は、この発明の実施の形態 5における半尊体装置を示す断面図である。図 8を参照して、半導体装置 7 5は、実施の形態 3におけるサブマウント 6 0と、サブマウント 6 0に搭載されたレーザーダイォード 8とを備える。

はんだ層 6 pとレーザ一ダイォ一ド 8の底面側に形成された電極 7 pとが接続され、はんだ層 6 Qとレーザ一ダイオード 8の底面側に形成された電極 7 qとが接続されることによって、サブマウント 6 0にレーザーダイォード 8が搭載されている。

このように構成された半導体装置 7 5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。

(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 8 0は、実施の形態 2におけるサブマウント 5 5と、サブマウント 5 5に搭載されたレーザーダイオード 8とを備える。

電極 4 pとレーザーダイオード 8の底面側に形成された電極 7 pとが A uバンプ 9 pを介して接続され、電極 4 Qとレーザーダイォード 8の底面側に形成された電極 7 Qとが A uバンプ 9 Qを介して接続されることによって、サブマウント 5 5にレ一ザ一ダイオード 8が搭載されている。

このように構成された半導体装置 8 0によれば、実施の形態 4に記載の劲果と同様の効果を奏することができる。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ゥントを作製し、そのサブマウントの評価試験を行なつた。

図 2に示す工程で、銅一タングステン合金（C u ； 1 0質量％、 W； 9 0質量％) からなり、一辺の長さが 4 0 mmの正方形形状を有する厚み 1 . 0 mmの複合金属放熱板 1を準備した。主表面 1 a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 1 a上に成膜した。絶縁膜密着層 3の厚みを 0 . 1 imとした。スパッタリング法を用いて、絶縁膜密着層 3上に二酸化ケィ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。

図 4に示す工程で、フォトリソグラフイエ程とドライエツ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 2 a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。フォトリソグラフイエ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 . 0 mmの正方形形状を有する電極 4を形成した。

絶縁膜 2の頂面 2 aの表面粗さ R aおよび R z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。

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 2 a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。

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箇所で行なつた。抵抗値の平均が 10^1Q (Ω) 以上であった場合は「◎」、 10⁵ (Ω) 以上 1 0¹⁰ (Ω) 未満であった場合は「〇」、 10⁵ (Ω) 未満であった場合は「X」として、表 1に示した。

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。

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°C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ゥ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。

さらに、絶縁膜 2の密着性を確認するために、レーザ一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、 M I L— STD— 883 C METHO D 20 19. 4に基づいたダイシアテストを行なった。図 1 1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 1 1を参照して、サブマウントの電極 4上に Au S nはんだ 47を介してダミーチップ 48を搭載した。サブマゥ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 4 6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 3 0 (M P a ) 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。

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。産業上の利用可能性

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。

Claims

請求の範囲

1. 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ゥント基板と、

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 R aおよび R zは、 Ra<0. 20 111ぉょび1^ 2 < 2. 0 xmの関係を満たす、サブマウント。

2. 前記絶縁膜の厚み Tは、前記絶縁膜の表面粗さ R a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 1 50倍以下である、請求項 1に記載のサブマウント。

3. 前記サブマウント基板は、銅—タングステン、銅一モリブデンおよび A 1 S i C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。

4. 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。

5. 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卜。

6. 前記密着膜は、チタン、クロム、ニッケル一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。

7. 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。