(57)【要約】【課題】半導体発光素子から放射される光を効率的に外部に放出して発光効率を高めることができ、半導体発光素子の接合時にはんだ層の厚みを維持することができ、はんだ層とメタライズ基板の電極との密着性を向上させ、半導体素子の接合強度を向上させることができ、素子端子−基板電極間の抵抗を小さく抑えることができる、メタライズ基板を提供する。【解決手段】セラミック基板、該セラミック基板上に形成された第１活性金属層、該第１活性金属層上に形成されたアルミニウム電極、該アルミニウム電極表面の少なくとも一部に形成されたバリア層、該バリア層上に形成されたはんだ層を備えて構成される、メタライズ基板。【選択図】図１
2008047604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板、該セラミック基板上に形成された第１活性金属層、該第１活性金属層上に形成されたアルミニウム電極、
該アルミニウム電極表面の少なくとも一部に形成されたバリア層、該バリア層上に形成されたはんだ層を備えて構成される、メタライズ基板。
【請求項２】
セラミック基板、該セラミック基板上に形成された第１活性金属層、該第１活性金属層上に形成されたアルミニウム電極、
該アルミニウム電極表面の少なくとも一部に形成された第２活性金属層、該第２活性金属層上に形成されたバリア層、該バリア層上に形成されたはんだ層を備えて構成される、メタライズ基板。
【請求項３】
前記第１活性金属層および前記第２活性金属層を構成する活性金属が、チタン、クロム、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタルからなる群から選ばれる一種以上の金属または合金である、請求項１または２に記載のメタライズ基板。
【請求項４】
前記セラミック基板が、窒化アルミニウム基板である、請求項１〜３のいずれかに記載のメタライズ基板。
【請求項５】
前記はんだ層が、金を含まないものである、請求項１〜４のいずれかに記載のメタライズ基板。
【請求項６】
前記はんだ層が、錫、銀、鉛からなる群から選ばれる一種以上の金属または該金属を主成分とする合金により形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のメタライズ基板。
【請求項７】
前記バリア層が、白金、ニッケル、パラジウム、銅、コバルト、または、銀のいずれかにより形成されている、請求項１〜６のいずれかに記載のメタライズ基板。
【請求項８】
前記アルミニウム電極におけるはんだ層が形成されていない表面露出部分に、酸化アルミニウム層が形成されている、請求項１〜７のいずれかに記載のメタライズ基板。
【請求項９】
はんだ層が形成された部分の前記アルミニウム電極表面が、凹形状となっている、請求項１〜８のいずれかに記載のメタライズ基板。
【請求項１０】
前記請求項１〜９のいずれかに記載のメタライズ基板、および該メタライズ基板のはんだ層に接合された半導体発光素子を備えて構成される、半導体装置。
【請求項１１】
セラミック基板上に、第１活性金属層を形成する工程、
該第１活性金属層上に、アルミニウム電極を形成する工程、
該アルミニウム電極表面の少なくとも一部を、エッチングする工程、
該アルミニウム電極表面のエッチングした箇所に、バリア層を形成する工程、
該バリア層上にはんだ層を形成する工程、
を備えたメタライズ基板の製造方法。
【請求項１２】
セラミック基板上に、第１活性金属層を形成する工程、
該第１活性金属層上に、アルミニウム電極を形成する工程、
該アルミニウム電極表面の少なくとも一部を、エッチングする工程、
該アルミニウム電極表面のエッチングした箇所に、第２活性金属層を形成する工程、
該第２活性金属層上にバリア層を形成する工程、
該バリア層上にはんだ層を形成する工程、
を備えたメタライズ基板の製造方法。
【請求項１３】
前記アルミニウム電極を形成する工程の後に、
エッチングする前記アルミニウム電極表面以外の部分をパターニングによりマスクする工程をさらに備え、その後の工程で形成される各層をリフトオフにより所定のパターンに形成する請求項１１または１２に記載のメタライズ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタライズ基板、その製造方法および半導体装置に関する。特に、半導体発光素子を搭載するのに適した表面反射率が大きなメタライズ基板、その製造方法、および該基板に半導体発光素子を搭載して構成された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、サブマウント基板とはんだ層とを備えたサブマウントにおいて、該基板とはんだ層との間に貴金属層および遷移金属層からなるはんだ密着層が形成されたサブマウントが記載されている。該サブマウントは、半導体発光素子を高い強度で接合することを目的としている。また、半導体素子の端子は一般的に金で形成されているので、これと同材料とするため、また、金は酸化しづらく安定であることから、サブマウントの電極は、一般的に金で形成されている。特許文献１に記載のサブマウントにおいても、電極は金で形成されている（第２６段落、第５２段落の実施例）。
【特許文献１】特許第３５０９８０９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
サブマウント基板上にＬＥＤ等の半導体発光素子を搭載して、これらをガラスレンズ等により覆って半導体装置が製造される。この場合、半導体発光素子の上部から放射される光は、一部はそのまま外部に放出されるが、他の一部は、ガラスレンズに反射されサブマウント基板の方向に戻ってくる。半導体装置の発光効率を上げるためには、この戻ってきた光をさらに反射させて、これらを外部に放射する必要がある。また、半導体発光素子の側面から放射される光の一部は、斜め下方向のサブマウント基板上に向かって放射される場合がある。サブマウント基板はこのような光をも反射して発光効率を高めることが要求される。
【０００４】
このような要求を満たし、サブマウント基板の光反射率を向上させるために、本発明者らは、サブマウント基板の表面の電極をアルミニウムにより形成することを考えた。アルミニウムは金に比べて光反射率が高く、上記の半導体発光素子からの光を効率よく外部に反射することができるからである。また、アルミニウムは、金に比べて、はんだとの濡れ性が良くないため、はんだが溶融時に電極上に濡れ広がることがない。このため、通常、金を電極とする場合は、はんだの濡れ広がり量を考慮し、該はんだ濡れ広がり部に掛からないようにワイヤーボンディングエリアを設計するため、サブマウントを大きめに設計しなければならないが、アルミニウム電極を用いる場合はその必要がなくなる。
【０００５】
また、金を電極とする場合、複数のはんだを有するサブマウントを一括実装しようとしても、はんだが濡れ広がってしまうため、溶融時のはんだ高さが制御できない。例えば、一つの素子に複数個の電極を有するＬＥＤ素子を実装しようとしても一部に接合不良が発生し、均一な発光部品を製造することが難しい。このため、現在は高価な金バンプを用いる接合が一般的となっている。しかし、アルミニウム電極を用いる場合は、はんだが溶融時に電極上に濡れ広がらないため、結果として溶融時のはんだ層の厚みを均一に保つことができ、ＬＥＤのフリップチップ実装において安価なはんだ実装が可能となる。
【０００６】
しかしながら、アルミニウムとはんだとの濡れ性が良くないため、アルミニウム電極上に素子と接合するためのはんだ層を形成する時に、はんだとの接合性を保つのが難しいという問題が生じた。また、アルミニウム電極は表面が酸化され易く、また、酸化により形成される酸化アルミニウム層は電気抵抗が大きい。よって、このままでは、アルミニウム電極上に素子を接続できないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題を解決することができる、サブマウント基板、その製造方法、および該サブマウント基板に半導体発光素子が搭載された半導体装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【０００９】
第１の本発明は、セラミック基板（１０）、該セラミック基板上に形成された第１活性金属層（２０）、該第１活性金属層上に形成されたアルミニウム電極（３０）、該アルミニウム電極表面の少なくとも一部に形成されたバリア層（５０）、該バリア層上に形成されたはんだ層（６０）を備えて構成される、メタライズ基板（１００Ａ）である。
【００１０】
第１の本発明のメタライズ基板は、基板表面にアルミニウム電極を有している。これにより光反射率を高くすることができ、搭載する半導体発光素子の光を効率的に外部に放出でき、半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。また、アルミニウム電極ははんだ濡れ性が悪く、溶融したはんだがアルミニウム電極上に濡れ広がらない。これにより、はんだ層を所定の厚みに保つことができ、半導体発光素子の接合性を良好なものとすることができる。また、アルミニウム電極上に、バリア層を形成し、これらを介してはんだ層を積層することによって、はんだ層の接合性を良好にすることができる。また、本発明のメタライズ基板の製法を採用することによって、酸化アルミニウム層を介さないで、アルミニウム電極上に直接バリア層を形成することができるので、素子を接合する際の電気抵抗を低くすることができる。
【００１１】
第１の本発明において、アルミニウム電極表面の少なくとも一部に第２活性金属層（４０）が形成され、その上に、バリア層（５０）が形成され、その上に、はんだ層（６０）が形成されていることが好ましい。このような構成にすることによって、各層の密着性をより高めることができ、素子を搭載した際の接合強度を高めることができる。
【００１２】
第１の本発明において、第１活性金属層（２０）および第２活性金属層（４０）を構成する活性金属は、チタン、クロム、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタルからなる群から選ばれる一種以上の金属または合金であることが好ましい。このような活性金属を用いることにより、セラミック基板およびアルミニウム電極の間、アルミニウム電極およびバリア層の間の密着性を良好にすることができる。
【００１３】
第１の本発明において、セラミック基板（１０）は、窒化アルミニウム基板であることが好ましい。セラミック基板を熱伝導率が高い窒化アルミニウム基板で形成することによって、搭載する半導体発光素子から放出される熱を、効率的に外部に放出することができる。
【００１４】
第１の本発明において、はんだ層（６０）は、金を含まないものであることが好ましい。はんだ層が金を含む場合は、はんだ層が溶融し、該溶融したはんだがアルミニウム電極に触れた際に、はんだに含まれる金とアルミニウム電極とが反応し、部分的にもろい合金を形成する場合がある。また、これによりはんだの組成が変化してしまう。このように、はんだが金を含む場合は、素子を搭載する際の性能に悪影響を与える可能性がある。
【００１５】
第１の本発明において、はんだ層（６０）は、錫、銀、鉛からなる群から選ばれる一種以上の金属または該金属を主成分とする合金により形成されていることが好ましい。はんだ層を形成するはんだとしては、金を含まないものであれば、これらの材料からなるものを特に限定無く使用することができる。
【００１６】
第１の本発明において、バリア層（５０）は、白金、ニッケル、パラジウム、銅、コバルト、または、銀のいずれかにより形成されていることが好ましい。これらの金属により形成されたバリア層は、溶融したはんだとの濡れ性が良く、はんだ層との密着性がよい。また、これらの金属により形成された所定の厚みを有するバリア層は、はんだ溶融時に溶解されないでバリア層として保持される。これにより、はんだが第２活性金属層に到達し合金を形成するのを防ぐことができる。なお、はんだが第２活性金属層に到達してしまうと、はんだと活性金属は濡れ性が悪いため、はんだが活性金属から剥がれてしまうという問題が生じる。また、バリア層は、中でも、白金により形成されていることが特に好ましい。これは、はんだは完全には白金に溶解せずに部分的に溶解するため、はんだと白金との接合力が高くなり、かつ、はんだが白金からなるバリア層下部の活性金属層まで到達しないためである。
【００１７】
第１の本発明において、アルミニウム電極（３０）におけるはんだ層（６０）が形成されていない表面露出部分に、酸化アルミニウム層（３２）が形成されていてもよい。アルミニウム電極は、電極表面が酸化され易く、酸化されることにより、電極表面に酸化アルミニウム層が形成される。よって、アルミニウム電極上におけるはんだ層が形成されていない部分には、通常、酸化アルミニウム層が形成されている。また、アルミニウム層には耐食性を上げるためにケイ素を含んでいても良い。
【００１８】
第１の本発明において、はんだ層（６０）が形成された部分のアルミニウム電極（３０）表面は、凹形状となっている場合がある。本発明のメタライズ基板を製造する際には、アルミニウム電極上に直接バリア層あるいは第２活性金属層を形成するため、アルミニウム電極上のはんだ層を形成する位置において、エッチングを施して、酸化アルミニウム層を除去する必要がある。そして、このエッチングにおいては、アルミニウム電極の表面が一部削られる場合がある。この場合において、エッチングしたアルミニウム電極表面は、凹形状となっており、該凹形状内部におけるアルミニウム電極の新生面にバリア層あるいは第２活性金属層が形成される。
【００１９】
第２の本発明は、第１の本発明のメタライズ基板（１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ）、および該メタライズ基板のはんだ層（６０）に接合された半導体発光素子（８０）を備えて構成される、半導体装置（２００）である。第２の本発明の半導体装置は、上記したメタライズ基板の種々の特性を備えたものである。
【００２０】
第３の本発明は、セラミック基板（１０）上に、第１活性金属層（２０）を形成する工程、該第１活性金属層上に、アルミニウム電極（３０）を形成する工程、該アルミニウム電極表面の少なくとも一部を、エッチングする工程、該アルミニウム電極表面のエッチングした箇所に、バリア層（５０）を形成する工程、該バリア層上にはんだ層（６０）を形成する工程、を備えたメタライズ基板（１００Ａ）の製造方法である。
【００２１】
第３の本発明は、第１の本発明のメタライズ基板を製造するための方法であり、アルミニウム電極表面上に形成された酸化アルミニウム膜を、エッチングにより除去して、アルミニウム電極を露出させ、この上にバリア層を形成する。これにより、半導体発光素子の端子とメタライズ基板の電極との間の電気抵抗を低く抑えつつ、アルミニウム電極を有するメタライズ基板を製造することができる。
【００２２】
第３の本発明において、アルミニウム電極表面のエッチングした箇所に、第２活性金属層（４０）を形成する工程をさらに有し、該第２活性金属層（４０）の上にバリア層（５０）を形成し、その上にはんだ層（６０）を形成することが好ましい。第２活性金属層を形成することにより、各層の密着性をより向上させて、半導体発光素子の接合強度を向上させることができる。
【００２３】
第３の本発明において、アルミニウム電極（３０）を形成する工程の後に、エッチングするアルミニウム電極（３０）表面以外の部分をパターニングによりマスクする工程をさらに備え、その後の工程で形成される各層（５０、６０、または、４０、５０、６０）をリフトオフにより所定のパターンに形成することが好ましい。本発明のメタライズ基板は、フォトリソグラフィー法等のパターニングにより、アルミニウム電極上の所定の位置にはんだ層を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
【００２５】
＜メタライズ基板＞
図１（ａ）に本発明のメタライズ基板の実施形態の一つを模式的に示した。本発明のメタライズ基板１００Ａは、セラミック基板１０、第１活性金属層２０、アルミニウム電極３０、バリア層５０、はんだ層６０をこの順に備えて構成されている。なお、本発明のメタライズ基板は、サブマウントであってもよく、サブマウントである場合は、セラミック基板１０の裏面（第１活性金属層２０が形成された面とは反対の面）が、他のメタライズ基板や、ヒートシンクに接合される。
【００２６】
（セラミック基板１０）
セラミック基板１０としては、窒化アルミニウム基板、酸化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板、窒化ケイ素基板等を用いることができる。この中でも、熱伝導率が高いセラミック基板１０として、窒化アルミニウム基板を用いることが好ましい。熱伝導率が高い窒化アルミニウム基板を用いることによって、搭載する半導体発光素子８０から放出される熱を効率的に外部に放出することができる。
【００２７】
セラミック基板１０には、基板１０の上面と下面とを接続するスルーホールまたはビアホールが形成されていてもよい。スルーホールは、例えば、スルーホール内部にメッキが施され、これにより上下面の導通が図られる。また、ビアホールは、スルーホール内部に金属ペーストが充填、焼成することにより形成される。
【００２８】
セラミック基板１０の表面粗さは、Ｒａで１μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以下であることが実装時にはんだが半導体素子に接触しやすくはんだが濡れ広がり易いためより好ましい。また、セラミック基板１０の平面度は、５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。このような表面粗さおよび平面度を有するセラミック基板１０を用いることによって、第１活性金属層２０との密着性を高くすることができ、半導体発光素子８０の接合強度を向上させることができる。なお、表面粗さ、平面度については、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１に基づいて求めた値である。
【００２９】
（第１活性金属層２０）
第１活性金属層２０は、セラミック基板１０とアルミニウム電極３０との密着性を高めるために形成される層である。第１活性金属層２０を形成する活性金属としては、チタン、クロム、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタルからなる群から選ばれる一種以上の金属または合金を用いることができる。この中でも、高い密着性を発揮する観点から、チタンを用いることがより好ましい。高い密着性が発現される理由としては、セラミック基板１０が窒化物の場合、セラミック基板１０の窒素とチタンが窒化物を形成するためと考えられる。第１活性金属層２０の厚さは、厚すぎると放熱性が損なわれる可能性があり、薄すぎると密着力を確保できない場合があるため、０．０１μｍ以上、１μｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
（アルミニウム電極３０）
本発明のメタライズ基板は、アルミニウム電極３０を有している。アルミニウム電極３０は、従来用いられてきた金電極に比べて、光反射率が高い。このため、搭載する半導体発光素子８０から放出される光を外部に反射させて、半導体装置２００の発光効率を向上させることができる。また、アルミニウム電極３０は、一般にはんだとの濡れ性が悪い。よって、はんだ溶融時において、溶融したはんだがアルミニウム電極３０上に流れ出すことがなく、はんだ層６０を所定の厚みに保つことができ、半導体発光素子８０との接合性を良好なものとすることができる。アルミニウム電極３０の厚さは、ワイヤーボンディング性を確保する観点から、０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
（第２活性金属層４０）
アルミニウム電極３０表面の少なくとも一部に第２活性金属層４０が形成されていることが好ましい。つまり、アルミニウム電極３０の所定の位置には、半導体発光素子８０を接合するためのはんだ層６０が形成されるが、該はんだ層６０が形成される所定の位置に第２活性金属層４０が形成されていることが好ましい。
【００３２】
第２活性金属層４０を形成した形態のメタライズ基板１００Ｂを図１（ｂ）に模式的に示す。第２活性金属層４０は、第１活性金属層２０と同様に、密着性を高めるための層であり、第２活性金属層４０が存在することにより、アルミニウム電極３０およびバリア層５０の間の密着性を向上させることができる。
【００３３】
図１（ａ）に示した形態のように、第２活性金属層４０を形成しないで、アルミニウム電極３０の上に直接バリア層５０を形成することもできるが、層間の密着性を高めて、半導体発光素子８０の接合強度を向上させる観点からは、アルミニウム電極３０とバリア層５０との間に第２活性金属層４０を形成することが好ましい。第２活性金属層４０を形成する活性金属は、第１活性金属層２０を形成するものと同様である。また、第２活性金属層４０の好ましい厚さは、第１活性金属層２０の好ましい厚さと同様である。
【００３４】
（バリア層５０）
バリア層５０は、アルミニウム電極３０とはんだ層６０との密着性を高めるための層である。アルミニウム電極３０は、はんだ濡れ性が悪いため、アルミニウム電極３０上に直接はんだ層６０を形成することはできない。よって、該バリア層５０を介してはんだ層６０が形成される。また、アルミニウム電極３０上に第２活性金属層４０を形成し、該第２活性金属層４０の上にバリア層５０を形成する場合（図１（ｂ）の１００Ｂの場合）は、バリア層５０は拡散防止層としての役割をも有する。つまり、バリア層５０は、はんだ溶融時に、溶融したはんだが第２活性金属層４０に拡散するのを防止している。はんだが第２活性金属層４０にまで拡散してしまうと、はんだと活性金属層は濡れ性が悪いため、はんだが活性金属から剥がれてしまうという問題が生じる。これにより、層間の接合強度が大幅に低下し、半導体発光素子８０の接合強度が低下してしまう。バリア層５０はこのような事態を防いでいる。
【００３５】
バリア層５０は、白金、ニッケル、パラジウム、銅、コバルト、または、銀のいずれかにより形成されていることが好ましい。中でも、バリア層５０は、白金により形成されていることが特に好ましい。これは、はんだは完全には白金に溶解せずに部分的に溶解するため、はんだと白金との接合力が高くなり、かつ、はんだが白金からなるバリア層下部の活性金属層まで到達しないためである。バリア層５０の厚さは、０．１μｍ以上、５μｍ以下とすることが好ましい。バリア層５０の厚さが薄すぎると、形成するはんだ層４０の溶融温度、溶融保持時間にもよるが、はんだ溶融時にバリア層５０が溶解してしまうので、バリア層としての機能を果たせなくなる場合がある。また、バリア層５０の厚さは上記の厚み以上つけてもバリア性には差が生じないため経済的でない。
【００３６】
（はんだ層６０）
はんだ層６０を形成するはんだは、金を含まないものであることが好ましい。はんだ層６０を形成するはんだが金を含む場合、はんだ溶融時に、溶融したはんだ中の金とアルミニウム電極とが接触した際に、金とアルミニウムとがもろい合金を形成する場合がある。これにより、はんだの組成が変化して、はんだ溶融保持時間が少なくなる等の影響が生じ、半導体発光素子８０を搭載する際の性能に影響が生じる。
【００３７】
はんだとしては、錫、銀、鉛からなる群から選ばれる一種以上の金属または該金属を主成分とする合金を用いることができる。例えば、錫−銀−銅はんだ、錫−アンチモンはんだ、錫−銅はんだ、錫−亜鉛はんだ等、公知の各種はんだを用いることが可能である。なお、はんだ層６０は、これら金属または合金からなる複数の層により形成してもよい。例えば、銀−錫はんだを形成したい場合には、第１層を銀、第２層を錫というように、溶融前の状態で二層からなるものとして形成してもよい。はんだ層６０の厚さは、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００３８】
（酸化アルミニウム層３２）
図１（ｃ）に模式図を示したように、アルミニウム電極３０表面におけるはんだ層６０が形成されていない部分には、酸化アルミニウム層３２が形成されていてもよい。アルミニウム電極３０は、その表面が酸化され易く、表面に酸化アルミニウム層３２が形成される。該酸化アルミニウム層３２は電気抵抗が高いため、アルミニウム電極３０に該酸化アルミニウム層３２が形成された状態で、はんだ層６０を介して半導体発光素子８０を搭載したのでは、半導体発光素子８０の端子と電極３０との間の抵抗が非常に大きくなってしまう。このため、本発明においては、アルミニウム電極３０表面のはんだ層６０を形成する所定の箇所に対して、以下において説明するエッチングを施して、該所定の箇所における酸化アルミニウム層３２を除去している。
【００３９】
従って、図１（ｃ）に示すように、アルミニウム電極３０表面のはんだ層６０を形成する以外の箇所には、酸化アルミニウム層３２がそのまま残っている。よって、通常、本発明のメタライズド基板におけるはんだ層が形成されていない表面露出部分には、酸化アルミニウム層３２が形成されている。
【００４０】
（凹形状３４）
上記したように、アルミニウム電極３０表面のはんだ層６０を形成する所定の箇所には、エッチングが施される。エッチングは、表面の酸化アルミニウム層３２を除去すると共に、アルミニウム電極３０の一部をも削り取る。これにより、はんだ層６０が形成されるアルミニウム基板３０の表面は、凹形状となる場合がある。エッチングの目的は、酸化アルミニウム層３２を除去することであるので、必ずしもアルミニウム基板３０の表面をも削り取る必要はないのであるが、酸化アルミニウム層３２の除去を確実なものとし、接続信頼性を確保する点から、アルミニウム電極３０表面のはんだ層６０を形成する所定の箇所には、０．０１μｍ〜０．２μｍの深さの凹形状３４が形成されていることが好ましい。
【００４１】
エッチングの具体的な手法としては、液体を用いない真空装置を用いたエッチング法を用いることが所定の部分のみをエッチングできるためより好ましい。所定の部分のみをエッチングする手法としては、アルミニウム電極３０を形成後、フォトリソグラフィーの技術を用いて、まず、全面にフォトレジストを塗布した後、所定のパターンを露光・現像し、はんだを形成する部分のみにレジストの開口部を形成する。その後、アルゴンイオンなどをドライエッチング装置（イオンミリング装置ともいう）にて基板に照射することで、該開口部をエッチングすることが可能となる。
【００４２】
液体を用いるエッチング法では、レジストがアルカリに溶解してしまうため、酸性のエッチング液を用いなければならないが、一般にアルミニウムは酸には溶解しやすいため、溶解量の制御が難しくなる。
【００４３】
該凹形状３４に、バリア層５０、および、はんだ層６０を順に形成するか、第２活性金属層４０、バリア層５０、および、はんだ層６０を順に形成して、本発明のメタライズ基板が形成される。
【００４４】
＜半導体装置２００＞
図１（ｄ）に半導体装置２００を概念的に示した。半導体装置２００は、メタライズ基板１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃのはんだ層６０を所定の温度に加熱して、溶融したはんだ層６０の上に半導体発光素子８０を搭載することにより得ることができる。
【００４５】
（半導体発光素子８０）
半導体発光素子８０の材料としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮＩｎ等の化合物半導体および該化合物をサファイアやシリコン基板上に成膜したもの等を挙げることができる。また、半導体発光素子８０は、レーザーダイオードであってもよい。発光部分は、半導体発光素子８０の上面あるいは下面のいずれであってもよいが、発光部分が下面に位置している場合は、該発光部分から発生する熱を、メタライズ基板を介して外部に効率的に放出できるという利点を有する。
【００４６】
＜メタライズ基板の製造方法＞
図２（ａ）〜（ｅ）に本発明のメタライズ基板の製造方法の概要を示す工程図を示した。なお、図２においては、メタライズ基板１００Ｃの製造方法を代表として示している。
【００４７】
まず、図２（ａ）に示すように、セラミック基板１０上に、第１活性金属層２０およびアルミニウム電極３０を順に形成する。セラミック基板１０は、セラミックグリーンシートを焼成する通常の方法により得ることができる。セラミック基版１０にスルーホールやビアホールを形成する場合は、この段階において通常の方法により形成することができる。
【００４８】
本発明のメタライズ基板がサブマウント基板である場合は、基板の長さ、幅が数ミリ程度であるので、通常は、複数個のサブマウント基板を含む長さ、幅が５０ｍｍ程度の母材を形成し、この母材にメタライズ層を形成した後、切断することによって、サブマウント基板が製造される。以下、セラミック基板１０として、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの窒化アルミニウム基板を母材として、最後に切断することによりサブマウント基板を製造する方法について説明する。
【００４９】
窒化アルミニウム基板１０の表面は、好ましい表面粗さとなるように研磨することが好ましい。表面粗さは、Ｒａで好ましくは１μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ以下とする。研磨の方法は、通常の方法により行うことができ、例えば、砥石を用いて研磨を行うことができる。
【００５０】
その後、窒化アルミニウム基板１０の表面に第１活性金属層２０およびアルミニウム電極３０を順に形成する。第１活性金属層２０およびアルミニウム電極３０は、一般的な薄膜形成法により形成することができる。薄膜形成法としては、例えば、スパッタ法、真空蒸着法等を挙げることができる。本実施形態の製造方法においては、スパッタ法によって、第１活性金属層２０およびアルミニウム電極３０を形成した。第１活性金属層２０は０．０６μｍの厚さとした。また、アルミニウム電極３０は１．５μｍの厚さとした。上記で説明したようにアルミニウム電極３０の表面は酸化され易い。図２（ａ）においては、アルミニウム電極３０の表面に酸化アルミニウム層３２が形成された形態を示している。
【００５１】
次に、図２（ｂ）に示すように、はんだ層６０を形成する以外のアルミニウム電極３０の表面を（厳密には、酸化アルミニウム層３２の表面を）、パターニングによりマスクする。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー法により行うことができ、アルミニウム電極３０表面における、はんだ層６０を形成する以外部分にレジスト層７０を形成することにより行うことができる。本実施形態においては、ネガ型のフォトレジストを用いて、はんだ層６０を形成しない部分を露光し、非露光部を現像することによって、所定パターンのレジスト層７０を形成した。このようにネガ型のレジストを用いることで、開口部は上側が狭く基板側が広い、所謂、逆テーパー型のレジストパターンを形成することができるため、その後のリフトオフでレジスト除去液がレジスト端部から入り込み易くなり、３μｍ以上と膜厚が厚いはんだ層を形成しても容易にリフトオフが可能となる。
【００５２】
次に、イオンミリング装置を用いてエッチングを行って、図２（ｃ）に示すように、レジスト層７０を形成した以外の箇所の酸化アルミニウム層３２およびアルミニウム電極３０の表面を取り除く。このエッチングによって、アルミニウム電極３０の新生面が露出する。エッチングは、ウエットエッチング、ドライエッチングのどちらを採用してもよいが、精密加工性の点から、ドライエッチングを採用することが好ましい。また、中でも、スパッタエッチング、特にイオンミリングを採用することが好ましい。スパッタエッチング、イオンミリングは、純粋に物理的過程によりエッチングを行う方法であるので、基板の所定の位置に選択的にエッチング処理を施すことができる点で、より精密加工性に優れているからである。
【００５３】
エッチングにより、酸化アルミニウム層３２およびアルミニウム電極３０の表面が取り除かれ、これにより、アルミニウム電極３０の表面に凹形状３４が形成される場合がある。凹形状３４の深さは、例えば、０．０１μｍ〜０．２μｍである。
【００５４】
次に、図２（ｄ）に示すように、各層を順に積層する。上記のエッチング処理により露出したアルミニウム電極３０の新生面は、時間の経過共に酸化され、表面に酸化アルミニウム層３２が再び形成されてしまう。よって、上記のエッチングを行った装置と同一装置内において、つまり、アルミニウム電極３０の新生面を外気に触れさせない条件下において、第２活性金属層４０あるいはバリア層５０を形成することが最も好ましい。
【００５５】
本実施形態においては、上記のエッチングを行った装置とは異なる装置において、第２活性金属層４０、バリア層５０、およびはんだ層６０を形成した。よって、アルミニウム電極３０の新生面を数時間外気に触れさせているが、素子の端子電極間の抵抗が大きくなるといった問題は生じなかった。本発明者らは、アルミニウム電極３０の新生面を外気に触れさせたとしても、雰囲気によっては２４時間以内であれば特に抵抗が大きくなるといった問題は生じなかった。但し、４８時間以上経過したものについては抵抗上昇が確認された。
【００５６】
図２（ｄ）に示した形態においては、第２活性金属層４０、バリア層５０、およびはんだ層６０を順に形成しているが、第２活性金属層４０の形成は任意である。ただし、第２活性金属層４０を形成した場合は、アルミニウム電極３０およびバリア層５０との密着性をより良好にできるという効果がある。図２（ｄ）においては、凹形状３４部分以外の、レジスト７０の上にも第２活性金属層４０、バリア層５０およびはんだ層６０が形成されている。本実施形態においては、第２活性金属層４０にチタン、バリア層５０に白金、はんだ層６０に銀−錫合金（銀３．５質量％、錫９６．５質量％）を用いた。各層は、真空蒸着により形成した。各層の厚さは、チタン層０．０６μｍ、白金層０．２μｍ、銀−錫合金層６μｍとした。
【００５７】
その後、余分なメタライズ層およびレジストを取り除くためのリフトオフを行う。このリフトオフにより図２（ｅ）に示すように、所定のはんだパターン６０をアルミニウム電極３０上に形成することができる。リフトオフは、レジスト層７０を除去するための一般的な溶液に基板を浸すことにより行うことができる。本実施形態においては、アセトンに６０分間基板を浸し、レジスト層７０およびその上のメタライズ層を除去し、ＩＰＡでリンス後、乾燥させた。以上で形成した母材基板を、最後に、所望の大きさに切断、分離して、サブマウント基板１００とした。
【００５８】
このサブマウント基板１００に半導体発光素子８０を搭載して、半導体装置２００が形成される。具体的には、サブマウント基板１００のはんだ層６０を加熱により溶融させて、この上に半導体発光素子を搭載することにより形成することができる。このとき、溶融したはんだ層６０は、アルミニウム基板上に濡れ広がらない。このため、半導体発光素子の接合性を良好なものとすることができる。また、アルミニウム電極３０上に、バリア層５０、場合によっては、第２活性金属層４０およびバリア層５０を介してはんだ層６０が形成され、このはんだ層６０に半導体発光素子８０が接合されるので、半導体発光素子の接合強度を大きくすることができる。
【実施例】
【００５９】
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００６０】
＜実施例１＞
窒化アルミニウム粉末１００質量部、酸化イットリウム５．０質量部、表面活性剤としてテトラグリセリンモノオレート１．０質量部、溶媒としてトルエン５０質量部、バインダーとしてポリｎ−プチルメタクリレート１３質量部、可塑剤としてジブチルフタレート４．２質量部、酢酸ブチル５質量部をボールミルにて混合し白色の泥漿を得た。
【００６１】
次いで、得られた泥漿を用いてドクターブレード法によりシート成形を行い、夫々厚さ０．６ｍｍの絶縁基板用グリーンシートを作製した。得られたグリーンシートについて、水分を含む水素ガスを１０（ｌ／分）で流通させながら、８５０℃、２時間、加熱脱脂を行った。なお、脱脂の際の昇温速度は２．５℃／分とした。脱脂後、脱脂体を窒化アルミニウム製の容器に入れ、窒素雰囲気中、１８００℃で、５時間加熱して□５０ｍｍ、厚み０．６ｍｍの焼結体を得た。
【００６２】
得られた焼結体を、ラップ研磨装置、バフ研磨装置を用いて研磨し、基板厚み０．３ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．０３μｍ、基板全体の反り８０μｍの鏡面加工基板を得た。得られた鏡面加工基板を酸・有機溶媒で洗浄したのち、乾燥させ、該基板の表面にスパッタで０．０６μｍのチタン薄膜（第１活性金属層）、１．２μｍのアルミニウム薄膜を順に形成し、片面メタライズ基板を作製した。
【００６３】
その後、表面にネガレジストを塗布し、所定のクロムマスクを用いて露光したのちレジスト現像液を用いて現像を行うことで、幅２００μｍ、長さ１ｍｍの開口部を複数個有するレジストパターニング基板を作製した。
【００６４】
得られたレジストパターニング基板に対して、アルゴンミリング装置を用いて１分間エッチング処理を行った。基板の一部を破壊し、レジストを除去した後、触針式の形状測定機を用いて、レジスト開口部とレジスト非開口部の段差を計測したところ、０．２μｍであった。
【００６５】
レジストパターンが形成された残りの基板については、イオンビーム式の真空蒸着機を用いて、０．０６μｍのチタン薄膜（第２活性金属層）、０．２μｍの白金薄膜を順に形成し、その後、２元のイオンビームを用いて、銀３．５質量％−残部すずからなる４μｍのはんだ層を形成した。その後、レジストをアセトンにて除去し、幅２００μｍ、長さ１ｍｍのはんだパターンを有するメタライズ基板を得た。
【００６６】
得られたメタライズ基板のはんだ表面からアルミニウム電極間の抵抗を四端子法にて測定したところ、３０ｍΩであった。また、得られたメタライズ基板をアシストガスとして窒素ガスを流しながら２４５℃にて３０秒加熱したのち、はんだ層表面の面積を確認したところ、該はんだ層の側端からアルミニウム電極層表面への濡れ広がりはほとんど確認できず、蒸着前とほとんど変わらなかった。該はんだ層の側端から、アルミニウム電極表面へ濡れ広がっているはんだの周縁までの幅は１０μｍ以下であった。
【００６７】
更に、板厚０．２ｍｍ、表面粗さ０．０４μｍの窒化アルミニウムの基板に、０．０６μｍのチタン薄膜、０．２μｍの白金薄膜、０．６μｍの金薄膜を順に施し、基板を幅０．２ｍｍ、長さ１ｍｍに切断して、接合用ダミーチップを作製した。上記で作製したメタライズ基板のはんだ層の上に該接合用ダミーチップを搭載したのち、アシストガスとして窒素ガスを流しながらメタライズ基板を２４５℃にて３０秒加熱してダミーチップを接合した。そして、該ダミーチップ部を横手方向に１０ｍｍ／秒の速度で破壊するまで押し、シェア強度を測定したところ、シェア強度は２０ＭＰａ（破壊強度／接合面積）であった。また、破壊モードははんだ−はんだ間であった。
【００６８】
＜実施例２＞
第２活性金属層を形成しなかった以外は、実施例１と同様に、メタライズ基板を作製し評価を行った。溶融後のアルミニウム電極層表面へのはんだ広がりは１０μｍ以下、シェア強度は１６ＭＰａ、はんだ−アルミニウム電極間の抵抗は３０ｍΩであった。
【００６９】
＜実施例３〜８＞
第１活性金属層、電極、エッチング時間（エッチング量）、第２活性金属層、バリア層、はんだ層、を表１に示した厚み、組成等とした以外は、実施例１と同様にして、メタライズ基板を作製した。各メタライズ基板に対して、実施例１と同様の評価を行った。なお、はんだ溶融条件は、はんだ融点より２０℃高い温度とした。
【００７０】
＜比較例１＞
第一活性金属層であるチタンの上に電極層として、白金層と金層を形成し、該電極層のエッチングを行わず、他は実施例１と同様にしてメタライズ基板を作製し、評価を行った。溶融後の金電極層表面へのはんだ広がりは４０〜８０μｍとはんだが金電極表面に濡れ広がってしまった。
【００７１】
＜比較例２＞
バリア層を形成しなかった以外は、実施例７と同様にはんだ付きメタライズ基板を作製し評価を行なったが、シェア強度が２ＭＰａと低かった。
【００７２】
＜比較例３＞
アルミニウムの電極上にエッチング処理を施さず、直接鉛−すずはんだを形成し、評価を行った。はんだ−電極間の抵抗が１８０ｍΩと高く、シェア強度は１ＭＰａと低かった。上記した、実施例１〜８および比較例１〜３の製造条件については表１に、評価結果については表２にまとめて示す。
【００７３】
【表１】
2008047604.tif 000003
【００７４】
【表２】
2008047604.tif 000004
【００７５】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うメタライズ基板、半導体装置、メタライズ基板の製造方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明のメタライズ基板の構成を示す概念図である。
【図２】本発明のメタライズ基板の製造方法の各工程の説明図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０  セラミック基板
２０  第１活性金属層
３０  アルミニウム電極
４０  第２活性金属層
５０  バリア層
６０  はんだ層
７０  レジスト層
８０  半導体発光素子
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ  メタライズ基板
２００  半導体装置
【図１】
2008047604.tif 000005
【図２】
2008047604.tif 000006