(57)【要約】  本発明は大きく改善された光出力の新規な縦型構造の化合物半導体装置を製造する技術を提供する。発光半導体装置の製造方法の１実施例は、発光層を形成するステップと、光出力を改善するために発光層上に起伏表面を形成するステップとを含んでいる。別実施例では方法はそれぞれの半導体装置の起伏表面上にレンズを形成するステップをさらに含んでいる。別実施例では方法は半導体構造物上に発光層と接触するコンタクトパッドを形成するステップと、それぞれの半導体装置を上方リードフレームと下方リードフレームを含んだパッケージにパッケージングするステップとをさらに含んでいる。本発明の利点には高生産効率、高性能及び高光出力を提供する半導体装置の改良製造技術が含まれる。【選択図】  図１０
2008503900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光半導体装置の製造方法であって、
発光層を形成するステップと、
光出力ビームの性質を改善すべく該発光層上に起伏表面を形成するステップと、
を含んでいることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
起伏表面を形成するステップは、複数のミクロレンズを形成するステップを含んでおり、
半導体構造物上にマスクを形成するステップと、
該マスクの一部を除去して前記半導体構造物の表面に複数の実質的に円形であるマスクを提供するステップと、
マスクリフローによって所定の湾曲度を有するようにマスク上面を形状化するステップと、
前記半導体構造物をエッチングするステップと、
残留マスクを除去するステップと、
が含まれていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
発光層は２μｍ以上の厚さのｎ型ＧａＮ製であり、ミクロレンズは該発光層上に形成されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
ミクロレンズ形成ステップに先立ち、ＩＣＰＲＩＥを利用して表面スムーズ化が実施され、１００％のＢＣｌ３ガスを使用して低ｎ型金属コンタクトを形成することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
半導体構造物上にマスクを形成するステップは、半導体構造物上にフォトレジストマスクを形成するステップを含み、マスク上面を形状化するステップはフォトマスクリフローのステップを含み、フォトレジストマスクを略１１０℃で略１．５時間ベーキング処理することで実質的に半球形状を形成することを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項６】
エッチングは、Ｃｌ２とＢＣｌ３ガスの混合ガス内の高濃度（９０％以上）Ｃｌ２ガスで高異方性エッチング特性を獲得するように実行され、半球状レンズ形状を獲得するために高バイアス電圧を維持することを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項７】
ミクロレンズは直径が略４μｍであり、略８μｍのパタンで提供されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項８】
装置のコーナ部にて半導体構造物上にコンタクトパッドを形成するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項９】
各半導体装置の起伏表面上にマクロレンズを形成するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
発光層と接触するように半導体構造物上にコンタクトパッドを形成するステップと、
上方リードフレームと下方リードフレームとを含んだパッケージに前記各半導体装置をパッケージングするステップと、
をさらに含んでおり、前記半導体装置は前記上方リードフレームと前記下方リードフレームとの間に維持されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
発光半導体装置の製造方法であって、
発光層を形成するステップと、
光出力ビームの性質を改善すべく各半導体の表面上にマクロレンズを形成するステップと、
を含んでいることを特徴とする製造方法。
【請求項１２】
各半導体装置の表面上にマクロレンズを形成するステップは、
該半導体装置上にスピンオングラス（ＳｏＧ）層を堆積するステップと、
該ＳｏＧ層をエッチングして、前記各半導体装置の表面上にマクロレンズを形成するステップと、
を含んでいることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
発光層と接触するように半導体構造物上にコンタクトパッドを形成するステップと、
上方リードフレームと下方リードフレームとを含んだパッケージに前記各半導体装置をパッケージングするステップと、
をさらに含んでおり、前記半導体装置は前記上方リードフレームと前記下方リードフレームとの間に維持されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
発光半導体装置の製造方法であって、
発光層を形成するステップと、
該発光層と接触するように半導体構造物上にコンタクトパッドを形成するステップと、
上方リードフレームと下方リードフレームとを含んだパッケージに前記各半導体装置をパッケージングするステップと、
をさらに含んでおり、前記半導体装置は前記上方リードフレームと前記下方リードフレームとの間に維持されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
装置のコーナ部にて半導体構造物上にコンタクトパッドを形成するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
発光半導体装置であって、
発光層と、
光出力ビームの性質を改善すべく前記発光層上に形成された起伏表面と、
を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項１７】
起伏表面は複数のミクロレンズを含んでいることを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
発光層は２μｍ以上の厚さのｎ型ＧａＮ製であり、ミクロレンズは該発光層上に形成されることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
低ｎ型金属コンタクトをさらに含んでいることを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
ミクロレンズは実質的に半球形状であることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２１】
ミクロレンズは実質的に半球形状であることを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２２】
ミクロレンズは直径が略４μｍであり、略８μｍのパタンで提供されることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２３】
装置のコーナ部にて半導体構造物上に形成されたコンタクトパッドをさらに含んでいることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２４】
半導体装置の起伏表面上に形成されたマクロレンズをさらに含んでいることを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項２５】
該発光層と接触するように半導体構造物上に形成されたコンタクトパッドと、
上方リードフレームと下方リードフレームとを含んだパッケージと、
をさらに含んでおり、前記半導体装置との接触は前記上方リードフレームと前記下方リードフレームとの間に維持されることを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項２６】
発光半導体装置であって、
発光層と、
光出力ビームの性質を改善すべく半導体装置表面上に形成されたマクロレンズと、
を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項２７】
マクロレンズはスピンオングラス（ＳｏＧ）を含んでいることを特徴とする請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
発光層と接触するように半導体構造物上に形成されたコンタクトパッドと、
上方リードフレームと下方リードフレームとを含んだパッケージと、
をさらに含んでおり、前記半導体装置との接触は前記上方リードフレームと前記下方リードフレームとの間に維持されることを特徴とする請求項２６記載の装置。
【請求項２９】
発光半導体装置であって、
発光層と、
該発光層と接触するように半導体構造物上に形成されたコンタクトパッドと、
上方リードフレームと下方リードフレームとを含んだパッケージと、
を含んでおり、前記半導体装置との接触は前記上方リードフレームと前記下方リードフレームとの間に維持されることを特徴とする装置。
【請求項３０】
半導体構造物上に形成されたコンタクトパッドは装置のコーナ部に配置されていることを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
請求項１記載の方法で製造された発光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は上下コンタクト構造を有したＧａＮ型縦型半導体装置並びにそのような縦型装置の製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は絶縁サファイヤ基板１１４上に構築された従来の窒化ガリウム（ＧａＮ）型半導体装置１００を図示する。この装置は発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）並びに高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）のごときでの利用性を有する。従来式製造工程では、装置はサファイヤ基板上に形成され、両電気コンタクトは装置上面に形成される。ｐ型コンタクト１０２が上面に形成され、メサ型エッチングによって材料が除去され、ｎ型金属コンタクト１１６が形成される。得られる構造体は横型装置と呼ばれ、静電気放電（ＥＳＤ）並びに放熱に対する弱抵抗性等の弱点を有している。それらの弱点は装置の生産効率を制限し、利用寿命を限定する。さらに、サファイヤ材料は非常に硬質であり、ウェハの研磨及び光沢処理を困難とし、ウェハからの装置の分離をも困難とする。装置製造効率は、ラッピング処理、艶出し処理並びにダイ分離等の後処理に大きく影響を受ける。
【０００３】
図２は縦型ＧａＮ化合物半導体２００を構築するのに有用な別従来技術を図示する。レーザ剥離（ＬＬＯ）処理が利用され、サファイヤに対して透明な波長、特にＵＶ域の波長を有したエキシマレーザを適用することでサファイヤ基板をＧａＮエピタキシャル層から剥離する。装置は絶縁サファイヤ基板を導体または半導体の第２基板２１８で置換し、縦型装置を構築することで製造される。典型的にはこれら工程は、レーザ剥離処理によりサファイヤ基板を除去した後あるいはその前にその第２基板へ永久接着させるウェハ接着技術を採用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それでもＶＬＥＤ（縦型ＬＥＤ）の大量生産のための大規模レーザ剥離処理は可能ではない。１つの理由は支持ウェハ２１８とエピタキシャル層２１４及び永久第２基板２１８の間に提供される接着層２１６の不均質性による大面積レーザ剥離処理の困難性である。なぜなら、レーザ剥離処理後のエピタキシャル層表面はウェハ面全体に渡って平坦ではないからである。このウェハ接着技術に関係する別問題は、共融金属接着処理時の高温と高圧による金属コンタクトの劣化である。さらに、永久ウェハ接着に利用されるＳｉあるいはＧａＡｓ等の基板はＣｕ金属基板と比較して放熱特性において劣る。これら諸問題は生産効率を落とし、商業的に利用できる装置の大量生産を提供しない。
【０００５】
図３Ａと図３Ｂはウェハ接着問題を解消し、ＶＬＥＤを製造するように意図された構造体３００を図示する。ウェハ接着方法を利用する代わりに、装置３００の製造方法は装置に金属支持部３１８を取り付けるステップを含んでいる。しかし、生産効率はレーザ剥離工程時の層間剥離によって低いことが知られている。もし接着部が高エネルギーレーザ衝撃波に対抗できる強度を有していなければ、ＧａＮエピタキシャル層はレーザ剥離処理後に湾曲あるいは亀裂し、ウェハクリーニング、装置製造、層間剥離及び装置分離等のレーザ剥離処理後のステップを実行するのが困難となる。その結果、装置製造効率は低くなる。
【０００６】
図３Ａと図３Ｂで図示する技術に基づく縦型装置の別問題点はその低い性能である。サンドブラスト処理がサファイヤ基板に適用され、均質レーザビームエネルギー分布を改善するので、レーザ剥離処理後のＧａＮ表面は典型的には粗くなり、平坦で滑らかな場合と較べて光出力は減少する。さらに、ｎ型ＧａＮ層上に形成される金属反射層はＩＴＯ等の非金属反射材料ほどには反射率は高くない。
【０００７】
図３Ａと図３Ｂで示す技術で提供される縦型装置のさらに別な限定要因は、装置中央の透明コンタクト３０４aと３０４bとの間で提供されるｐ型コンタクト３０２の位置である。この位置は従来のワイヤボンディングコンタクトにとっては好適であるが、ワイヤを装置の中央にボンドしなければならない。
【０００８】
従来技術のこれら限定により、ＧａＮ半導体装置の性能及び大量生産における生産効率を改善する新技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は大きく改良された光出力を提供する新縦型化合物半導体装置の製造技術を提供する。
【００１０】
発光半導体装置の製造方法の１例示的実施例は、発光層を形成するステップと、光出力ビームの性質を改善させるように発光層上に起伏表面を形成するステップとを含む。本発明ではビームの性質の改善とは光出力のチップレベル角度の改良である。
【００１１】
１実施例においては、起伏表面の形成ステップは複数の実質的に微小サイズであるミクロレンズの形成ステップを含む。このプロセスは半導体構造物上にマスクを堆積するステップと、マスクの一部を除去して半導体構造物の表面に実質的に円形である複数のマスクを提供するステップと、半導体構造物をエッチングするステップと、残留マスクを除去するステップとを含んでいる。
【００１２】
１実施例においては、本発明は発光層を形成するステップと、マクロサイズのマクロレンズを各半導体装置の表面上に形成し、光出力ビームの性質を改善させるステップとを含んでいる。本発明の１特徴ではマクロレンズは半導体装置の起伏表面上に形成される。別特徴では半導体装置は起伏表面を有さない。
【００１３】
１実施例では、方法はコンタクトパッドを半導体構造物上に形成し、発光層と接触させるステップと、上方リードフレーム及び下方リードフレームを含んだパッケージ内にそれぞれの半導体装置を収納するステップとを含んでいる。半導体装置との接触は上方リードフレームと下方リードフレームとの間で提供される。１特徴では、接触は上方リードフレームと下方リードフレームとの間で、圧力、熱及び/又は振動により提供される。
【００１４】
本発明の利点には高生産効率、高信頼性及び高光出力を提供する半導体装置製造のための改良技術を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を特定の装置構造と実施例に関して解説する。当業技術者であればこの説明が本発明の解説のためであり、最良の利用態様を紹介するためであることを理解しよう。本発明は本発明に従った半導体装置を製造するいくつかの形成ステップ及び堆積ステップを含む。本解説中で使用される“堆積”とは他の物質の上部あるいは下部に物体を積層すなわち堆積することをいう。多数のプロセスパラメータが本発明の最良形態を解説するために言及されているが、他のパラメータであっても同様に目的を達成するであろう。よって本発明のそれら変形は本発明の範囲内である。
【００１６】
Ａ．装置構造及び製造
図４は本発明の実施例による半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。このフローチャートで示すステップは本発明の実施例と構造を例示するためであり、本発明はこの方法並びに得られた構造の変形あるいは改良を包含する。ステップ４０２はエピタキシャルウェハを使用する例示的工程を開始する。ステップ４０４はｐ型コンタクト形成が関与し、ステップ４０８は例えばＧａＮＬＥＤのごとき発光層形成が関与する。ステップ４０８はウェハキャリヤボンディングが関与する。当初の半導体装置は図５で図示されている。参照番号５００は装置を提供する半導体を指す。多くの装置が関与する場合、それらの参照番号は５００にアルファベットを付して示す。例えば、５００a、５００b、５００c等である。これらステップは図５から図１２その他で図示する半導体構造物製造及びパッケージングに関して解説される。
【００１７】
図５で示すように、サファイヤ/ＧａＮ/Ｃｕ/Ａｕウェハは伝導性熱可塑性エポキシ５３０を使用して有穿孔ウェハキャリヤ５３２に接着される。有穿孔ウェハキャリヤは孔部を有したステンレス鋼で製造される。金属ウェハキャリヤを使用する理由は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング、ウェハプロービング並びにダイ分離処理中に電気伝導及び熱伝導を提供するためである。金属ウェハキャリヤを使用することで、製造工程後のキャリヤからウェハを除去する必要性が低減する。さらに、有穿孔ウェハキャリヤは無バブルウェハ接着を提供する。なぜなら、接着工程中に空気バブルは孔部から容易に抜け出るからである。さらに、サファイヤ/ＧａＮ/Ｃｕ/Ａｕウェハとウェハキャリヤとの間の層間剥離が容易である。なぜなら、溶剤が層間剥離処理中に孔部を通過できるからである。有穿孔ウェハキャリヤを使用することで縦型装置の製造工程全体が容易となり、信頼性が高く、単純化され、製造効率が上がる。例示的なウェハキャリヤ厚は１/１６インチであり、直径は２．５インチである。孔部の例示的総数は２１であり、孔径は２０/１０００インチである。例示的ウェハキャリヤ表面は電子艶出し処理が施されており、接着剤での均質接着のための鏡面を提供する。
【００１８】
銀含有伝導性接着剤が使用されてサファイヤ/ＧａＮ/Ｃｕ/Ａｕと有穿孔ウェハキャリヤが接着される。伝導性接着剤はウェハプロービングとダイ分離エッチング工程のために良好な導電性と熱伝導性を提供する。熱可塑性エポキシは良好な接着力と良好な熱抵抗性を有している。熱可塑性エポキシの別利点は、アセトンのごとき溶剤で非常に容易に溶解し、層間剥離に利用性が高い。
【００１９】
本発明では、シート状熱可塑性エポキシが利用される。なぜなら、シート状エポキシの膜厚は液状接着剤よりも均質だからである。液状接着剤はしばしば不均等な厚みとなり、バブルが発生する。なぜなら、液状接着剤のスピンコーティングは一般的にウェハの中央よりも縁部で厚い膜を形成するからである。液状接着剤が多重スピニングにより厚い接着剤層を提供するのは普通の現象である。熱可塑性エポキシの接着のために、１２７μｍ厚のシート状熱可塑性エポキシが、厚い金属支持ウェハキャリヤと有穿孔ウェハキャリヤとの間で挟持される。圧力は約１０から１５ｐｓｉにセットされ、温度はホット静水圧プレス内で２００℃以下に維持される。これら条件下で接着時間は１分以内である。この短い接着時間は液状接着剤に大きく勝る点である。液状接着剤の場合は接着剤の完全硬化には６時間以上を要する。短い接着処理時間は縦型装置の製造効率を大きく向上させる。
【００２０】
図６で示すように、２４８ｎｍのＫｒＦ紫外線（ＵＶ）エキシマレーザ（パルス時間は３８ナノ秒）がレーザ剥離処理に使用される。この波長を選択する理由は、レーザがサファイヤを通過するが、ＧａＮエピタキシャル層では吸収され、ＧａＮ/サファイヤインターフェースでＧａＮを金属Ｇａと窒素ガス（Ｎ２）に分解するからである。レーザビームサイズは７ｍｍｘ７ｍｍの正方形ビームとして選択され、ビーム電力強度６００から１２００ｍＪ/ｃｍ２を有する。レーザビームエネルギー強度はサファイヤ基板表面の表面粗度に依存する。スムーズなＧａＮ表面をレーザ剥離処理後に獲得するため、８０ｍＪ/ｃｍ２以上のビームエネルギーが、ＲＭＳ値が１０から２０オングストロムの機械艶出しサファイヤ基板のために使用された。
【００２１】
サファイヤ基板の表面粗度はレーザ剥離処理後にスムーズなＧａＮ表面を獲得するのに重要な処理パラメータである。もし艶出し処理されていないサファイヤ表面がレーザ剥離処理に使用されるとＧａＮ表面は粗くなり、最終装置製造後の粗い表面の低反射性によってＬＥＤ装置の光出力は劣化する。しかし、艶出し表面が使用されるとスムーズなＧａＮ表面が得られ、高光出力が得られる。しかし、レーザビームは艶出しサファイヤ表面に限定されるので、高レーザビーム電力で照射される表面は弱いレーザビームエネルギーの場合とは異なり、ＧａＮ表面に亀裂が発生する可能性がある。従って、高生産効率を提供するレーザ剥離処理と高装置性能とを同時に獲得するにはサファイヤウェハの最良表面粗度を選択することが重要となる。従来の技術によれば、均一表面粗度を獲得する目的で、サンドブラスト処理が艶出しサファイヤ表面に均質レーザビーム分布を提供するのに使用された。しかし、サンドブラスト処理は信頼性が低く、均一表面粗度を反復的に獲得できない。本発明では、拡散媒体５５２が２４８ｎｍのＵＶレーザに対して透明な材料でレーザビームとサファイヤ基板との間に提供され、均質レーザビームエネルギー分布がサファイヤ表面に提供されてレーザ剥離処理効率が増強される。拡散媒体のｒｍｓ（根二乗平均）表面粗度は３０μｍ以下にセットされ、サファイヤが拡散媒体として使用された。
【００２２】
図７で示すようにレーザ剥離処理後の余剰のＧａ滴５０３はレーザ剥離処理中のＧａＮ分解で生じ、ＨＣｌ溶液（ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ＝１：１；室温）で洗浄されるか、あるいはＨＣｌ蒸気を使用して３０秒間沸騰処理されて洗浄される。Ｇａは室温で溶解するので、Ｇａはレーザ剥離処理中に液状で形成される。
【００２３】
図８で示すようにｎ型ＧａＮエピタキシャル層を露出するには、バッファ層５０５（例：ＧａＮバッファ層またはＡｌＮバッファ層及びＡｌＧａＮバッファ層）がドライエッチングで除去される。好適には、誘導結合反応性イオンエッチング（ＩＣＰＲＩＥ）が利用される。本発明は光出力を拡散させるように起伏表面を発光層上に形成するためにエッチングを実行する。１特徴によれば、本発明は起伏層の提供を助けるためにＧａＮ小滴をＧａＮ表面で固化させる。別特徴では、起伏層はフォトレジスト及びエッチングを下記のように使用して形成される。いずれの場合にも起伏表面は一連のミクロレンズを形成し、広範に光出力を拡散させる。起伏表面は凹状及び/又は凸状構造物で構築でき、光出力を改善させることができる。
【００２４】
図９で示すように、縦型装置の現行の拡散状態を改善するため、ｎ型ＩＴＯ透明コンタクト５３４がｎ型ＧａＮＬＥＤ表面５１５上で形成される。この図はＩＴＯ層との起伏ＧａＮ層インターフェースを図示している。ＩＴＯ組成物は１０重量％ＳｎＯ２/９０重量％Ｉｎ２Ｏ３であり、約７５から２００ｎｍ厚のＩＴＯ膜の層は室温で電子ビームエバポレータあるいはスパッタリングシステムを利用して堆積される。アニーリング（焼鈍し）が管状炉内にてＮ２雰囲気内で５分間、ＩＴＯ膜堆積後に実行される。アニール温度は３００℃から５００℃の範囲で変更される。ＩＴＯ膜の最少抵抗はＮ２雰囲気内にてアニール温度３５０℃で約１０−４Ωｃｍである。約３５０℃以上のアニール温度で４６０ｎｍにおける透過率は８５％以上である。
【００２５】
ＩＴＯ透明コンタクト形成後、ＴｉとＡｌを含んだｎ型コンタクト５４０がｎ型ＩＴＯ表面に形成される。複数のコンタクトが形成されるため、それらを５４０a、５４０b、５４０c、等で表す。ｎ型コンタクト金属の厚さはＴｉが５ｎｍでＡｌが２００ｎｍである。良好な接着をｎ型コンタクト金属層とパッド金属５４２の間で提供するため、２０ｎｍのＣｒが接着層としてＡｌ上に積層される。パッド金属堆積のため、５００ｎｍの金が真空を破壊することなく電子ビーム蒸発チャンバ内で連続的にＣｒ上に堆積される。オームコンタクトを形成するため、ｎ型コンタクト金属が２５０℃で１０分間、Ｎ２雰囲気内でアニーリングされる。
【００２６】
ＧａＮ表面クリーニング後、個々の装置はＭＩＣＰ（磁化誘導結合プラズマ）ドライエッチング技術によって分離される。ＭＩＣＰは他のドライエッチング法よりもエッチング速度が速い。これはエッチング処理中のフォトレジストマスクのバーニング防止に有効である。ＭＩＣＰは普通、従来のＩＣＰと較べて約２倍のエッチング速度を提供する。速いエッチング速度は金属支持部を有した縦型装置の処理には適している。なぜなら、金属基板は金属マスクまたは酸化物マスクを除去する化学剤によって侵食されるからである。従って、フォトレジストマスクをダイ分離エッチング処理に使用するため、高速エッチング技術の利用が提案される。例示的な分離トレンチ寸法は幅３０μｍで深度３．５μｍである。エッチング深度はエピタキシャルウェハ厚によって決まる。ダイ分離は機械的ダイシングあるいはレーザスクライビングによって実行できる。
【００２７】
図１０で示すように、パシベーション層５３６は装置の露出部分に堆積されている。装置を外部の有害な環境から保護し、パシベーション層とＧａＮ層の間で反射率を変更することで光出力を増加させるため、縦型装置はＳｉＯ２薄膜５３６でパシベーション処理される。この膜は２５０℃以下でＰＥＣＶＤ（プラズマ化学蒸着）が蒸着される。膜厚は最良反射率を得るために８０ｎｍに維持される。
【００２８】
図１１で示すようにパシベーション堆積後、有穿孔支持ウェハキャリヤはＧａＮ/金属支持ウェハから溶剤を使用して除去される。図１１Ｂは装置の上面であり、Ａｕパッド位置を示している。層間剥離処理はＧａＮ/金属ウェハをアセトン内に０．５から１時間浸し、伝導性接着剤層を有穿孔支持ウェハキャリヤから溶解させることを含む。分離されたＧａＮ/金属ウェハは超音波クリーナ内でイソプロパノールにさらに浸され、洗浄される。さらにＧａＮ装置表面はリンスとドライヤを使用して脱イオン水で洗浄される。
【００２９】
図１２で示すように、個々の装置をウェハから分離するため、装置はＮｄ：ＹＡＧレーザを使用してレーザスクライビングによりダイカットされる。金属基板を備えた縦型装置を有したウェハは多孔性真空チャック上に設置される。Ｎｄ：ＹＡＧレーザはＭＩＣＰで形成された３０μｍ幅のトレンチ上に焦点される。レーザスクライビング処理完了後、分離されたチップは粘性のウェハグリップテープに移される。ピッキング処理に先立ち、分離チップは第１ウェハグリップから別ウェハグリップ５６０にフリップ処理され、ＧａＮ表面は装置の上面に配置される。
【００３０】
本発明はさらに、発光層上での起伏表面の形成、半導体装置上でのマクロレンズの形成、並びに半導体装置のパッケージ処理の最新技術をも含む。これら技術は別々に、あるいは共に利用できる。本発明ではさらに他の代替技術も利用できる。
【００３１】
Ｂ．ミクロレンズ形成
前述したように起伏を形成する１技術は、レーザ剥離処理後に製造されるＧａＮ滴を使用して起伏の形成を助けることである。望む結果は一連の実質凸状レンズの提供である。他の技術は所定の領域をマスキング処理し、ＧａＮ表面をＩＣＰＲＩＥ（産業結合プラズマ反応性イオンエッチング）等のドライエッチングによってエッチング処理し、所定の湾曲率、サイズ及び位置でレンズを製造することである。起伏表面を形成するミクロレンズ群は光出力を改善する凹型及び/又は凸型構造物で提供できる。
【００３２】
１特徴においては、ミクロレンズはｎ型ＧａＮ表面に２μｍ以上のレンズ高で形成される。実際にはｐ型ＧａＮ厚はエピタキシャル層の品質のために典型的には０．５μｍよりも薄く、２μｍ高のレンズ構造物を形成するのは困難である。よって、エピタキシャル層は好適には２μｍ以上のＧａＮ厚を有するように設計される。
【００３３】
ｎ型ＧａＮ表面にレンズを形成する前に、残るＧａＮ層とＡｌＧａＮバッファ層はエッチング除去され、ｎ型ＧａＮ表面が露出される。さらに、ｎ型ＧａＮ表面のスムーズ化はＩＣＰＲＩＥを利用して実行される。表面を滑らかにする理由は、低ｎ型金属コンタクトを形成するため、平坦なｎ型ＧａＮ表面を維持するためである。表面スムーズ化エッチングはＩＣＰＲＩＥ内で１００％のＢｌ３ガスを使用して実施される。普通は、金属コンタクトを粗表面または起伏表面で形成することは、平坦面で形成される金属コンタクトと較べて良好なコンタクト特性を提供する。
【００３４】
図１３Ａから図１３Ｆは本発明の１実施例に従ってｎ型ＧａＮにミクロレンズを形成する方法を図示する。図１３Ａは半導体構造物に堆積されたマスク層６０２を有した発光層５１５（ｎ型ＧａＮ）を図示する。図１３Ｂはマスクの一部を除去し、複数の実質的に円形であるマスクを半導体構造物の表面に形成する様を図示する。図１３Ｃは凸レンズ、好適には半球状レンズを形成するフォトレジストマスクのリフローを図示する。これはフォトレジストマスクを約１１０℃で３０秒間ベーキング処理することで達成される。図１３Ｄと図１３Ｅは半導体構造物のエッチング処理を図示する。ＩＣＰＲＩＥエッチング処理は高異方性であるエッチング特性を得るように実行される。これはＣｌ２とＢＣｌ３ガス混合物内の高濃度（９０％以上）のＣｌ２ガスで達成できる。半球状レンズ形状を達成するため、バイアス電圧も通常のエッチング条件より高く維持される。図１３Ｆは残留マスクを除去し、一連の実質的に凸状レンズを提供する様を図示する。
【００３５】
１特徴において、図１３Ｂはパタン化ステップであり、フォトレジストは直径約４μｍで約８μｍパタンでの一連の円マスクに形状化されている。図１３Ｃはフォトレジストがパタンの固定のためにベーキング処理されている様を図示する。図１３ＤはＣｌ２とＡｒによるＩＣＰエッチング処理の当初段階を図示する。図１３ＥはＣｌ２とＡｒでのＩＣＰエッチング並びにアッシングの最終段階を図示する。図１３Ｆは一般的に半球状である最終凸レンズを図示する。
【００３６】
図１４は、本発明の１実施例によるミクロレンズ形成ステップを実行するためにフローチャートである。ステップ６５４から６７６で実施される工程は本発明のこの例示実施例のために図４のステップ４１２で実施される工程の延長である。
【００３７】
図１５Ａと図１５Ｂは本発明の１実施例によるミクロレンズの例示的サイズと配置を図示する。図は直径約４μｍで約８μｍパタンでのレンズを示す。
【００３８】
Ｃ．マクロレンズ形成
ビームの性質をさらに向上させるため、さらにマクロレンズを半導体装置上に形成することができる。本発明では、ビーム性質の向上とは光出力のチップレベル角度に関する。不透明基板を有した従来の縦型ＬＥＤは一般的に光を狭いペンシルビームで発生させる。なぜなら、縦型ＬＥＤが反射リードフレームでパッケージ処理されると、リフレクタからの反射はないからである。その結果、ビームは小さくなる。なぜなら、表面発生光のみがビームに貢献するからである。他方、透明基板を有した普通の横型ＬＥＤは幅広ビームを発生させるようにリードフレームリフレクタから恩恵を受ける。この幅広ビームはＬＣＤモニタ用のバックライトの適用に特に重要である。均等なビーム及びビーム強度を提供するため、光源のビューアングルの増大は重要である。
【００３９】
このことに加えて、薄型バックライトユニットの需要が高い。なぜなら、移動性ディスプレー機器がますます小型化並びに薄型化しているからである。従って、薄いバックライトの製造はＬＣＤパネル製造業者の目標の１つである。パッケージレベルでレンズを使用して幅広ビームを提供することは可能であるが、薄型バックライトユニットのための薄型光源の製造は実用的ではない。
【００４０】
この不透明基板を有した縦型ＬＥＤに関係する問題を解消する１つの方法はチップレベルマクロレンズを採用することである。マクロレンズは発光層上に起伏表面（例：前述のミクロレンズ）を形成しても形成しなくても利用できる。ミクロレンズと共に使用されると、幅広ビームが得られる。単独で使用してもマクロレンズは幅広チップレベルビューアングルを提供する。マクロレンズ形成の主たる概念と方法はミクロレンズの場合と類似する。しかし、マクロレンズ形成の相違は、望む反射率を有したレンズ材料を使用し、マクロレンズシステムをＬＥＤ装置上に形成することである。ミクロレンズはＧａＮ材料を使用して半導体装置からさらに強度が高い光出力を引き出す。
【００４１】
図１６Ａから図１６Ｆは本発明の１実施例によるマクロレンズの形成方法を図示する。図１６Ａは起伏表面を含む、あるいは起伏表面を含まない発光層５１５（ＧａＮ）を図示する。図１６Ｂはスピンオングラス層７０２（ＳｏＧ）の堆積を図示する。１特徴では、ＳｏＧ厚は３０μｍ以上であり、凹型マクロレンズを形成する。図１６Ｃはベーキング処理によるＳｏＧリフローを図示する。ＳｏＧリフローは凸型マクロレンズの形成に有用である。これはＳｏＧを約１１０℃で１．５分間ベーキング処理することで達成できる。図１６ＤはＩＣＰＲＩＥによるエッチング処理を図示する。高異方性エッチング特性を獲得するためである。これはＣｌ２とＢＣｌ３ガスの混合物内での高濃度（９０％以上）のＣｌ２ガスにより実行できる。凸型レンズを達成するため、バイアス電圧が通常のエッチング条件より高く維持される。図１６Ｅはコンタクト５４２上でエッチング処理するように、装置上でフォトレジスト７０４を堆積させ、フォトレジストをパタン化させる様を図示する。図１６Ｆはコンタクト５４２を開状態とするエッチング処理と、残留フォトレジストの除去と、マクロレンズを有した装置を図示する。
【００４２】
図１７は本発明の１実施例によるマクロレンズ形成ステップを表すフローチャートである。
【００４３】
図１８Ａから図１８Ｃは本発明の実施例によるＬＣＤディスプレー用のバックライトに使用する例示的ビームを図示する。図１８Ａは４つの広角ＬＥＤ７５２aから７５２dを使用した技術を図示する。それぞれのＬＥＤは矢印で示すビームパタンを含んでいる。パタン７７０はディスプレー全体をカバーする。しかし、もし狭いビームＬＥＤが使用された場合には暗域７７２が発生する（図１８Ｂ）。そこではディスプレーを見るには不十分であるバックライトが提供される。本発明はレンズを組み込んで拡散範囲を拡大し、幅広いチップレベルビューアングルを提供することでこの狭ビームの問題を解消する。１特徴では図１８Ｃで示すように、光は充分に広く、バックライトの提供に必要なＬＥＤの数を減少させることができる。図１８Ｃは３個のＬＥＤを図示しており、十分なバックライトを提供するのに充分な光線を提供する。少ない数のＬＥＤを使用する利点は、安価であり、熱の発生が少なく、ポータブル製品の場合にはバッテリ消費が少ないことである。
【００４４】
Ｄ．パッケージング
前述のように、ＬＥＤバックライトユニットの最終製品厚はハンダ接着技術の利用でさらに薄くできる。伝統的に、ワイヤボンディング技術がチップ装置のパッケージングに使用されてきた。しかし、最終パッケージ製品の厚みを減少させる目的において、ワイヤボンディングは大きな縦スペースを必要とするためにバックライトでの利用には実用的ではない。なぜなら、そのような適用形態では高さが充分に確保できないからである。従って、最終パッケージ収納装置の厚みを減少させるには本発明の実施例に従ったハンダボンディング技術の使用が有利である。
【００４５】
しかし、そのようなハンダ接着法はコンタクトパッドを装置の中央に設置した従来の縦型ＬＥＤ装置には向かない。なぜなら、コンタクトを中央に提供するのに必要なリードフレームは表面発光光線を妨害するからである。従って、本発明の１特徴では、本発明実施例のごとくにコンタクトパッドをコーナに有する新規な装置に対して実施するハンダ接着法を提供する（図１１Ｂ参照）。
【００４６】
図１９Ａと図１９Ｂは本発明の１実施例による半導体装置のパッケージ法を図示する。図１９Ａはパッケージ８００内の装置の側面図である。パッケージはハンダバンプ８０４を介して装置に接触する下方リードフレーム８０２を含む。上方リードフレーム８０６はハンダバンプ８０８を介して装置に接触する。半導体装置との接触は上方リードフレームと下方リードフレームとの間で維持される。１特徴では、接触は上方リードフレームと下方リードフレームとの間の圧力、熱及び/又は振動により提供される。
【００４７】
図１９Ｂは装置パッケージ８００の平面図であり、装置の大部分が光を標的領域に拡散することができる。装置は上述のミクロレンズやマクロレンズ技術を利用して製造できる。あるいは利用せずに製造できるが、パッケージは多量の広角光線を標的領域に拡散させることができる。
【００４８】
図２０はパッケージングの実行ステップを表すフローチャートである。
パッケージ収納の利点には、単純で信頼性が高い装置パッケージプロセス、ワイヤボンディングの不要性、バンプパッド接着の不要性、並びにパッケージ収納コストの低減等を含む。この例示的パッケージ技術を解説したが、他のパッケージ技術でも本発明に利用できる。
【００４９】
Ｅ．結論
以上、本発明の利点と例示的実施例を開示し、解説した。本発明の主題と精神を維持しつつそれらの改良や変形を考案することは可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は装置上面に形成された２つの金属コンタクトを有する従来技術の横型ＧａＮＬＥＤを図示する。
【図２】図２はＧａＮ薄膜が導電性または半導電性である第２基板に接着されている従来技術の縦型ＧａＮＬＥＤを図示する。
【図３Ａ】図３Ａは、図３Ｂとともに、元のサファイヤ基板の除去後にＧａＮ薄膜に厚手の金属層が積層された従来技術の縦型ＧａＮＬＥＤを図示する。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａとともに、元のサファイヤ基板の除去後にＧａＮ薄膜に厚手の金属層が積層された従来技術の縦型ＧａＮＬＥＤを図示する。
【図４】図４は本発明の１実施例による半導体装置の１製造方法を図示する。
【図５】図５はレーザ剥離処理に先立ち、伝導性接着剤を使用して有穿孔支持ウェハキャリヤに接着されたＧａＮＬＥＤウェハを含んだ本発明の１実施例の発光半導体装置を図示する。
【図６】図６はレーザ剥離処理時に均質レーザビームエネルギー分布を得るために拡散媒体を使用してサファイヤ基板を通して適用される本発明の１実施例によるエキシマレーザビームを図示している。
【図７】図７は本発明の１実施例に従ったレーザ剥離処理後のサファイヤ基板除去並びにＧａ滴下クリーニングを図示する。
【図８】図８は本発明の１実施例に従ったエッチングによるＧａＮ/ＡｌＧａＮバッファ層除去を図示する。
【図９】図９は本発明の１実施例に従ったＧａＮＬＥＤ層上のｎ型ＩＴＯ透明コンタクト形成を図示する。
【図１０】図１０は本発明の１実施例に従った保護ＳｉＯ２パシベーション層堆積を図示する。
【図１１Ａ】図１１Ａは本発明の１実施例に従った支持ウェハキャリヤ除去と最終構造物を図示する。
【図１１Ｂ】図１１Ｂも本発明の１実施例に従った支持ウェハキャリヤ除去と最終構造物を図示する。
【図１２】図１２は本発明の１実施例に従ったダイシングまたはレーザスクライビングによる装置分離を図示する。
【図１３Ａ】図１３Ａから図１３Ｆは本発明の１実施例に従ったｎ型ＧａＮのミクロレンズの形成方法を図示するものである。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の１実施例に従ったｎ型ＧａＮのミクロレンズの形成方法を図示する。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、本発明の１実施例に従ったｎ型ＧａＮのミクロレンズの形成方法を図示する。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、本発明の１実施例に従ったｎ型ＧａＮのミクロレンズの形成方法を図示する。
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、本発明の１実施例に従ったｎ型ＧａＮのミクロレンズの形成方法を図示する。
【図１３Ｆ】図１３Ｆは、本発明の１実施例に従ったｎ型ＧａＮのミクロレンズの形成方法を図示する。
【図１４】図１４は本発明の１実施例に従ったミクロレンズ形成を実行するステップを表すフローチャートである。
【図１５Ａ】図１５Ａは本発明の１実施例に従ったミクロレンズの例示サイズと配置を図示する。
【図１５Ｂ】図１５Ｂも本発明の１実施例に従ったミクロレンズの例示サイズと配置を図示する。
【図１６Ａ】図１６Ａから図１６Ｆは、本発明の１実施例に従ったマクロレンズの形成方法を図示する。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本発明の１実施例に従ったマクロレンズの形成方法を図示する。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、本発明の１実施例に従ったマクロレンズの形成方法を図示する。
【図１６Ｄ】図１６Ｄは、本発明の１実施例に従ったマクロレンズの形成方法を図示する。
【図１６Ｅ】図１６Ｅは、本発明の１実施例に従ったマクロレンズの形成方法を図示する。
【図１６Ｆ】図１６Ｆは、本発明の１実施例に従ったマクロレンズの形成方法を図示する。
【図１７】図１７は本発明の１実施例に従ったマクロレンズ形成を実行するステップを表すフローチャートである。
【図１８】図１８Ａから図１８Ｃは、本発明の１実施例に従ったＬＣＤディスプレー用バックライトの例示的ビームの性質を図示する。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本発明の１実施例に従ったＬＣＤディスプレー用バックライトの例示的ビームの性質を図示する。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、本発明の１実施例に従ったＬＣＤディスプレー用バックライトの例示的ビームの性質を図示する。
【図１９Ａ】図１９Ａは本発明の１実施例に従った半導体パッケージ法を図示する。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは本発明の１実施例に従った半導体パッケージ法を図示する。
【図２０】図２０は本発明の１実施例に従ったパッケージの実行ステップを表すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１６Ｆ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
2008503900.tif 000033
【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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