(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ独立して、チタン、白金、金およびルテニウムからなる群から選択される金属を少なくとも１種有する第１の下地層を基体の表面に形成し、第１の銀層を前記第１の下地層の表面に形成する工程と、
それぞれ独立して、チタン、白金、金およびルテニウムからなる群から選択される金属を少なくとも１種有する第２の下地層を半導体素子の表面に形成し、第２の銀層を前記第２の下地層の表面に形成する工程と、
前記第１の銀層と、前記第２の銀層とを接触するように配置する工程と、
配置された前記基体と前記半導体素子とに１５０℃〜９００℃の温度を加え、前記第１の銀層と、前記第２の銀層とを接合する工程と、を含み、
前記第２の下地層を前記半導体素子の表面に形成する前に、
前記第２の下地層と前記半導体素子との間に、第２のバリア層をさらに配置する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
それぞれ独立して、チタン、白金、金およびルテニウムからなる群から選択される金属を少なくとも１種有する第１の下地層を基体の表面に形成し、第１の銀層を前記第１の下地層の表面に形成する工程と、
それぞれ独立して、チタン、白金、金およびルテニウムからなる群から選択される金属を少なくとも１種有する第２の下地層を半導体素子の表面に形成し、第２の銀層を前記第２の下地層の表面に形成する工程と、
前記第１の銀層と、前記第２の銀層とを接触するように配置する工程と、
配置された前記基体と前記半導体素子とに１５０℃〜９００℃の温度を加え、前記第１の銀層と、前記第２の銀層とを接合する工程と、を含み、
前記第１の銀層、及び、前記第２の銀層、の少なくともいずれか一方に、（ ２ ０ ０ ） 面のピーク強度／ （ １ １ １ ） 面のピーク強度が０．００１３以上の銀層を用いる半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２の下地層を前記半導体素子の表面に形成する前に、
前記第２の下地層と前記半導体素子との間に、第２のバリア層をさらに配置する請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の下地層を前記基体の表面に形成する前に、
前記第１の下地層と前記基体との間に、第１のバリア層をさらに配置する請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１のバリア層が、白金、ルテニウム、パラジウム、金、タングステン、モリブデンからなる群から選択される金属またはそれらの酸化物の少なくとも１種から形成される請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１のバリア層を、前記第１の下地層と前記基体との間に配置する前に、
前記第１のバリア層と前記基体との間に、第１の密着層をさらに配置する請求項４または５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２のバリア層が、白金、ルテニウム、パラジウム、金、タングステン、モリブデンからなる群から選択される金属またはそれらの酸化物の少なくとも１種から形成される請求項１および３〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２のバリア層を、前記第２の下地層と前記半導体素子との間に配置する前に、
前記第２のバリア層と前記半導体素子との間に、第２の密着層をさらに配置する請求項１および３〜７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記半導体素子は、半導体発光素子である請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記接合する工程は、大気中または酸素雰囲気中で行う請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の銀層と、前記第２の銀層とを接触するように配置する工程の前に、
前記第１の銀層の表面、及び、前記第２の銀層の表面の少なくともいずれか一方に、有機溶剤または水を塗布する工程をさらに含む請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記有機溶媒が、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルおよびトリエチレングリコールからなる群から選択される少なくとも１種である請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の銀層の厚み、及び、前記第２の銀層の厚み、の少なくともいずれか一方は、０．５〜１０μｍである請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の下地層の厚み、及び、前記第２の下地層の厚み、の少なくともいずれか一方は、０．００５〜５μｍである請求項１〜１３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の密着層の厚み、及び、前記第２の密着層の厚み、の少なくともいずれか一方は、０．００５〜５μｍである請求項４又は７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第１の銀層および前記第２の銀層の少なくともいずれか一方がスパッタにより形成され、前記第１の銀層のスパッタによる成膜速度、及び、前記第２の銀層のスパッタによる成膜速度、の少なくともいずれか一方は、２０〜４００Å／秒である請求項１〜１５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第１の銀層と前記第２の銀層との界面に、少なくとも１つの銀の異常成長粒が形成される請求項１〜１６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタ、ＩＣやＬＳＩなどの半導体素子を実装する接合方法が種々知られている。また、半導体素子のうち発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」ともいう。）やレーザダイオード（以下、「ＬＤ」ともいう。）などの光を発する半導体発光素子に適する接合方法も種々知られている。
【０００３】
従来、半導体素子のダイアタッチ方法は大きく分類してエポキシ樹脂接着剤を使用する接合方法（以下、「樹脂接合」という。）と、３００℃以上の高温に共晶点を有する共晶金属による接合方法（以下、「共晶接合」という。）の二つに分かれている。その使い分けは、半導体素子をマウントするリードフレーム材や基板材との熱膨張挙動の整合性や、信頼性、価格などを考慮して決定される。たとえば価格が優先される小型携帯機器などの液晶バックライト用発光ダイオードなどには樹脂接合が用いられ、長寿命が要求される照明用発光ダイオードや高信頼性が要求されるレーザダイオードなどには共晶接合が一般的に用いられている。
【０００４】
共晶接合としては、ＡｕＳｎ共晶が知られている。このＡｕＳｎ共晶は、ＡｕとＳｎの組成物を用いて製造する方法が知られている。このＡｕとＳｎの組成物を用いる場合、得られる半導体装置は、電気抵抗率が低く、かつ熱伝導性が高いという特性を有する。一方、このＡｕとＳｎの組成物を用いる場合、接合するためには３００℃以上の高温が必要である。そのため、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）等の一般的に使用されている樹脂パッケージでは高温に耐えることが難しく、ＡｕとＳｎの組成物を用いることができなかった。また、発光ダイオードを実装する配線基板やリードフレームの表面に高い反射率を有する銀メッキを施しても、共晶金属は光線反射率が低いため、光取り出し効果の向上を図ることができなかった。
【０００５】
これらの欠点を解決するため、銀層と銀層とを用いる接合方法が近年開発されている（例えば特許文献１）。この接合方法によれば、基体の表面に施された銀もしくは酸化銀と、半導体素子の表面に施された銀もしくは酸化銀とを２００〜９００℃の温度を加えて接合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際出願第２０１０／０８４７４６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、銀層と銀層とを用いて半導体素子と基体とが接合された半導体装置であって、半導体素子と基体との接合強度のさらなる向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、それぞれ独立して、チタン、白金、金およびルテニウムからなる群から選択される金属を少なくとも１種有する第１の下地層を基体の表面に形成し、第１の銀層を前記第１の下地層の表面に形成する工程と、
それぞれ独立して、チタン、白金、金およびルテニウムからなる群から選択される金属を少なくとも１種有する第２の下地層を半導体素子の表面に形成し、第２の銀層を前記第２の下地層の表面に形成する工程と、
前記第１の銀層と、前記第２の銀層とを接触するように配置する工程と、
配置された前記基体と前記半導体素子とに１５０℃〜９００℃の温度を加え、前記第１の銀層と、前記第２の銀層とを接合する工程と、を含み、
前記第２の下地層を前記半導体素子の表面に形成する前に、
前記第２の下地層と前記半導体素子との間に、第２のバリア層をさらに配置する半導体装置の製造方法に関する。
また、本発明は、それぞれ独立して、チタン、白金、金およびルテニウムからなる群から選択される金属を少なくとも１種有する第１の下地層を基体の表面に形成し、第１の銀層を前記第１の下地層の表面に形成する工程と、
それぞれ独立して、チタン、白金、金およびルテニウムからなる群から選択される金属を少なくとも１種有する第２の下地層を半導体素子の表面に形成し、第２の銀層を前記第２の下地層の表面に形成する工程と、
前記第１の銀層と、前記第２の銀層とを接触するように配置する工程と、
配置された前記基体と前記半導体素子とに１５０℃〜９００℃の温度を加え、前記第１の銀層と、前記第２の銀層とを接合する工程と、を含み、
前記第１の銀層、及び、前記第２の銀層、の少なくともいずれか一方に、（ ２ ０ ０ ） 面のピーク強度／ （ １ １ １ ） 面のピーク強度が０．００１３以上の銀層を用いる半導体装置の製造方法に関する。
前記第１の銀層と、前記第２の銀層との界面に、少なくとも１つの銀の異常成長粒が存在する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体装置は、半導体素子と基体との接合強度が高いという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子の実装状態を示す概略断面図である。
【図２】図２は、第２の実施の形態に係る半導体発光素子の実装状態を示す概略断面図である。
【図３】図３は、第３の実施の形態に係る半導体発光素子の実装状態を示す概略断面図である。
【図４】図４は、実施例４、５および６における半導体発光素子の銀層のＸ線結晶回折図を示す。
【図５】図５は、実施例１１における半導体発光素子の実装状態の断面ＳＥＭ反射電子像である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明者らは、基体の表面に施された第１の銀層と、半導体素子の表面に施された第２の銀層とを接合する際、前記基体と前記第１の銀層との間に第１の下地層が配置され、前記半導体素子と前記第２の銀層との間に第２の下地層が配置され、これらの第１の下地層と第２の下地層とが特定の金属から形成されている場合、得られた基体と半導体素子との接合の強度が向上していることを見出した。また、そのような半導体装置においては、前記第１の銀層と前記第２の銀層との界面に、少なくとも１つの銀の異常成長粒が存在することをも見出した。これらの知見に基づき、本発明者らは、銀層と銀層とを用いて半導体素子と基体とが接合された半導体装置であって、半導体素子と基体との接合強度がさらに向上した半導体装置を完成した。
【００１２】
このような本発明の半導体装置においては、ダイシェア強度は例えば３ＭＰａ以上、好ましくは２０ＭＰａ以上である。また半導体装置の信頼性を確保しかつ半導体装置の初期特性の低下を少なくするため、ダイシェア強度は１２０ＭＰａ以上がより好ましい。ダイシェア強度は、例えば室温で、半導体装置に対して、基体から半導体素子を剥す方向にそれぞれせん断力をかけ、剥離したときの強度を測定して、測定することができる。
【００１３】
さらに、本発明者らは、このような半導体装置は、耐熱性も向上していることを見出した。
【００１４】
本発明の半導体装置において、第１の銀層と第２の銀層との界面に、少なくとも１つの銀の異常成長粒が存在する。この銀の異常成長粒は、Ｘ線結晶解析における（２００）面のピーク強度が著しく強い粒である。銀成長には、組織全体が平均的に成長していく通常粒成長と、少数の特定の粒が周囲の結晶粒を食って爆発的に大きくなる異常粒成長がある。両者は、焼鈍時間の増加にともなる粒径分布の変化により、区別される。下記（ａ）が通常粒成長であり、（ｂ）が異常粒成長である。
【００１５】
【化１】
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【００１６】
本発明の半導体装置においては、前記第１の下地層と前記基体との間に、第１のバリア層が配置されているのが好ましい。このような第１のバリア層が配置されていると、第１の銀層から基体へ銀が拡散するのを防止することができ、その結果、第１の銀層と基体との剥離を防止することができ、好ましい。この第１のバリア層は、白金、ルテニウム、パラジウム、金、タングステン、モリブデンまたはそれらの酸化物から形成されるのが好ましい。この第１の下地層は、第１のバリア層としての機能も有することが好ましい。１つの層が２つの機能を有することができれば、半導体装置の厚みが厚くなるのを抑制することができるためである。また、前記第１のバリア層と前記基体との間に、第１の密着層が配置されているのが好ましい。このような第１の密着層は、前記第１のバリア層と前記基体との密着性を高めるためである。
【００１７】
本発明の半導体装置においては、第２の下地層と前記半導体素子との間に、第２のバリア層が配置されているのが好ましい。このような第２のバリア層が配置されていると、第２の銀層から半導体素子へボイドが拡散するのを防止することができ、その結果、第２の銀層と半導体素子との剥離を防止することができ、好ましい。この第２のバリア層は、白金、ルテニウム、パラジウム、金、タングステン、モリブデンまたはそれらの酸化物から形成されるのが好ましい。この第２の下地層は、第２のバリア層としての機能も有することが好ましい。１つの層が２つの機能を有することができれば、半導体装置の厚みが厚くなるのを抑制することができるためである。また、前記第２のバリア層と前記半導体素子との間に、第２の密着層が配置されているのが好ましい。このような第２の密着層は、前記第２のバリア層と前記半導体素子との密着性を高めるためである。
【００１８】
本発明の半導体装置においては、前記半導体素子は、半導体発光素子であるのが好ましい。
【００１９】
また、本発明の半導体装置は、例えば、基体の表面に施された第１の銀層と、半導体素子の表面に施された第２の銀層とが接合された半導体装置の製造方法により製造することができる。このような製造方法は、前記第１の銀層と、前記第２の銀層とが接触するように配置する工程と、半導体素子及び基体に１５０℃〜９００℃の温度を加え、半導体素子と基体とを接合する工程とを有する。この製造方法においては、前記基体と前記第１の銀層との間に第１の下地層が配置され、前記半導体素子と前記第２の銀層との間に第２の下地層が配置され、前記第１の下地層および前記第２の下地層が、それぞれ独立して、チタン、白金、金およびルテニウムからなる群から選択される金属から形成され、前記第１の銀層と前記第２の銀層との界面に、少なくとも１つの銀の異常成長粒が存在することを特徴とする。
【００２０】
前記下地層（以下、言及が無い限り第１の下地層と第２の下地層の両方に関する）は、前記のようにチタン、白金、金およびルテニウムからなる群から選択される金属から形成される。この下地層は、チタンおよび白金からなる群から選択される金属から形成されるのが好ましく、チタンからなる群から選択される金属から形成されるのがより好ましい。下地層を配置すると、Ｘ線結晶回折における銀層の（２００）面のピーク強度が強くなり、かつ（１１１）面のピーク強度が低くなる。さらに、下地層を配置した際のＸ線結晶回折における銀層の（２００）面のピーク強度／（１１１）面のピーク強度は、チタン＞白金＞金の順で高く、この順番は、銀層との接合強度の高さとも一致していた。従って、下地層を配置した際のＸ線結晶回折における銀層の（２００）面のピーク強度／（１１１）面のピーク強度が高いほうが、銀層との接合強度がより高くなる。
【００２１】
前記下地層と基体、もしくは半導体素子との密着力が乏しい場合、これを改善するために前記下地層と基体、もしくは下地層と半導体素子との間に密着層を設けることが好ましい。この密着層はチタン、ニッケル、アルミニウム、タンタルからなる群から選択される金属から形成されるのが好ましく、チタンおよびニッケルからなる群から選択される金属から形成されるのがより好ましく、チタンからなる群から選択される金属から形成されるのがさらに好ましい。
【００２２】
前記密着層の厚みは例えば、０．００５〜５μｍ、好ましくは０．０１〜２μｍ、より好ましくは０．０３〜０．１μｍである。この密着層の厚みが０．００５〜５μｍであれば、基体もしくは半導体素子と、下地層との接合強度が高くなるためである。
【００２３】
前記下地層の厚みは例えば、０．００５〜５μｍ、好ましくは０．０１〜２μｍ、より好ましくは０．０３〜０．５μｍである。この下地層の厚みが０．００５〜５μｍであれば、第１の銀層と第２の銀層との接合強度が高くなるためである。第１の下地層と第２の下地層の厚みは、同一であっても異なっていてもよい。第１の下地層の厚みは、例えば、０．００５〜５μｍ、好ましくは０．０１〜２μｍ、より好ましくは０．０３〜０．５μｍである。第１の下地層の厚みが０．００５〜５μｍであると、第１の銀層と第２の銀層との接合強度が高いためである。第２の下地層の厚みは、例えば、０．００５〜５μｍ、好ましくは０．０１〜２μｍ、より好ましくは０．０３〜０．５μｍである。第２の下地層の厚みが０．００５〜５μｍであると、第１の銀層と第２の銀層との接合強度が高いためである。
【００２４】
前記下地層は、例えば、蒸着、スパッタ、メッキ等により形成することができ、前記銀層を蒸着により形成する場合、前記下地層は蒸着により形成するのが好ましい。前記下地層が蒸着により形成されると、前記銀層との接合強度が高くなり、その結果、基体と半導体素子との接合強度が高くなるためである。前記銀層をスパッタにより形成する場合、前記下地層はスパッタにより形成するのが好ましい。前記下地層は、スパッタにより形成されると、前記銀層との接合強度が高くなり、その結果、基体と半導体素子との接合強度が高くなるためである。前記銀層をめっきにより形成する場合は、いずれの手法で下地層を形成してもよい。
【００２５】
前記第１の銀層と前記第２の銀層の厚みは、同一であっても異なっていてもよい。第１の銀層の厚みは、例えば、０．５μｍ〜１０μｍ、好ましくは０．１μｍ〜５μｍ、より好ましくは２μｍ〜５μｍである。第１の銀層の厚みが０．５μｍ〜１０μｍであると、前記第１の銀層と前記第２の銀層の接合強度が高くなり、その結果、基体と半導体素子との接合強度が高くなるためである。第２の銀層の厚みは、例えば、０．５μｍ〜１０μｍ、好ましくは０．１μｍ〜５μｍ、より好ましくは２μｍ〜５μｍである。第２の銀層の厚みが０．５μｍ〜１０μｍであると、前記第１の銀層と前記第２の銀層の接合強度が高くなり、その結果、基体と半導体素子との接合強度が高くなるためである。
【００２６】
前記銀層は、例えば、蒸着、スパッタ、メッキ等により形成することができ、スパッタにより形成するのが好ましい。前記銀層は、スパッタにより形成されると、基体および／または半導体素子との接合強度が高くなり、その結果、基体と半導体素子との接合強度が高くなるためである。
【００２７】
前記第１の銀層と前記第２の銀層がスパッタにより形成される場合、成膜速度は、同一であっても異なっていてもよい。第１の銀層の成膜速度は、例えば２０〜４００Å／秒、好ましくは５０〜４００Å／秒、より好ましくは３００〜４００Å／秒である。第１の銀層の成膜速度が２０〜４００Å／秒であると、前記第１の銀層と前記第２の銀層の接合強度が高くなり、その結果、基体と半導体素子との接合強度が高くなるためである。第２の銀層の成膜速度は、例えば２０〜４００Å／秒、好ましくは５０〜４００Å／秒、より好ましくは３００〜４００Å／秒である。第２の銀層の成膜速度が２０〜４００Å／秒であると、前記第１の銀層と前記第２の銀層の接合強度が高くなり、その結果、基体と半導体素子との接合強度が高くなるためである。
【００２８】
前記半導体装置の製造方法においては、前記第１の下地層と前記基体との間に、第１のバリア層が配置されているのが好ましい。この第１のバリア層は、白金、ルテニウム、パラジウム、金、タングステン、モリブデンまたはそれらの酸化物から形成されるのが好ましい。このバリア層が配置されると、第１の銀層からボイドが拡散することを抑制でき、その結果、第１の銀層と基体との接合強度が高くなるためである。
【００２９】
前記半導体装置の製造方法においては、第２の下地層と前記半導体素子との間に、第２のバリア層が配置されているのが好ましい。この第２のバリア層は、白金、ルテニウム、パラジウム、金、タングステン、モリブデンまたはそれらの酸化物から形成されるのが好ましい。このバリア層が配置されると、第２の銀層からボイドが拡散することを抑制でき、その結果、第２の銀層と半導体素子との接合強度が高くなるためである。
【００３０】
前記半導体装置の製造方法においては、前記接合する工程は、大気中または酸素雰囲気中で行われるのが好ましい。このような雰囲気中で接合することにより、銀同士の接合点が増加し、第１の銀層と第２の銀層との接合強度の向上が期待できるからである。
【００３１】
前記半導体装置の製造方法は、前記第１の銀層と前記第２の銀層との間に有機溶剤若しくは水を塗布する工程をさらに有するのが好ましい。塗布する際には、基体上へ有機溶剤若しくは水を塗布し、更にその上へ半導体素子をマウントしてもよい。これにより有機溶剤若しくは水の表面張力により続く接合工程までの半導体素子のマウント位置精度の維持が可能となる。この場合、有機溶剤としては、沸点が１００℃〜３００℃であるのが好ましい。沸点が１００℃以上であれば、有機溶剤は容易に蒸発せず、半導体素子のマウント位置精度の維持をし易くすることができるからである。また、後に続く接合工程を経ても有機溶剤が残留すると接合不良原因となるため、有機溶剤の沸点は加熱温度より低いことが好ましく、熱分解することなく速やかに揮発させるため３００℃以下であるのが好ましい。前記有機溶剤としては、または、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルおよびトリエチレングリコールからなる群から選択される１以上が挙げられる。
【００３２】
前記半導体装置およびその製造方法においては、前記半導体素子は、透光性無機基板上に半導体層が形成されており、前記透光性無機基板は前記半導体層が形成されている側と反対側の側に第１の銀が施されており、前記第１の銀と接合される緩衝部材が設けられており、前記緩衝部材の表面に前記銀若しくは酸化銀が施されているものを使用することが
できる。
【００３３】
前記半導体装置およびその製造方法においては、半導体素子としては、半導体発光素子を用いてもよい。銀は金属中で最も可視光線の反射率に優れており、半導体素子表面へ銀コーティングを施すことは高効率な反射鏡を半導体素子に備えることにもなり半導体発光素子に最も適した形態となる。また基体表面へ銀コーティングを施すことにより半導体装置全体を反射鏡構造とすることが可能であり、更に高効率に光を取り出すことができる。半導体発光素子に用いられうる透光性無機基板は、光吸収が極めて低いため、高い発光効率を持つ半導体発光素子を作製するために利用できる。半導体発光素子としては、例えば、透光性無機基板の上面に半導体層である発光層が形成されており、その発光層を上面となるよう配置し反対側の裏面となる透光性無機基板へ銀若しくは酸化銀を施したものが用いられる。このような半導体発光素子により、発光層から放射された光を高効率に反射させ、光出力の大きな半導体装置を得ることができる。
【００３４】
この製造方法によれば、たとえば発光ダイオード、レーザダイオード等の半導体発光素子を用いる半導体装置へ高い発光効率を付与することができる。また、この製造方法によれば、樹脂等の接合材料を介さないため低い電気抵抗や熱抵抗が得られるため信頼性を向上させることができる。また、この製造方法によれば、樹脂接合と変わらぬ温度領域で接合が可能であるため、半導体装置に使用されるプラスチック部材の熱劣化を回避することができる。この製造方法によれば、接合部材に樹脂を使用しないため半導体装置の寿命を改善することができる。さらに、この製造方法によれば、工程が簡易で貴金属の使用量が極端に少ないため、安価に半導体装置を製造することができる。
【００３５】
基体はリードフレーム、又は、金属配線を備えた有機あるいは無機基板などを用いることができ、リードフレームの表面、金属配線の表面が銀でコーティングされていてもよい。半導体素子の接合面の表面は、基体と同様に銀コーティングされており、導電部位、絶縁部位を問わない。
【００３６】
この製造方法においては、基体及び半導体素子に１５０℃〜９００℃の温度を加え接合点を増加させ、且つ銀を相互拡散させることにより接合を強固なものとし接合させることができる。金属拡散は温度の関数となるため高温であるほど速やかに接合強度を向上させることができるが、半導体装置に使用されるプラスチック部材の酸化劣化若しくは溶融等を避けるため汎用される熱可塑性樹脂の融点上限である３５０℃付近を上限とすることが望ましい。但し、基体に耐熱性を有するセラミックス基板等を用いる場合は、４００℃付近まで温度を加えることができる。下限温度については実用的な時間範囲で強固な接合得るためには２００℃以上であるのが好ましい。従って、半導体素子及び基体に２００℃〜３５０℃の温度を加え、半導体素子と基体とを接合させることができるが、２００℃〜２５０℃の温度を加えることが好ましい。また、加熱時間は、例えば０．５〜４時間、好ましくは１〜２時間である。この接合工程は、一段階である必要はなく、徐々に温度を上げていったり上下動を繰り返したりする多段階とすることもできる。
【００３７】
ダイシェア強度は接合時の加熱温度と加熱時間に依存しており、温度が高く時間が長いほど強度は向上するが、製造コストならびに半導体装置に使用されるプラスチック部材の酸化劣化を考慮すると温度が低く時間が短いほど有利である。従って、加熱温度を１５０℃〜３５０℃、好ましくは１５０℃〜３００℃、より好ましくは２００℃〜２５０℃とし、加熱時間を任意に設定することによりダイシェア強度を調整することが可能である。実用的にはワイヤーボンド時の超音波衝撃や半導体装置の熱衝撃試験に耐える必要があり１３ＭＰａは最低でも必要であり、上限は３５０℃加熱による接合時にダイシェア強度が飽和する１４０ＭＰａであることが好ましい。
【００３８】
＜半導体装置＞
（第１の実施の形態に係る半導体装置）
第１の実施の形態に係る半導体装置の一例を、図面を用いて説明する。図１は第１の実施の形態に係る半導体発光素子の実装状態を示す概略断面図である。半導体素子として、発光ダイオードを用いた半導体発光素子を元に説明するが、半導体発光素子以外のトランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩなどにも本発明を適用することができる。
【００３９】
半導体装置は、基体５００の表面に施された銀層５３０と、半導体発光素子１００の表面に施された銀層１４０とが直接接合されている。「直接」とは、本明細書中において、銀層５３０と銀層１４０との間に樹脂接着剤を含まないことを意味する。
【００４０】
半導体発光素子１００は、透光性無機基板１１０と、光を放射する半導体層１２０と、半導体層１２０に設けられた電極１３０と、半導体層１２０が形成されている側と反対側に施された反射層１６０と、反射層１６０の表面に施された下地層１５０と、下地層の表面に施された銀層１４０とを有する。半導体層１２０は、透光性無機基板１１０上にｎ型半導体層１２１、ｎ型半導体層１２１の上にｐ型半導体層１２２を積層して有している。電極１３０は、ｎ型半導体層１２１にはｎ型電極１３１を設け、ｐ型半導体層１２２にはｐ型電極１３２を設けている。半導体発光素子１００は、同一面側にｎ型電極１３１とｐ型電極１３２とを有するフリップチップ構造を採っている。半導体発光素子１００の表面に施された銀層１４０は、１層だけでなく２層以上であってもよい。また、半導体発光素子１００の表面に施された銀層１４０の膜厚は、例えば０．５μｍ〜１０μｍ程度である。反射層１６０は、半導体層１２０の光を効率よく反射させるために設けることが好ましい。反射層１６０は、例えば銀層であり、例えば光を８５％以上、好ましくは９０％以上反射できる厚さ、例えば０．０５μｍ以上であればよく、任意に調整できる。なお、反射層１６０は、第１の実施の形態において、配置されなくともよい。
【００４１】
基体５００は基板５１０の表面に下地層５２０を施している。下地層５２０の表面に、銀層５３０が施されている。基板５１０は導電性でも絶縁性でもよい。基板５１０に用いられる導電性部材として、銅や鉄などのリードフレームが挙げられる。また、基板５１０の表面に施された銀層５３０の膜厚は、例えば０．５μｍ〜１０μｍ程度である。
【００４２】
一方、基板５１０に用いられる絶縁性部材として、ガラスエポキシ基板、ポリフタルアミドや液晶ポリマーなどの樹脂部材、セラミックス部材などが挙げられる。基板５１０にこれらの絶縁性部材を用いた場合、ガラスエポキシ基板上に所定の回路配線を行い、その回路配線に銀層５３０が施される。
【００４３】
基体５００の形状は平板形状、カップ形状など種々の形態を採ることができる。半導体発光素子１００の実装のし易さから、基体５００の形状として平板形状のものを用いることが好ましい。また、半導体発光素子１００からの光取り出し効率の向上を図るため、基体５００はカップ形状を採ることもできる。基体５００をカップ形状とした場合、基体５００の外部に導電性の配線の一部を端子として露出させることもできる。基体５００上には同じ機能を有する半導体発光素子や、異なる機能を有する半導体素子をマウントすることもできる。また基体５００上には抵抗素子、コンデンサーといった電子素子もマウントすることができる。
【００４４】
半導体発光素子１００に設けられた電極１３０は、所定の電気的接続とるため金ワイヤー等で配線が施される。また半導体発光素子１００からの光を吸収し異なる波長へ変換する蛍光体やフィラー、光拡散部材等を含む封止部材で半導体発光素子１００を覆い、半導体装置とすることができる。
【００４５】
（半導体装置の製造方法）
基体５００の上に半導体発光素子１００を実装する際、基体５００の表面に施された銀層５３０の上に、半導体発光素子１００の表面に施された銀層１４０が接触するように配置する。基体５００の表面に施された銀層５３０と、半導体発光素子１００の表面に施された銀層１４０との間には半田や樹脂などが存在していない。基体５００には基板５１０に所定の回路配線が施されており、その回路配線の最表面に銀層５３０が施されている。半導体発光素子１００の位置決めのため、半導体発光素子１００の外形と同形状の回路配線を形成したり、半導体発光素子１００の外形よりわずかに小さい略同形状の回路配線を形成したり、略四角の頂点が半導体発光素子１００の四隅まで延びる回路配線を形成したり、種々の形状を成すこともできる。
【００４６】
半導体発光素子１００及び基体５００に１５０℃〜９００℃の温度を加え、半導体発光素子１００と基体５００とを接合する。半導体発光素子１００及び基体５００に加える温度は強固に接合できる２００℃以上が好ましい。また半導体発光素子１００が破壊されない温度であれば特に温度は構わないが、銀の融点以下の温度である９００℃以下であればよく、４００℃以下が好ましい。また半導体発光素子１００やパッケージが耐えうる温度として３５０℃以下が特に好ましい。接合する工程は、大気中若しくは酸素雰囲気中で行うこともできる。接合に要する時間も長時間である方が好ましいが、特に限定されず、３０分〜４時間程度あればよい。半導体発光素子１００を基体５００に実装した後、ワイヤー接続を行い、封止部材で被覆して半導体装置とすることができる。
【００４７】
（第２の実施の形態に係る半導体装置）
第２の実施の形態に係る半導体装置の一例を、図面を用いて説明する。図２は第２の実施の形態に係る半導体発光素子の実装状態を示す概略断面図である。第１の実施の形態に係る半導体装置と、基体を除いて、ほぼ同一の構成を採るため、一部説明を省略することもある。
【００４８】
半導体装置は、基体６００の表面に施された銀層６４０と、半導体発光素子２００の表面に施された銀層２４０とが直接接合されている。
【００４９】
半導体発光素子２００は、透光性無機基板２１０と、光を放射する半導体層２２０と、半導体層２２０に設けられた電極２３０と、半導体層２２０が形成されている側と反対側に施されたバリア層２６０と、バリア層２６０の表面に施された下地層２５０と、下地層の表面に施された銀層２４０とを有する。半導体層２２０は、透光性無機基板２１０上にｎ型半導体層２２１、ｎ型半導体層２２１の上にｐ型半導体層２２２を積層して有している。電極２３０は、ｎ型半導体層２２１にはｎ型電極２３１を設け、ｐ型半導体層２２２にはｐ型電極２３２を設けている。半導体発光素子２００は、同一面側にｎ型電極２３１とｐ型電極２３２とを有するフリップチップ構造を採っている。半導体発光素子２００の表面に施された銀層２４０は、１層だけでなく２層以上であってもよい。また、半導体発光素子２００の表面に施された銀層２４０の膜厚は、例えば０．５μｍ〜１０μｍ程度である。
【００５０】
基体６００は基板６１０の表面にバリア層６２０を施している。バリア層６２０の表面に、下地層６３０が施されている。下地層６３０の表面に、銀層６４０が施されている。基板６１０は導電性でも絶縁性でもよい。基板６１０に用いられる導電性部材として、銅や鉄などのリードフレームが挙げられる。また、基板６１０の表面に施された銀層６４０の膜厚は、例えば０．５μｍ〜１０μｍ程度である。
【００５１】
なお、この第２の実施形態において、半導体素子側と基体の両側にバリア層が備えられているが、半導体素子側にバリア層２６０を備え、基体側にはバリア層６２０を備えなく
てもよく、または、半導体素子側にバリア層２６０を備えず、基体側にバリア層６２０を備えてもよい。
【００５２】
（第３の実施の形態に係る半導体装置）
第３の実施の形態に係る半導体装置の一例を、図面を用いて説明する。図３は第３の実施の形態に係る半導体発光素子の実装状態を示す概略断面図である。第１の実施の形態に係る半導体装置と、基体を除いて、ほぼ同一の構成を採るため、一部説明を省略することもある。
【００５３】
半導体装置は、基体７００の表面に施された銀層７５０と、半導体発光素子３００の表面に施された銀層３４０とが直接接合されている。
【００５４】
半導体発光素子３００は、透光性無機基板３１０と、光を放射する半導体層３２０と、半導体層３２０に設けられた電極３３０と、半導体層３２０が形成されている側と反対側に施された密着層３７０と、密着層３７０の表面に施されたバリア層３６０と、バリア層３６０の表面に施された下地層３５０と、下地層３５０の表面に施された銀層３４０とを有する。半導体層３２０は、透光性無機基板３１０上にｎ型半導体層３２１、ｎ型半導体層３２１の上にｐ型半導体層３２２を積層して有している。電極３３０は、ｎ型半導体層３２１にはｎ型電極３３１を設け、ｐ型半導体層３２２にはｐ型電極３３２を設けている。半導体発光素子３００は、同一面側にｎ型電極３３１とｐ型電極３３２とを有するフリップチップ構造を採っている。半導体発光素子３００の表面に施された銀層３４０は、１層だけでなく２層以上であってもよい。また、半導体発光素子３００の表面に施された銀層３４０の膜厚は、例えば０．５μｍ〜１０μｍ程度である。
【００５５】
基体７００は基板７１０の表面に密着層７２０が施されている。密着層７２０の表面にバリア層７３０が施されている。バリア層７３０の表面に下地層７４０が施されている。下地層７４０の表面に銀層７５０が施されている。基板７１０は導電性でも絶縁性でもよい。基板７１０に用いられる導電性部材として、銅や鉄などのリードフレームが挙げられる。なお、下地層が、白金またはルテニウムから形成される場合、そのような下地層は、バリア層を兼ねることができる。密着層は、下地層と基体、またはバリア層と基体との接合強度を向上させるために設けることが好ましい。例えば、下地層やバリア層が、白金、金またはルテニウムから形成される場合、下地層と基体、またはバリア層と基体との間に密着層が配置されるのが好ましい。密着層は、チタンから形成されるのが好ましい。また、基板７１０の表面に施された銀層７４０の膜厚は、例えば０．５μｍ〜１０μｍ程度である。
【００５６】
なお、この第３の実施形態において、半導体素子側と基体の両側にバリア層と密着層とが備えられているが、半導体素子側にバリア層３６０と密着層３７０を備え、基体側にはバリア層７３０と密着層７２０を備えなくてもよく、または、半導体素子側にバリア層３６０と密着層３７０を備えず、基体側にバリア層７３０と密着層７２０を備えてもよい。さらに、半導体素子側にバリア層３６０を備え、基体側にはバリア層７３０と密着層７２０とを備える形態、または、半導体素子側にバリア層３６０と密着層３７０を備え、基体側にバリア層７３０を備える形態も、この形態の変形として含んでもよい。
【００５７】
（半導体素子）
半導体素子として、発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子の他、トランジスタやＩＣ、ＬＳＩ、ツェナーダイオード、コンデンサー、受光素子なども用いることができる。
【００５８】
半導体発光素子は、例えば、無機基板上に半導体層を積層したものである。無機基板と
しては、透光性を有するものが好ましい。透光性無機基板としてはサファイア、ＧａＰ、ＧａＮ、ＩＴＯ、ＺｎＯ、無機ガラス、セラミックスなどから形成された基板を用いることができ、半導体層としては、ＧａＡｌＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させたものが用いることができる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。発光層は、量子効果が生ずる薄膜とした単一量子井戸構造や多重量子井戸構造としても良い。
【００５９】
屋外などの使用を考慮する場合、高輝度な半導体発光素子を形成可能な半導体層として窒化ガリウム系化合物半導体を用いることが好ましく、また、赤色ではガリウム・アルミニウム・砒素系の半導体層やアルミニウム・インジュウム・ガリウム・燐系の半導体層を用いることが好ましいが、用途によって種々利用することもできる。
【００６０】
半導体層に窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、透光性無機基板にはサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯやＧａＮ等の材料を用いることができる。結晶性の良い窒化ガリウムを量産性良く形成させるためには透光性無機基板にサファイアを用いることが好ましい。半導体発光素子をフェイスダウンで用いる場合、透光性無機基板は透光性が高いことを要する。
【００６１】
電極は光を遮らない材質が好ましいが、光を遮る材質も使用することができる。同一面側にｎ型電極とｐ型電極とを有する半導体発光素子の場合、ｐ型電極が半導体層の広範囲を占めるように施されていることが好ましい。
【００６２】
透光性のｐ型電極は、膜厚が１５０μｍ以下の薄膜で形成されていてもよい。また、ｐ型電極は金属以外のＩＴＯ、ＺｎＯから形成されてもよい。ここで透光性のｐ型電極の代わりに、メッシュ状電極などの複数の光取り出し用開口部を備えた電極形態としてもよい。
【００６３】
電極の形状は、直線状以外に、曲線状、ひげ状、櫛状、格子状、枝状、鉤状、網目状等でもよい。ｐ型電極の総面積に比例して遮光効果が増大するので、遮光効果が発光増強効果を上回らないように延長導電部の線幅および長さを設計することが好ましい。ｐ型電極はＡｕ、Ａｕ―Ｓｎ等の金属や、金属以外のＩＴＯ、ＺｎＯから形成されてもよい。また透光性のｐ型電極の代わりに、メッシュ状電極などの複数の光取り出し用開口部を備えた電極形態としてもよい。半導体発光素子のサイズは任意に決めてよい。
【００６４】
（基体）
基体は、基板の表面に銀層を施している。基板としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタンまたはこれらの混合物を含むセラミック基板、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉまたはこれらの合金を含む金属基板、リードフレーム、ガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、ガラス基板、樹脂基板、紙等を用いることができる。リードフレームとしては、例えば、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン又はそれらの合金より形成される金属フレ−ムが挙げられ、銅、鉄又はそれらの合金より形成される金属フレームが好ましい。リードフレームとしては、放熱性が必要な半導体装置では銅合金、半導体素子との接合信頼性が必要な半導体装置では鉄合金であるのがより好ましい。
【００６５】
配線基板又はリードフレームは、その表面が銀、酸化銀、銀合金、銀合金の酸化物、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｓｎ、Ｓｎ合金、金、金合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｒｈ、Ｒｈ合金等により
被覆されていてもよく、半導体素子がマウントされる部位の最表面が銀層で被覆されている。これらの被覆は、メッキ、蒸着、スパッタ、印刷、塗布等により行うことができる。
【００６６】
基体として、樹脂を用いたパッケージも使用することができる。パッケージとしてはリードが一体成型されているものの他、パッケージを成型した後にメッキなどにより回路配線を設けたものであってよい。パッケージは、カップ形状や平板形状など種々の形態を採ることができる。パッケージを構成する樹脂としては、耐光性、耐熱性に優れた電気絶縁性のものが好適に用いられ、例えばポリフタルアミドなどの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、ガラスエポキシ、セラミックスなどを用いることができる。また、半導体発光素子からの光を効率よく反射させるためにこれらの樹脂に酸化チタンなどの白色顔料などを混合させることができる。パッケージの成形法としては、リードを予め金型内に設置して行うインサート成形、射出成形、押出成形、トランスファ成型などを用いることができる。
【００６７】
（有機溶剤）
有機溶剤は、常温領域で半導体素子を固定でき、加熱接合後に残渣が残れなければ何でもよい。有機溶剤の沸点は１００℃〜３００℃であることが好ましく、接合時の加熱温度に合わせ種々選択することができる。たとえば炭素原子２〜１０個（２０個）を有するアルキル基と水酸基１〜３個とを有する低級アルコールから高級アルコール（例えばn-ブタノール、i-ブタノール、sec-ブタノール、t-ブタノール、ｎ−ペンタノール、ｉ−ペンタノール、ｓｅｃ−ペンタノール、ｔ−ペンタノール、２−メチルブタノール、ｎ−ヘキサノール、１−メチルペンタノール、２−メチルペンタノール、３−メチルペンタノール、４−メチルペンタノール、１−エチルブタノール、２−エチルブタノール、１，１−ジメチルブタノール、２，２−ジメチルブタノール、３，３−ジメチルブタノール、および１−エチル−１−メチルプロパノールなどの低級アルコールから、ノナノール、デカノールなどの高級アルコール）；２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコール；炭素原子８〜２０個を有する炭化水素溶媒や脂肪族溶媒（例えば、n-ヘプタン、n-オクタン、n-ノナン、n-デカン、n-テトラデカンなど）；カルボキシル基、アルコキシル基、を有する溶媒（例えば、酢酸イソペンチル、酢酸２−エチルヘキシル、プロピオン酸エチルなど）；芳香族溶媒（例えば、トルエン、キシレン、アニソール、フェノール、アニリン、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼンなど）；ジメチルスルホキシド（DMSO）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（DMF）などの中より少なくとも一つを含むことができる。
【００６８】
（封止部材）
基体に実装された半導体素子を外力、埃などから保護するため、半導体装置には封止部材を用いてもよい。封止部材により、半導体発光素子からの光を効率よく外部に透過させることもできる。封止部材に使用される樹脂は、例えば、エポキシ系、フェノール系、アクリル系、ポリイミド系、シリコーン系、ウレタン系、熱可塑性系等が挙げられる。中でもシリコーン系が耐熱耐光性に優れ長寿命な半導体装置を作製できるため好ましい。気密カバー又は非気密カバーとしては無機ガラス、ポリアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリノルボルネン樹脂等により形成されたカバーが挙げられる。中でも無機ガラスが耐熱耐光性に優れ長寿命な半導体装置を作製できるため好ましい。
【００６９】
（その他）
封止部材は、蛍光物質及びフィラー及び光拡散部材などを含有してもよい。蛍光物質としては、半導体発光素子からの光を吸収し、この光とは異なる波長の蛍光を発するものであればよく、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体または酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活
されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類硫化物蛍光体、アルカリ土類チオガレート蛍光体、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体、又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び無機錯体等から選ばれる少なくとも１以上であることが好ましい。蛍光物質としては、（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕなどがより好ましい。
【００７０】
フィラーとしては、アルミナ、シリカ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化マグネシウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、チタン酸カリウム、マイカ、ケイ酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ガラスフレークならびに繊維を用いることができる。また応力緩和のために、フィラーとして、シリコーンゴム粒子、シリコーンエラストマー粒子を用いることができる。光線透過率はフィラー粒径の影響が大きく平均粒径５μｍ以上が好ましいが、ナノ粒子も使用することができる。これにより封止部材の透光性や光分散性を大幅に向上させることができる。
【００７１】
光拡散部材としては、アルミナ、シリカ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化マグネシウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、チタン酸カリウム、マイカ、ケイ酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ガラスフレークならびに繊維を用いることができる。また光拡散部材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾグアナニン樹脂、メラミン樹脂の熱硬化性樹脂の粒子を用いることができる。光拡散性能はフィラー粒径の影響が大きく０．１μｍ〜５μｍの範囲が好ましい。これにより少量の光拡散部材で光拡散が可能となる。
【００７２】
また蛍光物質及びフィラー、光拡散部材は半導体素子の表面上へ印刷、ポッティング、電着、スタンピングによりコーティングすることもできる。その上面へ封止部材を被覆することができる。これにより封止部材がレンズ形状を有する場合に光学設計が容易となり高品位な半導体装置を得ることができる。
【００７３】
＜実施例＞
以下、実施例を用いて本発明に係る半導体装置及びその製造方法を説明する。実施例１〜１５に係る半導体装置は、第１の実施の形態に係る半導体装置と重複するため、説明を省略する部分もある。
【実施例１】
【００７４】
半導体発光素子１００として、６００μｍ×６００μｍ×厚さ１２０μｍのサファイアを用いた透光性無機基板１１０と、透光性無機基板１１０の上面に積層されたＩｎＧａＮの半導体層１２０と、透光性無機基板１１０の下面にみ０．０３μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）１５０と、チタン層１５０の下面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層１４０とを用いた。基体５００として、２５ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍのガラス基板５１０と、ガラス基板５１０の上面に厚み０．１μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）５２０と、チタン層５２０の上面にスパッタレート３１２．４Å/分にて厚み１μｍでスパッタにより形成さ
れた銀層５３０とを用いた。
【００７５】
基体５００の銀層５３０上に有機溶剤２―エチル−１，３―ヘキサンジオールを塗布し、その上に半導体発光素子１００の銀層１４０が直接接触するように載置した。半導体発光素子１００を載置後、基体５００を、大気雰囲気中、約２２０℃で約１時間加熱し接合を行った。これにより半導体発光素子１００を基体５００に直接接合することができた。
【実施例２】
【００７６】
半導体発光素子１００として、６００μｍ×６００μｍ×厚さ１２０μｍのサファイアを用いた透光性無機基板１１０と、透光性無機基板１１０の上面に積層されたＩｎＧａＮの半導体層１２０と、透光性無機基板１１０の下面に厚み０．０３μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）１５０と、チタン層１５０の下面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層１４０とを用いた。基体５００として、２５ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍのガラス基板５１０と、ガラス基板５１０の上面に厚み０．１μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）５２０と、チタン層５２０の上面にスパッタレート１１４．４Å／分にて厚み１μｍでスパッタにより形成された銀層５３０とを用いた。
【００７７】
基体５００の銀層５３０上に有機溶剤２―エチル−１，３―ヘキサンジオールを塗布し、その上に半導体発光素子１００の銀層１４０が直接接触するように載置した。半導体発光素子１００を載置後、基体５００を、大気雰囲気中、約２２０℃で約１時間加熱し接合を行った。これにより半導体発光素子１００を基体５００に直接接合することができた。
【実施例３】
【００７８】
半導体発光素子１００として、６００μｍ×６００μｍ×厚さ１２０μｍのサファイアを用いた透光性無機基板１１０と、透光性無機基板１１０の上面に積層されたＩｎＧａＮの半導体層１２０と、透光性無機基板１１０の下面に厚み０．０３μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）１５０と、チタン層１５０の下面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層１４０とを用いた。基体５００として、２５ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍのガラス基板５１０と、ガラス基板５１０の上面に厚み０．１μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）５２０と、チタン層５２０の上面にスパッタレート５２．８Å/分にて厚み１μｍでスパッタにより形成さ
れた銀層５３０とを用いた。
【００７９】
基体５００の銀層５３０上に有機溶剤２―エチル−１，３―ヘキサンジオールを塗布し、その上に半導体発光素子１００の銀層１４０が直接接触するように載置した。半導体発光素子１００を載置後、基体５００を、大気雰囲気中、約２２０℃で約１時間加熱し接合を行った。これにより半導体発光素子１００を基体５００に直接接合することができた。
【実施例４】
【００８０】
半導体発光素子１００として、６００μｍ×６００μｍ×厚さ１２０μｍのサファイアを用いた透光性無機基板１１０と、透光性無機基板１１０の上面に積層されたＩｎＧａＮの半導体層１２０と、透光性無機基板１２０の下面に厚み０．０３μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）１５０と、チタン層１５０の下面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層１４０とを用いた。基体５００として、２５ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍのガラス基板５１０と、ガラス基板５１０の上面に厚み０．１μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）５２０と、チタン層５２０の上面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層５３０とを用いた。
【００８１】
基体５００の銀層５３０上に有機溶剤２―エチル−１，３―ヘキサンジオールを塗布し、その上に半導体発光素子１００の銀層１４０が直接接触するように載置した。半導体発光素子１００を載置後、基体５００を、大気雰囲気中、約２２０℃で約２時間加熱し接合を行った。これにより半導体発光素子１００を基体５００に直接接合することができた。
【実施例５】
【００８２】
半導体発光素子３００として、６００μｍ×６００μｍ×厚さ１２０μｍのサファイアを用いた透光性無機基板３１０と、透光性無機基板３１０の上面に積層されたＩｎＧａＮの半導体層３２０と、透光性無機基板３２０の下面に厚み０．０３μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）３５０と、チタン層３５０の下面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層３４０とを用いた。基体７００として、２５ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍのガラス基板７１０と、ガラス基板７１０の上面に厚み０．１μｍでスパッタにより形成されたチタン層（密着層）７２０と、チタン層７２０の上面に厚み０．２μｍでスパッタにより形成された白金層（バリア兼下地層）７４０と、白金層７４０の上面にスパッタレート２９６．１Å/分にて厚み２μｍでスパ
ッタにより形成された銀層７５０とを用いた。
【００８３】
基体７００の銀層７５０上に有機溶剤２―エチル−１，３―ヘキサンジオールを塗布し、その上に半導体発光素子３００の銀層３４０が直接接触するように載置した。半導体発光素子３００を載置後、基体７００を、大気雰囲気中、約２２０℃で約２時間加熱し接合を行った。これにより半導体発光素子３００を基体７００に直接接合することができた。
【実施例６】
【００８４】
半導体発光素子３００として、６００μｍ×６００μｍ×厚さ１２０μｍのサファイアを用いた透光性無機基板３１０と、透光性無機基板３１０の上面に積層されたＩｎＧａＮの半導体層３２０と、透光性無機基板３１０の下面に厚み０．０３μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）３５０と、チタン層３５０の下面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層３４０とを用いた。基体７００として、２５ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍのガラス基板７１０と、ガラス基板７１０の上面に厚み０．１μｍでスパッタにより形成されたチタン層（密着層）７２０と、チタン層７２０の上面に厚み０．２μｍでスパッタにより形成された白金層(バリア層)７３０と、白金層７３０の上面に厚み０．２μｍでスパッタにより形成された金層（下地層）７４０と、金層７４０の上面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層７５０とを用いた。
【００８５】
基体７００の銀層７５０上に有機溶剤２―エチル−１，３―ヘキサンジオールを塗布し、その上に半導体発光素子３００の銀層３４０が直接接触するように載置した。半導体発光素子３００を載置後、基体７００を、大気雰囲気中、約２２０℃で約２時間加熱し接合を行った。これにより半導体発光素子３００を基体７００に直接接合することができた。
【実施例７】
【００８６】
半導体発光素子１００として、６００μｍ×６００μｍ×厚さ１２０μｍのサファイアを用いた透光性無機基板１１０と、透光性無機基板１１０の上面に積層されたＩｎＧａＮの半導体層１２０と、透光性無機基板１２０の下面に厚み０．０３μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）１５０と、チタン層１５０の下面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層１４０とを用いた。基体５００として、２５ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍのガラス基板５１０と、ガラス基板５１０の上面に厚み０．１μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）５２０と、チタン層５２０の上面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み５μｍでスパッタにより形成された銀層５３０とを用いた。
【００８７】
基体５００の銀層５３０上に有機溶剤２―エチル−１，３―ヘキサンジオールを塗布し、その上に半導体発光素子１００の銀層５３０が直接接触するように載置した。半導体発光素子１００を載置後、基体５００を、大気雰囲気中、約２００℃で約２時間加熱し接合を行った。これにより半導体発光素子１００を基体５００に直接接合することができた。
【実施例８】
【００８８】
半導体発光素子１００として、６００μｍ×６００μｍ×厚さ１２０μｍのサファイアを用いた透光性無機基板１１０と、透光性無機基板１１０の上面に積層されたＩｎＧａＮの半導体層１２０と、透光性無機基板１２０の下面に厚み０．０３μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）１５０と、チタン層１５０の下面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層１４０とを用いた。基体５００として、２５ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍのガラス基板５１０と、ガラス基板５１０の上面に厚み０．１μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）５２０と、チタン層５２０の上面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層５３０とを用いた。
【００８９】
基体５００の銀層５３０上に有機溶剤２―エチル−１，３―ヘキサンジオールを塗布し、その上に半導体発光素子１００の銀層１４０が直接接触するように載置した。半導体発光素子１００を載置後、基体５００を、大気雰囲気中、約２００℃で約２時間加熱し接合を行った。これにより半導体発光素子１００を基体５００に直接接合することができた。
【実施例９】
【００９０】
半導体発光素子１００として、６００μｍ×６００μｍ×厚さ１２０μｍのサファイアを用いた透光性無機基板１１０と、透光性無機基板１１０の上面に積層されたＩｎＧａＮの半導体層１２０と、透光性無機基板１２０の下面に厚み０．０３μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）１５０と、チタン層１５０の下面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層１４０と、を用いる。基体５００として、２５ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍのガラス基板５１０と、ガラス基板５１０の上面に厚み０．１μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）５２０と、チタン層５２０の上面にスパッタレート２９６．１Å/分にて厚み２μｍでスパッタにより形
成された銀層５３０とを用いた。
【００９１】
基体５００の銀層５３０上に有機溶剤２―エチル−１，３―ヘキサンジオールを塗布し、その上に半導体発光素子１００の銀層１４０が直接接触するように載置した。半導体発光素子１００を載置後、基体５００を、大気雰囲気中、約２４０℃で約２時間加熱し接合を行った。これにより半導体発光素子１００を基体５００に直接接合することができた。
【実施例１０】
【００９２】
半導体発光素子３００として、６００μｍ×６００μｍ×厚さ１２０μｍのサファイアを用いた透光性無機基板３１０と、透光性無機基板３１０の上面に積層されたＩｎＧａＮの半導体層３２０と、透光性無機基板３１０の下面に厚み０．０３μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）３５０と、チタン層３５０の下面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層３４０とを用いた。基体７００として、２５ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍのガラス基板７１０と、ガラス基板７１０の上面に厚み０．１μｍでスパッタにより形成されたチタン層（密着層）７２０と、チタン層７２０の上面に厚み０．２μｍでスパッタにより形成された白金層（バリア兼下地層）７４０と、白金層７４０の上面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層７５０とを用いた。
【００９３】
基体７００の銀層７５０上に有機溶剤２―エチル−１，３―ヘキサンジオールを塗布し、その上に半導体発光素子３００の銀層３４０が直接接触するように載置した。半導体発光素子３００を載置後、基体７００を、大気雰囲気中、約２４０℃で約２時間加熱し接合を行った。これにより半導体発光素子３００を基体７００に直接接合することができた。
【実施例１１】
【００９４】
半導体発光素子３００として、６００μｍ×６００μｍ×厚さ１２０μｍのサファイアを用いた透光性無機基板３１０と、透光性無機基板３１０の上面に積層されたＩｎＧａＮの半導体層３２０と、透光性無機基板３１０の下面に厚み０．０３μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）３５０と、チタン層３５０の下面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層３４０とを用いた。基体７００として、２５ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍのガラス基板７１０と、ガラス基板７１０の上面に厚み０．１μｍでスパッタにより形成されたチタン層（密着層）７２０と、チタン層７２０の上面に厚み０．２μｍでスパッタにより形成されたルテニウム層（バリア兼下地層）７４０と、ルテニウム層７４０の上面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層７５０とを用いた。
【００９５】
基体７００の銀層７５０上に有機溶剤２―エチル−１，３―ヘキサンジオールを塗布し、その上に半導体発光素子３００の銀層３４０が直接接触するように載置した。半導体発光素子３００を載置後、基体７００を、大気雰囲気中、約２４０℃で約２時間加熱し接合を行った。これにより半導体発光素子３００を基体７００に直接接合することができた。
【実施例１２】
【００９６】
半導体発光素子３００として、６００μｍ×６００μｍ×厚さ１２０μｍのサファイアを用いた透光性無機基板３１０と、透光性無機基板３１０の上面に積層されたＩｎＧａＮの半導体層３２０と、透光性無機基板３１０の下面に厚み０．０３μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）３５０と、チタン層３５０の下面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層３４０とを用いた。基体７００として、２５ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍのガラス基板７１０と、ガラス基板７１０の上面に厚み０．１μｍでスパッタにより形成されたチタン層（密着層）７２０と、チタン層７２０の上面に厚み０．２μｍでスパッタにより形成された白金層（バリア層）７３０と、白金層７３０の上面に厚み０．２μｍでスパッタにより形成された金層（下地層）７４０と、金層７４０の上面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層７５０とを用いた。
【００９７】
基体７００の銀層７５０上に有機溶剤２―エチル−１，３―ヘキサンジオールを塗布し、その上に半導体発光素子３００の銀層３４０が直接接触するように載置した。半導体発光素子３００を載置後、基体７００を、大気雰囲気中、約２００℃で約２時間加熱し接合を行った。これにより半導体発光素子２００を基体７００に直接接合することができた。
【実施例１３】
【００９８】
半導体発光素子３００として、６００μｍ×６００μｍ×厚さ１２０μｍのサファイアを用いた透光性無機基板３１０と、透光性無機基板３１０の上面に積層されたＩｎＧａＮの半導体層３２０と、透光性無機基板３１０の下面に厚み０．０３μｍでスパッタにより形成されたチタン層（下地層）３５０と、チタン層３５０の下面にスパッタレート２９６．１Å／分にて厚み２μｍでスパッタにより形成された銀層３４０とを用いた。基体７００として、２５ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍのガラス基板７１０と、ガラス基板７１０の上面に厚み０．１μｍでスパッタにより形成されたチタン層（密着層）７２０と、チタン層７２０の上面に厚み０．２μｍでスパッタにより形成された白金層（バリア層）７３０と、白金層７３０の上面に厚み０．２μｍでスパッタにより形成された金層（下地層）７４０と、金層７４０の上面に厚み２μｍで電解めっきにより形成された銀層７５０とを用いた。
【００９９】
基体７００の銀層７５０上に有機溶剤２―エチル−１，３―ヘキサンジオールを塗布し、その上に半導体発光素子３００の銀層３４０が直接接触するように載置した。半導体発光素子３００を載置後、基体７００を、大気雰囲気中、約２００℃で約２時間加熱し接合
を行った。これにより半導体発光素子２００を基体７００に直接接合することができた。
【０１００】
＜測定結果＞
実施例１乃至８、１２および１３に係る半導体装置について、ダイシェア強度を測定した。ダイシェア強度は、室温で基体５００または７００から半導体発光素子１００または３００を剥す方向にそれぞれせん断力をかけ、剥離したときの強度を測定した。また、実施例１乃至８、１２および１３に係る基体５００または７００の銀層５３０または７５０についてＸＲＤを用いて結晶方位の解析をそれぞれ行った。表１にダイシェア強度（ＭＰa）の測定結果とＸＲＤ解析による各結晶方位のピーク強度、もしくはピーク強度比を示
す。また実施例９乃至１１に係る半導体装置について、大気雰囲気中、３００℃〜４４０℃で約２時間加熱し、加熱前後のダイシェア強度維持率を測定した。表２にダイシェア強度維持率の測定結果を示す。また、実施例４、５および６において得られた半導体発光素子における銀層のＸ線結晶回折図を図４に示す。図４中、（ａ）は実施例４、（ｂ）は実施例５、（ｃ）は実施例６において得られた半導体発光素子における銀層のＸ線結晶回折図である。実施例１０において得られた半導体発光素子の実装状態の断面ＳＥＭ反射電子像を図５に示す。
【０１０１】
【表１】
0005983836.tif 000003
【０１０２】
【表２】
0005983836.tif 000004
【０１０３】
前記表１に示すように、第１の銀層の厚みが厚くなるほど、接合強度が向上することが確認できた（実施例７および８）。また、表１に示すように、銀層のスパッタ速度が速いほど、接合強度が向上することが確認できた（実施例１、２および３）。また、表１に示すように、銀層の（２００）面のピーク強度／（１１１）面のピーク強度が高いほど、接合強度が高いことが確認できた。
【０１０４】
また、前記表１に示すように、第１の下地層としてチタンを用いる場合、接合強度が最も強く、白金を用いる場合、次に接合強度が強く、金を用いる場合、その次に接合強度が強いことが確認できた。
【０１０５】
また、前記表１に示すように、第１の銀層をスパッタにより形成した場合（実施例１２）、めっきにより形成した場合（実施例１３）よりも接合強度がさらに向上することが確認できた。
【０１０６】
前記表２に示すように、バリア層が配置された半導体装置（実施例１０および１１）のほうが、配置されていない半導体装置（実施例９）よりも、耐熱性が向上することが確認できた。
【０１０７】
図４に示すように、第１の下地層としてチタンを用いる場合、（２００）ピーク強度が最も強く、白金を用いる場合、次に（２００）ピーク強度が強く、金を用いる場合、その次に（２００）ピーク強度が強いことが確認できた。また、第１の下地層としてチタンを用いる場合、（２００）ピーク強度／（１１１）ピーク強度が最も強く、白金を用いる場合、次に（２００）ピーク強度／（１１１）ピーク強度が強く、金を用いる場合、その次に（２００）ピーク強度／（１１１）ピーク強度が強いことが確認できた。
【０１０８】
図５に示すように、本発明の半導体装置は、第１の銀層と第２の銀層との界面に、少なくとも１つの銀の異常成長粒が存在することが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明の半導体装置の製造方法は、例えば、部品電極の接続、ダイアタッチ、微細バンプ、フラットパネル、ソーラ配線等の製造用途およびウェハ接続等の用途、またこれらを組み合わせて製造する電子部品の製造に適用できる。また、本発明の半導体装置の製造方法は、例えば、ＬＥＤやＬＤなどの半導体発光素子を用いた半導体装置を製造する際にも適用できる。
【符号の説明】
【０１１０】
１００、２００、３００  半導体発光素子
１１０、２１０、３１０  透光性無機基板
１２０、２２０、３２０  半導体層
１２１、２２１、３２１  ｎ型半導体層
１２２、２２２、３２２  ｐ型半導体層
１３０、２３０、３３０  電極
１３１、２３１、３３１  ｎ型電極
１３２、２３２、３３２  ｐ型電極
１４０、２４０、３４０  銀層
１５０、２５０、３５０  下地層
１６０  反射層
２６０、３６０  バリア層
３７０  密着層
５００、６００、７００  基体
５１０、６１０、７１０  基板
５２０、６３０、７４０  下地層
６２０、７３０  バリア層
５３０、６４０、７５０  銀層
７２０  密着層
【図１】
0005983836.tif 000005
【図２】
0005983836.tif 000006
【図３】
0005983836.tif 000007
【図４】
0005983836.tif 000008
【図５】
0005983836.tif 000009