(57)【要約】【課題】搭載基礎及び発光デバイスを具備する半導体デバイスを提供する。【解決手段】搭載基礎は第1の半導体素材の基板及び基板を覆って形成された高熱伝導性を持つ素材の第1の層を含む。さらに、発光デバイスは少なくとも第2の半導体素材の第2の層を含む多層構造体である。発光デバイスは搭載基礎の第1の層に搭載されている。さらに、第1の半導体素材と第2の半導体素材との熱膨張係数の違いは所定の範囲内である。【選択図】    図１
2007165895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の半導体素材の基板と
前記基板を覆って形成された高熱伝導性材の第1の層
よりなる搭載基礎、
及び
発光デバイスは多層構造で少なくとも第2の半導体素材の第2の層を具備する発光デバイス、
によって構成された半導体デバイスであって、
前記発光デバイスが搭載基礎の第1の層に搭載され、第1の半導体素材と第2の半導体素材の熱膨張係数の違いは所定の範囲より少ない、半導体デバイス。
【請求項２】
前記高熱伝導性材料が金、銀、銅、アルミニウム、又はダイヤモンドである、請求項1の半導体デバイス。
【請求項３】
前記第1の半導体素材が珪素又は炭化珪素(SiC)である、請求項2の半導体デバイス。
【請求項４】
前記第1の層の厚さが10〜100マイクロメートルの間であり、基板の厚さが250マイクロメートル以下である、請求項3の半導体デバイス。
【請求項５】
前記発光デバイスの多層構造体はさらに反射層よりなり、発光デバイスは前記反射層によって搭載基礎の第1の層に搭載されている、請求項4の半導体デバイス。
【請求項６】
(A)  第1の半導体素材の基板及び第1の基板を覆って形成された第1の層を具備する搭載基礎を作成するステップと
(B)  発光デバイスが多層構造で少なくとも第2の半導体素材の第2の層を含む、発光デバイスを作成するステップ、及び
(C)  第1の層が基板と第2の層の間に位置するように発光デバイスを搭載基礎に取り付けるステップ
からなり、第1の半導体素材と第2の半導体素材の熱膨張係数の違いは所定の範囲より少ない、半導体デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記の層が金、銀、銅、アルミニウム、又はダイヤモンドで形成されている請求項6の方法。
【請求項８】
前記第1の半導体素材は珪素又は炭化珪素(SiC)である、請求項7の方法。
【請求項９】
前記第1の層の厚さは10〜100マイクロメートルの間であり、基板の厚さは250マイクロメートル以下である、請求項8の方法。
【請求項１０】
前記発光デバイスの多層構造体はさらに反射層よりなり、発光デバイスは前記反射層によって搭載基礎の第1の層に搭載されている、請求項9の方法。
【請求項１１】
前記第1の接着材と高熱伝導性材料の第2の部分とからなり、第1の部分の第2の部分に対する面積割合が0.1より少ない搭載層、及び、
発光デバイスが第2の半導体素材の第2の層からなる多層構造体である発光デバイス
からなる半導体デバイスであって、
発光デバイスが搭載層に搭載されており、高熱伝導性材料の熱膨張係数は第2の半導体素材料のそれより大きい、半導体デバイス。
【請求項１２】
前記高熱伝導性材料が金、銀、銅、アルミニウム、又はダイヤモンドである、請求項11の半導体デバイス。
【請求項１３】
前記搭載層の厚さが10〜100マイクロメートルの間である、請求項12の半導体デバイス。
【請求項１４】
前記発光デバイスが第2の半導体素材の第2の層によって搭載層に搭載されている、請求項13の半導体デバイス。
【請求項１５】
前記発光デバイスの多層構造体はさらに反射層からなり、発光デバイスは前記反射層によって搭載層に搭載されている、請求項13の半導体デバイス。
【請求項１６】
(A) 第1の半導体素材の基板を作成するステップと
(B) 基板と重なり合う第1の層を形成するステップと、
(C) 選択的に第1の層を取り除いて、複数の区域のそれぞれが2つの第1のブロックの間に存在する、複数の第1のブロックと複数の区域を基板の表面に形成するステップと
(D) 接着材を複数の区域に充填して、第1のブロックが第2のブロックと共に搭載層36を形成する、複数の第2のブロックを形成するステップと、
(e) 発光デバイスが少なくとも第2の半導体素材の第2の層よりなる多層構造である、発光構造体を搭載層に搭載するステップ、及び、
(F)  基板を取り除くステップからなり、
第1の半導体素材と第2の半導体素材の熱膨張係数の違いが所定の範囲より少ない半導体デバイスの製造方法。
【請求項１７】
さらに  (g) 複数の第2のブロックを介して半導体デバイスをスライス(薄切り)すること(ステップ)よりなる請求項16の方法。
【請求項１８】
前記第1の層が金、銀、銅、アルミニウム、又はダイヤモンドで形成されている請求項17の方法。
【請求項１９】
前記第1の半導体素材は珪素又は炭化珪素(SiC)である、請求項18の方法。
【請求項２０】
前記接着材がポリイミド又はB段階ビスベンゾシクロブタン(BCB)である請求項19の方法。
【請求項２１】
前記第1の層の厚さは10〜100マイクロメートルの間であり、基板の厚さは250マイクロメートル以下である、請求項20の方法。
【請求項２２】
前記発光デバイスの多層構造はさらに反射層からなり、発光デバイスは前記反射層によって搭載層に搭載されている、請求項20の方法。
【請求項２３】
(A) 第1の半導体素材の基板を作成するステップと、
(B) 基板と重なり合う接着層を形成するステップと、
(C) 選択的に接着層を取り除いて、複数の区域のそれぞれが2つの第1のブロックの間に存在する、複数の第1のブロックと複数の区域を基板の表面に形成するステップと、
(D) 高熱伝導性材料を複数の区域に充填して、第2のブロックが第1のブロックと共に搭載層を形成する、基板の表面に複数の第2のブロックを形成するステップと、
(E) 発光構造体が少なくとも第2の半導体素材の第2の層よりなる多層構造である、発光構造体を搭載層に搭載するステップと、
(F)第1の基板を取り除くステップとからなり、
第1の半導体素材と第2の半導体素材の熱膨張係数の違いは所定の範囲より少ない、半導体デバイスの製造方法。
【請求項２４】
さらに(g)  複数の第1のブロックを介して半導体デバイスをスライス(薄切り)すること(ステップ)よりなる請求項23の方法。
【請求項２５】
前記高熱伝導性材料が金、銀、銅、アルミニウム、又はダイヤモンドである、請求項24の方法。
【請求項２６】
前記第1の半導体素材は珪素又は炭化珪素(SiC)である、請求項25の方法。
【請求項２７】
前記接着層がポリイミド又はB段階ビスベンゾシクロブタン(BCB)で形成されている請求項26の方法。
【請求項２８】
前記第2の層の厚さは10〜100マイクロメートルの間であり、基板の厚さは250マイクロメートル以下である、請求項27の方法。
【請求項２９】
前記発光デバイスの多層構造はさらに反射層からなり、発光デバイスは前記反射層によって搭載層に搭載されている、請求項28の方法。
【請求項３０】
(A) 発光構造体を形成するステップと
(B) 発光デバイスと重なり合う接着層を形成するステップと、
(C) 選択的に接着層を取り除いて、複数の区域のそれぞれが2つの第1のブロックの間に存在する、複数の第1のブロックと複数の区域を発光デバイスの表面に形成するステップと、
(D) 高熱伝導性材料を複数の区域に充填して、発光デバイスの表面の上方に複数の第2のブロックを形成するステップ
とからなる半導体デバイスの製造方法。
【請求項３１】
さらに(e) 複数の第1のブロックを介して半導体デバイスをスライス(薄切り)することよりなる請求項30の方法。
【請求項３２】
前記高熱伝導性材料が金、銀、銅、アルミニウム、又はダイヤモンドである、請求項31の方法。
【請求項３３】
前記接着層がポリイミ又はB段階ビスベンゾシクロブタン(BCB)により形成されている請求項32の方法。
【請求項３４】
前記複数の第2のブロックの厚さが10〜100マイクロメートルの間である、請求項33の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスおよびその製造方法に関し、より詳しくは、発光デバイスを備えた半導体デバイスおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
長寿命、軽量、低電力消費、水銀無添加の利点があるため、発光ダイオード(ＬＥD)などの半導体発光デバイスが理想的な光源となり開発されてきている。
ＬＥＤは情報、通信、家庭用電化製品、車両、交通信号、広告板、照明市場などの分野での利用が可能である。
最もよく知られている分野には通信産業(携帯電話のバックライト、キー用のライト)、車両産業(車のシグナル、ダッシュボード用)、その他の照明産業がある。
【０００３】
過去、台湾特許番号68620、台湾特許番号96804, 及び台湾特許番号111466で公開された方法などの半導体発光デバイスの製造方法では、基板を作成するのに化合物半導体、例えばGAAs(ガリウムヒ素)、 InP(インジウムリン)、Al2O3(酸化アルミニウム)が使用されることになっている。
基板が作成された後に、エピタクシー技術を使って基板上にｎ型又はp型半導体を形成するために使用されるものである。しかしながら、化合物半導体基板は発光デバイスから発光される光子を吸収する可能性があるので、発光効果は大幅に少なくなる。
さらに、化合物半導体基板の熱膨張係数が低いため、半導体発光デバイスは高電流では操作が不可能であり、したがってその出力は低くなる。その上、半導体発光デバイスの寿命は自身の発生する熱が蓄積されることによって簡単に短くなる。
【０００４】
上述のこの欠点を克服するため台湾特許番号573373、565957、550834などで多数の先行技術が公開された。
これらの先行技術は半導体発光デバイスの発生する熱を伝導するため、半導体発光デバイスの基板に金属材を添加する方法を公開するものであった。その結果、半導体発光デバイスのより高い電流と出力での操作が金属基板によって可能になった。
しかしながら、従来の基板用の金属例えばGA(ガリウム)、Cu(銅)、 Al(アルミニウム)とエピタクシー材との間の熱膨張係数は非常に大きい。それ故、半導体発光デバイスの製造工程期間中に基板とエピタクシーとの間に大きなストレスが発生し、エピタクシー構造が破壊されることになる。
【特許文献１】台湾特許番号68620
【特許文献２】台湾特許番号96804
【特許文献３】台湾特許番号111466
【特許文献４】台湾特許番号573373
【特許文献５】台湾特許番号565957
【特許文献６】台湾特許番号550834
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は発光デバイスを備えた半導体デバイスおよびその製造方法を提供することにある。さらに、本方法によって上述先行技術の不利な点の克服が可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の好ましい実施態様による半導体デバイスは搭載基礎と発光デバイスを備えている。搭載基礎は基板上に形成された第1の半導体素材の基板及び高熱伝導性材の第1の層を含む。
加えて、発光体は多層構造体で少なくとも第2の半導体素材の第2の層を含む。発光デバイスは搭載基礎の第1の層に搭載され、第1の半導体素材と第2の半導体素材の熱膨張係数の違いは所定の範囲より少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の適用範囲は、以下に記載の多数の図で具体的に説明した好ましい実施態様の詳細な説明を読むことによって当業者には疑いなく明白になろう。
【０００８】
本発明は半導体デバイスを提供するもので、本発明の好ましい実施態様を以下のごとく開示する。
図1を参照する。図1は本発明の一実施態様である半導体デバイスの断面図である。半導体デバイス1は搭載基礎11及び発光デバイス13を具備する。さらに、搭載基礎11は基板111と第1の層113を具備する。
基板111は珪素(シリコン)又は炭化珪素(SiC)などで出来た第1の半導体素材の基板により形成されている。
さらに、第1の層113が金、銀、銅、アルミニウム、ダイヤモンドなどの高熱伝導性材により基板111を覆って形成されている。
【０００９】
一つの実施態様では、基板111の厚さは250マイクロメートル以下であり、第1の層113の厚さは10〜100マイクロメートルの間である。
さらに発光デバイス13は多層構造体で、その多層構造体に少なくとも第2の半導体素材の第2の層131を含む。第1の半導体素材と第2の半導体素材の熱膨張係数の違いは所定の範囲より少ない。また、発光デバイス13は搭載基礎11の第1の層113に搭載されている。さらに、この実施態様において発光デバイス13は第2の層131によって搭載基礎の第1の層113に搭載されている。
【００１０】
本発明の他の実施態様では、発光デバイスの多層構造体にはさらに反射層が含まれ、発光体は搭載基礎の第1の層に前記反射層によって搭載されている。実践的には、反射層は蒸着、電気メッキ又はスパッタリングなどの非ウェーハ接着プロセスによって形成することが出来る。
【００１１】
図2A〜2Cを参照して説明すると、図2A〜2Cは本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示している。まず、図2Aに示すように、搭載基礎11を作成する。この搭載基礎は第1の半導体素材の基板111及び第1の基板11を覆って形成された第1の半導体素材113を具備する。
【００１２】
次に図2Bに示すように、発光デバイス13を作成する。発光デバイス13は多層構造体で第2の半導体素材131の第2の層を含む。
最後に、図2Cに示すように、第1の層113が基板111と第2の層131の間に位置するように発光デバイス13を搭載基礎11に取り付ける。(注目すべきは)第1の半導体素材と第2の半導体素材の熱膨張係数の違いは所定の範囲より少ない。
【００１３】
この実施態様において発光デバイス13は第2の層131によって搭載基礎11の第1の層113に搭載されている。他の実施態様では、発光デバイスの多層構造はさらに反射層よりなり、発光デバイスは前記反射層によって搭載基礎の第1の層に搭載されている。実践的には、反射層は蒸着、電気メッキ又はスパッタリングなどの非ウェーハ接着プロセスによって形成することが出来る。
【００１４】
実践的には、第1の半導体素材は珪素又は炭化珪素(SiC)である。さらに、第1の層113は銅、アルミニウム又はダイヤモンドで形成されている。実践的には、基板111の厚さは250マイクロメートル以下であり、第1の層113の厚さは10〜100マイクロメートルの間である。
【００１５】
図3を参照して説明すると、図3は本発明の一実施態様である半導体デバイス3の断面図である。半導体デバイス3は搭載層31及び発光デバイス33を具備する。搭載層31はさらに接着材の第1の部分311及び高熱伝導性材の第2の部分を備えている。第1の部分311の第2の部分313に対する割合は0．1未満であることを注目されたい。一つの実施態様では、搭載層31の厚さは10〜100マイクロメートルの間である。
【００１６】
さらに発光構造体33は多層構造で、その多層構造体は第2の半導体素材の第2の層331を含む。発光構造体33は第2の層331によって搭載層31に搭載されており、高熱伝導性材料の熱膨張係数は第2の導電性材料のそれより大きい。実践的には、高熱伝導性材料は金、銀、銅、アルミニウム、又はダイヤモンドである。
【００１７】
他の実施態様では、発光デバイスの多層構造はさらに反射層を含むことが可能であり、発光デバイスは前記反射層によって搭載基礎に搭載されている。実践的には、反射層は蒸着、電気メッキ又はスパッタリングなどの非ウェーハ接着プロセスによって形成することが出来る。
【００１８】
図4Aから4Fまでを参照する。図4A〜4Cは本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。まず図4Aに示すように、珪素又は炭化珪素などの第1の半導体素材の基板32を作成する。その後で、図4Bに示すように、基板32と重なり合う第1の層34を形成する。実践的には、第1の層34は銅、アルミニウム又はダイヤモンドで形成されている。実践的には、基板32の厚さは250マイクロメートル以下であり、第1の層34の厚さは10〜100マイクロメートルの間である。
【００１９】
次に図4Cに示すように、選択的に第1の層34を取り除いて複数の第1のブロック342と複数の区域344を基板32の表面に形成する。(注目すべきは)複数の区域344のそれぞれは2つの第1のブロック342の間に存在する。
【００２０】
その次に図4Dに示すように、接着材(粘着性物質)を複数の区域344に充填し第1のブロック342が第2のブロックと共に搭載層36を形成するように複数の第2のブロック346を形成する。実践的には、接着材はポリイミド又はB段階ビスベンゾシクロブタン(BCB)である。
【００２１】
次に図4Ｅに示すように、発光構造体33を搭載層36に搭載する。加えて、発光構造体33は多層構造体で少なくとも第2の半導体素材の第2の層333を含む。この実施態様において、発光構造体33は第2の層333によって搭載層36に搭載されている。最後に図4Fに示すように、基板32を取り除く。(注目すべきは)第1の半導体素材と第2の半導体素材の熱膨張係数の違いは所定の範囲より少ない。
【００２２】
一つの実施態様では、本方法はさらに複数の第2のブロックを介して半導体デバイスをスライス(薄切り)するステップを含んでいる。一つの実施態様では、発光デバイスの多層構造はさらに反射層を含み、発光デバイスは反射層によって搭載基礎に搭載されている。実践的には、反射層は蒸着、電気メッキ又はスパッタリングなどの非ウェーハ接着プロセスによって形成することが出来る。
【００２３】
図5Aから5Fまでを参照する。図5A〜5Fは本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。まず図5Aに示すように、珪素又は炭化珪素などの第1の半導体素材の基板32を作成する。実践的には、基板32の厚さは250マイクロメートル以下である。
【００２４】
その後、図5Bに示すように、基板32に重なり合う接着層35を形成する。実践的には、接着層35はポリイミド又はBCBで形成されている。
次に図5Cに示すように、選択的に第1の層35を取り除いて複数の第1のブロック342と複数の区域3544を基板32の表面に形成する。(注目すべきは)複数の区域354のそれぞれは2つの第1のブロック352の間に存在する。
【００２５】
その後図5Dに示すように、高熱伝導性材料を複数の区域354に充填して、発光デバイス32の表面に複数の第2のブロック356を形成する。第2のブロック356で第1のブロック352と共に搭載層36を形成する。実践的には、第2のブロックの厚さは10〜100マイクロメートルの間である。さらに高熱伝導性材料は金、銀、銅、アルミニウム、又はダイヤモンドで作ることが可能である。
【００２６】
次に図5Ｅに示すように、発光構造体33を搭載層36の上方に搭載する。発光構造体33は多層構造体で第2の半導体素材の層331を含む。この実施態様においては、発光構造体33は前記層331によって搭載層33に搭載されている。最後に図5Fに示すように、基板32を取り除く。(注目すべきは)第1の半導体素材と第2の半導体素材の熱膨張係数の違いは所定の範囲より少ない。
【００２７】
一つの実施態様では、本方法はさらに複数の第2のブロックを介して半導体デバイスをスライス(薄切り)するステップを含んでいる。一つの実施態様では、発光デバイスの多層構造体はさらに反射層を含み、発光デバイスは前記反射層によって搭載層に搭載されている。実践的には、反射層は蒸着、電気メッキ又はスパッタリングなどの非ウェーハ接着プロセスによって形成することが出来る。
【００２８】
図6A〜6Dを参照して説明すると、図6A〜6Dは本発明の好ましい一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示している。まず図6Aに示すように、表面332を含む発光構造体33を形成する。
その後図6Bに示すように、基板32と重なり合う接着層37を形成する。実践的には、接着層37はポリイミド又はBCBで形成されている。
【００２９】
次に図6Cに示すように、選択的に接着層37を取り除いて複数の第1のブロック372と複数の区域374を発光構造体33の表面332に形成する。(注目すべきは)複数の区域374のそれぞれは2つの第1のブロック372の間に存在する。
【００３０】
最後に図6Dに示すように、高熱伝導性材料を複数の区域374に充填して、発光デバイス33の表面332に複数の第2のブロック376を形成する。実践的には、高熱伝導性材料は金、銀、銅、アルミニウム、又はダイヤモンドで作ることが可能である。さらに、第2のブロックの厚さは10〜100マイクロメートルの間である。
【００３１】
一つの実施態様では、本方法はさらに複数の第1のブロックを介して半導体デバイスをスライス(薄切り)するステップを含んでいる。
明らかなように、本発明の半導体デバイスはヒートシンク一体型半導体デバイスである。加えて、本発明の半導体デバイスの製造方法は半導体デバイスとヒートシンクをウェーハレベルで一つにまとめ、次にウェーハをスライスすることを特徴としている。半導体デバイスを最初にスライスし、次にウェーハと一つにまとめる従来の技術と比較すると、本発明で公開する方法は効果的であり且つコストが安くできる。さらに、本発明の半導体デバイスとヒートシンクの結合は従来の技術より強力であり、外力で簡単にはがれることがない。
【００３２】
上記の例と説明によって、本発明の特色と精神は正しく記載されていることと考える。当業者にとっては本発明の教示を保持しながら本デバイスの無数の改良と変更が可能であることを容易に感得出来るであろう。したがって、上記の開示は添付の請求項の範囲のみによって制限されるべきものと解釈さるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施態様である半導体デバイスの断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図２Ｂ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図２Ｃ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図３】本発明の一実施態様である半導体デバイスの断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図４Ｂ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図４Ｃ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図４Ｄ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図４Ｅ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図４Ｆ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図５Ａ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図５Ｂ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図５Ｃ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図５Ｄ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図５Ｅ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図５Ｆ】本発明の一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図６Ａ】本発明の好ましい一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図６Ｂ】本発明の好ましい一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図６Ｃ】本発明の好ましい一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【図６Ｄ】本発明の好ましい一実施態様である半導体デバイスの製造方法を示す。
【符号の説明】
【００３４】
１      半導体デバイス
１１    搭載基礎
１１１  基板
１１３  第1の層
１３    発光デバイス
１３１  第2の層
【図１】
2007165895.tif 000003
【図２Ａ】
2007165895.tif 000004
【図２Ｂ】
2007165895.tif 000005
【図２Ｃ】
2007165895.tif 000006
【図３】
2007165895.tif 000007
【図４Ａ】
2007165895.tif 000008
【図４Ｂ】
2007165895.tif 000009
【図４Ｃ】
2007165895.tif 000010
【図４Ｄ】
2007165895.tif 000011
【図４Ｅ】
2007165895.tif 000012
【図４Ｆ】
2007165895.tif 000013
【図５Ａ】
2007165895.tif 000014
【図５Ｂ】
2007165895.tif 000015
【図５Ｃ】
2007165895.tif 000016
【図５Ｄ】
2007165895.tif 000017
【図５Ｅ】
2007165895.tif 000018
【図５Ｆ】
2007165895.tif 000019
【図６Ａ】
2007165895.tif 000020
【図６Ｂ】
2007165895.tif 000021
【図６Ｃ】
2007165895.tif 000022
【図６Ｄ】
2007165895.tif 000023
【外国語明細書】
SEMICONDUCTOR DEVICE INTEGRATED WITH HEAT SINK AND METHOD
OF FABRICATING THE SAME
BACKGROUND OF the INVENTION
1. Field of the invention
The invention relates to a semiconductor
device and method of fabricating the same, and more particularly, to a
semiconductor device containing a light-emitting device and method of
fabricating the same.
2. Description of the prior
art
Because the advantages of long life span,
light, low power consumption, and no mercury added, semiconductor
light-emitting device, such as light-emitting diode (LED), has became a ideal
lighting source and being developed. 
LED can be applied in several fields, include such as information,
communication, consumer electronics, vehicles, traffic light, billboard and illumination market.  The most popular fields includes the
communication industry, such as the back light of cellular phones and the light
of keys; the vehicle industry, such as the signal lights of cars and the
dashboards of cars; and other illumination industries.
In the past, some methods of fabricating
the semiconductor light-emitting device, such as the method disclosed in TW
Pat. No. 68620, TW Pat. No. 96804,
and TW Pat. No. 111466, are to use compound semiconductor, e.g., GaAs, InP, and Al2O3, to prepare
the substrate.  After the substrate
prepared, to form a n-type or a p-type semiconductor
on the substrate by epitaxy technology. 
However, because the compound semiconductor substrate is capable of
absorbing the photon emitted from the light-emitting device, the light emitting
efficiency is largely reduced.  Moreover,
because of the low thermal expansion coefficient of the compound semiconductor
substrate, the semiconductor light-emitting device can not be operated under
high current, and result in lower output power thereof.  Furthermore, life of the semiconductor
light-emitting device will easily be reduced because of the accumulation of
heat generated by itself.
To overcome the disadvantages described
above, many prior arts were disclosed in such as TW Pat. No.
573373, TW Pat. No. 565957, and TW Pat. No. 550834. 
These prior arts disclosed the method of adding metal material to the
substrate of the semiconductor light-emitting device, so as to conduct the heat
generated by the semiconductor light-emitting device.  Therefore, the metal substrate allowed
the semiconductor light-emitting device to be operated in a higher current and
output power.
However, the difference of thermal expansion
coefficient between conventional metal material, such as Ga, Cu, and Al, for
the substrate and the epitaxy material is very large.  Therefore, during the processes of
fabricating the semiconductor light-emitting device, great stress will be
generated between the substrate and the epitaxy, so as to destroy the epitaxy
structure.
SUMMARY OF the INVENTION
Accordingly, the scope of the invention is
to provide a semiconductor device containing a light-emitting device and method
of fabricating the same.  Furthermore,
the method can overcome the disadvantages of the prior art as described above.
A semiconductor device according to a
preferred embodiment of the present invention includes a mounting base and a
light-emitting device.  The mounting
base includes a substrate of a first semiconductor material, and a first layer
of a high thermal conductive material, formed over the substrate.
In addition, the light-emitting is a
multi-layer structure which includes at least a second layer of a second
semiconductor material.  The
light-emitting device is mounted to the first layer of the mounting base, and
the difference of the thermal expansion coefficient between the first
semiconductor material and the second semiconductor material is less than a
predetermined range.
The scope of the present invention will no
doubt become obvious to those of ordinary skill in the art after reading the
following detailed description of the preferred embodiment, which is
illustrated in the various figures and drawings.
BRIEF DESCRIPTION OF THE APPENDED DRAWINGS
FIG. 1 is a sectional view of a
semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 2A to 2C show a method of fabricating
a semiconductor device according to an embodiment of the invention.
FIG. 3 is a sectional view of a
semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 4A to 4F show a method of fabricating
a semiconductor device according to an embodiment of the invention.
FIG. 5A to 5F show a method of fabricating
a semiconductor device according to an embodiment of the invention.
FIG. 6A to 6D show a method of fabricating
a semiconductor device according to a preferred embodiment of the invention.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention provides a
semiconductor device.  In addition,
preferred embodiments according to the invention are disclosed as follows.
Please refer to FIG. 1.  FIG. 1 is a sectional view of a
semiconductor device 1 in accordance with an embodiment of the present
invention.  The semiconductor device
1 includes a mounting base 11 and a light-emitting device 13.  Furthermore, the mounting base 11
includes a substrate 111 and a first layer 113.
The substrate 111 is formed of a first
semiconductor material, such as silicon or silicon carbide (SiC).  Moreover, the first layer 113 is formed
of a high thermal conductive material, such as gold, silver, copper, aluminum,
and diamond, over the substrate 111. 
In an embodiment, the thickness of the substrate 111 is less than 250
micrometers, and the thickness of the first layer 113 is between 10 and 100
micrometers.
In addition, the light-emitting device 13
is a multi-layer structure, and the multi-layer structure includes at least a
second layer 131 of a second semiconductor material.  It should be noted that the difference
of the thermal expansion coefficient between the first semiconductor material
and the second semiconductor material is less than a predetermined range.  In addition, the light-emitting device
13 is mounted to the first layer 113 of the mounting base 11.  Furthermore, in the embodiment, the
light-emitting device 13 is mounted to the first layer 113 of the mounting base
by the second layer 131.
In another embodiment of the invention, the
multi-layer structure of the light-emitting device further includes a
reflecting layer, and the light-emitting is mounted to the first layer of the
mounting base by the reflecting layer. In practice, the reflecting layer can be
formed by a non-wafer bonding process, such as evaporation, electroplating, or
sputtering.
Referring to FIG. 2A to 2C, FIG. 2A to 2C
show a method of fabricating a semiconductor device according to an embodiment
of the invention.  First of all, as
shown in FIG. 2A, preparing a mounting base 11, which includes a substrate 111
of a first semiconductor material and a first layer 113 formed over the first
substrate 11.
Then, as shown if FIG. 2B, preparing a
light-emitting device 13.  The
light-emitting device 13 is a multi-layer structure which includes a second
layer 131 of a second semiconductor material.
Finally, as shown in FIG. 2C, attaching the
light-emitting device 13 to the mounting base 11, such that the first layer 113
is in-between the substrate 111 and the second layer 131.  It should be noted that the difference
of the thermal expansion coefficient between the first semiconductor material
and the second semiconductor material is less than a predetermined range.
In the embodiment, the light-emitting
device 13 is mounted to the first layer 113 of the mounting base 11 by the
second layer 131.  In another
embodiment, the multi-layer structure of the light-emitting device further
comprises a reflecting layer, and the light-emitting device is mounted to the
first layer of the mounting base by the reflecting layer.  In practice, the reflecting layer can be
formed by a non-wafer bonding process, such as evaporation, electroplating, or
sputtering.
In practice, the first semiconductor
material is silicon or silicon carbide. 
Moreover, the first layer 113 is formed of copper, aluminum, or
diamond.  In practice, the thickness
of the substrate 111 is less than 250 micrometers, and the thickness of the
first layer 113 is between 10 and 100 micrometers.
Referring to FIG. 3, FIG. 3 is a sectional
view of a semiconductor device 3 in accordance with an embodiment of the
present invention.  The
semiconductor device 3 includes a mounting layer 31 and a light-emitting
structure 33.  The mounting layer 31
further includes a first part 311 of an adhesive material, and a second part
313 of a high thermal conductive material. 
Please noted that the area ratio of the first
part 311 to the second part 313 is less than 0.1.  In an embodiment, the thickness of the
mounting layer 31 is between 10 and 100 micrometers.
In addition, the light-emitting structure
33 is a multi-layer structure, and the multi-layer structure includes a second
layer 331 of a second semiconductor material.  The light-emitting structure 33 is
mounted to the mounting layer 31 by the second layer 331, and the thermal expansion
coefficient of the high thermal conductive material is larger than that of the
second semiconductor material.  In
practice, the high thermal conductive material is gold, silver, copper, aluminum,
or diamond.
In another embodiment, the multi-layer structure
of the light-emitting device can further include a reflecting layer, and the
light-emitting device is mounted to the mounting layer by the reflecting
layer.  In practice, the reflecting
layer can be formed by a non-wafer bonding process, such as evaporation,
electroplating, or sputtering.
Please refer to FIG. 4A to 4F.  FIG. 4A to 4F show a method of
fabricating a semiconductor device according to an embodiment of the invention.  Fist of all, as shown in FIG. 4A,
preparing a substrate 32 of a first semiconductor material, such as silicon or silicon
carbide.  Afterward, as shown in
FIG. 4B, forming a first layer 34 overlapping the substrate 32.  In practice, the first layer 34 is
formed of copper, aluminum, or diamond. 
In practice, the thickness of the substrate 32 is less than 250
micrometers, and the thickness of the first layer 34 is between 10 and 100
micrometers.
Then, as shown in FIG. 4C, selectively
removing the first layer 34 to form a plurality of first blocks 342 and a plurality
of zones 344 on the surface of the substrate32.  It should be noted that each of the
plurality of zones 344 exists between two of the first blocks 342.
Afterwards, as shown in
FIG. 4D, filling an adhesive material into the plurality of zones 344, to form
a plurality of second blocks 346, wherein the first blocks 342 together with
the second blocks 346 to form a mounting layer 36.  In practice, the
adhesive material is polyimide or B-staged bisbenzocyclobutene (BCB).
Then, as shown in FIG. 4E, mounting a
light-emitting structure 33 to the mounting layer 36.  Additionally, the light-emitting
structure 33 is a multi-layer structure which includes at least a second layer
333 of a second semiconductor material. 
In the embodiment, the light-emitting structure 33 is mounted to the
mounting layer 36 by the second layer 333. 
Finally, as shown in FIG. 4F, removing the substrate 32.  It should be noted that the difference
of the thermal expansion coefficient between the first semiconductor material
and the second semiconductor material is less than a predetermined range.
In an embodiment, the method further
includes a step of slicing the semiconductor device through the plurality of
second blocks.  In an embodiment,
the multi-layer structure of the light-emitting device further includes a
reflecting layer, and the light-emitting device is mounted to the mounting
layer by the reflecting layer. In practice, the reflecting layer can be formed
by a non-wafer bonding process, such as evaporation, electroplating, or sputtering.
Please refer to FIG. 5A to 5F.  FIG. 5A to 5F show a method of
fabricating a semiconductor device according to an embodiment of the invention.  Fist of all, as shown in FIG. 5A,
preparing a substrate 32 of a first semiconductor material, such as silicon or silicon
carbide.  In practice, the thickness
of the substrate 32 is less than 250 micrometers.。
Afterward, as shown in FIG. 5B, forming an
adhesive layer 35 overlapping the substrate 32.  In practice, the adhesive layer 35 is
formed of polyimide or BCB.
Then, as shown in FIG. 5C, selectively
removing the adhesive layer 35 to form a plurality of first blocks 352 and a
plurality of zones 354 on the surface of the substrate32.  It should be noted that each of the
plurality of zones 354 exists between two of the first blocks 352.
Afterwards, as shown in FIG. 5D, filling a
high thermal conductive material into the plurality of zones 354, to form a
plurality of second blocks 356 on the surface of the light-emitting device
32.  The second blocks 356 together
with the first blocks 352 to form a mounting layer 36.  In practice, the thickness of the second
blocks is between 10 and 100 micrometers. 
Additionally, in practice, the high thermal conductive material can be
gold, silver, copper, aluminum, or diamond.
Then, as shown in FIG. 5E, mounting a
light-emitting structure 33 above the mounting layer 36.  The light-emitting structure 33 is a
multi-layer structure which includes a layer 331 of a second semiconductor
material.  In the embodiment, the
light-emitting structure 33 is mounted to the mounting layer 36 by the layer
331.  Finally, as shown in FIG. 5F,
removing the substrate 32.  It
should be noted that the difference of the thermal expansion coefficient
between the first semiconductor material and the second semiconductor material is
less than a predetermined range.
In an embodiment, the method further
includes a step of slicing the semiconductor device through the plurality of
second blocks.  In an embodiment,
the multi-layer structure of the light-emitting device further includes a
reflecting layer, and the light-emitting device is mounted to the mounting
layer by the reflecting layer.  In
practice, the reflecting layer can be formed by a non-wafer bonding process,
such as evaporation, electroplating, or sputtering.
Referring to FIG. 6A to 6D, FIG. 6A to 6D
show a method of fabricating a semiconductor device according to a preferred
embodiment of the invention.  First
of all, as shown in FIG. 6A, forming a light-emitting structure 33 which
includes a surface 332.
Afterward, as shown in FIG. 6B, forming an
adhesive layer 37 overlapping the substrate 32.  In practice, the adhesive layer 37 is
formed of polyimide or BCB.
Then, as shown in FIG. 6C, selectively
removing the adhesive layer 37, to form a plurality of first blocks 372 and a plurality
of zones 374 on the surface 332 of the light-emitting structure 33.  It should be noted that each of the
plurality of zones 374 exists between two of the first blocks 372.
Finally, as shown in FIG. 6D, filling a
high thermal conductive material into the plurality of zones 374, to form a
plurality of second blocks 376 on the surface 332 of the light-emitting
structure 33.  In practice, the high
thermal conductive material can be gold, silver, copper, aluminum, or
diamond.  Furthermore, the thickness
of the second blocks is between 10 and 100 micrometers.
In an embodiment, the method further
includes a step of slicing the semiconductor device through the plurality of
first blocks.
Obviously, the semiconductor device of the
present invention is a semiconductor device integrated with heat sink.  In addition, the method of fabricating
the semiconductor device of the present invention is to package the
semiconductor device and the heat sink at wafer level, and then to slice the
wafer.  Comparing with the method to
slice the semiconductor device first, then to package the semiconductor device
with the heat sink of the prior art, the method disclosed in the invention is
more efficient and cost lower.  Furthermore,
the binding of the semiconductor device and the heat sink of the invention is
stronger than the prior art, and it is not easy to fall off under an external
force.
With the example and explanations above,
the features and spirits of the invention will be hopefully well
described.  Those skilled in the art
will readily observe that numerous modifications and alterations of the device
may be made while retaining the teaching of the invention.  Accordingly, the above disclosure should
be construed as limited only by the metes and mounteds of the appended claims.
What is claimed is:
1.    
A semiconductor device comprising:
a mounting base comprising:
a substrate of a
first semiconductor material, and
a first layer of a
high thermal conductive material formed over the substrate; and
a light-emitting device, the light-emitting device being a
multi-layer structure comprising at least a second layer of a second
semiconductor material;
wherein the light-emitting device is mounted to the first layer of the
mounting base, and the difference of the thermal expansion coefficient between
the first semiconductor material and the second semiconductor material is less
than a predetermined range.
2.    
The semiconductor device of
claim 1, wherein the high thermal conductive material is gold, silver, copper, aluminum
or diamond.
3.    
The semiconductor device of
claim 2, wherein the first semiconductor material is silicon or silicon carbide.
4.    
The semiconductor device of
claim 3, wherein the thickness of the first layer is between 10 and 100 micrometers,
and the thickness of the substrate is less than 250 micrometers.
5.    
The semiconductor device of
claim 4, wherein the multi-layer structure of the light-emitting device further
comprises a reflecting layer, and the light-emitting device being mounted to the
first layer of the mounting base by the reflecting layer.
6.    
A fabricating method of a
semiconductor device comprising the steps of: 
(a) preparing a
mounting base comprising a substrate of a first semiconductor material and a
first layer formed over the first substrate;
(b) preparing a light-emitting device, the
light-emitting device being a multi-layer structure comprising at least a
second layer of a second semiconductor material; and 
(c) attaching the
light-emitting device to the mounting base such that the first layer is in-between
the substrate and the second layer;
wherein the difference of the thermal expansion coefficient between the
first semiconductor material and the second semiconductor material is less than
a predetermined range.
7.    
The method of claim 6, wherein
the first layer is formed of gold, silver, copper, aluminum, or diamond.
8.    
The method of claim 7, wherein
the first semiconductor material is silicon or silicon carbide.
9.    
The method of claim 8, wherein
the thickness of the first layer is between 10 and 100 micrometers, and the
thickness of the substrate is less than 250 micrometers.
10. 
The method of claim 9, wherein
the multi-layer structure of the light-emitting device further comprises a
reflecting layer, and the light-emitting device being mounted to the first
layer of the mounting base by the reflecting layer.
11. 
A semiconductor device comprising:
a mounting layer comprising a first part of an adhesive material and
a second part of a high thermal conductive material, and the area ratio of the
first part to the second part being less than 0.1; and
a light-emitting device, the light-emitting device being a
multi-layer structure comprising a second layer of a second semiconductor
material;
wherein the light-emitting device is mounted to the mounting layer, and the
thermal expansion coefficient of the high thermal conductive material is larger
than that of the second semiconductor material.
12. 
The semiconductor device of
claim 11, wherein the high thermal conductive material is gold, silver, copper,
aluminum, or diamond.
13. 
The semiconductor device of
claim 12, wherein the thickness of the mounting layer is between 10 and 100
micrometers.
14. 
The semiconductor device of
claim 13, wherein the light-emitting device is mounted to the mounting layer by
the second layer of the second semiconductor material.
15. 
The semiconductor device of
claim 13, wherein the multi-layer structure of the light-emitting device
further comprises a reflecting layer, and the light-emitting device being
mounted to the mounting layer by the reflecting layer.
16. 
A method of fabricating a
semiconductor device comprising the steps of:
(a) preparing a
substrate of a first semiconductor material;
(b) forming a
first layer overlapping the substrate;
(c) selectively
removing the first layer to form a plurality of first blocks and a plurality of
zones on the surface of the substrate, wherein each of the plurality of zones
exists between two of the first blocks;
(d) filling an
adhesive material into the plurality of zones to form a plurality of second
blocks, wherein the first blocks together with the second blocks to form a
mounting layer;
(e) mounting a light-emitting structure to
the mounting layer, wherein the light-emitting structure is a multi-layer
structure comprising at least a second layer of a second semiconductor
material; and
(f) 
removing the substrate;
wherein the difference of the thermal expansion coefficient between the
first semiconductor material and the second semiconductor material is less than
a predetermined range.
17. 
The method of claim 16, further
comprising:
(g) slicing the
semiconductor device through the plurality of second blocks.
18. 
The method of claim 17, wherein
the first layer is formed of gold, silver, copper, aluminum, or diamond.
19. 
The method of claim 18, wherein
the first semiconductor material is silicon or silicon carbide.
20. 
The method of claim 19, wherein
the adhesive material is polymide or B-staged bisbenzocyclobutene (BCB).
21. 
The method of claim 20, wherein
the thickness of the first layer is between 10 and 100 micrometers, and the
thickness of the substrate is less than 250 micrometers.
22. 
The method of claim 20, wherein
the multi-layer structure of the light-emitting device further comprises a
reflecting layer and the light-emitting device is mounted to the mounting layer
by the reflecting layer.
23. 
A method of fabricating a
semiconductor device comprising the steps of:
(a) preparing a
substrate of a first semiconductor material;
(b) forming an
adhesive layer overlapping the substrate;
(c) selectively
removing the adhesive layer to form a plurality of first blocks and a plurality
of zones on the surface of the substrate, wherein each of the plurality of
zones exists between two of the first blocks;
(d) filling a high
thermal conductive material into the plurality of zones, to form a plurality of
second blocks on the surface of the substrate, wherein the second blocks
together with the first blocks forms a mounting layer;
(e) mounting a light-emitting structure to
the mounting layer, wherein the light-emitting structure is a multi-layer structure
comprising at least a second layer of a second semiconductor material; and
(f) removing the
first substrate;
wherein the difference of the thermal expansion coefficient between the
first semiconductor material and the second semiconductor material is less than
a predetermined range.
24. 
The method of claim 23, further
comprising:
(g) slicing the
semiconductor device through the plurality of first blocks.
25. 
The method of claim 24, wherein
the high thermal conductive material is gold, silver, copper, aluminum, or
diamond.
26. 
The method of claim 25, wherein
the first semiconductor material is silicon or silicon carbide.
27. 
The method of claim 26, wherein
the adhesive layer is formed of polymide or B-staged bisbenzocyclobutene (BCB).
28. 
The method of claim 27, wherein
the thickness of the second blocks is between 10 and 100 micrometers, and the
thickness of the substrate is less than 250 micrometers.
29. 
The method of claim 28, wherein
the multi-layer structure of the light-emitting device further comprises a
reflecting layer and the light-emitting device is mounted to the mounting layer
by the reflecting layer.
30. 
A method of fabricating a
semiconductor device comprising the steps of:
(a) forming a
light-emitting structure;
(b) forming an
adhesive layer overlapping the light-emitting device;
(c) selectively removing the adhesive layer
to form a plurality of first blocks and a plurality of zones on the surface of
the light-emitting device, wherein each of the plurality of zones exists
between two of the first blocks; and
(d) filling a high
thermal conductive material into the plurality of zones, to form a plurality of
second blocks above the surface of the light-emitting device.
31. 
The method of claim 30, further
comprising:
(e) slicing the
semiconductor device through the plurality of first blocks. 
32. 
The method of claim 31, wherein
the high thermal conductive material is gold, silver, copper, aluminum, or
diamond.
33. 
The method of claim 32, wherein
the adhesive layer is formed of polymide or B-staged bisbenzocyclobutene (BCB).
34. 
The method of claim 33, wherein
the thickness of the plurality of second blocks is between 10 and 100
micrometers.
ABSTRACT
The present invention is to provide a
semiconductor device which includes a mounting base and a light-emitting
device.  The mounting base includes
a substrate of a first semiconductor material and a first layer of a material
with high thermal conductivity formed over the substrate.  Furthermore, the light-emitting device
is a multi-layer structure which includes at least a second layer of a second
semiconductor material.  The
light-emitting device is mounted on the first layer of the mounting base.  Moreover, the difference of the thermal
expansion coefficient between the first semiconductor material and the second
semiconductor material is between a predetermined range.
2007165895.tif 000024
2007165895.tif 000025
2007165895.tif 000026
2007165895.tif 000027
2007165895.tif 000028
2007165895.tif 000029
2007165895.tif 000030
2007165895.tif 000031
2007165895.tif 000032
2007165895.tif 000033
2007165895.tif 000034
2007165895.tif 000035
2007165895.tif 000036
2007165895.tif 000037
2007165895.tif 000038
2007165895.tif 000039
2007165895.tif 000040
2007165895.tif 000041
2007165895.tif 000042
2007165895.tif 000043
2007165895.tif 000044