(57)【要約】【課題】ＳｎＡｇＡｕソルダーバンプとその製造方法及びその方法を利用した発光素子のボンディング方法を提供する。【解決手段】第１〜第３元素を含む化合物よりなるソルダーバンプ５６ａ，５８ａにおいて、前記第１元素および前記第３元素は、複数の中間相及び固相線を有する化合物を形成することを特徴とするソルダーバンプ５６ａ，５８ａ、その製造方法を提供し、また前記その製造方法を利用した発光素子のボンディング方法である。【選択図】図２
2005109484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１〜第３元素を含む化合物よりなるソルダーバンプにおいて、
前記第１元素および前記第３元素は、複数の中間相及び固相線を有する化合物を形成することを特徴とするソルダーバンプ。
【請求項２】
前記第１元素は、Ｓｎであることを特徴とする請求項１に記載のソルダーバンプ。
【請求項３】
前記第２元素は、Ａｇであることを特徴とする請求項１または２に記載のソルダーバンプ。
【請求項４】
前記第３元素は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＣｕまたはＮａであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のソルダーバンプ。
【請求項５】
前記Ａｇの含量は３．３〜８％（３〜７．３２重量％）であることを特徴とする請求項３に記載のソルダーバンプ。
【請求項６】
前記Ａｕの含量は２０〜３６．６３％（２９．３２〜４８．９６重量％）であることを特徴とする請求項４に記載のソルダーバンプ。
【請求項７】
ベース基板上に第１物質供給膜を形成する第１段階と、
前記第１物質供給膜上に２元系化合物よりなるソルダーバンプを形成する第２段階と、
前記ソルダーバンプが形成された結果物を加熱する第３段階と、を含むことを特徴とするソルダーバンプの形成方法。
【請求項８】
前記第１物質供給膜は、Ａｕ膜、Ｐａ膜、Ｎｉ膜、Ｃｕ膜またはＮａ膜より形成されることを特徴とする請求項７に記載のソルダーバンプの形成方法。
【請求項９】
前記ソルダーバンプは、ＳｎＡｇを含む化合物より形成されることを特徴とする請求項７に記載のソルダーバンプの形成方法。
【請求項１０】
前記Ａｇの含量は３．３〜８％であることを特徴とする請求項９に記載のソルダーバンプの形成方法。
【請求項１１】
前記結果物は２０５℃〜２３５℃で加熱することを特徴とする請求項７に記載のソルダーバンプの形成方法。
【請求項１２】
前記第３段階は前記ソルダーバンプの上部に上部膜を付着させた後に実施することを特徴とする請求項７に記載のソルダーバンプの形成方法。
【請求項１３】
前記ソルダーバンプの上部と前記上部膜の間に第２物質供給膜がさらに形成されることを特徴とする請求項１２に記載のソルダーバンプの形成方法。
【請求項１４】
前記第２物質供給膜は、Ａｕ膜、Ｐａ膜、Ｎｉ膜、Ｃｕ膜またはＮａ膜より形成されることを特徴とする請求項１３に記載のソルダーバンプの形成方法。
【請求項１５】
ｐ型電極、ｎ型電極、およびｐ型電極とｎ型電極の間に発光のための化合物半導体層を含む発光素子を形成する第１段階と、
サブマウント上に相互離隔された第１及び第２パッド層を形成する第２段階と、
前記発光素子上にｐ型電極と接触するパッド層及び前記ｎ型電極と接触するパッド層をそれぞれ形成する第３段階と、
前記第１及び第２パッド層上にそれぞれ第１及び第２ソルダーバンプを形成する第４段階と、
前記ｎ型電極と接触するパッド層及び前記ｐ型電極と接触するパッド層がそれぞれ前記第１及び第２ソルダーバンプと接触するように前記発光素子と前記サブマウントとをボンディングする第５段階と、を含み、
前記第１及び第２パッド層は、前記ボンディング後に前記第１及び第２ソルダーバンプがさらに高い融点を有するソルダーバンプになるように、前記ボンディング中に前記第１及び第２ソルダーバンプに所定の物質を供給する物質膜を含んで形成されることを特徴とする発光素子のボンディング方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２パッド層は、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜及び前記物質膜を順次に積層して形成されることを特徴とする請求項１５に記載の発光素子のボンディング方法。
【請求項１７】
前記ｎ型電極と接触するパッド層及び前記ｐ型電極と接触するパッド層は、Ａｕ膜、Ｐｔ膜及びＴｉ膜を順次に積層して形成されることを特徴とする請求項１５に記載の発光素子のボンディング方法。
【請求項１８】
前記第１及び第２ソルダーバンプは、Ａｇの含量が３．３〜８％であるＳｎＡｇよりなるソルダーバンプであることを特徴とする請求項１５に記載の発光素子のボンディング方法。
【請求項１９】
前記物質膜は、前記第１及び第２ソルダーバンプに含まれる元素と、複数の中間相と複数の固相線とを有する化合物を形成する元素（以下、物質膜元素）と、を含むことを特徴とする請求項１５または１６に記載の発光素子のボンディング方法。
【請求項２０】
前記物質膜元素は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＣｕまたはＮａであることを特徴とする請求項１９に記載の発光素子のボンディング方法。
【請求項２１】
前記第５段階は、
前記ｎ型電極と接触するパッド層及び前記ｐ型電極と接触するパッド層がそれぞれ前記第１及び第２ソルダーバンプと対向するように、前記発光素子を前記サブマウントに整列させる段階と、
前記ｎ型電極と接触するパッド層及び前記ｐ型電極と接触するパッド層をそれぞれ前記第１及び第２ソルダーバンプに接触させる段階と、
前記接触した結果物を２０５℃〜２３５℃で加熱する段階と、を含むことを特徴とする請求項１５に記載の発光素子のボンディング方法。
【請求項２２】
前記さらに高い融点を有するソルダーバンプは、Ａｇの含量が３．３〜８％であり、Ａｕの含量が２０〜３６．６３％であるＳｎＡｇＡｕよりなるソルダーバンプであることを特徴とする請求項１５に記載の発光素子のボンディング方法。
【請求項２３】
前記加熱段階で前記結果物に１０〜１００ｇｆの圧力を加えることを特徴とする請求項２１に記載の発光素子のボンディング方法。
【請求項２４】
前記ｎ型電極と連結されるパッド層及び前記ｐ型電極と連結されるパッド層上に前記物質膜と同等な役割を果たす物質膜（以下、第２物質膜）をさらに形成することを特徴とする請求項１５に記載の発光素子のボンディング方法。
【請求項２５】
前記第２物質膜は、前記第１及び第２ソルダーバンプに含まれた元素と、複数の中間相と複数の固相線とを有する化合物を形成する元素（以下、第２物質膜元素）と、を含むことを特徴とする請求項２４に記載の発光素子のボンディング方法。
【請求項２６】
前記第２物質膜元素は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＣｕまたはＮａであることを特徴とする請求項２５に記載の発光素子のボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボンディング媒介体とその製造方法及びその方法を利用して二つの部分をボンディングする方法に係り、さらに詳細にはＳｎＡｇＡｕソルダーバンプとその製造方法及びその方法を利用した発光素子のボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子とサブマウント間のボンディングは、ワイヤボンディングがほとんどである。発光素子とサブマウント間のワイヤボンディングは、発光素子に動作電圧を印加するための手段でもあるが、前記発光素子の動作中に前記発光素子から発生する熱を除去するための手段でもある。
【０００３】
レーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）または発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）のような発光素子の場合、電流が供給される経路の抵抗を低くして動作電圧を可能な限り低く維持することが望ましい。また、前記発光素子から発生する熱を迅速に除去することが望ましい。
【０００４】
しかし、発光素子を含むチップの集積度が高まっており、発光素子とサブマウント間を連結するワイヤの長さは以前に比べて相対的に長く感じられる。
【０００５】
発光素子とサブマウントとを連結するワイヤの線抵抗は、その長さに比例するため、前記ワイヤが長くなれば、その線抵抗も増加する。
【０００６】
したがって、ワイヤを通じて発光素子に電流を供給する場合、動作電圧が高まる。そして、発光素子から発生する熱を前記ワイヤを通じて除去する場合、熱除去効率あるいは熱放出効率が低下し、結局、発光素子の動作電圧を高める。
【０００７】
このようにワイヤボンディングを利用した電流及び熱伝達効率が低下しているため、最近では発光素子とサブマウント間のワイヤボンディングは、フリップチップボンディングに代替されている。
【０００８】
発光素子とサブマウントとをフリップチップボンディングで連結する場合、両者はソルダーバンプを通じて直接連結されるため、ワイヤボンディングに比べて熱抵抗及び線抵抗が減少する。
【０００９】
図１は、フリップチップボンディングを利用して発光素子をサブマウントにボンディングした従来の技術を示す図面である。
【００１０】
図１で、１４は発光素子を、１６はサブマウントを表す。発光素子１４は、サブマウント１６にボンディングするために裏返された状態である。発光素子１４は、化合物半導体層１２とそれが積層される基板１０とを含む。化合物半導体層１２は、ｎ型及びｐ型化合物半導体層（図示せず）とこれら層間に備わる活性層（図示せず）とを含む。サブマウント１６上に第１及び第２パッド層２２ａ，２２ｂが形成されている。第１及び第２パッド層２２ａ，２２ｂはそれぞれ、化合物半導体層１２の二つの領域と対向し、相互離隔されている。この時、化合物半導体層１２の二つの領域は、ｎ型電極（図示せず）が形成された領域とｐ型電極（図示せず）が形成された領域（サブマウント１６に向かって突出した領域）とである。前記二つの領域間に段差Ｓが存在する。そして、化合物半導体層１２の前記ｎ型電極が形成された領域に前記ｎ型電極と接触したパッド層１８ａが形成されており、前記ｐ型電極が形成された領域に前記ｐ型電極と接触したパッド層１８ｂが形成されている。また、前記ｎ型電極と接触したパッド層１８ａのサブマウント１６に向かう面の一部は第１Ａｕ膜２０ａで覆われており、前記ｐ型電極と接触したパッド層１８ｂのサブマウント１６に向かう面の一部は第２Ａｕ膜２０ｂで覆われている。
【００１１】
次いで、サブマウント１６上に積層された第１パッド層２２ａ上には第１Ｐｔ膜２４ａが設けられており、第２パッド層２２ｂ上には第２Ｐｔ膜２４ｂが設けられている。第１Ｐｔ膜２４ａは第１Ａｕ膜２０ａと対向し、第２Ｐｔ膜２４ｂは第２Ａｕ膜２０ｂと対向する。第１Ｐｔ膜２４ａと第１Ａｕ膜２０ａとは第１ＡｕＳｎソルダーバンプ２６ａに連結されており、第２Ｐｔ膜２４ｂと第２Ａｕ膜２０ｂとは第２ＡｕＳｎソルダーバンプ２６ｂに連結されている。第１及び第２Ｐｔ膜２４ａ，２４ｂは、第１及び第２ＡｎＳｎソルダーバンプ２６ａ，２６ｂを形成する過程で第１及び第２パッド層２２ａ，２２ｂと第１及び第２ＡｎＳｎソルダーバンプ２６ａ，２６ｂ間の相互拡散、特にＳｎの拡散を防止する。
【００１２】
このような従来の技術で、第１及び第２ＡｕＳｎソルダーバンプ２６ａ，２６ｂはＡｕＳｎソルダーを２８０℃以上の温度で数秒間加熱して形成される。前記ＡｕＳｎソルダーを２８０℃以上の温度で加熱する場合、前記ｐ型電極として使われる金属層の特性が変わる。この結果、前記ｐ型電極の接触抵抗の増加によって発光素子の駆動電圧が高まる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した従来の技術の問題点を改善するためのものであって、発光素子の電極の抵抗特性が変化する温度より低い温度で形成され、発光素子とサブマウントとのボンディング後の工程に対する熱的安定性が高いソルダーバンプを提供するところにある。
【００１４】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記ソルダーバンプの製造方法を提供するところにある。
【００１５】
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、前記製造方法を利用した発光素子とサブマウントとのボンディング方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を達成するための本発明は、第１〜第３元素を含む化合物よりなるソルダーバンプにおいて、前記第１元素および前記第３元素は、複数の中間相及び固相線を有する化合物を形成することを特徴とするソルダーバンプを提供する。
【００１７】
前記第１元素はＳｎであり、前記第２元素はＡｇであり、前記第３元素はＡｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＣｕまたはＮａである。ここで、Ａｇの含量は３．３〜８％であり、Ａｕの含量は２０〜３６．６３％（２９．３２〜４８．９６重量％）である。
【００１８】
前記他の課題を達成するために本発明は、ベース基板上に第１物質供給膜を形成する第１段階、前記第１物質供給膜上に２元系化合物よりなるソルダーバンプを形成する第２段階及び前記ソルダーバンプが形成された結果物を加熱する第３段階を含むことを特徴とするソルダーバンプの形成方法を提供する。
【００１９】
前記第１及び／または第２物質供給膜は、Ａｕ膜、Ｐａ膜、Ｎｉ膜、Ｃｕ膜またはＮａ膜より形成できる。
【００２０】
前記第３段階で、前記結果物は２０５℃〜２３５℃で加熱できる。
【００２１】
前記第３段階は、前記ソルダーバンプの上部に上部膜を付着させた後に実施できる。
【００２２】
前記ソルダーバンプの上部と前記上部膜間に第２物質供給膜をさらに形成できる。
【００２３】
前記さらに他の課題を達成するための本発明は、ｐ型電極、ｎ型電極、およびｐ型電極とｎ型電極との間に発光のための化合物半導体層とを含む発光素子を形成する第１段階、サブマウント上に相互離隔された第１及び第２パッド層を形成する第２段階、前記発光素子上にｐ型電極と接触するパッド層及び前記ｎ型電極と接触するパッド層をそれぞれ形成する第３段階、前記第１及び第２パッド層上にそれぞれ第１及び第１ソルダーバンプを形成する第４段階、前記ｎ型電極と接触するパッド層及び前記ｐ型電極と接触するパッド層がそれぞれ前記第１及び第２ソルダーバンプと接触するように前記発光素子と前記サブマウントとをボンディングする第５段階を含み、前記第１及び第２パッド層は、前記ボンディング後に前記第１及び第２ソルダーバンプがさらに高い融点を有するソルダーバンプになるように、前記ボンディング間に前記第１及び第２ソルダーバンプに所定の物質を供給する物質膜を含んで形成することを特徴とする発光素子のボンディング方法を提供する。
【００２４】
前記第１及び第２パッド層は、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜及び前記物質膜を順次に積層して形成できる。
【００２５】
前記ｎ型電極と接触するパッド層と前記ｐ型電極と接触するパッド層とはＡｕ膜、Ｐｔ膜及びＴｉ膜を順次に積層して形成できる。
【００２６】
前記第１及び第２ソルダーバンプは、Ｓｎ（３．３％〜８％）Ａｇよりなるソルダーバンプでありうる。
【００２７】
前記物質膜は、前記第１及び第２ソルダーバンプに含まれた元素と、複数の中間相と複数の固相線とを有する化合物を形成する元素（以下、物質膜元素）とを含みうる。
【００２８】
前記物質膜元素は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＣｕまたはＮａでありうる。
【００２９】
前記第５段階は、前記ｎ型電極と接触するパッド層及び前記ｐ型電極と接触するパッド層がそれぞれ前記第１及び第２ソルダーバンプと対向するように前記発光素子を前記サブマウントに整列させる段階、前記ｎ型電極と接触するパッド層及び前記ｐ型電極と接触するパッド層をそれぞれ前記第１及び第２ソルダーバンプに接触させる段階及び前記接触した結果物を２０５℃〜２３５℃で加熱する段階を含みうる。
【００３０】
前記加熱段階で、前記結果物に１０〜１００ｇｆの圧力を加えうる。
【００３１】
前記ｎ型電極と連結されるパッド層及び前記ｐ型電極と連結されるパッド層上に前記物質膜と同等な役割を果たす物質膜（以下、第２物質膜）をさらに形成できる。
【００３２】
前記第２物質膜は、前記第１及び第２ソルダーバンプに含まれた元素と、複数の中間相と複数の固相線とを有する化合物を形成する元素（以下、第２物質膜元素）とを含みうる。
【００３３】
前記第２物質膜元素は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＣｕまたはＮａでありうる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明において、発光素子とサブマウントとのフリップチップボンディングは、従来よりはるかに低い温度で進められる。したがって、前記フリップチップボンディング過程で、発光素子の電極の抵抗が増加して発光素子の駆動電圧が高まる従来の問題点が解消できる。これと共に前記フリップチップボンディング過程で形成されるソルダーバンプの融点は２５５℃以上である。したがって、通常２００℃以下で実施される、発光素子とサブマウントとのフリップチップボンディング後に進められる後続工程でソルダーバンプの物質状態は最初に形成された時の物質状態と同一になる。すなわち、ソルダーバンプは形成された後に熱的に安定的な状態を維持し続けうる。したがって、本発明を利用すれば、発光素子、特にＬＤからレーザビームを均一に放出でき、ＬＤの光特性を向上させ、かつ信頼性を高めうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態に係るボンディングに使われるソルダーバンプとその製造方法及びその方法を利用した発光素子のボンディング方法を、添付された図面を参照して詳細に説明する。なお、この過程で図面に示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張して示されている。
【００３６】
本発明の実施例に係るソルダーバンプとその製造方法は、発光素子をサブマウントにボンディングする方法を説明しつつ共に説明する。
【００３７】
図２を参照すれば、４４は発光素子、例えばＧａＮ化合物半導体ＬＤまたはＬＥＤを表す。発光素子４４は、基板４０とその下面に積層された化合物半導体層４２とを含む。基板４０は、高抵抗性基板、例えばサファイア基板であり、化合物半導体層４２から発生した光が透過できる透明基板でありうる。化合物半導体層４２は、基板４０と接触する部分にｎ型化合物半導体層（図示せず）が存在する。そして、反対側にｐ型化合物半導体層（図示せず）が存在する。前記ｎ型及びｐ型化合物半導体層間に光の発生する活性層（図示せず）が備わっている。発光素子４４がＬＤである場合、前記活性層と前記ｎ型化合物半導体層間にｎ型クラッド層がさらに備わり、前記活性層と前記ｐ型化合物半導体層間にｐ型クラッド層がさらに備わりうる。化合物半導体層４２の下方に突出した部分に前記ｐ型化合物半導体層と連結されるｐ型電極（図示せず）が形成されている。化合物半導体層４２の段差Ｓ１の左側部にｎ型電極（図示せず）が備わっている。前記ｐ型電極は平坦に備えられることもあるが、突条（ｒｉｄｇｅ−ｌｉｋｅ）に備わりうる。化合物半導体層４２の前記ｎ型電極が形成された部分に前記ｎ型電極と電気的に接続されるパッド層４８ａ（以下、ｎ型電極パッド層という）が備わっている。そして、前記ｐ型電極が形成された部分に前記ｐ型電極と電気的に接続されるパッド層４８ｂ（以下、ｐ型電極パッド層という）が備わっている。ｎ型電極パッド層４８ａの下面に第１導電膜５０ａが付着されており、ｐ型電極パッド層４８ｂの下面に第２導電膜５０ｂが付着されている。ｎ型及びｐ型電極パッド層４８ａ，４８ｂはそれぞれ、同じ複層であることが望ましいが、単層でありうる。ｎ型及びｐ型電極パッド層４８ａ，４８ｂが複層である場合、ｎ型電極パッド層４８ａは、前記ｎ型電極の一部または全体を覆うＡｕ膜と、前記Ａｕ膜上に順次に積層されたＰｔ膜及びＴｉ膜より構成されうる。そして、ｐ型電極パッド層４８ｂは、前記ｐ型電極の一部または全体を覆うＡｕ膜と、前記Ａｕ膜上に順次に積層されたＰｔ膜及びＴｉ膜より構成されうる。ｎ型電極パッド層４８ｂの下面に第１導電膜５０ａが備わっており、ｐ型電極パッド層４８ｂの下面には第２導電膜５０ｂが備わっている。第１及び第２導電膜５０ａ，５０ｂは同じ導電膜であることが望ましいが、他の導電膜でありうる。第１及び第２導電膜５０ａ，５０ｂが同じである場合、第１及び第２導電膜５０ａ，５０ｂは下記のソルダーバンプに含まれた元素、例えば、Ｓｎとの状態図で二つ以上の中間相が存在し、幾つかの固相線を有しうる元素よりなる導電膜、例えばＡｕ膜、Ｐｄ膜、Ｎｉ膜、Ｃｕ膜、Ｎａ膜でありうる。
【００３８】
図２で、４６は発光素子４４と対向するサブマウントを表す。サブマウント４６上には第１及び第２パッド層５２，５４が存在する。第１及び第２パッド層５２，５４は相互離隔されている。第１パッド層５２はｎ型電極パッド層４８ａと対向し、第２パッド層５４はｐ型電極パッド層４８ｂと対向する。第１パッド層５２は順次に積層された第１〜第３金属膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃを含み、第２パッド層５４は順次に積層された第４〜第６金属膜５４ａ，５４ｂ，５４ｃを含む。第１〜第３金属膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃはそれぞれ第４〜第６金属膜５４ａ，５４ｂ，５４ｃと同じ金属膜であることが望ましいが、異なる金属膜でありうる。前者の場合、例えば、第１及び第４金属膜５２ａ，５４ａはＴｉ膜でありうる。そして、第２及び第５金属膜５２ｂ，５４ｂはＰｔ膜でありうる。また、第３及び第６金属膜５２ｃ，５４ｃはＡｕ膜でありうる。第１パッド層５２と第１導電膜５０ａ間に両者を連結する第３ソルダーバンプ５６ａが備わっており、第２パッド層５４と第２導電膜５０ｂ間に両者を連結する第４ソルダーバンプ５８ａが備わっている。第３ソルダーバンプ５６ａは、融点が約２５５℃または３１７℃程度である化合物金属であって、例えば、ＳｎＡｇＡｕバンプであることが望ましい。この場合に、第３ソルダーバンプ５６ａのＡｇの含量は３．３〜８％（３〜７．３２重量％）であり、Ａｕの含量は２０〜３６．６３％（２９．３２〜４８．９６重量％）ほどである。第３ソルダーバンプ５６ａがこのようなＳｎＡｇＡｕバンプである場合、ＡｕはＰｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎａに代替されうる。この時、第３ソルダーバンプ５６ａでＡｕを代替した元素の含量は、Ａｕの含量と異なりうる。第４ソルダーバンプ５８ａは第３ソルダーバンプ５６ａと同じであることが望ましい。しかし、必要に応じて第３及び第４ソルダーバンプ５６ａ，５８ａに含まれる元素や含量は異なりうる。
【００３９】
次いで、図３〜図５を参照して発光素子をサブマウントにボンディングする方法を説明する。
【００４０】
まず、図３に示されるように、サブマウント４６上に第１及び第２パッド層５２，５４を所定間隔に形成する。
【００４１】
第１及び第２パッド層５２，５４は、第１及び第２パッド層５２，５４を構成する物質膜をサブマウント４６の全領域に順次に積層し、通常の写真工程を利用して第１及び第２パッド層５２，５４が形成される領域を限定する感光膜パターン（図示せず）を前記物質膜上に形成した後、前記感光膜パターンをエッチングマスクとして使用する通常のエッチング工程を利用して前記順次に積層された物質膜を逆順にエッチングして形成できる。第１パッド層５２の第１〜第３金属膜５２ａ，５２ｂ，５２ｃと第２パッド層５４の第４〜第６金属膜５４ａ，５４ｂ，５４ｃとについては前述したので、ここでは省略する。但し、第３金属膜５２ｃと第６金属膜５４ｃとはそれぞれ、後述する第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８に含まれる元素との状態図で中間相が２個以上存在し、幾つかの固相線を有する元素、例えば、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＣｕまたはＮａを含む金属膜より形成できる。
【００４２】
このように第１及び第２パッド層５２，５４を形成した後、第１パッド層５２上に第１ソルダーバンプ５６を形成し、第２パッド層５４上には第２ソルダーバンプ５８を形成する。第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８は同時に形成される。第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８は、後続する発光素子とサブマウントとのボンディング過程で前記発光素子に熱的損傷を与えない程度に低い融点を有する化合物より形成されることが望ましい。
【００４３】
本発明者は、第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８をＳｎとＡｇとを含む金属化合物、例えばＳｎＡｇより形成した。この時、Ａｇの含量はＳｎＡｇ化合物が固状から液状になる共融点を有するように３．５重量％にしたが、ボンディング後にソルダーバンプの体積変化及びＡｕ元素の溶解によって最終のソルダーバンプのＡｇの含量は３．３〜８％（３〜７．３２重量％）の範囲と確認された。
【００４４】
図６は、ＳｎとＡｇとを含む金属化合物に対する状態図を示す図面である。図６で、横軸は前記金属化合物でＡｇとＳｎの含量変化を、縦軸は温度を表す。そして、Ｇ１は液相線を表す第１グラフであり、Ｇ２は固相線を表す第２グラフである。また、Ａ１は共融点を有するＳｎＡｇ化合物（Ｓｎ３．５重量％Ａｇ）を示す矢印である。
【００４５】
図６を参照すれば、第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８が共融点を有するＳｎＡｇ（Ａｇ含量：３．５％）化合物である時、融点は２２１℃であり、従来のＡｕＳｎソルダーバンプの最低融点である２８０℃より約６０℃低いということが分かる。
【００４６】
このように第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８をＡｇの含量が３．３〜８％（３〜７．３２重量％）であるＳｎＡｇ化合物より形成する場合、融点が従来のＡｕＳｎソルダーバンプよりはるかに低い温度で形成可能であるので、後続する第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８を利用した発光素子とサブマウントとのボンディング工程で発光素子が熱的に損傷されることを防止しうる。
【００４７】
前記のように第１及び第２パッド層５２，５４上にそれぞれ第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８を形成した後、図４に示すように、発光素子が形成される基板４０を準備する。基板４０は、高抵抗性基板、例えばサファイア基板より形成できる。基板４０上に形成される発光素子が光を基板４０に放出する発光素子である時、基板４０はシリコン基板のように透明基板で形成することもある。基板４０上にＬＤまたはＬＥＤのような発光素子をなす化合物半導体層４２を形成する。化合物半導体層４２は、ｎ型化合物半導体層、活性層、ｐ型化合物半導体層を順次に積層した後、その結果物を所定の形態にパターニングして形成する。前記ｐ型化合物半導体層上にｐ型電極（図示せず）が形成され、前記ｎ型化合物半導体層上にｎ型電極（図示せず）が形成される。化合物半導体層４２をなす物質層間に他の物質層がさらに形成されうる。例えば、前記ｎ型化合物半導体層と前記活性層間にｎ型クラッド層をさらに形成でき、前記ｐ型化合物半導体層と前記活性層間にｐ型クラッド層をさらに形成できる。化合物半導体層４２の前記ｐ型電極が形成された部分と前記ｎ型電極が形成された部分間に段差Ｓ１が存在する。前記ｐ型電極は、段差Ｓ１だけ突出した化合物半導体層４２の第１領域Ｒ１に形成され、前記ｎ型電極は、化合物半導体層４２の突出していない第２領域Ｒ２に形成される。化合物半導体層４２の第１領域Ｒ１上に前記ｐ型電極と連結されるｐ型電極パッド層４８ｂを形成する。そして、化合物半導体層４２の第２領域Ｒ２上に前記ｎ型電極と連結されるｎ型電極パッド層４８ａを形成する。ｐ型電極パッド層４８ｂは、単層または複層に形成できる。ｐ型電極パッド層４８ｂを複層に形成する場合、ｐ型電極パッド層４８ｂは、前記ｐ型電極と連結される第１金属物質膜を形成した後、前記第１金属物質膜上に第２及び第３金属物質膜を順次に積層して形成できる。この時、前記第１金属物質膜は、例えばＡｕ膜より形成できる。そして、前記第２及び第３金属物質膜はそれぞれ、例えばＰｔ膜及びＴｉ膜より形成できる。ｎ型電極パッド層４８ａもｐ型電極パッド層４８ｂと同じ構成を有するように形成することが望ましいが、ｐ型電極パッド層４８ｂと異なる構成を有するように形成することもある。次いで、ｎ型及びｐ型電極パッド層４８ａ，４８ｂ上にそれぞれ第１及び第２導電膜５０ａ，５０ｂを形成する。第１及び第２導電膜５０ａ，５０ｂは同じ導電膜、例えばＡｕ膜より形成できるが、相異なる導電膜より形成しても良い。
【００４８】
次いで、図５に示すように、第１及び第２導電膜５０ａ，５０ｂがそれぞれ第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８と対向するように基板４０とサブマウント４６とを整列させる。基板４０とサブマウント４６とを正確に整列させた後、第１及び第２導電膜５０ａ，５０ｂをそれぞれ第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８に接触させて基板４０に形成された発光素子とサブマウントとをフリップチップボンディングさせる。前記第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８の融点を考慮する時、前記フリップチップボンディングは２０５℃〜２３５℃で実施する。このようなフリップチップボンディング過程で、第１及び第２導電膜５０ａ、５０ｂと第１パッド層５２の第３金属膜５２ｃ及び第２パッド層５４の第６金属膜５４ｃに含まれる元素、例えばＡｕが第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８に溶解される。
【００４９】
これにより、第３金属膜５２ｃと第６金属膜５４ｃとは前記フリップチップボンディング中に前記第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８に所定の物質（この物質によって前記第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８は前記フリップチップボンディング後にさらに高い融点を有するソルダーバンプになる）を供給する物質供給膜の役割を果たす。第１及び第２導電膜５０ａ，５０ｂも第３及び第６金属膜５２ｃ，５４ｃと同等な役割を果たす。したがって、第３及び第６金属膜５２ｃ，５４ｃを第１物質供給膜とする場合、第１及び第２導電膜５０ａ，５０ｂを第２物質供給膜と言える。
【００５０】
前記フリップチップボンディングは５〜１０秒ほど実施することが望ましいが、実施時間は必要に応じて調節できる。また、前記フリップチップボンディング過程で所定の力、例えば１０〜１００ｇほどの力を加えうるが、これにより、第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８に対する前記Ａｕの溶解度を高めうる。
【００５１】
このようなフリップチップボンディングを通じてサブマウント４６に発光素子４４がボンディングされ、第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８は、図２に示すように、Ａｕの含量が２９．３２重量％〜４８．９６重量％である第３及び第４ソルダーバンプ５６ａ，５８ａになる。
【００５２】
前記フリップチップボンディングで第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８に溶解される元素がＡｕではない他の元素、例えばＰｄ、Ｎｉ、ＣｕまたはＮａである場合、第３及び第４ソルダーバンプ５６ａ，５８ａでの当該元素の含量はＡｕと異なることもある。
【００５３】
第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８がＳｎＡｇであり、前記フリップチップボンディング過程で第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８に溶解される元素がＡｕである場合、第３及び第４ソルダーバンプ５６ａ，５８ａはＳｎＡｇＡｕよりなるソルダーバンプになる。
【００５４】
図７は、ＡｕＳｎよりなる化合物に対する状態図を示すが、これを参照すれば、Ａｕの含量が２９．３２重量％である場合（Ａ２）、融点は２５５℃であることが分かる。そして、Ａｕの含量が４８．９６重量％である場合（Ａ３）、融点は３１７℃であることが分かる。このような事実からＡｕの含量が２９．３２重量％〜４８．９６重量％である時、第３及び第４ソルダーバンプ５６ａ，５８ａの融点は２５５℃〜３１５℃になることが分かる。図７で、各数字は当該固相線を有するＡｕＳｎ化合物の融点を表す。
【００５５】
前記フリップチップボンディング後、第３及び第４ソルダーバンプ５６ａ，５８ａの融点は２５５℃以上になるので、前記フリップチップボンディング後に実施される後続工程、例えばパッケージ工程で第３及び第４ソルダーバンプ５６ａ，５８ａの高温特性はそのまま保持されうる。
【００５６】
具体的に、前記パッケージ工程は、通常２００℃以下で実施されるが、このような温度は第３及び第４ソルダーバンプ５６ａ，５８ａの融点よりはるかに低いため、前記パッケージ工程での第３及び第４ソルダーバンプ５６ａ，５８ａの物質状態は第３及び第４ソルダーバンプ５６ａ，５８ａが形成された時の物質状態と同一になる。
【００５７】
このように、第３及び第４ソルダーバンプ５６ａ，５８ａは、前記フリップチップボンディング後に進められる後続工程により影響を受けず、前記フリップチップボンディング工程は発光素子４４が熱的損傷を与えない低い温度で進められるので、発光素子４４の駆動電圧を高めない。
【００５８】
前述した内容を第３及び第４ソルダーバンプ５６ａ，５８ａを形成する観点から見る時、サブマウント４６は、第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８が形成されるベース基板と見なせる。そして、第１及び第２パッド層５２，５４の第３金属膜５２ｃと第６金属膜５４ｃとをはじめとして、第１及び第２導電膜５０ａ，５０ｂは第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８の一元素と結合して複数の中間相及び固相線を有する化合物を形成する元素を供給する物質供給膜と見なせる。また、発光素子４４とｎ型及びｐ型電極パッド層４８ａ，４８ｂとは第１及び第２パッド層５２，５４上に形成された第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８と接合して前記物質供給膜から供給される元素を第１及び第２ソルダーバンプ５６，５８にさらに多く溶解させる上部膜と見なせる。
【００５９】
前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施形態の例示として解釈しなければならない。例えば、当業者ならば、図７の状態図を考慮して前記本発明のフリップチップボンディングで第３及び第４ソルダーバンプ５６ａ，５８ａのＡｕの含量を４８．９６重量％より高いか、または３９．３２重量％より低くしうる。また、第２パッド層５４と第２導電膜５０ｂ間にのみソルダーバンプを形成した後、ボンディングを進めることもある。したがって、本発明の範囲は説明された実施形態によって決定されず、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明はソルダーバンプが使われる全ての分野に適用され、例えば、半導体製造工程のワイヤボンディングを代替したボンディングに使用でき、発光素子のボンディングにも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来の技術によるボンディング方法でサブマウントに発光素子がボンディングされた場合を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るソルダーバンプの製造方法によって製造されたソルダーバンプ及びそれを媒介としてサブマウントに発光素子がボンディングされた場合を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る発光素子のボンディング方法を段階別に示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る発光素子のボンディング方法を段階別に示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る発光素子のボンディング方法を段階別に示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るソルダーバンプの製造に使われるソルダーの状態図を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態に係るソルダーバンプの製造方法で形成されたソルダーバンプの状態図を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
４０    基板、
４２    化合物半導体層、
４４    発光素子、
４６    サブマウント、
４８ａ    ｎ型電極パッド層、
４８ｂ    ｐ型電極パッド層、
５０ａ，５０ｂ    第１及び第２導電膜、
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ    第１〜第３金属膜、
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ    第４〜第６金属膜、
５６ａ    第３ソルダーバンプ、
５８ａ    第４ソルダーバンプ、
Ｓ１    段差。
【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７】
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