(57)【要約】【課題】酸化物等の基板と金属膜との高い密着性が得られる半導体素子若しくはそれを備える半導体装置、又は半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体素子(100)は、酸化物の基板(10)と、前記基板(10)の上面に設けられた半導体素子構造(20)と、前記基板(10)の下面に設けられた金属膜(30)と、を備え、前記金属膜(30)は、酸化物のナノ粒子(35)を含むことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物の基板と、前記基板の上面に設けられた半導体素子構造と、前記基板の下面に設けられた金属膜と、を備え、
前記金属膜は、酸化物のナノ粒子を含む半導体素子。
【請求項２】
前記基板は、酸化アルミニウムである請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記ナノ粒子は、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化イリジウム、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ニッケル、酸化ハフニウム、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＦＴＯの中から選択される少なくとも１つの物質である請求項１又は２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記ナノ粒子は、第４族元素、第１０族元素、第１２族元素、第１３族元素、第１４族元素の中から選択される少なくとも１つの元素の酸化物である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項５】
窒化物の基板と、前記基板の上面に設けられた半導体素子構造と、前記基板の下面に設けられた金属膜と、を備え、
前記金属膜は、窒化物のナノ粒子を含む半導体素子。
【請求項６】
前記基板は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）である請求項５に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記ナノ粒子は、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化亜鉛、窒化マグネシウム、窒化ガリウム、窒化タンタル、窒化ニオブ、窒化ビスマス、窒化イットリウム、窒化イリジウム、窒化インジウム、窒化スズ、窒化ニッケル、窒化ハフニウムの中から選択される少なくとも１つの物質である請求項５又は６に記載の半導体素子。
【請求項８】
炭化物の基板と、前記基板の上面に設けられた半導体素子構造と、前記基板の下面に設けられた金属膜と、を備え、
前記金属膜は、炭化物のナノ粒子を含む半導体素子。
【請求項９】
前記基板は、炭化珪素である請求項８に記載の半導体素子。
【請求項１０】
前記ナノ粒子は、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化イットリウム、炭化ハフニウムの中から選択される少なくとも１つの物質である請求項８又は９に記載の半導体素子。
【請求項１１】
前記ナノ粒子は、前記基板の下面に付着している請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項１２】
前記ナノ粒子は、前記金属膜の結晶粒界に少なくとも存在している請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項１３】
前記ナノ粒子は、前記金属膜中において、前記基板側に多く存在している請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項１４】
前記金属膜中の前記ナノ粒子の含有量は、１ｗｔ％以下である請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項１５】
前記ナノ粒子の平均粒径は、０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項１６】
前記基板は、透光性を有し、
前記ナノ粒子は、透光性を有する請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項１７】
前記基板は、導電性を有し、
前記ナノ粒子は、導電性を有する請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項１８】
前記金属膜は、銀を主成分とする膜である請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項１９】
前記銀の純度は、前記銀を主成分とする膜がアルミニウムの反射率以上の反射率を維持可能な純度である請求項１８に記載の半導体素子。
【請求項２０】
前記銀の平均粒径は、５０ｎｍ以上１．０μｍ以下である請求項１８又は１９に記載の半導体素子。
【請求項２１】
前記半導体素子構造は、発光素子構造である請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項２２】
基体と、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の半導体素子と、を備え、
前記半導体素子の下面側が前記基体に接合されている半導体装置。
【請求項２３】
酸化物の基板の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、
前記基板の下面に、金属と酸化物の同時スパッタ若しくは同時蒸着により、前記酸化物のナノ粒子を含有する前記金属の膜を成膜する工程を含む半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
酸化物の基板の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、
前記基板の下面に、スパッタ若しくは蒸着により、酸化物のナノ粒子を散り散りに付着させた後、該ナノ粒子を覆って金属の膜を成膜する工程を含む半導体素子の製造方法。
【請求項２５】
窒化物の基板の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、
前記基板の下面に、金属と窒化物の同時スパッタ若しくは同時蒸着により、前記窒化物のナノ粒子を含有する前記金属の膜を成膜する工程を含む半導体素子の製造方法。
【請求項２６】
窒化物の基板の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、
前記基板の下面に、スパッタ若しくは蒸着により、窒化物のナノ粒子を散り散りに付着させた後、該ナノ粒子を覆って金属の膜を成膜する工程を含む半導体素子の製造方法。
【請求項２７】
炭化物の基板の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、
前記基板の下面に、金属と炭化物の同時スパッタ若しくは同時蒸着により、前記炭化物のナノ粒子を含有する前記金属の膜を成膜する工程を含む半導体素子の製造方法。
【請求項２８】
炭化物の基板の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、
前記基板の下面に、スパッタ若しくは蒸着により、炭化物のナノ粒子を散り散りに付着させた後、該ナノ粒子を覆って金属の膜を成膜する工程を含む半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子及びそれを備える半導体装置、並びに半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、サファイアなど酸化物等の基板の裏面に銀などの金属からなる反射層が形成された半導体発光素子において、基板と反射層との密着性に関する検討がなされてきた（例えば特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３３２７６２号公報
【特許文献２】特開２００１−２８４９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、今尚、酸化物等の基板と金属膜との密着性においては改善の余地がある。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、酸化物等の基板と金属膜との高い密着性が得られる半導体素子及び／若しくはそれを備える半導体装置、並びに／又は半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の半導体素子は、酸化物の基板と、前記基板の上面に設けられた半導体素子構造と、前記基板の下面に設けられた金属膜と、を備え、前記金属膜は、酸化物のナノ粒子を含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明の別の半導体素子は、窒化物の基板と、前記基板の上面に設けられた半導体素子構造と、前記基板の下面に設けられた金属膜と、を備え、前記金属膜は、窒化物のナノ粒子を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の別の半導体素子は、炭化物の基板と、前記基板の上面に設けられた半導体素子構造と、前記基板の下面に設けられた金属膜と、を備え、前記金属膜は、炭化物のナノ粒子を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体装置は、基体と、本発明の半導体素子と、を備え、前記半導体素子の下面側が前記基体に接合されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体素子の製造方法は、酸化物の基板の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、前記基板の下面に、金属と酸化物の同時スパッタ若しくは同時蒸着により、前記酸化物のナノ粒子を含有する前記金属の膜を成膜する工程を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の別の半導体素子の製造方法は、酸化物の基板の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、前記基板の下面に、スパッタ若しくは蒸着により、酸化物のナノ粒子を散り散りに付着させた後、該ナノ粒子を覆って金属の膜を成膜する工程を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の別の半導体素子の製造方法は、窒化物の基板の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、前記基板の下面に、金属と窒化物の同時スパッタ若しくは同時蒸着により、前記窒化物のナノ粒子を含有する前記金属の膜を成膜する工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の別の半導体素子の製造方法は、窒化物の基板の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、前記基板の下面に、スパッタ若しくは蒸着により、窒化物のナノ粒子を散り散りに付着させた後、該ナノ粒子を覆って金属の膜を成膜する工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明の別の半導体素子の製造方法は、炭化物の基板の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、前記基板の下面に、金属と炭化物の同時スパッタ若しくは同時蒸着により、前記炭化物のナノ粒子を含有する前記金属の膜を成膜する工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の別の半導体素子の製造方法は、炭化物の基板の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、前記基板の下面に、スパッタ若しくは蒸着により、炭化物のナノ粒子を散り散りに付着させた後、該ナノ粒子を覆って金属の膜を成膜する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、酸化物、窒化物、若しくは炭化物の基板との密着性に優れた金属膜を有する半導体素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体装置の概略上面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面における概略断面図（ｂ）である。
【図２】図１に示す半導体装置に実装された半導体素子の概略上面図（ａ）と、そのＢ−Ｂ断面における概略断面図（ｂ）である。
【図３】基材と薄膜の接合について説明するための模式図（ａ）と、本発明の一実施の形態に係る基板と金属膜の接合について説明するための模式図（ｂ）及び（ｃ）である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る半導体素子及びその製造方法の一例を説明するための模式図（ａ）及び（ｂ）である。
【図５】銀膜の金添加量と反射率の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例及び比較例に係る金属膜の接合強度を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施例に係る金属膜の一断面において走査透過電子顕微鏡により観察される像である。
【図８】本発明の実施例及び比較例に係る金属膜の接合強度を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例及び比較例に係る金属膜の接合強度を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例に係る金属膜のＸ線回折測定結果を示すグラフ（ａ）及び（ｂ）である。
【図１１】金属膜中のナノ粒子の含有量のスパッタ装置における設定値と誘導結合プラズマ発光分光分析装置による実測値の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。但し、以下に説明する半導体素子及びその製造方法、並びに半導体装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。
【００１９】
＜実施の形態１＞
図１（ａ）は実施の形態１に係る半導体装置の概略上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す概略断面図である。図２（ａ）は図１に示す半導体装置に実装された半導体素子の概略上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す概略断面図（ｂ）である。
【００２０】
図１に示すように、実施の形態１に係る半導体装置２００は、半導体素子１００と、基体１１０と、を備えている。半導体素子１００の下面側は、基体１１０に接合されている。
【００２１】
より詳細には、半導体装置２００は、表面実装型ＬＥＤである。半導体装置２００は、ＬＥＤ素子である半導体素子１００と、半導体素子１００を収納する凹部が設けられた基体１１０と、凹部の内側において半導体素子１００を覆うように設けられた封止部材１３０と、を備える。基体１１０は、正負一対のリード電極と、このリード電極を一体的に保持する樹脂の成形体と、を有するパッケージである。基体１１０の凹部の底面の一部は、リード電極の表面により構成されている。半導体素子１００は、基体１１０の凹部の底面（より具体的には一方のリード電極）に接合部材１２０で接合され、リード電極にワイヤで接続されている。なお、封止部材１３０は、蛍光体や充填剤を含んでいてもよい。
【００２２】
図２に示すように、実施の形態１に係る半導体素子１００は、酸化物の基板１０と、基板１０の上面に設けられた半導体素子構造２０と、基板１０の下面に設けられた金属膜３０と、を備える。そして、金属膜３０は、酸化物のナノ粒子３５を含む。
【００２３】
このように、金属膜３０中にナノ粒子３５が存在することにより、金属膜３０の基板１０との密着性を高めることができ、信頼性の高い半導体素子が得られる。また、金属膜３０は、酸化物膜（層）などを基板１０と金属膜３０の間に介在させるよりも、このような効果を安価に得られると共に、基板１０と金属膜３０の間の層構成を簡素にすることができる。したがって、介在させる膜による光損失を抑え、光取り出し効率に優れた発光素子や受光効率に優れた受光素子が得られる。さらに、放熱性に優れた半導体素子が得られる。
【００２４】
また、金属膜３０中にナノ粒子３５が存在することにより、ピンニング効果を発現し、金属膜３０の主成分となる金属（元素）の結晶粒３１（以下、単に「結晶粒３１」と略記する）の成長を抑制することができる。これにより、半導体装置のアッセンブリ工程の熱履歴による結晶粒３１の成長が抑えられ、金属膜３０の表面の平滑性を維持したり、金属膜３０内の空隙（ボイド）の発生を抑えたり、することができる。したがって、金属膜３０は、高い反射率や放熱性を維持しやすい。
【００２５】
図３（ａ）は、基材と薄膜の接合について説明するための模式図である。また、図３（ｂ）及び（ｃ）は、実施の形態１に係る基板と金属膜の接合について説明するための模式図である。図３（ａ）に示すように、一般的に、基材上に薄膜を成膜した場合、その界面近傍に、化合物生成による反応領域や原子拡散による拡散領域が形成されることによって、基材と薄膜の密着性が高められる。例えば、酸化物の基材上に酸化しやすい金属の薄膜を成膜した場合には、その界面近傍に薄膜成分の金属の酸化物が生成された反応領域が形成されやすいため、密着性は得られやすい。一方、酸化物の基材上に酸化しにくい金属の薄膜を成膜した場合には、このような反応領域が形成されにくいため、密着性は得られにくかった。
【００２６】
そこで、図３（ｂ）に示すように、金属膜３０に酸化物のナノ粒子３５を含有させることを考える。これにより、基板１０と金属膜３０の界面近傍において、擬似的に上記反応領域を形成することができ、金属膜３０の酸化物の基板１０との密着性が高められると推測することができる。
【００２７】
金属膜３０の基板１０との密着性を高める観点においては、ナノ粒子３５は、少なくとも基板１０と金属膜３０の界面近傍に存在していることが好ましい。図３（ｂ）に示すように、ナノ粒子３５が金属膜３０の全域に亘って分散されていれば、金属膜３０の全域に亘って結晶成長を抑制しやすい。一方、図３（ｃ）に示すように、ナノ粒子３５が、金属膜３０中において上方即ち基板１０側に多く存在していれば、ナノ粒子３５を効率良く利用して基板１０と金属膜３０の密着性を高めることができる。また特に、ナノ粒子３５が金属膜３０中において基板１０と金属膜３０の界面近傍に偏在又は局在していれば、基板１０と金属膜３０の密着性を高めながら、金属膜３０の反射率の低下や電気抵抗の上昇を抑えることができる。
【００２８】
図４（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１に係る半導体素子及びその製造方法の一例を説明するための模式図である。図４（ａ）に示すように、実施の形態１に係る半導体素子１００の製造方法の一例は、酸化物の基板１０の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、基板１０の下面に、金属と酸化物の同時スパッタ若しくは同時蒸着により、酸化物のナノ粒子３５を含有する金属の膜を成膜する工程を含む。基板１０の下面に金属の原料３１ａとナノ粒子の原料３５ａを同時に供給することで、金属膜３０中の全域にナノ粒子３５を分散させることができる。この場合、ナノ粒子３５は、基板１０の下面に付着した粒子のほか、金属の結晶粒３１中、及び金属の結晶粒界に存在する粒子を含む。
【００２９】
図４（ｂ）に示すように、実施の形態１に係る半導体素子１００の製造方法の別の一例は、酸化物の基板１０の上面に半導体素子構造を備える半導体素子の製造方法であって、基板１０の下面に、スパッタ若しくは蒸着により、酸化物のナノ粒子３５を散り散りに付着させた後、そのナノ粒子３５を覆って金属の膜を成膜する工程を含む。基板１０の下面に、先にナノ粒子の原料３５ａを、後で金属の原料３１ａを、それぞれ別個に供給することで、金属膜３０中のナノ粒子３５を基板１０の下面に散り散りに付着した粒子にすることができる。これは、上記のように金属膜３０中のナノ粒子３５が基板１０との界面近傍に局在する形態の一例である。このとき、基板１０の下面にナノ粒子３５を散り散りに付着させるには、例えば１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ未満の厚さに成膜することで、基板下面全域を覆う膜状（層状）ではなく、ナノ粒子３５を散り散りに、すなわち複数の粒状に形成することができる。
【００３０】
以下、金属膜３０の好ましい形態について説明する。
【００３１】
図２に示すように、ナノ粒子３５は、金属膜３０の結晶粒界に少なくとも存在していることが好ましい。ナノ粒子３５が金属膜３０の結晶粒界に存在することで、ピンニング効果により粒界移動を抑制しやすく、結晶粒３１の成長を効果的に抑制することができる。また、銅など他の金属原子が金属膜３０の結晶粒界を拡散することを抑制することができる。さらに、空気中の酸素が金属膜３０中に浸入し結晶粒界を拡散するのを抑制することができる。したがって、金属膜３０は、半導体装置のアッセンブリ工程や連続駆動を経ても、高い反射率を維持し且つ基板１０からの剥離を抑制でき、信頼性に優れた光反射膜を得られる。また、金属膜３０は、別途バリア層を形成するよりも、このような効果を安価に得られると共に、金属膜３０の下の層構成を簡素にすることができる。
【００３２】
ナノ粒子３５は、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化イリジウム、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ニッケル、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＦＴＯの中から選択される少なくとも１つの物質であることが好ましい。酸化ハフニウムも好ましい。また、ナノ粒子３５は、第４族元素、第１０族元素、第１２族元素、第１３族元素、第１４族元素の中から選択される少なくとも１つの元素の酸化物であることも好ましい。なかでも、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタンは、入手しやすく、比較的安価である。
【００３３】
金属膜３０中のナノ粒子３５の含有量は、基板１０との密着性の観点からは、０ｗｔ％より大きければ良く、上限値は限定されず、例えば０．２ｗｔ％以上であり、０．５ｗｔ％以上であることが好ましく、１ｗｔ％以上であることがより好ましい。また、金属膜３０中のナノ粒子３５の含有量は、金属膜３０の反射率（初期反射率）の観点からは、例えば５ｗｔ％以下であり、４ｗｔ％以下であることが好ましく、２．５ｗｔ％以下であることがより好ましい。
【００３４】
ナノ粒子３５の平均粒径は、特に限定されないが、０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、更には０．１ｎｍ以上１０ｎｍ未満であっても良い。このように、ナノ粒子３５は、少量の添加で、多くの粒子を金属膜３０に分散させることができ、結晶粒３１の成長を抑制しやすい。なお、ナノ粒子３５の平均粒径は、Ｄ５０により定義することができる。また、ナノ粒子３５の平均粒径は、レーザ回折・散乱法、画像解析法（走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ））、動的光散乱法、Ｘ線小角散乱法などにより測定することができ、なかでも画像解析法が好ましい。画像解析法は、例えばＪＩＳ Ｚ ８８２７−１：２００８に準ずる。
【００３５】
ナノ粒子３５の形状は、特に限定されないが、球状、不定形破砕状、針状、柱状、板状（鱗片状を含む）、繊維状、又は樹枝状などが挙げられる。中でも、ナノ粒子３５が球状であることにより、可視光と干渉するレベルの比較的大きいナノ粒子３５中へ光が進入しても、全反射を抑制し速やかに光を取り出すことができ、反射率に優れる金属膜３０を得やすい。
【００３６】
基板１０が透光性を有することで、金属膜３０を光反射膜として機能させることができる。さらに、ナノ粒子３５が透光性を有することが好ましい。熱履歴による金属膜の結晶成長の抑制手段として、ソリュートドラッグ効果を狙って異種金属を添加することも考えられるが、異種金属は光吸収性が比較的高く、半導体装置内の光散乱を考慮すれば無視できない光損失を生じる。しかしながら、ナノ粒子３５が透光性を有するものであれば、そのような光損失を小さく抑えることができる。
【００３７】
基板１０が導電性を有することで、半導体素子１００を上下電極（対向電極）構造とすることができ、また半導体素子構造２０に面内均一に給電しやすく電力効率を高めやすい。さらに、ナノ粒子３５が導電性を有するものであれば、金属膜３０の電気抵抗の上昇を抑えることができる。
【００３８】
金属膜３０の形成方法は、特に限定されないが、スパッタ、蒸着などが挙げられる。金属膜３０の厚さは、任意に選択できるが、例えば０．０３μｍ以上５．０μｍ以下であり、０．０５μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることがより好ましい。
【００３９】
金属膜３０の主成分となる金属（元素）は、特に限定されないが、上述のように、酸化物の基板１０との密着性の得られにくさの観点から、酸化しにくい金属が好ましい。具体的には、銀、金、プラチナ、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、銅、錫などが挙げられる。なかでも、銀、及び金は特に、酸化物の基板１０との密着性が得られにくい。銀は、光反射性に優れ、なかでも可視波長域の反射率が金属中で最大であり、また熱伝導率、電気抵抗においても金属中最高の性能を有している。このため、金属膜３０は、銀を主成分とする膜であることが好ましい。
【００４０】
銀は、異種金属の不純物と固溶体や金属間化合物を形成するばかりでなく、セレンや硫黄などの非金属の不純物とも化合物を形成する。これらの不純物は、ピンニング効果やソリュートドラッグ効果と呼ばれる結晶成長抑制現象を促すが、銀膜の反射率を低下させる要因となる。特に、蛍光体などの光拡散成分を有する発光装置は、銀膜の凹凸や光吸収の影響が光拡散により増大されるため、無視できない光損失を生じる。したがって、純銀と同水準の反射率を得るためには、銀の純度をある程度高く維持することが好ましい。例えば、アルミニウムは、酸化物基板との密着性が得られやすく、銀に次いで高い反射率を有する金属である。このことから、銀膜への不純物の添加量の最大値（上限）は、銀膜（不純物の添加により、銀を主成分とする膜と呼称する）の反射率がアルミニウムと等しくなるような添加量とすることができる。言い換えると、銀の純度は、銀を主成分とする膜がアルミニウムの反射率以上の反射率を維持可能な純度であることが好ましい。また、同じ添加量であっても不純物の化学種により光吸収による損失は異なってくるが、金は、銀と全率固溶体を形成でき、金属間化合物等の偏析が無く均一な金属組織を取り得、反射率にばらつきが生じにくく、大量に添加可能な不純物である。金を例に取ることによって、実質的な銀膜への不純物添加量の最大値を定義することができる。図５は、銀膜の金添加量と反射率の関係を示すグラフである。より詳細には、図５は、スパッタによって形成される銀膜の金添加量と反射率（波長４５０ｎｍ）の関係を、加熱処理前後において示すグラフである。加熱処理の条件は、大気中で２５０℃、２時間である。図５を見ると、金添加量９ｗｔ％までは約９６％の高反射率を維持しており、銀の純度は９１％以上であることが好ましいことがわかる。さらに、純銀と同等の反射率を得るためには、銀の純度は９９％以上であることがより好ましい。なお、銀の純度は、銀に合金化又は反応して化合物を形成する不純物を除く銀の割合を指す。また、ナノ粒子３５は、この不純物に含まれない。
【００４１】
銀は、多結晶体であり、結晶粒が立体的に成長するにつれて、表面が荒れ、拡散反射が増加し、目視で白化したかのごとく見えるようになる。高純度の銀であっても光吸収は僅かに存在するため、拡散反射による光吸収の増加により反射率は低下する。銀膜の表面を鏡面又は光沢度１．５以上とするには、銀の平均粒径を可視光との干渉が殆ど無い程度に小さくすることにより可能である。具体的には、可視光の最短波長である３８０ｎｍの１／４を大きく下回る平均粒径５０ｎｍ未満とすることにより達成可能である。しかしながら、例えば電解めっきの場合、平均粒径を小さくするためには、銀膜中の不純物濃度を上げて結晶性を抑制する必要がある。不純物濃度を上げると光吸収が増加するため、平均粒径を小さくし鏡面即ち高い光沢度を得ても反射率が低下してしまう。さらに、スパッタでは、電解めっきより経済性の低い条件でしか達成できない。これらのことから、銀の平均粒径は、５０ｎｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましい。
【００４２】
＜実施の形態２＞
実施の形態２に係る半導体素子及びその製造方法は、実施の形態１に係る半導体素子及びその製造方法における基板１０及びナノ粒子３５を窒化物に変えたものである。このような実施の形態２に係る半導体素子及びその製造方法もまた、実施の形態１と同様の作用、効果を奏することができる。
【００４３】
実施の形態２におけるナノ粒子３５は、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化亜鉛、窒化マグネシウム、窒化ガリウム、窒化タンタル、窒化ニオブ、窒化ビスマス、窒化イットリウム、窒化イリジウム、窒化インジウム、窒化スズ、窒化ニッケル、窒化ハフニウムの中から選択される少なくとも１つの物質であることが好ましい。また、ナノ粒子３５は、第４族元素、第１０族元素、第１２族元素、第１３族元素、第１４族元素の中から選択される少なくとも１つの元素の窒化物であることも好ましい。
【００４４】
＜実施の形態３＞
実施の形態３に係る半導体素子及びその製造方法は、実施の形態１に係る半導体素子及びその製造方法における基板１０及びナノ粒子３５を炭化物に変えたものである。このような実施の形態３に係る半導体素子及びその製造方法もまた、実施の形態１と同様の作用、効果を奏することができる。
【００４５】
実施の形態３におけるナノ粒子３５は、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化イットリウム、炭化ハフニウムの中から選択される少なくとも１つの物質であることが好ましい。
【００４６】
以下、本発明の半導体素子及び半導体装置の各構成要素について説明する。
【００４７】
（半導体素子１００）
半導体素子は、少なくとも基板と半導体素子構造を備える。半導体素子は、発光素子のほか、受光素子でもよいし、電子素子でもよい。発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などが挙げられる。受光素子としては、フォトダイオードや太陽電池などが挙げられる。電子素子としては、トランジスタ、ＩＣやＬＳＩなどが挙げられる。半導体素子の上面視形状は、四角形、特に正方形又は一方向に長い矩形であることが好ましいが、その他の形状であってもよい。半導体素子（特に基板）の側面は、上面に対して、略垂直であってもよいし、内側又は外側に傾斜していてもよい。半導体素子は、同一面側にｐ，ｎ両電極を有する構造のものでもよいし、ｐ電極とｎ電極が素子の上面と下面に別個に設けられる、対向電極（上下電極）構造のものでもよい。同一面側にｐ，ｎ両電極を有する構造の半導体素子は、各電極をワイヤでリード電極や配線と接続される（フェイスアップ実装）。対向電極構造の半導体素子は、下面電極が導電性の接合部材でリード電極や配線に接合され、上面電極がワイヤでリード電極や配線と接続される。１つの半導体装置に搭載される半導体素子の個数は１つでも複数でもよい。複数の半導体素子は、直列又は並列に接続することができる。
【００４８】
（基板１０）
基板は、半導体素子構造を構成する半導体の結晶を成長可能な結晶成長用基板が簡便で好ましいが、結晶成長用基板から分離した半導体素子構造に接合させる接合用基板であってもよい。酸化物の基板の材料としては、酸化アルミニウム（サファイア）、酸化アルミニウムマグネシウム（スピネル）、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、ネオジガレート、リチウムガレート、アルミン酸ランタン、アルミン酸リチウム、酸化珪素などが挙げられる。窒化物の基板の材料としては、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）などが挙げられる。炭化物の基板の材料としては、炭化珪素などが挙げられる。基板の厚さは、例えば２０μｍ以上１０００μｍ以下であり、基板の強度や半導体装置の厚さの観点において、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
【００４９】
（半導体素子構造２０）
半導体素子構造は、発光素子構造、又は受光素子構造、又は電子素子構造と成り得る。半導体素子構造は、半導体層の積層体、即ち少なくともｎ型半導体層とｐ型半導体層を含み、また活性層をその間に介することが好ましい。さらに、半導体素子構造は、電極や保護膜を含んでもよい。電極は、金、銀、錫、プラチナ、ロジウム、チタン、アルミニウム、タングステン、パラジウム、ニッケル又はこれらの合金で構成することができる。保護膜は、珪素、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、アルミニウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素の酸化物又は窒化物で構成することができる。半導体素子が発光素子又は受光素子である場合、半導体素子構造の発光波長又は受光波長は、半導体材料やその混晶比によって、紫外域から赤外域まで選択することができる。半導体材料としては、蛍光体を効率良く励起できる短波長の光を発光可能な、また高周波及び高温動作の電子デバイスの実現が可能な、さらに高効率の太陽電池を実現可能な材料である、窒化物半導体（主として一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される）を用いることが好ましい。このほか、ＩｎＡｌＧａＡｓ系半導体、ＩｎＡｌＧａＰ系半導体、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、炭化珪素などを用いることもできる。
【００５０】
（接合膜）
基板１０の下面側には、金属膜３０の下に、さらに接合膜が設けられてもよい。接合膜の材料としては、金、銀、錫、ロジウム、タングステン、ニッケル、モリブデン、プラチナ、パラジウム、チタン又はこれらの合金を用いることができる。接合膜は、単層膜でも多層膜でもよい。接合膜の形成方法は、特に限定されないが、スパッタ、蒸着などが挙げられる。なお、この接合膜は省略してもよい。
【００５１】
（半導体装置２００）
半導体装置は、少なくとも基体と半導体素子を備え、半導体素子の下面側が基体に接合されたものである。半導体装置は、表面実装型でもよいし、リード挿入型でもよい。表面実装型の半導体装置は、リフロー半田付け等の熱履歴が比較的厳しく、金属膜の結晶成長が起こりやすいため、本実施の形態の構成が特に効果を奏する。また、半導体装置は、ツェナーダイオード等の静電保護素子を備えていてもよい。
【００５２】
（基体１１０）
基体は、主として、母体と配線を含む配線基板の形態や、リードフレームと成形体を含むパッケージの形態が挙げられる。基体は、平板状のものや凹部（カップ部）を有するものなどを用いることができる。平板状のものは半導体素子を実装しやすく、凹部を有するものは光の取り出し効率を高めやすい。また、基体は、成形体を成形後に鍍金などにより配線を設けたり、予め配線を設けた薄板を積層したり、することでも作製することができる。
【００５３】
（リード電極）
リード電極の材料としては、半導体素子に接続されて導電可能な金属を用いることができる。具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、又はこれらの合金、燐青銅、鉄入り銅などが挙げられる。リード電極は、これらの金属の積層体で構成されてもよいが、単層で構成されるのが簡便で良い。特に、銅を主成分とする銅合金が好ましい。また、その表層に、銀、アルミニウム、ロジウム、金、銅、又はこれらの合金などの鍍金や光反射膜が設けられていてもよく、なかでも光反射性に優れる銀が好ましい。リード電極は、例えばリードフレームがカット・フォーミングにより個々の半導体装置の一部として個片化されたものである。リードフレームは、上記材料からなる金属板に、プレスやエッチング、圧延など各種の加工を施したものが母体となる。リード電極の厚さは、任意に選択できるが、例えば０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、好ましくは０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である。
【００５４】
（成形体）
成形体は、リード電極と一体に成形され、パッケージを構成する。成形体の母材は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、又はこれらの変性樹脂やハイブリッド樹脂などの熱硬化性樹脂、若しくは、脂肪族ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂、ポリシクロヘキサンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。また、成形体は、これらの母材中に、充填剤又は着色顔料として、ガラス、珪酸カルシウム、チタン酸カリウム、酸化チタン、カーボンブラックなどの粒子又は繊維を含有していてもよい。
【００５５】
（配線基板）
配線基板の母体は、電気的絶縁性を有するものがよいが、導電性を有するものでも、絶縁膜などを介することで配線と電気的に絶縁させることができる。配線基板の母体の材料としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム又はこれらの混合物を含むセラミックスや、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン又はこれらの合金を含む金属や、エポキシ樹脂、ＢＴレジン、ポリイミド樹脂などの樹脂又はこれらの繊維強化樹脂（強化材はガラスなど）が挙げられる。配線基板は、母体の材質や厚さにより、リジッド基板、又は可撓性基板（フレキシブル基板）とすることができる。また、配線基板は、平板状の形態に限らず、上記パッケージと同様の凹部を有する形態とすることもできる。
【００５６】
配線は、母体の少なくとも上面に形成され、母体の内部、下面や側面にも形成されていてもよい。また、配線は、半導体素子が接合されるランド（ダイパッド）部、外部接続用の端子部、これらを接続する引き出し配線部などを有するものでもよい。配線の材料としては、銅、ニッケル、パラジウム、ロジウム、タングステン、クロム、チタン、アルミニウム、銀、金又はそれらの合金が挙げられる。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金が好ましい。また、その表層に、銀、アルミニウム、ロジウム、金、銅、又はこれらの合金などの鍍金や光反射膜が設けられていてもよく、なかでも光反射性に優れる銀が好ましい。これらの配線は、電解めっき、無電解めっき、スパッタ、蒸着、印刷、塗布、コファイア法、ポストファイア法などにより形成することができる。
【００５７】
（封止部材１３０）
封止部材は、半導体素子やワイヤ、配線やリードフレームの一部などを、封止して、埃や外力などから保護する部材である。封止部材は、電気的絶縁性を有することが好ましい。また、封止部材は、半導体素子構造から出射される光又は装置外部から受光すべき光を透過可能（好ましくは透過率７０％以上）であることが好ましい。また、半導体素子が電子素子の場合には、封止部材と上述の成形体が一体として設けられてもよい。封止部材の具体的な母材としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ＴＰＸ樹脂、ポリノルボルネン樹脂、又はこれらの変性樹脂やこれらの樹脂を１種以上含むハイブリッド樹脂が挙げられる。ガラスでもよい。なかでも、シリコーン樹脂又はその変性樹脂は、耐熱性や耐光性に優れ、固化後の体積収縮が少ないため、好ましい。特に、封止部材の母材は、フェニルシリコーン樹脂を主成分とすることが好ましい。フェニルシリコーン樹脂は、ガスバリア性にも優れ、腐食性ガスによる配線やリードフレームの劣化を抑制しやすい。また、封止部材に含ませる充填剤は、酸化珪素（シリカ）などが挙げられる。
【００５８】
（蛍光体）
蛍光体は、半導体素子構造から出射される一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光とは異なる波長の二次光を出射する。具体的には、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット、ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム、ユウロピウムで賦活されたサイアロン、ユウロピウムで賦活されたシリケート、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウムなどが挙げられる。
【００５９】
（ワイヤ）
ワイヤは、半導体素子の電極と、リード電極や配線と、を接続する導線である。具体的には、金、銅、銀、プラチナ、アルミニウム又はこれらの合金の金属線を用いることができる。特に、封止部材からの応力による破断が生じにくく、熱抵抗などに優れる金線が好ましい。また、光反射性を高めるために、少なくとも表面が銀で構成されているものでもよい。
【００６０】
（接合部材１２０）
接合部材は、半導体素子をリード電極や配線に接合する部材である。電気的絶縁性の接合部材は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、又はこれらの変性樹脂やハイブリッド樹脂などを用いることができる。また、熱伝導性の向上などのため、これらの樹脂に金属、金属酸化物又は金属窒化物などの充填剤を含有させていてもよい。導電性の接合部材としては、銀、金、銅、プラチナ、アルミニウム、パラジウムなどの金属粉末と樹脂バインダを含む金属ペーストや、錫−ビスマス系、錫−銅系、錫−銀系、金−錫系などの半田や、低融点金属などのろう材を用いることができる。また、このほか、導電性の接合部材としては、銀粒子及び／又は酸化銀粒子と、低級アルコールなどの有機溶剤と、を含む銀粒子焼結型ペースト（例えば国際公開公報ＷＯ２００９／０９０９１５参照）を用いることができる。この銀粒子焼結型ペーストは、樹脂を実質的に含有せずに構成できる。また、半導体素子の下面に設けられた金属膜と、基体側に設けられた金属膜と、を直接に接合することもできる（例えば国際公開公報ＷＯ２０１０／０８４７７４６参照）。
【００６１】
半導体素子は、例えば、基体に接合部材を塗布し、その上に半導体素子を載置した後、加熱（必要に応じて加圧）することで、基体に接合することができる。このとき、接合部材は、半導体素子の下面側の全面が濡れる量で設けられることが、半導体素子と基体との接合の耐熱衝撃性を高めやすく、好ましい。加熱温度（焼成温度）は、１５０℃以上３２０℃以下が好ましく、１６０℃以上２８０℃以下がより好ましい。また、接合は、真空中又はアルゴンや窒素などの不活性ガス雰囲気中で行われるのが好ましいが、大気雰囲気中で行われてもよい。特に、接合部材が上記銀粒子焼結型ペーストの場合には、大気雰囲気中又は酸素雰囲気中で接合が行われるのが好ましい。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【００６３】
＜実施例１＞
実施例１の半導体装置は、図１に示す例の半導体装置２００の構造を有する、縦５．０ｍｍ、横６．５ｍｍ、厚さ１．３５ｍｍの基体を備えた、上面発光（トップビュー）式の表面実装型ＬＥＤである。基体は、表面に銀の鍍金が施された銅合金製の正負一対のリード電極に、酸化チタンの白色顔料とシリカの充填剤を含むエポキシ樹脂製の成形体が一体成形されて、構成されている。基体の略中央には、成形体によって、直径４．３ｍｍ、深さ０．８５ｍｍの上面視円形状で２段式の凹部が形成されている。リード電極は、その表面の一部が凹部底面の一部を構成し、且つ成形体の外側に延出している。このような基体は、金型内に、リードフレームを設置して、成形体の構成材料を注入し固化させることで作製される。
【００６４】
基体の凹部底面には、６つの半導体素子が、負極側のリード電極上に金−錫系半田である接合部材（融点約２８０℃、厚さ約３．５μｍ）で接合され、その各電極が金のワイヤにより正負両極のリード電極と各々接続されている。この半導体素子は、青色（中心波長約４５５ｎｍ）発光可能な、縦４６０μｍ、横４６０μｍ、厚さ１２０μｍのＬＥＤ素子である。半導体素子は、酸化アルミニウム（サファイア）の基板の上面に、窒化物半導体のｎ型層、活性層、ｐ型層が順次積層された発光素子構造を有する。また、半導体素子は、酸化アルミニウムの基板の下面に接して形成された、酸化ジルコニウムのナノ粒子を４ｗｔ％含む、銀を主成分とする金属膜を有する。この金属膜は、スパッタ（すなわち銀と酸化ジルコニウムの同時スパッタ）により形成されたものであり、膜厚１２０ｎｍである。酸化ジルコニウムのナノ粒子の粒径は、１〜３ｎｍ程度である。銀の純度は９９．９９％であり、銀の結晶粒径は約１００ｎｍである。また、金属膜の下には、ニッケル（膜厚１００ｎｍ）、ロジウム（膜厚２００ｎｍ）、金（膜厚５００ｎｍ）を積層した接合膜が形成されている。なお、スパッタ装置はキャノンアネルバ社製ＳＰＦ−５３０Ｈを使用する（以下の実施例も同様である）。
【００６５】
そして、封止部材は、基体の凹部の内側において、半導体素子を被覆して設けられている。この封止部材は、屈折率１．５３のフェニルシリコーン樹脂を母材とし、その中にＹＡＧの蛍光体が分散されたものである。また、封止部材は、基体の凹部を満たすように充填され、上面が略平坦に形成されている。このような封止部材は、流動性を有する状態において、ディスペンサから滴下され、加熱により固化させることで形成される。
【００６６】
＜実施例２＞
実施例２の半導体装置は、実施例１の半導体装置において、金属膜中の酸化ジルコニウムのナノ粒子の含有量を２ｗｔ％に変えたものである。
【００６７】
＜実施例３＞
実施例３の半導体装置は、実施例１の半導体装置において、金属膜中の酸化ジルコニウムのナノ粒子の含有量を１ｗｔ％に変えたものである。
【００６８】
＜実施例４＞
実施例４の半導体装置は、実施例１の半導体装置において、金属膜中の酸化ジルコニウムのナノ粒子の含有量を０．５ｗｔ％に変えたものである。
【００６９】
＜比較例１＞
比較例１の半導体装置は、実施例１の半導体装置において、金属膜にナノ粒子を添加せずに作製したものである。
【００７０】
（評価１）
実施例１〜４及び比較例１の各半導体装置について、封止前の状態において、半導体素子の接合強度（シェア強度）を測定する。なお、接合強度の測定は、半導体装置に加熱処理（ピーク温度２６０℃、１０秒以下のリフローパス試験）を、施す前（０回）、１回施した後、２回施した後、３回施した後、の其々について行う。図６にその測定結果を示す。
【００７１】
図６は、実施例１〜４及び比較例１に係る金属膜の接合強度を示すグラフである。図６に示すように、実施例１〜４の金属膜は、比較例１の金属膜に比べて接合強度が高くなっており、また金属膜中の酸化ジルコニウムのナノ粒子の含有量の増加に伴い接合強度の上昇も見られる。このことから、酸化ジルコニウムのナノ粒子の存在により、金属膜の基板との密着性が高められていることがわかる。なお、比較例１の半導体装置では基板と金属膜の界面での破断が多く観測されるのに対し、実施例１〜４の半導体装置では接合部材部分での破断が多く観測される。
【００７２】
以上のように、基板が酸化アルミニウムであって、ナノ粒子が酸化ジルコニウムであることは、好ましい例の１つである。
【００７３】
＜実施例５＞
実施例５として、アズワン社製スライドガラス（切放タイプ）１−９６４５−０１である試験用基板の上面に、スパッタにより、チタン膜を１００ｎｍの厚さに成膜し、その上に、金属膜のサンプルとして、酸化アルミニウムのナノ粒子を４．１ｗｔ％含む、銀を主成分とする膜を５００ｎｍの厚さに成膜する。
【００７４】
プロセス条件は、以下のとおりである。プロセス前の到達圧力は、５．０ｅ−４Ｐａである。成膜前には、ＲＦ２５０Ｗ、１ｍｉｎ、０．５Ｐａ、Ａｒ：５０ｓｃｃｍの条件の逆スパッタにて、試験用基板の上面をクリーニングする。チタン膜は、Φ４ｉｎｃｈのチタンターゲットを用い、ＲＦ５００Ｗ、１８ｍｉｎ３５ｓｅｃ、０．５Ｐａ、Ａｒ：５０ｓｃｃｍの条件で成膜する。金属膜のサンプルは、Φ４ｉｎｃｈの酸化アルミニウムターゲットに対してＲＦ１００Ｗ、Φ４ｉｎｃｈの銀ターゲットに対してＲＦ６０Ｗ、１２０ｍｉｎ、０．５Ｐａ、Ａｒ：５０ｓｃｃｍの条件の同時スパッタにて成膜する。なお、成膜の際、試験用基板のホルダは６ｒｐｍで回転し、常温程度に冷却されている。
【００７５】
図７は、実施例５に係る金属膜の一断面において走査透過電子顕微鏡（日本電子社製ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆ（Ｃｏｌｄ−ＦＥＧ））により観察される像である。図７に示すように、本実施例５の金属膜には、銀の結晶粒界に、酸化アルミニウムのナノ粒子（図７中では黒い斑点部）が存在している。また、酸化アルミニウムのナノ粒子は、金属膜中における銀の結晶粒界以外の領域にも存在している。酸化アルミニウムのナノ粒子の粒径は、１．０〜３．０ｎｍ程度である。
【００７６】
＜実施例６＞
実施例６のサンプルは、実施例５のサンプルにおいて、金属膜中の酸化アルミニウムのナノ粒子の含有量を２．５ｗｔ％に変えたものである。
【００７７】
＜比較例２＞
比較例２のサンプルは、実施例５のサンプルにおいて、ナノ粒子を添加せずに作製したものである。
【００７８】
（評価２）
実施例５，６及び比較例２の各サンプルについて、加熱処理（条件：大気中、２５０℃、２時間）前後における金属膜の反射率を測定する。測定波長は４５０ｎｍである。表１にその測定結果を示す。
【００７９】
【表１】
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【００８０】
表１に示すように、実施例５，６の金属膜は、加熱処理前後において反射率の変化が殆ど無く、酸化アルミニウムのナノ粒子の存在により、金属膜の熱履歴による結晶成長が抑制されている。さらに、金属膜中のナノ粒子の含有量を例えば４ｗｔ％以下とすることで、高い初期反射率が得られやすく、またその反射率を維持しやすいことがわかる。
【００８１】
＜実施例７＞
実施例７のサンプルは、実施例５のサンプルにおいて、ナノ粒子を酸化ジルコニウムに変えたものである。実施例７の金属膜は、加熱処理（条件：上記と同じ）前の反射率は９２．６％、加熱処理後の反射率は８９．８％、反射率維持率は９７．０％である。実施例７の金属膜は、比較例２に比べ加熱処理前後における反射率の低下が抑えられており、酸化ジルコニウムのナノ粒子の存在により、金属膜の熱履歴による結晶成長が抑制されている。
【００８２】
以下、酸化ジルコニウム以外のナノ粒子を含有する金属膜について、基板との密着性を評価する。
【００８３】
＜実施例８＞
実施例８の半導体装置は、実施例１の半導体装置において、金属膜中のナノ粒子を酸化亜鉛に変えたものである。
【００８４】
＜実施例９＞
実施例９の半導体装置は、実施例１の半導体装置において、金属膜中のナノ粒子を酸化ニッケルに変えたものである。
【００８５】
＜実施例１０＞
実施例１０の半導体装置は、実施例１の半導体装置において、金属膜中のナノ粒子を酸化ハフニウムに変えたものである。
【００８６】
＜比較例３＞
比較例３の半導体装置は、実施例８の半導体装置において、金属膜にナノ粒子を添加せずに作製したものである。
【００８７】
＜実施例１１＞
実施例１１の半導体装置は、実施例１の半導体装置において、金属膜中のナノ粒子を酸化スズに変えたものである。
【００８８】
＜実施例１２＞
実施例１２の半導体装置は、実施例１の半導体装置において、金属膜中の酸化ジルコニウムのナノ粒子を基板の下面に散り散りに付着した粒子に限定するものである。この金属膜は、スパッタにより酸化ジルコニウムを極めて薄く（数ｎｍ程度の厚さに）形成することで酸化ジルコニウムのナノ粒子を基板の下面に散り散りに付着させた後、その上にスパッタにより銀を成膜することで形成される。
【００８９】
＜比較例４＞
比較例４の半導体装置は、実施例１１の半導体装置において、金属膜にナノ粒子を添加せずに作製したものである。
【００９０】
（評価３）
実施例８〜１２及び比較例３，４の各半導体装置について、封止前の状態において、半導体素子の接合強度（シェア強度）を測定する。なお、接合強度の測定は、半導体装置に加熱処理（ピーク温度２６０℃、１０秒以下のリフローパス試験）を、施す前（０回）、１回施した後、２回施した後、３回施した後、の其々について行う。図８，９にその測定結果を示す。
【００９１】
図８は、実施例８〜１０及び比較例３に係る金属膜の接合強度を示すグラフである。図９は、実施例１１，１２及び比較例４に係る金属膜の接合強度を示すグラフである。図８，９に示すように、実施例８〜１２の金属膜は、比較例３，４の金属膜に比べて接合強度が高くなっている。このことから、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化ハフニウム、酸化スズのナノ粒子を含有する金属膜においても、基板との密着性が高められていることがわかる。また、基板の下面に散り散りに付着した酸化ジルコニウムのナノ粒子を含有する金属膜においても、基板との密着性が高められていることがわかる。
【００９２】
＜実施例１３＞
実施例１３として、実施例５と同様に、スライドガラスの上面に、スパッタにより、チタン膜を５０ｎｍの厚さに成膜し、その上に、金属膜のサンプルとして、同時スパッタにより、酸化ジルコニウムのナノ粒子を４ｗｔ％含む、銀を主成分とする膜を５００ｎｍの厚さに成膜する。
【００９３】
＜実施例１４＞
実施例１４は、実施例１３における金属膜中のナノ粒子を酸化ハフニウムに変えたものである。
【００９４】
（評価４）
図１０（ａ），（ｂ）は其々、実施例１３，１４に係る金属膜のＸ線回折（ＸＲＤ）測定結果を示すグラフである。図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、実施例１３，１４の金属膜には、４３°付近に特有のピークが観測される。このことから、実施例１３の金属膜では銀−ジルコニウム若しくは銀−酸素−ジルコニウム、実施例１４の金属膜では銀−ハフニウム若しくは銀−酸素−ハフニウムの化学結合若しくは複合酸化物が存在することが推測され、これが基板との密着性が高められる要因の１つと考えられる。
【００９５】
最後に、図１１は、金属膜中のナノ粒子の含有量のスパッタ装置における設定値と誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ装置）による実測値の関係を示すグラフである。図１１に示すように、金属膜中のナノ粒子の含有量の実測値は、スパッタ装置における設定値より小さくなっており、通常の線形な関係が得られていないことがわかる。これは、金属膜中のナノ粒子の含有量を微量に制御するために、スパッタ装置のＲＦパワーを比較的低く設定する必要があるからである。なお、このナノ粒子は酸化ジルコニウムであるが、他のナノ粒子においても同様の傾向がある。そして、以上に示した実施の形態及び実施例における金属膜中のナノ粒子の含有量の数値は全て、成膜装置における設定値である。よって、金属膜中のナノ粒子の含有量は、実測値として、例えば１ｗｔ％以下とし、０．５ｗｔ％以下とすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明に係る半導体装置は、半導体素子が発光素子又は受光素子である場合には、液晶ディスプレイのバックライト光源、各種照明器具、大型ディスプレイ、広告や行き先案内等の各種表示装置、プロジェクタ装置、さらには、デジタルビデオカメラ、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、各種センサなどに利用することができる。また、本発明に係る半導体装置は、半導体素子が電子素子である場合には、パソコンなどの各種電子計算機やそれらに搭載される回路基板などに利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１０…基板
２０…半導体素子構造
３０…金属膜（３１…結晶粒、３１ａ…金属原料、３５…ナノ粒子、３５ａ…ナノ粒子の原料）
１００…半導体素子
１１０…基体
１２０…接合部材
１３０…封止部材
２００…半導体装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図７】
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