專利名稱：半導(dǎo)體元件及其制造方法和電子部件單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件及其制造方法和電子部件單元。
背景技術(shù)：
提出了具有將半導(dǎo)體發(fā)光層粘合在導(dǎo)電性基板上的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件(例如，參照專利文獻(xiàn)1、2、3、4和5)。
圖19是表示具有上述結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光元件61的一例的概略剖視圖。例如，在作為以高濃度添加了n型雜質(zhì)的Si基板的導(dǎo)電性支撐基板63上層疊由金屬構(gòu)成的反射層68。在反射層68上從下至上依次外延生長了對空穴具有勢壘功能的n型包覆層66、通過空穴與電子的復(fù)合而發(fā)光的活性層65和對電子具有勢壘功能的p型包覆層64。在p型包覆層64上形成p側(cè)歐姆電極62。另外，在導(dǎo)電性支撐基板63的與形成反射層68的面相反的面上形成n側(cè)取出電極67。
由活性層65產(chǎn)生、在到達(dá)導(dǎo)電性支撐基板63之前入射到反射層68的光被反射層68反射而取出到半導(dǎo)體發(fā)光元件61的外部。減小反射率的角度依賴性而形成反射層，可提高光的取出效率。
圖20(A)～(D)是用于說明圖19所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件61的制造方法的概略剖視圖。
參照圖20(A)。在導(dǎo)電性支撐基板63上層疊反射層68，從而形成第1基板70。
參照圖20(B)。例如在由GaAs形成的臨時基板(生長基板)69上從下至上依次外延生長p型包覆層64、活性層65和n型包覆層66，從而形成第2基板71。
參照圖20(C)。將圖20(A)所示的第1基板70與圖20(B)所示的第2基板71粘結(jié)在一起，使金屬層68與n型包覆層66接合。
參照圖20(D)。在除去臨時基板69之后，在p型包覆層64上形成p側(cè)歐姆電極62，在導(dǎo)電性支撐基板63的與形成反射層68的面相反的面上形成n側(cè)取出電極67。
在具有粘合結(jié)構(gòu)的元件中，在經(jīng)過粘合工序之后，形成歐姆電極。為了得到歐姆結(jié)，要在高于粘合時的溫度的溫度(約400℃～500℃)下加熱，因此由于用于粘合的由共晶材料或焊劑構(gòu)成的接合層被再加熱、再熔融而發(fā)生剝離(也包括并非完全剝離的“虛焊”)，該剝離成了降低可靠性的原因。
在上述情況下，反射層68與n型包覆層66形成歐姆接觸，具有作為n側(cè)電極的功能，但難以兼顧良好的反射特性與良好的歐姆結(jié)。其原因是為形成歐姆結(jié)，需要合金化工序，但進(jìn)行合金化時，因電極材料擴(kuò)散而降低反射率。
在接合(粘合)第1基板70與第2基板71時采用焊劑或共晶材料(未圖示)，但由于焊劑或共晶材料會侵入到反射層，因而還存在反射層的反射特性降低的問題。另外，希望提高基板70與接合層之間的接合的可靠性。還有，當(dāng)粘合2個基板70、71時，在基板70大于基板71的情況下，還會出現(xiàn)焊劑或共晶材料在基板70上起球的問題。
再有，在專利文獻(xiàn)5中記述了下述半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案，即在反射層與焊劑層之間設(shè)置用于防止元素擴(kuò)散的由鎢(W)或鉬(Mo)構(gòu)成的焊劑阻擋層和用于提高粘著性的由鎳(Ni)構(gòu)成的焊劑接合層。
特開2001-189490號公報[專利文獻(xiàn)2]特開2001-4449l號公報[專利文獻(xiàn)3]特開2002-217450號公報[專利文獻(xiàn)4]特開平5-251739號公報[專利文獻(xiàn)5]美國專利5917202號發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供高品質(zhì)半導(dǎo)體元件及其制造方法和電子部件單元。
按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種半導(dǎo)體元件的制造方法，該制造方法具有(a)準(zhǔn)備第1基板的工序；(b)在上述第1基板上方形成第1接合層而得到支撐基板的工序；(c)準(zhǔn)備第2基板的工序；(d)在上述第2基板上形成半導(dǎo)體層的工序；(e)在上述半導(dǎo)體層上方形成第2接合層而得到半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的工序；(f)形成包含擴(kuò)散材料的擴(kuò)散材料層的工序，其利用下述工序中的至少一道工序形成擴(kuò)散材料層(f1)在所述工序(b)中，在所述第1基板上方形成擴(kuò)散材料層，且在所述擴(kuò)散材料層上方形成所述第1接合層的工序、和(f2)在所述工序(e)中，在所述半導(dǎo)體層上方形成擴(kuò)散材料層，且在所述擴(kuò)散材料層上方形成所述第2接合層的工序；以及(g)使上述支撐基板的上述第1接合層與上述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的上述第2接合層接合而得到接合體的工序，包括(g1)在所述第1或第2接合層中包含共晶材料，并將所述第1接合層與所述第2接合層混合而形成第1混合體的工序；(g2)將所述第1混合體與所述擴(kuò)散材料層的擴(kuò)散材料混合而形成熔融溫度高于所述第1混合體的熔融溫度的第2混合體的工序。
按照該半導(dǎo)體元件的制造方法，可制造出粘合后的加熱工序中的粘著性得以提高的高品質(zhì)半導(dǎo)體元件。
另外，按照本發(fā)明的另一方面，提供了具有下述特征的半導(dǎo)體元件，即具有基板；在所述基板上方形成的復(fù)合接合層；在所述復(fù)合接合層上方形成的第1電極；在包含所述第1電極的區(qū)域中形成的半導(dǎo)體層；和在所述半導(dǎo)體層上的一部分區(qū)域中形成的第2電極，在接合包含所述基板和第1接合層的支撐基板與包含所述半導(dǎo)體層、所述第1電極和第2接合層的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)時形成所述復(fù)合接合層，所述第1或第2接合層包含共晶成分，所述支撐基板和所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的至少一方具有含有擴(kuò)散材料的擴(kuò)散材料層，所述第1或第2接合層中的一方所包含的共晶成分與另一方的接合層混合而形成第1混合體，進(jìn)而所述第1混合體與所述擴(kuò)散材料層所包含的擴(kuò)散材料混合而形成熔融溫度高于所述第1混合體的熔融溫度的第2混合體，由此形成所述復(fù)合接合層。
該半導(dǎo)體元件是具有良好的歐姆性、防止起球及降低電極功能、粘合后的加熱工序中的粘著性得以提高的高品質(zhì)半導(dǎo)體元件。
此外，按照本發(fā)明的另一方面，提供了具有下述特征的電子部件單元，即基座；在所述基座上方形成的復(fù)合接合層；和在所述復(fù)合接合層上方形成的電子部件，并且，在接合包含所述基座和第1接合層的基座區(qū)域與包含所述電子部件和第2接合層的電子部件區(qū)域時形成所述復(fù)合接合層，所述第1或第2接合層包含共晶成分，所述基座區(qū)域和所述電子部件區(qū)域的至少一方具有含有擴(kuò)散材料的擴(kuò)散材料層，所述第1或第2接合層中的一方所包含的共晶成分與另一方的接合層混合而形成第1混合體，進(jìn)而所述第1混合體與所述擴(kuò)散材料層所包含的擴(kuò)散材料混合而形成熔融溫度高于所述第1混合體的熔融溫度的第2混合體，由此形成所述復(fù)合接合層。
該電子部件單元是粘合后的加熱工序中的粘著性得以提高的高品質(zhì)電子部件單元。
按照本發(fā)明，可提供高品質(zhì)半導(dǎo)體元件及其制造方法和電子部件單元。


圖1(A)～(H)是表示半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的概略剖視圖。
圖2(A)～(C)是用于說明圖1(E)所示的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31中呈現(xiàn)的半導(dǎo)體發(fā)光層22的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是參照圖1(A)～(H)來對制造方法進(jìn)行說明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)照片。
圖4是圖3所示的掃描型電子顯微鏡(SEM)照片面上的拍攝到Ta擴(kuò)散狀態(tài)的掃描型電子顯微鏡(SEM)照片。
圖5是圖3所示的掃描型電子顯微鏡(SEM)照片面上的拍攝到Al擴(kuò)散狀態(tài)的掃描型電子顯微鏡(SEM)照片。
圖6是圖3所示的掃描型電子顯微鏡(SEM)照片面上的拍攝到Au擴(kuò)散狀態(tài)的掃描型電子顯微鏡(SEM)照片。
圖7是圖3所示的掃描型電子顯微鏡(SEM)照片面上的拍攝到Sn擴(kuò)散狀態(tài)的掃描型電子顯微鏡(SEM)照片。
圖8是利用參照圖1(A)～(H)所說明的制造方法制造出的半導(dǎo)體發(fā)光元件的概略剖視圖。
圖9是半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極反射層的顯微鏡照片。
圖10是半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極反射層的顯微鏡照片。
圖11是比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極反射層的顯微鏡照片。
圖12是比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極反射層的顯微鏡照片。
圖13(A)～(C)是表示具有同樣效果的第1半導(dǎo)體發(fā)光元件制造方法的概略剖視圖。
圖14(A)～(C)是表示具有同樣效果的第2半導(dǎo)體發(fā)光元件制造方法的概略剖視圖。
圖15(A)～(C)是表示具有同樣效果的第3半導(dǎo)體發(fā)光元件制造方法的概略剖視圖。
圖16(A)～(C)是表示具有同樣效果的第4半導(dǎo)體發(fā)光元件制造方法的概略剖視圖。
圖17(A)～(C)是表示具有同樣效果的第5半導(dǎo)體發(fā)光元件制造方法的概略剖視圖。
圖18(A)～(C)是表示兼具電極層和反射層的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的概略剖視圖。
圖19是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光元件61的一例的概略剖視圖。
圖20(A)～(D)是用于說明圖19所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件61的制造方法的概略剖視圖。
圖21(A)～(C)是表示具有同樣效果的第6半導(dǎo)體發(fā)光元件制造方法的概略剖視圖。
圖22是切割工序后從表電極28側(cè)拍攝利用參照圖1說明的制造方法制造出的半導(dǎo)體發(fā)光元件的顯微鏡照片。
圖23是切割工序后從表電極28側(cè)拍攝比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的顯微鏡照片。
圖24(A)～(D)是表示電子部件單元的制造方法的概略剖視圖。
具體實施例方式
本申請是本申請發(fā)明人等深入研究了先前提出的技術(shù)方案(特愿2003-088181號)后提出的更高品質(zhì)的半導(dǎo)體元件及其制造方法和電子部件單元的技術(shù)方案。
圖1(A)～(H)是表示半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的概略剖視圖。
參照圖1(A)。例如在由以高濃度添加了n型或p型雜質(zhì)的Si形成的導(dǎo)電性基板11的兩面蒸鍍Au層12，在氮氣氛中，在400℃下進(jìn)行合金化。Au層12的厚度為例如150～600nm。在此，一個Au層12的厚度設(shè)定為150nm，另一個Au層12的厚度設(shè)定為600nm。通過合金化，導(dǎo)電性基板11與Au層12形成一體，形成歐姆接觸。
因此，可防止Au層12從導(dǎo)電性基板11剝離，從而可得到粘著性優(yōu)良、具有良好的歐姆性、壽命長、可靠性高的半導(dǎo)體元件。另外，還能在半導(dǎo)體元件的制造過程中提高合金化的后續(xù)工序中的耐久性。
再有，導(dǎo)電性基板11可采用Si以外的材料，例如Cu等具有導(dǎo)電性且熱導(dǎo)率高的材料。
利用電子束蒸鍍法(EB法)，在一個Au層12(厚度為150nm的Au層12)上蒸鍍Ti層13，在Ti層13上蒸鍍Ni層14。Ti層13的厚度為100～200nm，Ni層14的厚度為50～150nm。在此，Ti層13、Ni層14的厚度分別設(shè)定為150nm、100nm。
參照圖1(B)。利用電阻加熱蒸鍍法在Ni層14上蒸鍍AuSn層15。AuSn層15的厚度為600～3000nm。在此，為2000nm。希望AuSn層15的組成為Au∶Sn＝約80重量％∶約20重量％(＝約70原子％∶約30原子％)，在此，也按上述組成構(gòu)成AuSn層15。AuSn為共晶材料。AuSn層15只要以AuSn為主成分即可，例如也可在AuSn中加有添加物。
再有，Ti層13、Ni層14和AuSn層15還可利用濺射法來蒸鍍。
將導(dǎo)電性基板11、Au層12、Ti層13、Ni層14和AuSn層15的層疊結(jié)構(gòu)稱為支撐基板30。
由于支撐基板30具備Ti層13和Ni層14，因而利用Ti層13的粘著性提高效果和Ni層14的沾濕性提高效果，可使最終結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性基板11的粘著可靠性達(dá)到充分。進(jìn)而，即使在后續(xù)工序中加熱到作為AuSn層15的熔融溫度的約280℃(共晶溫度)，也可防止AuSn層15在支撐基板30上起球。所謂“起球”是指在大于等于共晶溫度時暫時液化的AuSn因溫度下降而再次固化時，由于在支撐基板30上偏析而局部地隆起的現(xiàn)象。
再有，在Ti層13上形成NiV層或Pt層以代替Ni層14，也能得到防止起球的效果。
參照圖1(C)。接著，準(zhǔn)備能與半導(dǎo)體發(fā)光層22進(jìn)行晶格匹配的半導(dǎo)體基板2l，在半導(dǎo)體基板21上外延生長半導(dǎo)體發(fā)光層22。半導(dǎo)體發(fā)光層22通過注入電子、空穴，發(fā)出該半導(dǎo)體所固有的波長的光。
在此，采用GaAs基板作為半導(dǎo)體基板21。另外，交互層疊成分不同的AlGaInP系化合物半導(dǎo)體的勢壘層與阱層作為半導(dǎo)體發(fā)光層22，形成多量子阱結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體發(fā)光層22可由同質(zhì)pn結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)(DH)結(jié)構(gòu)、單異質(zhì)結(jié)(SH)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。以n型包覆層、p型包覆層夾持半導(dǎo)體發(fā)光層的結(jié)構(gòu)也稱為半導(dǎo)體發(fā)光層。關(guān)于半導(dǎo)體發(fā)光層22，將在后面詳述。
參照圖1(D)。在半導(dǎo)體發(fā)光層22上形成反射電極層23。在制造后的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，反射電極層23不僅具有電極功能，還具有反射層的功能，用于將半導(dǎo)體發(fā)光層22發(fā)出的光之中向與光取出側(cè)相反一側(cè)發(fā)出的光反射到光取出側(cè)，以提高半導(dǎo)體發(fā)光元件的光取出效率。
反射電極層23由能與半導(dǎo)體發(fā)光層22形成歐姆結(jié)的金屬形成。在此，由作為p型化合物半導(dǎo)體的AlGaInP系化合物形成半導(dǎo)體發(fā)光層22的表面，由AuZn形成厚度為300nm的p側(cè)電極。反射電極層23利用例如電阻加熱蒸鍍法、電子束蒸鍍法(EB法)、濺射法等在半導(dǎo)體發(fā)光層22上形成。
參照圖1(E)。利用例如反應(yīng)濺射法在反射電極層23上形成厚度為100nm的由氮化鉭(TaN)構(gòu)成的TaN層24。
在此，為了在半導(dǎo)體發(fā)光層22與反射電極層23(p側(cè)電極)之間構(gòu)成良好的歐姆結(jié)，進(jìn)行了合金化。由于對P型的AlGaInP系化合物采用AuZn作為電極，因而在約500℃的氮氣氛中進(jìn)行熱處理。
TaN層24在后續(xù)工序中在利用共晶材料接合(金屬粘接)支撐基板30與包含半導(dǎo)體發(fā)光層22的結(jié)構(gòu)體時防止共晶材料侵入(擴(kuò)散到)反射電極層23側(cè)。
在TaN層24上淀積由厚度為600nm的Al構(gòu)成的Al層25。在淀積中可采用電子束蒸鍍法(EB法)、電阻加熱蒸鍍法等。如后所述，Al層25有助于提高半導(dǎo)體發(fā)光元件的粘著性、最終防止因形成AuSnAl合金而導(dǎo)致共晶材料(AuSn)侵入(擴(kuò)散)到反射電極層23側(cè)、以及與此相伴實現(xiàn)半導(dǎo)體發(fā)光元件的品質(zhì)提高。
在Al層25上蒸鍍由厚度為100nm的鉭(Ta)構(gòu)成的Ta層26。在蒸鍍中采用電子束蒸鍍法(EB法)。由于Ta是高熔點金屬，所以采用電阻加熱蒸鍍法難以蒸鍍，而采用電子束蒸鍍法(EB法)則能容易地使Ta層成膜。采用濺射法亦可。
如后所述，Ta層26具有在后續(xù)工序中利用共晶材料將包含半導(dǎo)體發(fā)光層22的結(jié)構(gòu)體與支撐基板30接合(金屬粘接)時，控制AuSn層15的AuSn與Al層25的Al的相互擴(kuò)散(混合)的功能。
在Ta層26上淀積例如由厚度為200nm的Au形成的Au層27。Au層27在后續(xù)工序中，在利用共晶材料將包含半導(dǎo)體發(fā)光層22的結(jié)構(gòu)體與支撐基板30接合(金屬粘接)時，與支撐基板30的AuSn層15形成接合層。
將半導(dǎo)體基板21、半導(dǎo)體發(fā)光層22、反射電極層23、TaN層24、Al層25、Ta層26和Au層27的層疊結(jié)構(gòu)稱為半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31。
參照圖1(F)。接著，通過例如熱壓焊(金屬粘接)接合支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31。所謂熱壓焊(金屬粘接)是指通過施加使共晶材料熔融的溫度，進(jìn)而增加溫度，接合設(shè)置有AuSn層15(共晶層)的支撐基板30與設(shè)置有Au層27的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31的方法。AuSn層15與Au層27形成新的共晶材料(AuSn)，以此使兩者接合。在氮氣氛中，在300℃下對支撐基板30的AuSn層15與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31的Au層27施加10分鐘的約1Mpa的壓力，使其粘著并保持，由此進(jìn)行熱壓焊(金屬粘接)。在接合時，由于共晶材料AuSn熔融，所以適當(dāng)?shù)毓潭ㄖ位?0和半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31而接合在規(guī)定的位置上。
再有，接合材料、接合時的氛圍氣體、接合溫度和接合時間只要是不使所使用的共晶材料熔融而改變其特性(例如，因氧化等引起的接合強(qiáng)度變差)，并足以接合支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31的材料、環(huán)境、溫度和時間即可，不限于上述的材料、氛圍氣體、溫度和時間。
參照圖1(G)。在接合支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31之后，除去半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31側(cè)的半導(dǎo)體基板21(GaAs基板)。通過使用了氨/雙氧水混合刻蝕劑的濕法刻蝕除去。再有，除去半導(dǎo)體基板21(GaAs基板)的方法不限于濕法刻蝕，也可采用干法刻蝕、化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)、機(jī)械研磨法。也可以采用包含濕法刻蝕、干法刻蝕、化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)、機(jī)械研磨法之中的至少1種方法的組合來進(jìn)行。
再有，在參照圖1(F)說明的工序中，支撐基板30側(cè)的AuSn層15與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31側(cè)的Au層27通過熱壓焊(金屬粘接)接合在一起，其結(jié)果是，新形成的AuSn層在圖1(G)中表示為接合層29。
參照圖1(H)。在除去半導(dǎo)體基板21后，在半導(dǎo)體發(fā)光層22上形成與半導(dǎo)體發(fā)光元件的表面上顯現(xiàn)的半導(dǎo)體發(fā)光層22形成歐姆結(jié)的表電極28。蒸鍍表電極的面上的半導(dǎo)體發(fā)光層22是n型半導(dǎo)體。因此，表電極28可由能夠與n型半導(dǎo)體形成歐姆結(jié)的材料，例如AuSnNi、AuGeNi、AuSn、AuGe等材料形成。在此，采用了AuSnNi。
表電極28采用例如剝離(lift off)法形成。所謂剝離法是指通過在半導(dǎo)體發(fā)光層22上涂布光致抗蝕劑并利用光掩膜選擇性地進(jìn)行曝光，形成按所希望的電極形狀開口的光致抗蝕劑圖形，蒸鍍電極材料，然后將光致抗蝕劑圖形與其上的金屬層一并剝離的方法。作為蒸鍍電極材料的方法，可采用電阻加熱蒸鍍法、電子束蒸鍍法(EB法)、濺射法等。
此外，為了在半導(dǎo)體發(fā)光層22與表電極28(n側(cè)電極)之間構(gòu)成良好的歐姆結(jié)，通過在氮氣氛中進(jìn)行約400℃的熱處理而進(jìn)行合金化。
經(jīng)過以上的工序，制造出半導(dǎo)體發(fā)光元件。
本申請的發(fā)明人等對所制成的半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。這一點將在以后詳述。
在此，對于支撐基板30具有Ti層13和Ni層14的優(yōu)點進(jìn)行說明。如果在支撐基板30不具備這些層的情況下進(jìn)行與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31的熱壓焊(金屬粘接)，第一，在支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31之間產(chǎn)生剝離。第二，在支撐基板30大于半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31的情況下(雖然與圖示的狀態(tài)不同)，共晶材料在壓焊后在支撐基板30上起球。這種起球在進(jìn)行后續(xù)工序的光刻時產(chǎn)生弊端。例如，在參照圖1(H)說明的工序中，偏析的共晶材料妨礙光掩膜與涂布了光致抗蝕劑的面粘著。因此，難以制作出尺寸小于等于10μm的任意形狀的表電極28。即使采用先在半導(dǎo)體發(fā)光層22上蒸鍍電極材料，然后利用光致抗蝕劑圖形制作所希望的電極形狀，通過刻蝕等除去不需要的電極的方法，只要包含光刻工序，就有起球的影響。再有，作為簡便的電極形成法，還有采用公知的蔭罩蒸鍍法制作電極的方法，但用這種方法難以高精度地形成尺寸小于等于10μm的電極。
如果采用具有Ti層13和Ni層14的支撐基板30制造半導(dǎo)體發(fā)光元件，可避免上述問題，從而可制作高品質(zhì)的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
此外，附帶敘述一下導(dǎo)電性基板11與Au層12的合金化。在兩者的合金化中，收效較大的是與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31進(jìn)行粘合的一側(cè)表面與Au層12的合金化。由于相反側(cè)表面的電極材料的結(jié)構(gòu)為芯片鍵合等用于取出電極的結(jié)構(gòu)，所以也可以使用其它的電極材料，例如Ti/TiN/Al等。但是，為了簡化工序，最好表里由同一材料形成。另外，不限定于Au，也可采用與Si形成歐姆接觸的材料。例如，可采用Ni、Ti、Pt等。
利用圖2(A)～(C)來說明圖1(E)所示的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31中呈現(xiàn)的半導(dǎo)體發(fā)光層22的結(jié)構(gòu)。
參照圖2(A)。例如，半導(dǎo)體發(fā)光層22具有勢壘層22b與阱層22w的層疊結(jié)構(gòu)所形成的多重量子阱結(jié)構(gòu)。
參照圖2(B)。半導(dǎo)體發(fā)光元件22可以具有在n型半導(dǎo)體層22n上層疊了不同成分的p型半導(dǎo)體層22p的單異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)(SH)。
參照圖2(C)。半導(dǎo)體發(fā)光元件22可以具備在n型半導(dǎo)體層22n上形成不同成分的窄帶隙的i層22i并在i層22i上形成不同成分的寬帶隙的p型半導(dǎo)體層22p的雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)(DH)。
按照上述半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，通過采用在AuSn層15的下部形成了Ti層13和Ni層14的支撐基板30，可防止接合支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31時AuSn起球?？梢酝耆乐蛊鹎?，或者將高度控制在2μm以下的范圍內(nèi)。
Ti層13可認(rèn)為是表現(xiàn)出與位于其下部的Au層12的高粘著性的層。而且，Ti層13成為提高Au層12與Ni層14的粘著性的粘著性提高層。另外，通過在Ti層13上形成Ni層14，提高了在其上形成的層的沾濕性。Ni層14是提高作為共晶材料的AuSn的沾濕性的潤濕層，通過由該Ni層14提高沾濕性，可防止AuSn的偏析。潤濕層作為AuSn層的潤濕層，最好由Ni、Pt形成潤濕層。
粘著性提高層、潤濕層可以在Si基板側(cè)形成。粘著性提高層、潤濕層可根據(jù)材料、膜厚結(jié)構(gòu)、層結(jié)構(gòu)而適當(dāng)?shù)貙?dǎo)入，而不限定于本實施方式。
圖3是參照圖1(A)～(H)對制造方法進(jìn)行說明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)照片。
另外，圖4～圖7依次為圖3所示的掃描型電子顯微鏡(SEM)照片面上的拍攝到Ta、Al、Au和Sn的擴(kuò)散狀態(tài)的掃描型電子顯微鏡(SEM)照片。
如果對照圖3的SEM照片和圖1(H)的半導(dǎo)體發(fā)光元件的概略圖，考慮圖4～圖7的Ta、Al、Au和Sn的擴(kuò)散分布，則可判斷為在圖3的SEM照片上自上而下依次有由AlGaInP系化合物半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體發(fā)光層22、由AuZn形成的反射電極層23、TaN層24、Al/Au/Sn層、Ta層26、AuSn(Al)層和由Si形成的導(dǎo)電性基板11(只有在該情況下，導(dǎo)電性基板11才是包含依次層疊在其上的Au層12、Ti層13和Ni層14)。
本申請的發(fā)明人等對于圖3的SEM照片上的各層的厚度與圖1(F)所示的通過熱壓焊(金屬粘接)進(jìn)行接合前的支撐基板30和半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31的各層的厚度進(jìn)行了比較，其結(jié)果是，確認(rèn)了由AuZn形成的反射電極層23、TaN層24和Ta層26大體保持接合前的膜厚的事實。另外，這也能根據(jù)圖4和圖6的Ta和Au的擴(kuò)散分布結(jié)果得到確認(rèn)。
另一方面，與接合前的Al層25和AuSn層15比較而言，圖5和圖7的Al和Sn的擴(kuò)散范圍處在很寬的范圍內(nèi)。此外，在圖3的SEM照片中，還可看出Ta層26處處都是間斷的。本申請的發(fā)明人等對以參照圖1(A)～(H)說明的制造方法制造出的半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行了研究，結(jié)果確認(rèn)了接合前的Al層25與AuSn層15相互擴(kuò)散而形成含AuSnAl合金的層的事實。
因此，認(rèn)為參照圖1(A)～(H)對制造方法進(jìn)行了說明的半導(dǎo)體發(fā)光元件并不具有圖1(H)所示的結(jié)構(gòu)，而是具有以下所示的結(jié)構(gòu)。
圖8是通過參照圖1(A)～(H)說明的制造方法制造出的半導(dǎo)體發(fā)光元件的概略斷面圖。
與圖1(H)不同之處是Ta層被破壞、圖1(H)中的Al層25、Ta層26、接合層29等的3層組合而表現(xiàn)為復(fù)合接合層33、以及復(fù)合接合層33和TaN層24組合而表現(xiàn)為復(fù)合勢壘層34。
在通過熱壓焊(金屬粘接)進(jìn)行接合時Ta層26受到損壞，去掉受損壞的Ta層26，使Al層25的Al向接合層29側(cè)擴(kuò)散，使接合層29的AuSn向Al層25側(cè)擴(kuò)散，形成混合區(qū)域。從而，這些擴(kuò)散的結(jié)果是形成了AuSnAl合金。
在參照圖1(F)說明的熱壓焊(金屬粘接)工序中，由于使用了Sn約為20重量％的成分的AuSn作為共晶材料，所以AuSn層15在粘合時在約280℃(共晶點，共晶溫度)下熔融。但是，由于其后通過相互擴(kuò)散而形成AuSnAl合金，所以復(fù)合接合層33成為即使被加熱到約400℃～500℃也完全不熔融的層。這樣，通過相互擴(kuò)散而形成熔融溫度高于AuSn層15的復(fù)合接合層33，可得到防止了因粘合后的加熱工序造成的剝離(提高了粘著性)的穩(wěn)定的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
因此，如上所述，引入復(fù)合接合層33這一概念比利用Al層25、Ta層26和接合層29的3層結(jié)構(gòu)來掌握更為確切。
或者，可認(rèn)為作為AuSn層15與Au層27的共晶成分(共晶材料的構(gòu)成元素)的Au、Sn混合在一起，暫時形成接合層29這樣的混合體，進(jìn)而，AuSn混合體與Al層的Al混合，形成熔點高的接合體，即復(fù)合接合層33。
再有，本申請的發(fā)明人等確認(rèn)了可通過Ta層26的膜厚來控制Al與AuSn的相互擴(kuò)散。不限于Ta，而可采用高熔點、對接合層材料的溶解度低的材料，控制復(fù)合接合層的結(jié)構(gòu)。除Ta以外，可采用Ti、W、Mo等。
另外，為了使支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31接合在一起，采用了AuSn層15和Au層27，但除AuSn以外，可以適當(dāng)?shù)夭捎肁uGe、AuSi等以Au為主體的共晶材料。在用于半導(dǎo)體發(fā)光元件制造時的接合的情況下，為了減少對半導(dǎo)體層的損壞，共晶溫度高于電極的歐姆形成溫度的材料并不理想。進(jìn)而，在后續(xù)工序中具有用焊劑來安裝半導(dǎo)體發(fā)光元件的工序的情況下，優(yōu)選為具有比一般的焊劑材料(SnPb(183℃)、SnAgCu(217℃)等)更高的共晶溫度。
此外，采用Al作為擴(kuò)散材料而形成Al層25，但不限于Al，而可采用容易與Au混合的Ag或Cu，還可以采用以它們?yōu)橹黧w的合金。通過選擇材料、膜厚，Al層25不僅具有提供擴(kuò)散材料這樣的功能，還通過形成AuSnAl合金而使復(fù)合接合層33具有勢壘層功能。例如，通過恰當(dāng)?shù)剡x擇Al層25的膜厚，可使復(fù)合接合層33具有勢壘功能，從而可減少半導(dǎo)體發(fā)光元件所具有的層數(shù)。另外，可減少半導(dǎo)體發(fā)光元件制造時的工序。
另外，TaN層24只要適當(dāng)?shù)匦纬杉纯伞＜词乖谛纬蒚aN層24的情況下，也無需與反射電極層23側(cè)的復(fù)合接合層33相接，只要在復(fù)合接合層33與反射電極層23之間形成即可。另外，不限于TaN，只要是防止共晶材料的侵入的材料即可，例如，可以采用Mo、Ta、W等高熔點金屬材料，以及TiW、TiWN等。
以下，參照照片來說明厚度為600nm的Al層25的Al通過形成AuSnAl合金而最終防止共晶材料(AuSn)向反射電極層23側(cè)侵入(擴(kuò)散)。
本申請的發(fā)明人等除了用參照圖1(A)～(H)說明的制造方法制造出半導(dǎo)體發(fā)光元件外，還制作出從該半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)中去除掉Al層25的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件(比較例)，并觀察各個元件的由AuZn形成的反射電極層23。
圖9和圖10是采用參照圖1說明的制造方法而得到的半導(dǎo)體發(fā)光元件的反射電極層的顯微鏡照片。
圖11和圖12是比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的反射電極層的顯微鏡照片。
圖9和圖11分別示出了采用參照圖1說明的制造方法而得到的半導(dǎo)體發(fā)光元件和比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的平面整體外觀。另外，在圖10和圖12上分別放大示出了圖9和圖11所示的照片的中央部。因半導(dǎo)體發(fā)光層透明，所以在圖10和圖12的任何一張顯微鏡照片中，均可確認(rèn)由AuZn形成的反射電極層。
從圖9和圖10所示的顯微鏡照片可知，采用參照圖1說明的制造方法得到的半導(dǎo)體發(fā)光元件的反射電極層具有均勻的表面。另一方面，根據(jù)圖11和圖12所示的顯微鏡照片可確認(rèn)，比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的反射電極層的局部已破損，并且在表面存在凹凸不平。
從圖9～圖12所示的4張顯微鏡照片可知，采用參照圖1說明的制造方法得到的半導(dǎo)體發(fā)光元件中的Al層從結(jié)果上看還具有作為保護(hù)反射電極層的層的功能?？烧J(rèn)為這是在熱壓焊時Al與AuSn相互擴(kuò)散而形成AuSnAl合金的結(jié)果。
如前所述，在利用共晶材料將半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31與支撐基板30接合(金屬粘接)時，TaN層24用于防止共晶材料(AuSn)侵入(擴(kuò)散)到反射電極層23側(cè)。通過對其再加設(shè)Al層25，可以更有效地防止共晶材料(AuSn)向反射電極層23的侵入(擴(kuò)散)。由于具備TaN層24和Al層25，在將支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31接合時，可防止元素向反射電極層23側(cè)擴(kuò)散、混合，防止反射電極層23所具有的反射功能或電極功能降低。
此外，本申請的發(fā)明人等通過目測對采用參照圖1說明的制造方法得到的半導(dǎo)體發(fā)光元件與比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行了比較觀察，結(jié)果確認(rèn)了在比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中其元件上部最終發(fā)生傾斜，與此相對照，在采用參照圖1說明的制造方法得到的半導(dǎo)體發(fā)光元件中卻看不到元件上部的傾斜?？烧J(rèn)為這是由于Al與AuSn的混合而形成AuSnAl、從而熔融溫度上升的結(jié)果。
進(jìn)而，參照另外的照片，說明對用圖1說明了制造方法的半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行高可靠性的粘合。
圖22和圖23分別是在切割工序(粘合的后續(xù)工序之一)后從表電極28側(cè)拍攝到采用參照圖1說明的制造方法得到的半導(dǎo)體發(fā)光元件和比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的顯微鏡照片。
參照圖22。整體照成黑色。在參照圖1說明了制造方法的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，看不到剝離。
參照圖23。在顯微鏡照片中發(fā)白的是剝離的部分。在比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，看到在約80％的部分發(fā)生了剝離。另外，在比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，自TaN層24至半導(dǎo)體發(fā)光層22側(cè)，從復(fù)合接合層33剝離而受損，從而復(fù)合接合層33被直接觀察和拍攝。再有，剝離是否僅在TaN層24與復(fù)合接合層33的界面發(fā)生尚不明。
從圖22和圖23所示的2張顯微鏡照片可知，采用參照圖1說明的制造方法得到的半導(dǎo)體發(fā)光元件中的Al層有助于高可靠性的粘合。
另外，在粘合的可靠性低的比較例的情況下，因切割工序中的切割刀片的振動及噴射水流等而發(fā)生了剝離。
以下，對與采用參照圖1說明的制造方法得到的半導(dǎo)體發(fā)光元件具有同樣效果的半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行說明。
圖13(A)～(C)是示出具有同樣效果的第1半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的概略剖視圖。Ta層受到損壞，但由于Al層的Al與接合層的AuSn混合而形成AuSnAl合金有助于提高元件的品質(zhì)，所以認(rèn)為Ta層的存在并非必需。
參照圖13(A)。圖13(A)與圖1(B)相同。利用參照圖1(A)和圖1(B)說明的工序，制作出與圖1(B)所示的支撐基板30相同的支撐基板30。
參照圖13(B)。圖13(B)是與圖1(E)對應(yīng)的圖。在圖1(E)的情況下，在Al層25與Au層27之間形成了Ta層26，但在圖13(B)所示的情況下，不同點是在Al層25上形成Au層27。
此外，通過與參照圖1(C)～(E)說明的工序相同的工序進(jìn)行制作，得到半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31。
參照圖13(C)。圖13(C)是與圖8對應(yīng)的圖。利用與參照圖1(F)～(H)說明的工序相同的工序，接合支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31，得到半導(dǎo)體發(fā)光元件。
圖13(C)所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件與圖8所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件相比，不同點是在復(fù)合接合層33中不含Ta層26。
圖14(A)～(C)是示出具有同樣效果的第2半導(dǎo)體發(fā)光元件制造方法的概略剖視圖。該半導(dǎo)體發(fā)光元件的特征在于，在接合支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31時直接用于接合的AuSn層15和Au層27隔著Ta層被Al層夾持。提供與AuSn混合而形成AuSnAl合金的Al的Al層不僅在接合層這一側(cè)形成，也可夾著接合層在其兩側(cè)形成。
參照圖14(A)。圖14(A)是與圖1(B)對應(yīng)的圖。在對兩者進(jìn)行比較，不同點是，在圖14(A)中在Ni層14與AuSn層15之間形成Al層25a和Ta層26a。
在Ni層14上例如形成厚度為3μm的Al層25a，再在其上例如形成厚度為0.1μm的Ta層26a。在形成過程中例如均采用電子束蒸鍍法(EB法)。
其它的部分利用與參照圖1(A)和(B)說明的工序相同的工序制作，得到支撐基板30。
參照圖14(B)。圖14(B)是與圖1(E)對應(yīng)的圖。兩圖中示出的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)具備共同的層結(jié)構(gòu)，但在圖1(E)中示出的Al層25由厚度為600nm的Al層形成，與此相對照，不同點是，本圖中所示的Al層25b由厚度為3μm的Al層形成。
其它的部分利用與參照圖1(C)～(E)說明的工序相同的工序制作，得到半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31。
參照圖14(C)。圖14(C)是與圖8對應(yīng)的圖。利用與參照圖1(F)～(H)說明的工序相同的工序，接合支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31，得到半導(dǎo)體發(fā)光元件。
圖14(C)所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件與圖8所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件相比，不同點是復(fù)合接合層33包含受到損壞的2個Ta層26a、26b，以及由來源于隔著Ta層夾持接合層(AuSn層15和Au層27)的2個Al層25a、25b的擴(kuò)散材料(Al)形成AuSnAl合金。
再有，可認(rèn)為主要通過反射電極層側(cè)的Al層25b的Al與接合層的AuSn之間的混合來實現(xiàn)防止AuSn向反射電極層側(cè)擴(kuò)散。
圖15(A)～(C)是示出具有同樣效果的第3半導(dǎo)體發(fā)光元件制造方法的概略剖視圖。該半導(dǎo)體發(fā)光元件類似于具有同樣效果的第2半導(dǎo)體發(fā)光元件。在與第2半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行比較時，不同點是第3半導(dǎo)體發(fā)光元件未形成Ta層。
參照圖15(A)。圖15(A)是與圖14(A)對應(yīng)的圖。對兩者進(jìn)行比較，不同點是，在圖15(A)中在Ni層14與AuSn層15之間僅形成Al層25c。
在Ni層14上例如用電子束蒸鍍法(EB法)形成厚度為3μm的Al層25c。
其它的部分利用與參照圖1(A)和(B)說明的工序相同的工序制作，得到支撐基板30。
參照圖15(B)。圖15(B)是與圖14(B)對應(yīng)的圖。對兩者進(jìn)行比較，不同點是，在圖15(B)中在TaN層24與Au層27之間僅形成Al層25d。
在TaN層24上例如用電子束蒸鍍法(EB法)形成厚度為3μm的Al層25d。
其它的部分利用與參照圖1(C)～(E)說明的工序相同的工序制作，得到半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31。
參照圖15(C)。圖15(C)是與圖14(C)對應(yīng)的圖。利用與參照圖1(F)～(H)說明的工序相同的工序，接合支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31，得到半導(dǎo)體發(fā)光元件。
圖15(C)所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件與圖14(C)所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件相比，不同點是復(fù)合接合層33不含Ta層。
圖16(A)～(C)是示出具有同樣效果的第4半導(dǎo)體發(fā)光元件制造方法的概略剖視圖。在參照圖1說明的制造方法中，在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31上形成Al層和Ta層。不同點是，在第4半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在支撐基板30上形成它們。
參照圖16(A)。圖16(A)是與圖1(B)對應(yīng)的圖。對兩者進(jìn)行比較，不同點是，在圖16(A)中在Ni層14與AuSn層15之間形成Al層25e和Ta層26c。
在Ni層14上例如形成厚度為6μm的Al層25e，再在其上例如形成厚度為0.1μm的Ta層26c。在形成過程中例如均采用電子束蒸鍍法(EB法)。
其它的部分利用與參照圖1(A)和(B)說明的工序相同的工序制作，得到支撐基板30。
參照圖16(B)。圖16(B)是與圖1(E)對應(yīng)的圖。對兩者進(jìn)行比較，不同點是，在圖16(B)中未形成Al層25和Ta層26，而是在TaN層24上直接形成Au層27。
其它的部分利用與參照圖1(C)～(E)說明的工序相同的工序制作，得到半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31。
參照圖16(C)。圖16(C)與圖8相同。利用與參照圖1(F)～(H)說明的工序相同樣工序，接合支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31，得到半導(dǎo)體發(fā)光元件。
圖16(C)所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件與圖8所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件相比，雖然復(fù)合接合層33中的元素分布不相同，但作為整體具有相同的層結(jié)構(gòu)。
圖17(A)～(C)是示出具有同樣效果的第5半導(dǎo)體發(fā)光元件制造方法的概略剖視圖。第5半導(dǎo)體發(fā)光元件類似于第4半導(dǎo)體發(fā)光元件。與第4半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行比較，不同點是，第5半導(dǎo)體發(fā)光元件未形成Ta層。
參照圖17(A)。圖17(A)是與圖16(A)對應(yīng)的圖。對兩者進(jìn)行比較，不同點是，在圖17(A)中在Ni層14與AuSn層15之間僅形成Al層25f。
在Ni層14上例如用電子束蒸鍍法(EB法)形成厚度為3μm的Al層25f。
其它的部分利用與參照圖1(A)和(B)說明的工序相同的工序制作，得到支撐基板30。
參照圖17(B)。圖17(B)與圖16(B)相同。利用與參照圖16(B)說明的工序相同的工序，得到半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31。
參照圖17(C)。圖17(C)是與圖16(C)對應(yīng)的圖。利用與參照圖1(F)～(H)說明的工序相同的工序，接合支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31，得到半導(dǎo)體發(fā)光元件。
圖17(C)所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件與圖16(C)所示的第4半導(dǎo)體發(fā)光元件相比，不同點是復(fù)合接合層33不含Ta層。
以上，對具有兼具電極層和反射層的功能的反射電極層(AuZn層)的半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行了說明。也可以使電極層與反射層的功能分化。
圖18(A)～(C)是示出兼?zhèn)潆姌O層和反射層的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的概略剖視圖。
參照圖18(A)。圖18(A)與圖1(B)相同，利用參照圖1(A)和圖1(B)說明的工序，制作與圖1(B)所示的支撐基板30相同的支撐基板30。
參照圖18(B)。圖18(B)是與圖1(E)對應(yīng)的圖。
在半導(dǎo)體發(fā)光層22上，例如由SiO2形成厚度為0.1μm的反射層23a。反射層23a采用濺射法、EB法、或CVD法等形成。
再有，反射層23a也可以采用化合物半導(dǎo)體或SiO2以外的電介質(zhì)、金屬等材料形成。
在半導(dǎo)體發(fā)光層22上和反射層23a上，例如由AuZn合金形成厚度為0.6μm的電極層23b。電極層23b利用濺射法、電阻加熱蒸鍍法等形成。
再有，在例如構(gòu)成半導(dǎo)體發(fā)光層22的表面的層是p型化合物半導(dǎo)體的情況下，可以由公知的AuBe合金等構(gòu)成電極層23b作為p側(cè)電極。
其它的部分利用與參照圖1(C)～(E)說明的工序相同的工序制作，得到半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31。
參照圖18(C)。圖18(C)是與圖8對應(yīng)的圖。利用與參照圖1(F)～(H)說明的工序相同的工序，接合支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31，得到分別具備電極層和反射層以代替電極反射層的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
圖21(A)～(C)是示出具有同樣效果的第6半導(dǎo)體發(fā)光元件制造方法的概略剖視圖。
參照圖21(A)。圖21(A)是與圖18(A)(圖1(B))對應(yīng)的圖。對兩者進(jìn)行比較，不同點是，在圖18(A)中在Ni層14上形成有AuSn層15，而在圖21(A)中在Ni層14上卻依次淀積Al層25、Ta層26、Au層27。
在Ni層14上，形成例如厚度為6μm的Al層25，再在其上形成例如厚度為0.1μm的Ta層26。在形成過程中例如均采用電子束蒸鍍法(EB法)。在Ta層26上例如淀積厚度為0.3μm的Au層27。
其它的部分利用與參照圖18(A)說明的工序相同的工序制作，得到支撐基板30。
Au層27用于在后續(xù)工序中在利用共晶材料將包含半導(dǎo)體發(fā)光層的結(jié)構(gòu)體接合到支撐基板30上(金屬粘接)時與半導(dǎo)體發(fā)光層的AuSn層形成接合層。
參照圖21(B)。圖21(B)是與圖18(B)對應(yīng)的圖。對兩者進(jìn)行比較，不同點是，在圖18(B)中在TaN層24上依次淀積Al層25、Ta層26、Au層27，而在圖21(B)中在TaN層24上依次淀積Ti層13、Ni層14、AuSn層15。
在TaN層24上形成例如厚度為0.15μm的Ti層13，再在其上形成例如厚度為0.1μm的Ni層14。Ti層13和Ni層14例如均采用電子束蒸鍍法(EB法)進(jìn)行蒸鍍。在Ni層14上例如采用電阻加熱蒸鍍法蒸鍍厚度為2μm的AuSn層15。其它的部分利用與參照圖18(B)說明的工序相同的工序制作，得到半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31。
參照圖21(C)。圖21(C)是與圖18(C)對應(yīng)的圖。利用與參照圖18(C)說明的工序相同的工序，接合支撐基板30與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31，得到半導(dǎo)體發(fā)光元件。
在第6半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在支撐基板30和半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31兩者中包含Ti層13和Ni層14。Ti層13是表現(xiàn)出與其下部所形成的層(例如，在圖21(A)所示的支撐基板30上，為與Au層12形成一體的導(dǎo)電性基板11)的高粘著性的層(粘著性提高層)。Ni層14是提高其上部所形成的層(例如，在圖21(B)所示的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31中，為AuSn層15)的沾濕性的層(潤濕層)。
Ti層13和Ni層14只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)置即可。在進(jìn)行設(shè)置的情況下，既可在支撐基板30側(cè)形成，也可在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31側(cè)形成。也可在支撐基板30和半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31的雙方形成。另外，也可僅形成Ti層13，或僅形成Ni層14。
另外，在圖21(A)和(B)中，在支撐基板30上形成Au層27，在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31上形成AuSn層15。也可以是在支撐基板30上形成AuSn層15、在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31上形成Au層27的結(jié)構(gòu)。
通過形成復(fù)合接合層，不僅可制造出高品質(zhì)的半導(dǎo)體元件，也可制造出高品質(zhì)的電子部件單元等。例如，可應(yīng)用于后續(xù)工序的粘合(接合)時的溫度高于先前工序的粘合(接合)時的溫度的電子部件的接合等。
圖24(A)～(D)是表示電子部件單元的制造方法的概略剖視圖。
參照圖24(A)。在基座區(qū)域80的裝配面81(基座)上，形成基座表面層疊部分82。另外，例如在包含半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體元件芯片83(電子部件)上附加接合部，形成電子部件區(qū)域84。
參照圖24(B)。該圖與圖1(F)相對應(yīng)。
基座表面層疊部分82是在裝配面81上從下到上依次淀積Ti層13、Ni層14、AuSn層15而成?；砻鎸盈B部分82與在基板上形成了Ti層13、Ni層14、AuSn層15的圖1(B)的支撐基板30相對應(yīng)。
電子部件區(qū)域84是在半導(dǎo)體元件芯片83上從下到上依次淀積Al層25、Ta層26、Au層27而成。電子部件區(qū)域84與圖1(E)所示的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31相對應(yīng)。與圖1(E)的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31的半導(dǎo)體發(fā)光層22相對應(yīng)的是半導(dǎo)體元件芯片83。不同點是，在半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31中，半導(dǎo)體發(fā)光層22與Al層25之間形成了電極反射層23和TaN層24，而在圖24(B)所示的電子部件區(qū)域84中卻未形成這些層。
附加了接合部(Al層25、Ta層26、Au層27)的半導(dǎo)體元件芯片83借助于該接合部和基座表面層疊部分82與裝配面81進(jìn)行芯片鍵合。
參照圖24(C)。圖24(C)是表示基座表面層疊部分82與電子部件區(qū)域84進(jìn)行芯片鍵合后的接合狀態(tài)的圖，與圖8相對應(yīng)。
可認(rèn)為作為AuSn層15和Au層27的共晶成分(共晶材料的構(gòu)成元素)的Au、Sn混合，暫時形成AuSn混合體，進(jìn)而通過Ta層26的破損部分，AuSn混合體與Al層的Al混合，形成熔融溫度高于AuSn混合體的接合體(復(fù)合接合層33)。
由于電子部件區(qū)域84與半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31的差異而未形成電極反射層23和TaN層24的這一點與圖8所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件不同。
參照圖24(D)。在區(qū)域T中進(jìn)行芯片鍵合工序后，在區(qū)域S等處利用共晶材料安裝固定外部端子，得到封裝單元85(電子部件單元)。
通過在芯片鍵合工序中在半導(dǎo)體元件芯片83與裝配面81之間形成復(fù)合接合層33，即使在需要高于芯片鍵合時的溫度的安裝工序中，也可在接合半導(dǎo)體元件芯片83與裝配面81時得到高粘著性。
例如，在采用In作為芯片鍵合工序中所用的共晶材料的情況下，其接合時的溫度約為140℃。另外，在安裝工序中，在以SnPb為焊劑并采用回流爐時所需的溫度是高于共晶溫度即183℃的約220℃。因此，In接合層因受到安裝工序中的加熱的影響而變得不穩(wěn)定，降低了芯片接合的可靠性。
在芯片鍵合工序中，通過采用AuSn可使接合時的溫度為280℃，在這種情況下，上述問題在采用SnPb進(jìn)行安裝時得以消除。但是，在采用SnAgCu等安裝時需要高溫加熱的焊劑的情況下，擔(dān)心與上述同樣的問題。這是因為SnAgCu的共晶溫度為217℃，且在回流安裝工序中所加的溫度約為250℃左右，接近AuSn的共晶溫度。
但是，如用圖24(A)～(D)所作的說明那樣，例如，采用AuSn作為芯片鍵合工序中使用的共晶材料，采用Al作為形成擴(kuò)散材料層的材料，從而在高于AuSn的熔融溫度的回流安裝溫度下也仍能得到穩(wěn)定的粘著性。
再有，在利用圖24(A)～(D)說明的電子部件單元的制造方法中，形成了與圖1(B)的支撐基板對應(yīng)的基座表面層疊部分82和與圖1(E)的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)31對應(yīng)的電子部件區(qū)域84，但也可與取得同樣效果的其它半導(dǎo)體發(fā)光元件的這些部分對應(yīng)地形成基座表面層疊部分82和電子部件區(qū)域84。
以上說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些。例如，參照圖1對制造方法舉行了說明的半導(dǎo)體元件具備半導(dǎo)體發(fā)光層，但也可應(yīng)用于具備與半導(dǎo)體發(fā)光層的功能不同的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元件。此外，專業(yè)人員可進(jìn)行各種變更、改進(jìn)、組合等。
可適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于安裝后需要高溫加熱工序的電子部件，特別是應(yīng)用于希望達(dá)到高亮度和高發(fā)光效率的顯示用發(fā)光二極管或紅外發(fā)光二極管等。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，具有(a)準(zhǔn)備第1基板的工序；(b)在所述第1基板上方形成第1接合層而得到支撐基板的工序；(c)準(zhǔn)備第2基板的工序；(d)在所述第2基板上形成半導(dǎo)體層的工序；(e)在所述半導(dǎo)體層上方形成第2接合層而得到半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的工序；(f)形成包含擴(kuò)散材料的擴(kuò)散材料層的工序，其利用下述工序中的至少一道工序形成擴(kuò)散材料層(f1)在所述工序(b)中，在所述第1基板上方形成擴(kuò)散材料層，且在所述擴(kuò)散材料層上方形成所述第1接合層的工序、和(f2)在所述工序(e)中，在所述半導(dǎo)體層上方形成擴(kuò)散材料層，且在所述擴(kuò)散材料層上方形成所述第2接合層的工序；和(g)接合所述支撐基板的所述第1接合層與所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的所述第2接合層而得到接合體的工序，其中包括(g1)在所述第1或第2接合層中包含共晶材料，并將所述第1接合層與所述第2接合層混合而形成第1混合體的工序；(g2)將所述第1混合體與所述擴(kuò)散材料層的擴(kuò)散材料混合而形成熔融溫度高于所述第1混合體的熔融溫度的第2混合體的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，在所述工序(f)中，在所形成的所述擴(kuò)散材料層的至少一層上形成擴(kuò)散控制層，在所述擴(kuò)散控制層上形成所述第1或第2接合層，所述擴(kuò)散控制層在所述工序(g)中被破壞。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，在所述工序(b)中，在所述第1基板上方形成粘著性提高層、潤濕層中的至少一方，再在其上方形成所述第1接合層，在所述工序(f1)中，在所述粘著性提高層或潤濕層上方形成所述擴(kuò)散材料層。
4.如權(quán)利要求1～3中任意一項所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，在所述工序(e)中，在所述半導(dǎo)體層上方形成粘著性提高層、潤濕層中的至少一方，再在其上方形成所述第2接合層，在所述工序(f2)中，在所述粘著性提高層或潤濕層上方形成所述擴(kuò)散材料層。
5.如權(quán)利要求1～4中任意一項所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，在所述工序(d)中，還在所述半導(dǎo)體層上的至少一部分區(qū)域中形成第1電極，在所述第1電極上方形成勢壘層，在所述工序(e)中，在所述勢壘層上方形成所述第2接合層，在所述工序(f2)中，在所述勢壘層與所述第2接合層之間形成所述擴(kuò)散材料層，所述勢壘層防止所述第1或第2接合層中包含的共晶材料在所述工序(g)中侵入到所述第1電極側(cè)。
6.如權(quán)利要求1～5中任意一項所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，由以Au為主體的共晶材料形成所述第1或第2接合層。
7.如權(quán)利要求1～6中任意一項所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，在所述工序(f)中，由Al、Ag或Cu，或者由以Al、Ag或Cu為主體的合金形成所述擴(kuò)散材料層。
8.一種半導(dǎo)體元件，其特征在于，具有基板；在所述基板上方形成的復(fù)合接合層；在所述復(fù)合接合層上方形成的第1電極；在包含所述第1電極的區(qū)域中形成的半導(dǎo)體層；和在所述半導(dǎo)體層上的一部分區(qū)域中形成的第2電極，并且，在接合包含所述基板和第1接合層的支撐基板與包含所述半導(dǎo)體層、所述第1電極和第2接合層的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)時形成所述復(fù)合接合層，所述第1或第2接合層包含共晶成分，所述支撐基板和所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的至少一方具有含有擴(kuò)散材料的擴(kuò)散材料層，所述第1或第2接合層中的一方所包含的共晶成分與另一方的接合層混合而形成第1混合體，進(jìn)而所述第1混合體與所述擴(kuò)散材料層所包含的擴(kuò)散材料混合而形成熔融溫度高于所述第1混合體的熔融溫度的第2混合體，由此形成所述復(fù)合接合層。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，在所述基板與所述復(fù)合接合層之間包含粘著性提高層、潤濕層中的至少一方。
10.如權(quán)利要求8或9所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，在所述復(fù)合接合層與所述第1電極之間包含粘著性提高層、潤濕層中的至少一方。
11.如權(quán)利要求8～10中任意一項所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，在所述復(fù)合接合層與所述第1電極之間包含勢壘層。
12.如權(quán)利要求8～11中任意一項所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述復(fù)合接合層包含擴(kuò)散控制層，該擴(kuò)散控制層在接合所述支撐基板與所述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)時控制所述第1混合體與所述擴(kuò)散材料層所包含的擴(kuò)散材料的混合。
13.如權(quán)利要求8～12中任意一項所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述擴(kuò)散材料層由Al、Ag或Cu，或者由以Al、Ag或Cu為主體的合金形成。
14.一種電子部件單元，其特征在于，具有基座；在所述基座上方形成的復(fù)合接合層；和在所述復(fù)合接合層上方形成的電子部件，并且，在接合包含所述基座和第1接合層的基座區(qū)域與包含所述電子部件和第2接合層的電子部件區(qū)域時形成所述復(fù)合接合層，所述第1或第2接合層包含共晶成分，所述基座區(qū)域和所述電子部件區(qū)域的至少一方具有含有擴(kuò)散材料的擴(kuò)散材料層，所述第1或第2接合層中的一方所包含的共晶成分與另一方的接合層混合而形成第1混合體，進(jìn)而所述第1混合體與所述擴(kuò)散材料層所包含的擴(kuò)散材料混合而形成熔融溫度高于所述第1混合體的熔融溫度的第2混合體，由此形成所述復(fù)合接合層。
15.如權(quán)利要求14所述的電子部件單元，其特征在于，在所述基座與所述復(fù)合接合層之間包含粘著性提高層、潤濕層中的至少一方。
16.如權(quán)利要求14或15所述的電子部件單元，其特征在于，在所述復(fù)合接合層與所述電子部件之間包含粘著性提高層、潤濕層中的至少一方。
17.如權(quán)利要求14～16中任意一項所述的電子部件單元，其特征在于，所述復(fù)合接合層包含擴(kuò)散控制層，該擴(kuò)散控制層在接合所述基座區(qū)域與所述電子部件區(qū)域時控制所述第1混合體與所述擴(kuò)散材料層所包含的擴(kuò)散材料的混合。
全文摘要
本發(fā)明提供了高品質(zhì)的半導(dǎo)體元件。該半導(dǎo)體元件具有基板、在基板上方形成的復(fù)合接合層、在復(fù)合接合層上方形成的第1電極、在包含第1電極的區(qū)域中形成的半導(dǎo)體層和在半導(dǎo)體層上的一部分區(qū)域中形成的第2電極，并且，在接合包含基板和第1接合層的支撐基板與包含半導(dǎo)體層、第1電極和第2接合層的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)時形成復(fù)合接合層，第1或第2接合層包含共晶成分，支撐基板和半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的至少一方具有含有擴(kuò)散材料的擴(kuò)散材料層，并且，第1或第2接合層的一方所包含的共晶成分與另一方的接合層混合而形成第1混合體，進(jìn)而第1混合體與擴(kuò)散材料層所包含的擴(kuò)散材料混合而形成熔融溫度高于第1混合體的熔融溫度的第2混合體，由此形成復(fù)合接合層。
文檔編號H01L33/40GK1750284SQ200510098629
公開日2006年3月22日 申請日期2005年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月14日
發(fā)明者園田純一, 小林靜一郎, 吉水和之 申請人:斯坦雷電氣株式會社