半导体装置制造方法及图纸

半导体装置(1)具备：安装基板(20)；以及半导体元件(10)，隔着金属凸块(30)被配置在安装基板(20)，半导体元件(10)，具有半导体层叠结构(11)以及第1电极，安装基板(20)，具有第2电极，金属凸块(30)具有与半导体元件(10)的第1电极相接的第1层(31)、以及位于该第1电极的相反侧的第2层(32)，构成第1层(31)的结晶的平均结晶粒径，比构成第2层(32)的结晶的平均结晶粒径大，第2层(32)位于与半导体元件(10)的第1电极隔开的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置
本公开涉及半导体装置，尤其涉及通过金属凸块接合了半导体元件与安装基板的半导体装置。
技术介绍
LED(LightEmittingDiode：发光二极管)等半导体发光元件，作为各种设备的光源而被利用。例如，LED被用于DRL(DaytimeRunningLights：日间行车灯)以及HL(HeadLamp：前照灯)等车载用照明装置的车载光源。尤其是使用光输出为1W以上的高功率LED的车载光源的市场发展，Halogen(卤素)灯或HID(High－IntensityDischarge：高强度气体放电)灯的LED化迅速扩大。关于车载光源，对节省空间以及提高设计性的要求高涨，所以LED向小型化、高电流化、集成化的方向发展。因此在确保LED的可靠性时，如何对LED产生的热进行散热成为关键。为了实现LED芯片等半导体芯片的小型、高电流化、集成化，作为半导体芯片与安装基板接合的技术，有倒装芯片焊接(倒装芯片接合)，以正面朝下方式将半导体芯片与安装基板接合。这个方式是将半导体芯片反转(flip)，利用金属凸块来直接接合安装基板的布线与半导体芯片的电极或者布线，这与半导体芯片的半导体布线面朝上方，以电线连接的朝上方式的接合情况相比，不拘于电线直径以及电线的铺设，适合高电流化、高集成化，作为高输出用途的安装方法，在车载光源中使用。在专利文献1中，作为通过倒装芯片焊接，由金属凸块来接合半导体元件和安装基板的半导体装置，公开了半导体元件的半导体层与电极柱连接，将电极柱的前端隔着焊锡与安装基板的布线接合的半导体装置。图28是在专利文献1公开的半导体装置200的截面图。图28所示，半导体装置200具备由p型层211、活性层212以及n型层213构成的半导体层210、与p型层211连接的p侧电极220、与n型层213连接的n侧电极230、在p侧电极220层叠的p侧晶种层241以及p侧电极柱242、在n侧电极230层叠的n侧晶种层251以及n侧电极柱252、以及覆盖这些的密封树脂体260。在p侧电极柱242以及n侧电极柱252中，半导体层210侧的第1端部的结晶粒径，比半导体层210的相反侧的第2端部的结晶粒径小。从而，与p侧电极柱242以及n侧电极柱252的整体上结晶粒径大的情况相比能够吸收热应力，能够获得对热应力的耐受性高的半导体装置200。(现有技术文献)(专利文献)专利文献1∶日本特开2014－38886号公报然而，关于专利文献1公开的半导体装置，在长期可靠性试验中，发生电极不良等损伤，出现长期可靠性差的课题。
技术实现思路
本公开的目的在于，提供一种长期可靠性优秀的半导体装置。本公开涉及的第1半导体装置的一个方案具备：安装基板；以及半导体元件，隔着金属凸块被配置在所述安装基板，所述半导体元件，具有半导体层叠结构以及第1电极，所述安装基板，具有第2电极，所述金属凸块具有与所述第1电极相接的第1层、以及位于所述第1电极的相反侧的第2层，构成所述第1层的结晶的平均结晶粒径，比构成所述第2层的结晶的平均结晶粒径大，所述第2层位于与所述第1电极隔开的位置。本公开涉及的第2半导体装置的一个方案具备：安装基板；以及半导体元件，隔着金属凸块被配置在所述安装基板，所述半导体元件，具有半导体层叠结构以及第1电极，所述安装基板，具有第2电极，所述金属凸块具有与所述第1电极相接的第1层、以及位于所述第1电极的相反侧的第2层，所述第1层具有等轴的晶粒组织。本公开涉及的第3半导体装置的一个方案具备：安装基板；以及半导体元件，隔着金属凸块被配置在所述安装基板，所述半导体元件，具有半导体层叠结构以及第1电极，所述安装基板，具有第2电极，所述金属凸块具有与所述第1电极相接的由金而成的第1层、以及位于所述第1电极的相反侧的第2层，构成所述第1层的结晶的平均结晶粒径，比构成所述第2层的结晶的平均结晶粒径大，所述第1电极由包括表面层的至少2层构成，所述表面层与所述金属凸块相接并且由金而成，在所述表面层的厚度设为A，所述表面层的平均结晶粒径设为B，所述第1层的厚度设为C，所述第1层与所述第2层的界面的最大高度粗糙度设为Rz时，满足如下关系式，C>Rz/2+1－A×B/8。本公开涉及的第4半导体装置的一个方案具备：安装基板；以及半导体元件，隔着由多个金属层而成的金属凸块被配置在所述安装基板，所述半导体元件，具有半导体层叠结构以及第1电极，所述安装基板，具有第2电极，在所述半导体元件、所述安装基板以及所述金属凸块的与所述安装基板垂直的方向上的截面中，定义与所述金属凸块的截面形状具有相同的面积以及相同的高度的虚拟的长方形时，与所述第1电极相接的第1层与所述第1电极的接合部即第1接合部的宽度、以及与所述第2电极相接的第3层与所述第2电极的接合部即第2接合部的宽度的至少任一方，比所述长方形的底边的长度长。通过本公开，在隔着金属凸块接合半导体元件与安装基板时，能够抑制由于电极的损伤以及剥离等金属凸块的接合引起的不良状况发生，能够实现长期可靠性优秀的半导体装置。附图说明图1是实施方式1涉及的半导体装置的截面图。图2是示出实施方式1涉及的半导体装置的金属凸块的放大截面图与该金属凸块中结晶粒径的高度位置依赖性的图。图3A是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第1工序中，准备基板的工序的图。图3B是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第1工序中，形成半导体层叠结构的工序的图。图4A是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第2工序中，对半导体层叠结构进行蚀刻的工序的图。图4B是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第2工序中，形成绝缘膜的工序的图。图4C是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第2工序中，形成第1n侧电极的欧姆接触层以及障壁电极的工序的图。图4D是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第2工序中，形成第1p侧电极的反射电极的工序的图。图4E是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第2工序中，形成第1p侧电极的障壁电极的工序的图。图4F是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第2工序中，形成晶种膜的工序的图。图4G是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第2工序中，形成保护材的工序的图。图4H是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第2工序中，形成第1p侧电极以及第1n侧电极的覆盖电极的工序的图。图4I是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第2工序中，消除保护材的工序的图。图5A是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第3工序中，形成具有开口部的保护材的工序的图。图5B是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第3工序中，形成镀金膜的工序的图。图5C是示出在实施方式1涉及的半导体装置的制造方法的第3工序中，消除保护材的工序的图。图5D是示出在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，/n所述半导体装置具备：/n安装基板；以及/n半导体元件，隔着金属凸块被配置在所述安装基板，/n所述半导体元件，具有半导体层叠结构以及第1电极，/n所述安装基板，具有第2电极，/n所述金属凸块具有与所述第1电极相接的第1层、以及位于所述第1电极的相反侧的第2层，/n构成所述第1层的结晶的平均结晶粒径，比构成所述第2层的结晶的平均结晶粒径大，/n所述第2层位于与所述第1电极隔开的位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180201 JP 2018-0167121.一种半导体装置，
所述半导体装置具备：
安装基板；以及
半导体元件，隔着金属凸块被配置在所述安装基板，
所述半导体元件，具有半导体层叠结构以及第1电极，
所述安装基板，具有第2电极，
所述金属凸块具有与所述第1电极相接的第1层、以及位于所述第1电极的相反侧的第2层，
构成所述第1层的结晶的平均结晶粒径，比构成所述第2层的结晶的平均结晶粒径大，
所述第2层位于与所述第1电极隔开的位置。


2.如权利要求1所述的半导体装置，
所述第1层在所述第2层侧具有过渡区域，所述过渡区域的平均结晶粒径，从所述第1层的平均结晶粒径逐渐接近于所述第2层的平均结晶粒径。


3.如权利要求1或2所述的半导体装置，
所述第1层与所述第2层的界面的最大高度粗糙度是所述第2层的平均结晶粒径以上。


4.如权利要求3所述的半导体装置，
所述第1层的平均结晶粒径是所述界面的最大高度粗糙度以上。


5.如权利要求3或4所述的半导体装置，
所述第1电极由包括表面层的至少2层构成，所述表面层与所述金属凸块相接并且由金而成，
在所述表面层的厚度设为A，所述表面层的平均结晶粒径设为B，所述第1层的厚度设为C，所述第1层与所述第2层的界面的最大高度粗糙度设为Rz时，满足如下关系式，
C>Rz/2+1－A×B/8。


6.如权利要求1至5的任一项所述的半导体装置，
所述第1层，具有等轴的晶粒组织。


7.如权利要求1至6的任一项所述的半导体装置，
所述第2层，具有多轴的晶粒组织。


8.如权利要求1至7的任一项所述的半导体装置，
在所述半导体元件、所述安装基板以及所述金属凸块的与所述安装基板垂直的方向上的截面中，定义与所述金属凸块的截面形状具有相同的面积以及相同的高度的虚拟的长方形时，与所述第1电极相接的所述第1层与所述第1电极的接合部即第1接合部的宽度，比所述长方形的底边的长度长。


9.如权利要求1至8的任一项所述的半导体装置，
所述金属凸块，具有与所述第2电极相接的第3层，
在所述半导体元件、所述安装基板以及所述金属凸块的与所述安装基板垂直的方向上的截面中，定义与所述金属凸块的截面形状具有相同的面积以及相同的高度的虚拟的长方形时，与所述第3层与所述第2电极的接合部即第2接合部的宽度，比所述长方形的底边的长度长。


10.如权利要求8或9所述的半导体装置，
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：广木均典，林茂生，中岛健二，福久敏哉，政元启明，山田笃志，
申请(专利权)人：松下半导体解决方案株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP