(57)【要約】      （修正有）【課題】生産性が高い半導体発光装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体発光装置の製造方法は、シリコン基板１００上にIII族窒化物半導体を含む半導体膜１０を成長させる工程と、半導体膜１０を選択的に除去して複数の部分に区画する工程と、半導体膜１０を覆うアルミニウム膜５１を形成する工程と、アルミニウム膜５１を選択的に除去する工程と、残留したアルミニウム膜５１を酸化する工程と、シリコン基板１００を除去する工程と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上にIII族窒化物半導体を含む半導体膜を成長させる工程と、
前記半導体膜を選択的に除去して複数の部分に区画する工程と、
前記半導体膜を覆うアルミニウム膜を形成する工程と、
前記アルミニウム膜を選択的に除去する工程と、
残留した前記アルミニウム膜を酸化する工程と、
前記半導体膜の上面における前記アルミニウム膜が除去された領域上に、電極を形成する工程と、
前記シリコン基板を除去する工程と、
を備え、
前記シリコン基板を除去する工程は、フッ硝酸をエッチング液としてウェットエッチングを施す工程を有する半導体発光装置の製造方法。
【請求項２】
シリコン基板上にIII族窒化物半導体を含む半導体膜を成長させる工程と、
前記半導体膜を選択的に除去して複数の部分に区画する工程と、
前記半導体膜を覆うアルミニウム膜を形成する工程と、
前記アルミニウム膜を選択的に除去する工程と、
残留した前記アルミニウム膜を酸化する工程と、
前記シリコン基板を除去する工程と、
を備えた半導体発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記シリコン基板を除去する工程は、ウェットエッチングを施す工程を有する請求項２記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記ウェットエッチングは、フッ硝酸をエッチング液とする請求項３記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記シリコン基板を除去する工程は、ドライエッチングを施す工程を有する請求項２記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記ドライエッチングは、六フッ化硫黄をエッチングガスとする請求項５記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体膜の上面における前記アルミニウム膜が除去された領域上に、電極を形成する工程をさらに備えた請求項２〜６のいずれか１つに記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項８】
III族窒化物半導体を含む半導体膜と、
前記半導体膜の第１の面に接続された電極と、
前記第１の面における前記電極以外の領域及び前記半導体膜の端面を覆い、アルミニウム及び酸素を含む絶縁材料からなるパッシベーション膜と、
前記半導体膜の前記第１の面及び前記電極の側面を覆い、前記半導体膜の第２の面を露出させる封止樹脂体と、
を備え、
前記パッシベーション膜における前記半導体膜に接した部分のアルミニウム濃度は、前記パッシベーション膜における前記封止樹脂体に接した部分のアルミニウム濃度よりも高い半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、III族窒化物半導体を用いたＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が開発されている。このようなＬＥＤは、例えば、結晶成長用基板上に窒化ガリウム層（ＧａＮ層）等の半導体層からなる積層体を形成し、この積層体をパッシベーション膜で覆い、樹脂体で埋め込んだ後、結晶成長用基板を除去することにより、製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８４５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態の目的は、生産性が高い半導体発光装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る半導体発光装置は、III族窒化物半導体を含む半導体膜と、前記半導体膜の第１の面に接続された電極と、前記第１の面における前記電極以外の領域及び前記半導体膜の端面を覆い、アルミニウム及び酸素を含む絶縁材料からなるパッシベーション膜と、前記半導体膜の前記第１の面及び前記電極の側面を覆い、前記半導体膜の第２の面を露出させる封止樹脂体と、を備える。前記パッシベーション膜における前記半導体膜に接した部分のアルミニウム濃度は、前記パッシベーション膜における前記封止樹脂体に接した部分のアルミニウム濃度よりも高い。
【０００６】
実施形態に係る半導体発光装置の製造方法は、シリコン基板上にIII族窒化物半導体を含む半導体膜を成長させる工程と、前記半導体膜を選択的に除去して複数の部分に区画する工程と、前記半導体膜を覆うアルミニウム膜を形成する工程と、前記アルミニウム膜を選択的に除去する工程と、残留した前記アルミニウム膜を酸化する工程と、前記シリコン基板を除去する工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る半導体発光装置を例示する断面図である。
【図２】横軸にパッシベーション膜における厚さ方向の位置をとり、縦軸にアルミニウム濃度及び酸素濃度をとって、パッシベーション膜の組成分布を例示するグラフ図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を例示する工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る半導体発光装置を例示する断面図である。
【０００９】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体発光装置１においては、半導体膜１０が設けられている。半導体膜１０は、III族窒化物半導体、例えば、ガリウム窒化物（ＧａＮ）を含む半導体膜であり、発光層（図示せず）を含む複数の層が積層されて構成されている。半導体膜１０の上面１０ａは、光が出射される面であり、平坦である。半導体膜１０の下面１０ｂは段差（図示せず）によって２つの領域に区画されており、各領域は平坦である。なお、図１においては、段差によって区画された一方の領域のみを示しており、他方の領域は紙面の手前側に位置するため図示していない。更に、半導体膜１０の端面１０ｃは、半導体膜１０の結晶方位によって決まる角度で傾斜している。
【００１０】
半導体膜１０の下面１０ｂ上には、例えば銅（Ｃｕ）からなる再配線層１１が設けられており、半導体膜１０の一部の領域に接続されている。また、再配線層１１の下面上には、例えば銅からなる電極１２が設けられており、再配線層１１に接続されている。なお、半導体発光装置１においては、再配線層１１及び電極１２からなる組は、ｐ側電極及びｎ側電極として２組設けられている。組同士は相互に絶縁されつつ、半導体膜１０の下面における段差によって区画された２つの領域にそれぞれ接続されている。但し、図１においては、１組の再配線層１１及び電極１２のみを示している。
【００１１】
また、半導体膜１０の下面１０ｂ及び端面１０ｃを覆うように、パッシベーション膜１３が設けられている。パッシベーション膜１３はアルミニウム（Ａｌ）を含む絶縁材料からなり、例えば、アルミニウム酸化物（ＡｌｘＯｙ）からなる。パッシベーション膜１３は、半導体膜１０の下面１０ｂにおける再配線層１１が接続された領域上には設けられておらず、従って、半導体膜１０と再配線層１１との間には介在していない。また、パッシベーション膜１３は半導体膜１０の端面１０ｃに沿って延び、その端部は半導体膜１０の上面１０ａを越えて上面１０ａよりも上方の位置まで延出している。
【００１２】
パッシベーション膜１３の下方には、例えばエポキシ樹脂からなる封止樹脂体１４が設けられている。封止樹脂体１４は、半導体膜１０の下面１０ｂ及び端面１０ｃ、パッシベーション膜１３における上面１０ａよりも下方に位置する部分、再配線層１１の全体、並びに、電極１２の側面を覆っている。
【００１３】
一方、半導体膜１０の上面１０ａ上には、蛍光体（図示せず）が分散された樹脂材料からなる蛍光体膜１５が設けられている。蛍光体膜１５は、半導体膜１０の上面１０ａ及びパッシベーション膜１３における上面１０ａよりも上方に位置する部分を覆っている。
【００１４】
図２は、横軸にパッシベーション膜における厚さ方向の位置をとり、縦軸にアルミニウム濃度及び酸素濃度をとって、パッシベーション膜の組成分布を例示するグラフ図である。
図２に示すように、パッシベーション膜１３内における組成は膜厚方向に沿って傾斜しており、半導体膜１０側にいくほどアルミニウム濃度が高く酸素濃度が低くなり、封止樹脂体１５側にいくほどアルミニウム濃度が低く酸素濃度が高くなる。従って、パッシベーション膜１３における半導体膜１０に接した部分のアルミニウム濃度は、パッシベーション膜１３における封止樹脂体１５に接した部分のアルミニウム濃度よりも高い。但し、パッシベーション膜１３における半導体膜１０に接した部分も、絶縁体にはなっている。
【００１５】
次に、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法について説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を例示する工程断面図である。
なお、説明の便宜上、図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｃ）においては、上下方向が図１の上下方向とは逆になっている。
【００１６】
先ず、図３（ａ）に示すように、結晶成長用基板としてシリコンウェーハ１００を用意する。次に、シリコンウェーハ１００上に、III族窒化物半導体、例えばガリウム窒化物（ＧａＮ）からなる半導体膜１０ｚを結晶成長させる。半導体膜１０ｚは連続膜である。また、半導体膜１０ｚ上の必要な領域に電極層（図示せず）を形成する。
【００１７】
次に、図３（ｂ）に示すように、エッチングにより半導体膜１０ｚを選択的に除去して、複数の半導体膜１０に区画する。このとき、エッチングをオーバーエッチングとして、シリコンウェーハ１００における半導体膜１０間の領域を掘り込み、溝１００ａを形成する。
【００１８】
次に、図３（ｃ）に示すように、例えば、スパッタ法、蒸着法又はめっき法により、全面にアルミニウム（Ａｌ）を堆積させて、シリコンウェーハ１００上及び半導体膜１０上に、アルミニウム膜５１を形成する。アルミニウム膜５１は溝１００ａ内にも形成されるため、アルミニウム膜５１の一部は、シリコンウェーハ１００と半導体膜１０との界面を越えてシリコンウェーハ１００側に進出する。
【００１９】
次に、図４（ａ）に示すように、例えば、アルミニウム膜５１を選択的に除去し、アルミニウム膜５１に開口部５１ａを形成する。開口部５１ａにおいては、半導体膜１０が局所的に露出する。アルミニウム膜５１の選択的な除去は、例えば、ウェットエッチングによって行うことができ、例えば、Ｈ３ＰＯ４、ＨＮ０３、ＣＨ３ＣＯＯＨの混合溶液をエッチング液とすることができる。又は、開口部５１ａはリフトオフ法によって形成してもよい。この場合は、例えば、リフトオフ用のレジストパターンをリソグラフィ法によって形成し、その上からアルミニウムを蒸着し、その後、レジストパターンを除去することにより、アルミニウム膜の一部を除去する。
【００２０】
次に、図４（ｂ）に示すように、残留したアルミニウム膜５１に対して酸化処理を施し、アルミニウム膜５１を酸化する。これにより、アルミニウム膜５１がアルミニウム酸化物からなる絶縁性のパッシベーション膜１３に変化する。パッシベーション膜１３には、アルミニウム膜５１の開口部５１ａに由来する開口部１３ａも形成される。なお、酸化による体積膨張によって、パッシベーション膜１３の膜厚は、アルミニウム膜５１よりも厚くなる。
【００２１】
このアルミニウムの酸化処理は、例えば、化成処理、プラズマ酸化処理又は熱酸化処理によって行うことができる。化成処理としては、例えば、アルカリ−クロム酸塩法又はりん酸亜鉛法等の手法を用いることができる。プラズマ酸化処理は、例えば、アルミニウム膜５１を酸素プラズマ雰囲気中で酸化することにより、実施することができる。熱酸化処理は、例えば、アルミニウム膜５１を酸素雰囲気中で加熱することにより、実施することができる。いずれの場合も、アルミニウム膜５１の露出面、すなわち、半導体膜１０と接している面の反対面から酸素が侵入するため、酸化後のパッシベーション膜１３において、半導体膜１０に近い位置ほど酸素濃度が低くなり、その分、アルミニウム濃度が高くなる。
【００２２】
次に、図４（ｃ）に示すように、開口部１３ａ内に、例えば銅（Ｃｕ）からなる再配線層１１を形成する。次に、再配線層１１上に、例えば銅からなる電極１２を形成する。なお、１つの半導体膜１０上には、再配線層１１及び電極１２からなる組が２組形成されるが、図４（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｃ）においては、１組のみ図示されている。
【００２３】
次に、図５（ａ）に示すように、樹脂材料、例えば、エポキシ樹脂を、シリコンウェーハ１００上に、その上に形成された構造物、すなわち、半導体膜１０、パッシベーション膜１３、再配線層１１及び電極１２を覆うように塗布する。次に、熱処理を施すことにより、この樹脂材料及びシリコン酸化物からなるパッシベーション膜１３を焼成する。これにより、樹脂材料が固化して封止樹脂体１５が形成される。
【００２４】
次に、図５（ｂ）に示すように、シリコンウェーハ１００を除去する。これにより、半導体膜１０及びパッシベーション膜１３が露出する。シリコンウェーハ１００の除去は、ウェットエッチングで行ってもよく、ドライエッチングで行ってもよい。また、ウェットエッチング又はドライエッチングの前に、シリコンウェーハ１００を研削して薄化してもよい。
【００２５】
ウェットエッチングの場合は、例えば、フッ硝酸をエッチング液とすることができる。このとき、アルミニウム酸化物からなるパッシベーション膜１３は、フッ硝酸には実質的に溶解されないため、シリコンウェーハ１００とパッシベーション膜１３との間で、高いエッチング選択比を実現することができる。なお、エッチング液はフッ硝酸には限定されず、シリコンとアルミニウム酸化物との間で高いエッチング選択比を実現できるものであればよい。
【００２６】
一方、ドライエッチングの場合は、六フッ化硫黄（ＳＦ６）をエッチングガスとすることができる。この場合も、アルミニウム酸化物からなるパッシベーション膜１３は、六フッ化硫黄によってほとんどエッチングされないため、シリコンウェーハ１００とパッシベーション膜１３との間で、高いエッチング選択比を実現することができる。なお、上述のエッチングガスは六フッ化硫黄には限定されず、シリコンとアルミニウム酸化物との間で高いエッチング選択比を実現できるものであればよい。
【００２７】
次に、図５（ｃ）に示すように、半導体膜１０及びパッシベーション膜１３の露出面上に、蛍光体を分散させた樹脂材料を塗布し、焼成する。これにより、蛍光体膜１５が形成される。
【００２８】
次に、ダイシングラインＤに沿って、蛍光体膜１５、半導体膜１０及び封止樹脂体１４等からなる構造体をダイシングする。これにより、この構造体が半導体膜１０毎に個片化され、図１に示す半導体発光装置１が製造される。
【００２９】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、パッシベーション膜１３をアルミニウム酸化物によって形成しているため、図５（ｂ）に示す工程において、シリコンウェーハ１００を除去する際に、パッシベーション膜１３との間で容易にエッチング選択比を確保することができる。このため、シリコンウェーハ１００を簡便な方法で効率的に除去することができる。
【００３０】
また、本実施形態においては、図３（ｃ）に示す工程において、半導体膜１０上にアルミニウム膜５１を形成し、図４（ａ）に示す工程において、アルミニウム膜５１に開口部５１ａを形成し、その後、図４（ｂ）に示す工程において、アルミニウム膜５１を酸化してアルミニウム酸化物からなるパッシベーション膜１３を形成している。これにより、図４（ｃ）に示す工程において、再配線層１１及び電極１２を挿通させるための開口部１３ａを、簡単に形成することができる。
【００３１】
これに対して、仮に、パッシベーション膜１３を成膜した後、これを加工して開口部１３ａを形成しようとすると、III族窒化物半導体とアルミニウム酸化物との間でエッチング選択比を実現できるような加工方法は、イオンミリング等の特殊な方法に限定されてしまう。このため、通常の半導体プロセスに用いる加工装置により、パッシベーション膜１３に開口部１３ａを形成することが困難である。
【００３２】
このように、本実施形態によれば、アルミニウム膜５１に開口部５１ａを形成し、その後、酸化処理を施すことにより、アルミニウム酸化物からなるパッシベーション膜１３に開口部１３ａを容易に形成することができる。また、パッシベーション膜１３をアルミニウム酸化物によって形成することにより、シリコンウェーハを容易に除去することができる。この結果、半導体発光装置１を生産性よく製造することができる。
【００３３】
なお、開口部１３ａの形成を容易にすることのみを考慮すれば、パッシベーション膜１３をシリコン系の絶縁材料、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン炭窒化物（ＳｉＣＮ）、シリコン酸化物（ＳｉＯ）により形成することも考えられる。しかしながら、シリコン窒化物（ＳｉＮ）及びシリコン炭窒化物（ＳｉＣＮ）は、シリコンを除去するためのエッチングガス、例えば、ＳＦ６ガスに対する耐性が低く、十分なエッチング選択比がとれない。一方、シリコン酸化物（ＳｉＯ）は、シリコンを除去するためのエッチング液、例えば、フッ硝酸に対する耐性が低く、十分なエッチング選択比がとれない。
【００３４】
エッチング選択比が十分にとれないと、シリコンウェーハ１００を除去するときに、パッシベーション膜１３におけるシリコンウェーハ１００側の部分も消失してしまう。このため、シリコン系の絶縁材料によりパッシベーション膜１３を形成する場合は、パッシベーション膜１３の組成とシリコンウェーハ１００の除去方法との組み合わせを慎重に選ばなくてはならず、工程管理の付加が増大する。
【００３５】
更に、本実施形態によれば、パッシベーション膜１３の組成に膜厚方向に沿った傾斜をもたせ、半導体膜１０に接する部分のアルミニウム濃度を高くしている。アルミニウムもIII族元素であるため、このように組成を傾斜させることにより、パッシベーション膜１３とIII族窒化物半導体からなる半導体膜１０の間の整合性が向上し、パッシベーション膜１３と半導体膜１０との密着性が高くなる。
【００３６】
なお、上述の実施形態においては、アルミニウム膜５１に対して酸化処理を施すことにより、アルミニウム酸化物からなるパッシベーション膜１３を形成する例を示したが、アルミニウム膜５１に対して酸化処理及び窒化処理の双方を施すことにより、アルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）からなるパッシベーション膜１３を形成してもよい。
【００３７】
以上説明した実施形態によれば、生産性が高い半導体発光装置及びその製造方法を実現することができる。
【００３８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１：半導体発光装置、１０、１０ｚ：半導体膜、１０ａ：上面、１０ｂ：下面、１０ｃ：端面、１１：再配線層、１２：電極、１３：パッシベーション膜、１３ａ：開口部、１４：封止樹脂体、１５：蛍光体膜、５１：アルミニウム膜、５１ａ：開口部、１００：シリコンウェーハ、１００ａ：溝、Ｄ：ダイシングライン
【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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