(57)【要約】【課題】信頼性が高く且つ簡単な構造を示す光電デバイス用パッケージ構造を提供する。【解決手段】光電デバイス用パッケージ構造は、シリコン基板１１と、第１の絶縁層２１Ａ，２１Ｂと、反射層２２Ａ，２２Ｂと、第２の絶縁層２３Ａ，２３Ｂと、第１の導電層２１と、第２の導電層２２と、ダイ３１Ａとを備える。シリコン基板は第１の面及び第２の面を有する。第１の面は反射開口部を有し、第２の面は、反射開口部に接続された少なくとも２つの電極ビアホールと、電極ビアホールの外側に設けられた複数の凹部とを有する。第１の面、第２の面及び凹部を、第１の絶縁層が覆っている。反射開口部上には反射層が設けられる。反射層上には第２の絶縁層が設けられる。第２の絶縁層の表面には第１の導電層が設けられる。第２の面の表面及び電極ビアホールの内部には第２の導電層が設けられる。反射開口部の内部にはダイが固定され、第１の導電層に電気的に接続される。【選択図】図３Ｎ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電デバイス用パッケージ構造であって、
第１の面及び第２の面と、前記第１の面に設けられた反射開口部と、前記第２の面に設けられ前記反射開口部に接続された複数の電極ビアホールと、前記第２の面に設けられ各前記電極ビアホールの外側に配置された少なくとも１つの凹部とを有するシリコン基板と、
前記第１の面、前記第２の面及び前記凹部を覆う第１の絶縁層と、
前記反射開口部上に設けられた反射層と、
前記反射層上に設けられた第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の表面に設けられた第１の導電層と、
前記第２の面上及び前記電極ビアホールの内部に設けられた第２の導電層と、
前記反射開口部の内部に固定され前記第１の導電層に電気的に接続されたダイと
を備えることを特徴とするパッケージ構造。
【請求項２】
前記第１の絶縁層が酸化シリコンでできていることを特徴とする請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項３】
前記第２の絶縁層が二酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンでできていることを特徴とする請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項４】
前記反射層がアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、スズ（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）又は白金（Ｐｔ）でできていることを特徴とする請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項５】
前記反射層の厚さが３００オングストローム〜２０，０００オングストロームであることを特徴とする請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項６】
前記第１の導電層が前記第２の導電層まで延在し、前記第２の導電層と接続されることを特徴とする請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項７】
前記第１の導電層及び前記第２の導電層が、はんだ付け可能な材料でできていることを特徴とする請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項８】
前記第１の導電層及び前記第２の導電層が、銀（Ａｇ）、ニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／金（Ｔｉ／Ａｕ）、チタン／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／銅／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／タングステン／銅／ニッケル／金（ＴｉＷ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）、又はクロム／銅／ニッケル／金（Ｃｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）でできていることを特徴とする請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項９】
前記反射開口部に充填された封緘層を更に備えることを特徴とする請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項１０】
前記ダイが、複数のバンプを介して前記第１の導電層に電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項１１】
前記ダイが、複数の金属線を介して前記第１の導電層に電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの凹部が、前記第２の導電層の外側に設けられることを特徴とする請求項１記載のパッケージ構造。
【請求項１３】
光電デバイス用パッケージ構造の製造方法であって、
シリコン基板を設ける工程と、
前記シリコン基板の第１の面に少なくとも１つの反射開口部を形成する工程と、
前記シリコン基板の第２の面に、前記シリコン基板を貫通して前記少なくとも１つの反射開口部に至る複数の電極ビアホールと、該電極ビアホールの外側に設けられた複数の凹部とを形成する工程と、
前記少なくとも１つの反射開口部、前記複数の電極ビアホール及び前記複数の凹部を覆う第１の絶縁層を形成する工程と、
前記少なくとも１つの反射開口部の内部に反射層を形成する工程と、
前記反射層上に第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第２の絶縁層上に第１の導電層を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記第２の面上及び前記電極ビアホールの内部に第２の導電層を形成する工程と、
前記反射開口部の内部にダイを固定し、該ダイを前記第１の導電層に電気的に接続する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記第１の絶縁層が、高温酸化プロセスによって形成された酸化シリコンでできていることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の絶縁層が、蒸着プロセスによって付着された二酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンでできていることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の導電層及び前記第２の導電層が、電気めっき法、蒸発法又は化学めっき法によって形成されることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の導電層が前記第２の導電層に接続されることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記ダイが、フリップチップ法によって前記反射開口部の内部に固定されることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１９】
前記ダイが、ワイヤボンディング法によって前記第１の導電層に電気的に接続されることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
前記反射開口部及び前記電極ビアホールの内部に封緘層を充填する工程を更に備えることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項２１】
光電デバイス用パッケージ構造の製造方法であって、
シリコン基板を設ける工程と、
前記シリコン基板の第１の面にエッチングを施して反射開口部を形成する工程と、
前記シリコン基板の第２の面にエッチングを施して２つの電極ビアホール及び複数の凹部を形成する工程であって、前記２つの電極ビアホールが前記シリコン基板を貫通して前記反射開口部に至るものであり、前記第１の面が前記第２の面の反対側にあり、前記凹部が前記電極ビアホールの外側に設けられる工程と、
前記反射開口部、前記複数の電極ビアホール及び前記複数の凹部を覆う第１の絶縁層を形成する工程と、
前記反射開口部上に反射層を形成する工程と、
前記反射層上に第２の絶縁層を形成する工程と、
前記２つの電極ビアホール上に、２つの電極パッドとして機能し前記反射層から電気的に絶縁される第１の導電層を形成する工程と、
前記第２の面の下方及び前記２つの電極ビアホールの内部に第２の導電層を形成する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記第１の絶縁層が、高温酸化プロセスによって形成された酸化シリコンであることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記反射層が、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）又はスズ（Ｔｉ）でできていることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
前記反射層が、電気めっき法、蒸発法又は電子ビームエピタキシー法によって形成されることを特徴とする請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の導電層及び前記第２の導電層が、はんだ付け可能な材料でできていることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の導電層及び前記第２の導電層が、パターン転写エッチング又はリフトオフプロセスによって形成されることを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の絶縁層が、物理蒸着（ＰＶＤ）法によって形成された酸化シリコンでできていることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の面にエッチングを施す前記工程が、前記シリコン基板を貫通して前記反射開口部に至る４つの電極ビアホールを形成するものであることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の導電層が４つの電極パッドとして機能し、前記第２の導電層が前記４つの電極ビアホールの内部に設けられ前記第１の導電層と電気的に接続されることを特徴とする請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記光電デバイスが発光ダイオードであることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電デバイス用パッケージ構造及びその製造方法に関し、特に、シリコン基板を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）のパッケージング及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な光電デバイスのうち、ＬＥＤは、そのコンパクトなサイズ、高い照明効率、及び長寿命により、将来の最適な光源として期待されている。更に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）及びフルカラーディスプレイの発達により、今では、標示灯や屋外広告ディスプレイ等といった従来の用途だけでなく、携帯電話やパーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）等といった消費者向けエレクトロニクス製品にも白色ＬＥＤが用いられている。
【０００３】
現在、ＬＥＤの研究開発は、光抽出効率の改善及び放熱問題の解消に焦点があてられている。光抽出効率については、エピタキシープロセス、チッププロセス及びパッケージングプロセスの全てを改良してＬＥＤ性能を高めることができる。放熱問題は、主に、パッケージ構造及びパッケージ材料の両方の進歩に伴ってパッケージングプロセスを改良することによって解決される。
【０００４】
例えば、ＬＥＤの幾つかのパッケージングタイプの１つである、反射カップ型パッケージの光抽出効率は、光反射率を高めることで高めることができる。更に、反射カップの設計を適切に修正することによって、放熱効率を改善することができる。特許文献１にはそのような修正された設計が示されており、特許文献２及び特許文献３も同じ目的を有する。更に、特許文献４には、パッケージ基板に代わるシリコン基板８０が開示されている。図１に示されるように、シリコン基板８０上には、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）プロセスによって複数の反射カップ８１が形成される。絶縁層８２及び金属層８３が順にシリコン基板８０を包んでおり、電極８３１及び８３２が金属層８０に隣接して形成される。各反射カップ８１の内部にはＬＥＤダイ８４が取り付けられており、ＬＥＤダイ８４は、ボンディングワイヤによって対応する反射カップ８１に電気的に接続されている。エポキシ樹脂８５は、対応する反射カップ８１内のＬＥＤダイ８４を封緘することによって保護する。各反射カップ８１の各側には２つの非貫通孔８６がある。しかし、特許文献４は２つの非貫通孔の目的には言及していない。
【０００５】
図２は、図１のデバイスの製造プロセスの流れ図である。ステップＳ９１に示されるように、まず、これらの工程のためにシリコン基板８０が設けられる。次に、ステップＳ９２に示されるように、ウェットエッチングによって、シリコン基板８０の第１の面に複数の反射キャビティが形成される。ステップＳ９３を参照すると、ドライエッチングによって、第１の面の反対側の第２の面に電極ガイドホールが形成される。ステップＳ９４に示されるように、熱酸化法又は熱窒化法によって、シリコン基板８０の表面に絶縁層が付着される。絶縁層はＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４で作られ得る。次に、ステップＳ９５に示されるように、電気めっき法によって、絶縁層上に導電層が付着される。最後に、ステップＳ９６に示されるように、反射キャビティ上に反射層が形成され、その反対側の面にレーザ処理によって電極８３１及び８３２が配置される。
【０００６】
上述のシリコン基板上のＬＥＤの構造には、幾つかの短所がある。まず、反射層と電極とが同じ材料でできている。現在のところ、反射性及びはんだ性の両方を同時に最適化するのに適した金属はない。更に、様々なＬＥＤはそれぞれ異なる波長で発光し、金属の反射効率は発光波長に直接関係するので、それに従って、電極に最適な材料は様々に変わる。はんだは、電極の材料としては好ましいが、可視光を反射する材料としては適していない。Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ及びＰｔは、より良好な反射材料であるが、いずれも電極材料としては適していない。
【０００７】
更に、一番下のガイドホールの形成にはドライエッチング法が用いられるが、エッチングされたパターンは、後続のプロセスにおける適合性が高くない。更に、金属層は反射面を形成するためのレーザ処理を要し、その結果、製造コストが増加する。
【０００８】
本願出願人は、特許文献５において、上述の従来技術の問題の大半を解決している。しかし、特許文献５で用いられているシリコン基板の抵抗率は、８００Ω・ｃｍを超えるものである必要がある。そうでなければ、はんだが電極からシリコン基板の側面へと流れて、短絡を生じ得る。しかし、高抵抗率のシリコン基板の製造コストは、低抵抗率のシリコン基板よりも遥かに高いので、これは特許文献５の主な短所である。
【特許文献１】米国特許第６，５６２，６４３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２６８，６６０号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／０２１８３９０明細書
【特許文献４】米国特許第６，５３１，３２８号明細書
【特許文献５】台湾特許出願公開第２００８３４９７０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、オプトエレクトロニクス市場においては、上述の問題を解決する、信頼性が高く且つ簡単な構造を示す高出力光電デバイス又はＬＥＤ技術の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、光電デバイス用パッケージ構造及びその製造方法を提供する。放熱効率を高めるために、パッケージ基板としてシリコン基板を用いる。更に、この基板には、ＭＥＭＳプロセスを効果的に適用できる。
【００１１】
また、本発明は、各光電デバイスの電極の外側に凹部が設けられた、光電デバイス用パッケージ構造及びその製造方法を提供する。絶縁層が凹部を囲んでおり、はんだが電極からシリコン基板の側面に流れられないようにすることで、短絡が防止される。
【００１２】
また、本発明は、製造コストが大きく低減されるように、低い抵抗率を有する低コストのシリコン基板をパッケージ構造に用いた、低コストの光電デバイス用パッケージ構造及びその製造方法を提供する。
【００１３】
本発明は、反射層及び電極にそれぞれ異なる材料を使用可能にする。反射層の材料は、電極材料の選択に影響を与えることなく、特定の波長の光を反射するための要件に基づいて選択される。従って、反射層及び電極にそれぞれ最適な材料が選択される。
【００１４】
本発明は、後続のプロセスウインドウのためのより多くの余裕を残すために、デバイスの底部に電極ビアホールを形成するためにウェットエッチング技術を用い得る。
【００１５】
また、本発明は、反射層の金属を酸化、硫化、又は他の化学物質との反応から保護するための絶縁層を提供する。絶縁層の厚さを調節して、特定の光線の建設的干渉を生じさせることもできる。
【００１６】
本発明の一実施形態による光電デバイス用パッケージ構造は、シリコン基板と、第１の絶縁層と、反射層と、第２の絶縁層と、第１の導電層と、第２の導電層と、ダイとを備える。シリコン基板は第１の面と第２の面とを有し、第１の面は第２の面の反対側にある。第１の面は反射開口部を有し、第２の面は、反射開口部に接続された少なくとも２つの電極ビアホールと、各電極ビアホールの外側に配置された凹部とを有する。第１の面、第２の面及び凹部を、第１の絶縁層が覆っている。反射開口部上には反射層が設けられている。反射層上には第２の絶縁層が設けられている。第２の絶縁層の表面には第１の導電層が設けられている。第２の面の表面及び電極ビアホールの内部には、第２の導電層が設けられている。反射開口部の内部にはダイが固定され、ダイは第１の導電層に電気的に接続されている。
【００１７】
好ましくは、第１の絶縁層は酸化シリコンでできており、第２の絶縁層は二酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンでできている。
【００１８】
好ましくは、反射層はアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、スズ（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）又は白金（Ｐｔ）で作られ、反射層の厚さは３００オングストローム〜２０，０００オングストロームである。
【００１９】
好ましくは、第１の導電層は第２の導電層まで延在し、第２の導電層と接続される。第１の導電層及び第２の導電層は、例えば、銀（Ａｇ）、ニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／金（Ｔｉ／Ａｕ）、チタン／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／銅／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／タングステン／銅／ニッケル／金（ＴｉＷ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）、又はクロム／銅／ニッケル／金（Ｃｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）等といった、はんだ付け可能な材料でできている。
【００２０】
本発明のこの実施形態のパッケージ構造は、反射開口部に充填された封緘層を更に備える。
【００２１】
好ましくは、ダイは複数のバンプを介して第１の導電層に電気的に接続される。
【００２２】
本発明の別の実施形態による光電デバイス用パッケージ構造は、シリコン基板と、第１の絶縁層と、金属層と、第２の絶縁層と、電極層と、ダイとを備える。シリコン基板は第１の面及び第２の面を有し、第１の面は第２の面の反対側であり、第１の面は反射開口部を有し、第２の面は、反射開口部に接続された複数の電極ビアホールを有し、第２の面には、各電極ビアホールの外側に配置された少なくとも１つの凹部が形成される。第１の面、第２の面及び凹部を、第１の絶縁層が覆っている。反射開口部の内部には、反射領域及び導電領域を有する金属層が設けられる。反射領域上には第２の絶縁層が設けられる。第１の絶縁層の表面及び電極ビアホールの内部には電極層が設けられる。反射開口部の内部にはダイが固定され、ダイは金属層の導電領域に電気的に接続される。
【００２３】
好ましくは、反射領域はアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、スズ（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）又は白金（Ｐｔ）でできている。
【００２４】
好ましくは、電極層は金属層の導電領域に接続され、電極層及び金属層は、例えば、銀（Ａｇ）、ニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／金（Ｔｉ／Ａｕ）、チタン／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／銅／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／タングステン／銅／ニッケル／金（ＴｉＷ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）、又はクロム／銅／ニッケル／金（Ｃｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）等といった、はんだ付け可能な材料でできている。
【００２５】
本発明の別の実施形態による光電デバイス用パッケージ構造の製造方法は、シリコン基板を設ける工程と、シリコン基板の第１の面に少なくとも１つの反射開口部を形成する工程と、シリコン基板の第２の面に、シリコン基板を貫通して少なくとも１つの反射開口部に至る複数の電極ビアホールと、該電極ビアホールの外側に設けられた複数の凹部とを形成する工程と、少なくとも１つの反射開口部、複数の電極ビアホール及び複数の凹部を覆う第１の絶縁層を形成する工程と、少なくとも１つの反射開口部の内部に反射層を形成する工程と、反射層上に第２の絶縁層を形成する工程と、第２の絶縁層上に第１の導電層を形成する工程と、シリコン基板の第２の面上及び電極ビアホールの内部に第２の導電層を形成する工程と、反射開口部の内部にダイを固定し、該ダイを第１の導電層に電気的に接続する工程とを備える。
【００２６】
好ましくは、第１の絶縁層は、高温酸化プロセスによって形成された酸化シリコンでできており、第２の絶縁層は、蒸着プロセスによって付着された二酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンでできている。
【００２７】
好ましくは、第１の導電層及び第２の導電層は、電気めっき法、蒸発法又は化学めっき法によって形成され、第１の導電層は第２の導電層に接続される。
【００２８】
好ましくは、ダイは、フリップチップ法又はワイヤボンディング法によって反射開口部の内部に固定される。
【００２９】
好ましくは、この実施形態の製造方法は、反射開口部及び電極ビアホールの内部に封緘層を充填する工程を更に備える。
【００３０】
本発明の別の実施形態による光電デバイス用パッケージ構造の製造方法は、シリコン基板を設ける工程と、シリコン基板の第１の面に少なくとも１つの反射開口部を形成する工程と、シリコン基板の第２の面に、シリコン基板を貫通して少なくとも１つの反射開口部に至る複数の電極ビアホールと、該電極ビアホールの外側に配置された凹部とを形成する工程と、少なくとも１つの反射開口部、複数の電極ビアホール及び複数の凹部を覆う第１の絶縁層を形成する工程と、少なくとも１つの反射開口部の内部に、反射領域と導電領域とを有する金属層を形成する工程と、反射領域に第２の絶縁層を形成する工程と、シリコン基板の第２の面上及び電極ビアホールの内部に電極層を形成する工程と、反射開口部の内部にダイを固定し、ダイを第１の導電領域と電気的に接続する工程とを備える。
【００３１】
好ましくは、金属層及び電極層は、電気めっき法、蒸発法又は化学めっき法によって形成される。
【００３２】
本発明の別の実施形態による光電デバイス用パッケージ構造は、シリコン基板と、第１の絶縁層と、反射層と、第２の絶縁層と、第１の導電層と、第２の導電層とを備える。シリコン基板は、互いに反対側にある第１の面及び第２の面を有し、第１の面は反射開口部を有し、第２の面は、反射開口部に接続された少なくとも２つの電極ビアホールを有し、第２の面は、各電極ビアホールの外側に配置された少なくとも１つの凹部も有する。第１の面、第２の面及び凹部を、第１の絶縁層が覆っている。反射開口部上には反射層が設けられる。反射層上には第２の絶縁層が設けられる。少なくとも２つの電極ビアホール上には第１の導電層が設けられ、第１の導電層は２つの電極パッドとして機能し、反射層から電気的に絶縁される。第２の面の下方及び少なくとも２つの電極ビアホールの内部には第２の導電層が設けられる。
【００３３】
好ましくは、第１の導電層及び第２の導電層は、はんだ付け可能な材料で作られ、第１の導電層は第２の導電層に電気的に接続される。
【００３４】
好ましくは、第１の導電層及び第２の導電層は、パターン転写エッチング又はリフトオフプロセスによって形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
添付の図面に従って本発明を説明する。
【００３６】
図３Ａ〜３Ｏは、本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図を示す。図３Ａに示されるように、上面である第１の面１１１と下面である第２の面１１２とを有するシリコン基板１１が設けられる。シリコン基板１１は、低い抵抗率（＜２００Ω・ｃｍ）を有する５インチ、６インチ、８インチ又は１２インチのシリコンウェハであり得る。シリコン基板１１は、＜１００＞結晶方位面を有し得る。シリコンは、結晶化プロセスに応じて、単結晶シリコン、ポリシリコン及びアモルファスシリコンに分類できる。シリコン基板１１によって提供される幾つかの重要な長所は、大きな放熱性と、よく発達した半導体プロセス又はＭＥＭＳプロセスに対する適性である。
【００３７】
図３Ｂに示されるように、次に、シリコン基板１１は、誘電層１２及び１３（又は絶縁層）によって被覆される。図３Ｂに示されている工程は、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）法を用いた付着プロセスによって達成できる。誘電層１２及び１３の材料は、耐シリコン（anti-silicon）異方性エッチング液によってエッチング可能なものが選択される。耐シリコン異方性エッチング液としては、カリウム（ＫＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）又はＮ２Ｈ４が選択され得る。誘電層１２及び１３の材料は、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、二酸化シリコン又は酸窒化シリコンであり得る。この実施形態では、誘電層１２及び１３は窒化シリコンでできている。図３Ｃに示されるように、次に、誘電層１２及び１３は、パターンを有するフォトレジスト層１４及び１５によってそれぞれ被覆される。
【００３８】
図３Ｄに示されるように、次に、誘電層１２及び１３のフォトレジスト層１４及び１５によって被覆されていない部分がエッチングによって除去される。次に、フォトレジスト層１４及び１５も除去される。図３Ｅに示されるように、第１の面１１１の誘電層１２によって被覆されていない部分がエッチングで除去され、複数の反射開口部１６が形成される。同様に、第２の面１１２の誘電層１３によって被覆されていない部分がエッチングで除去され、複数の電極ビアホール１７及び１８及び複数の凹部１９が形成される。
【００３９】
図３Ｅ及び図３Ｆに示されるように、次に、残っている誘電層１２及び１３が除去される。残っているシリコン基板１１は、複数の基部１１Ｂ及び複数のカップ部１１Ａを有する。誘電層１２及び１３が窒化シリコンでできている場合には、残っている誘電層１２及び１３をエッチングで除去するために、加熱したリン酸が選択され得る。図３Ｇに示されるように、次に、基部１１Ａ及びカップ部１１Ｂを、酸素が豊富な高温環境に或る時間だけさらし、基部１１Ａ及びカップ部１１Ｂを被覆する第１の絶縁層２１Ａ及び２１Ｂを形成する。この実施形態では、第１の絶縁層２１Ａ及び２１Ｂは、シリコンに対する良好な接着性を有し且つ誘電性要件を満たす二酸化シリコンでできている。
【００４０】
酸素又は水蒸気下におけるシリコンの酸化反応を記述する化学反応関数は以下の通りである。
【００４１】
ドライ酸化：Ｓｉ（固体）＋Ｏ２（気体）→ＳｉＯ２（固体）。
【００４２】
ウェット酸化：Ｓｉ（固体）＋２Ｈ２Ｏ（気体）→ＳｉＯ２（固体）＋２Ｈ２（気体）。
【００４３】
この実施形態では、第１の絶縁層２１Ａ及び２１Ｂは、ウェット酸化反応で生成される高温酸化物であり、反応温度は９００〜１１００℃である。反応時間が短いことから、第１の絶縁層２１Ａ及び２１Ｂの厚さは３０〜１０，０００オングストロームである。
【００４４】
図３Ｈ〜図３Ｉに示されるように、次に、第１の絶縁層２１Ａ及び２１Ｂが反射層２２Ａ及び２２Ｂによって被覆される。これは、物理蒸着（ＰＶＤ）法を用いた付着プロセスによって達成できる。図３Ｉに示されるように、次に、反射層２２Ａ及び２２Ｂが、ＰＥＣＶＤ法によって生成されるパッシベーション層である第２の絶縁層２３Ａ及び２３Ｂによって被覆される。二酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンで作られ得る第２の絶縁層２３Ａ及び２３Ｂの主な目的は、反射層２２Ａ及び２２Ｂの金属を酸化から保護することである。
【００４５】
酸窒化シリコンは、二酸化シリコン及び窒化シリコンと類似の特性を有する。酸窒化シリコンは、窒化シリコンよりも滑らかな応力を有すると共に、水及び不純物に対する非透過性が二酸化シリコンよりも良好である。従って、酸窒化シリコンは、しばしば保護層の材料として用いられる。酸窒化シリコンは、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）法を用いて高温環境（＞８５０℃）で付着させることもできるが、シリコン基板の金属層の汚染を防止するために、保護層として機能する酸窒化シリコンの反応温度は、４００℃以下であることが必要である。従って、今日の酸窒化シリコンの付着プロセスはＰＥＣＶＤ法によって達成される。
【００４６】
図３Ｊ〜図３Ｋに示されるように、次に、第２の絶縁層２３Ａ及び２３Ｂの表面に導電層１２１及び１２２が形成され、導電層１２１及び１２２は第１の絶縁層２１Ａ及び２１Ｂの表面まで延在する。導電層１２１及び１２２は、はんだ付け可能な材料でできており、その材料は、後に続くパッケージングプロセスに従って選択され、銀（Ａｇ）、ニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／金（Ｔｉ／Ａｕ）、チタン／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／銅／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／タングステン／銅／ニッケル／金（ＴｉＷ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）、又はクロム／銅／ニッケル／金（Ｃｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）であり得る。導電層１２１及び１２２のパターン転写は、フォトリソグラフィプロセス（即ち、エッチングによってパターンが転写される）又はリフトオフプロセスによって達成できる。導電層１２１及び１２２の形成は、電気めっき法、蒸発法又は化学めっき法によって達成できる。
【００４７】
反射層２２Ａ及び２２Ｂの主な目的は、光電デバイスの輝度を高めることである。反射層２２Ａ及び２２Ｂの材料は、異なる波長要件に応じて、例えば、アルミニウム／ニッケル／金（Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ）等といった導電層１２１及び１２２と同じものであってもよく、又は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、スズ（Ｓｎ）、銅（Ｃｕ）又は白金（Ｐｔ）等といった、導電層１２１及び１２２とは異なるものであってもよい。反射層２２Ａ及び２２Ｂの厚さは３００〜２０，０００オングストロームである。
【００４８】
図３Ｋに示されるように、次に、バックエンド電極１３１及び１３２が第１の絶縁層２１Ａ及び２１Ｂの下部上に設けられる。電極１３１は導電層１２１に電気的に接続され、電極１３２は導電層１２２に電気的に接続される。電極１３１及び１３２は、例えば、金（Ａｕ）、ニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／金（Ｔｉ／Ａｕ）、チタン／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／銅／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）、チタン／タングステン／銅／ニッケル／金（ＴｉＷ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）、又はクロム／銅／ニッケル／金（Ｃｒ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）等といった、はんだ付け可能な材料又は良好な導電性を有する任意の材料で作られ得る。電極１３１及び１３２のパターン転写は、フォトリソグラフィプロセス（即ち、エッチングによってパターンが転写される）又はリフトオフプロセスによって達成できる。導電性電極１３１及び１３２の形成は、電気めっき法、蒸発法又は化学めっき法によって達成できる。
【００４９】
図３Ｌに示されるように、次に、複数の光半導体ダイ３１Ａが導電層１２２の反射開口部１６内に固定され、ワイヤボンディング法によって導電層１２１及び１２２に電気的に接続される。即ち、複数の光半導体ダイ３１Ａは、金属線３５によって導電層１２１及び１２２に電気的に接続される。
【００５０】
図３Ｍ〜図３Ｎに示されるように、次に、電極ビアホール１７及び１８をテープ接着剤３９でシールした後に、反射開口部１６並びに電極ビアホール１７及び１８の内部に封緘層３２が形成される。封緘層３２が固化されたら、テープ接着剤３９は除去される。テープ接着剤３９以外に、封緘層３２が電極ビアホール１７から漏出するのを防止するために、例えば板材やモールド等といった他の封緘シール材料を用いることも可能である。最後に、図３Ｎに示されるように、基部１１Ｂが切り離されて単一の光電デバイス３３Ａが形成される。光電デバイス３３Ａの各側であって電極ビアホール１７及び１８の外側には、少なくとも１つの凹部１９がある。光電デバイス３３Ａがプリント基板にはんだ付けされる際に、第１の絶縁層２１Ａによって被覆されている凹部１９は、はんだが漏れてカップ部１１Ａ（シリコン基板）の側面に流れて短絡を生じ得るのを防止できる。即ち、凹部１９は、絶縁層２１Ａによって被覆されていないカップ部１１Ａの側面にはんだが流れないように、はんだの漏出を抑えることができる。カップ部１１Ａ及び基部１１Ｂに低抵抗率のシリコン基板が用いられる場合には、はんだの漏出によって生じる光電デバイス３３Ａの短絡問題は特に深刻である。この実施形態では、この問題が完全に解決される。
【００５１】
図１を参照すると、非貫通孔８６の外側に、シリコン基板のまだ露出している部分があることがわかる。従って、はんだの漏出は、非貫通孔８６内では完全に抑えられない。その代わりに、はんだは、シリコン基板の絶縁層によって被覆されていない部分に流れ、短絡を生じる。一方、この実施形態では、はんだがカップ部１１Ａの側面に流れないように、凹部１９がはんだの漏出を抑えることができる。更に、図１に示されている従来技術の構造と、本実施形態の構造とは、多くの点で異なっており、これは本発明の特許性を示すものである。
【００５２】
図４Ａに示されるように、ワイヤボンディング以外に、フリップチップ法によって、ダイ３１Ｂを固定して導電層１２１及び１２２に電気的に接続することもできる。電極ビアホール１７及び１８の外側に、複数の凹部１９’が配置されていることがわかる。図４Ｂに示されるように、次に、テープ接着剤３９によって電極ビアホール１７及び１８をシールし、反射開口部１６並びに電極ビアホール１７及び１８の内部に封緘層３２が形成される。封緘層３２が固化したら、テープ接着剤３９は除去される。最後に、図４Ｃに示されるように、基部１１Ｂが切り離されて単一の光電デバイス３３Ｂが形成される。ダイ３１Ｂは、複数のバンプ３４を介して導電層１２１及び１２２に電気的に接続される。
【００５３】
導電層１２１及び１２２並びに反射層２２Ａ及び２２Ｂは、異なる工程で付着される。しかし、図５及び図６に示されるように、これらの層は、１回の付着プロセスで形成することもできる。図５は、ワイヤボンディング法を用いたパッケージ構造を示す。図６は、フリップチップ法を用いたパッケージ構造を示す。導電層１２１’及び１２２’並びに反射層２２Ａ’は、１回の付着プロセスで形成される。即ち、これらの層は同じ材料でできている。
【００５４】
図７Ａ〜図７Ｉは、本発明の光電デバイスの製造方法の別の実施形態の流れ図を示す。図７Ａに示されるように、上面である第１の面７１１と下面である第２の面７１２とを有するシリコン基板７１が設けられる。シリコン基板７１は、５インチ、６インチ、８インチ又は１２インチのシリコンウェハであり得る。シリコン基板７１は、＜１００＞結晶方位面を有し得る。シリコン基板７１によって提供される幾つかの重要な長所は、大きな放熱性と、よく発達した半導体プロセス又はＭＥＭＳプロセスに対する適性である。
【００５５】
図７Ｂに示されるように、シリコン基板７１の第１の面７１１には、ウェットエッチング技術によって反射開口部７６が形成され、反射開口部７６の各側方には、ウェットエッチング技術によって第２の面７１２に２つの凹部７９が形成される。ウェットエッチング工程のエッチング液としては、カリウム（ＫＯＨ）が選択され得る。図７Ｂの工程は、例えば、フォトレジストのコーティング、軽い焼成、露光、現像、強い焼成、シリコン基板のエッチング、及びフォトレジストの除去等といったフォトリソグラフィプロセス、即ち、エッチング法によってパターンを転写することを含む。ウェットエッチング技術の等方性に起因して、反射開口部７６及び凹部７９のエッチングプロファイルは調節可能である。
【００５６】
図７Ｃに示されるように、次に、シリコン基板７１の第２の面７１２に、ウェットエッチング技術によって電極ビアホール７７及び７８が形成される。電極ビアホールの数は２つに限定されず、２つより多くてもよい。例えば、２つより多い発光デバイスが組み込まれる場合には、電極ビアホール７７及び７８の数は４つ又は６つであり得る。電極ビアホール７７及び７８はウェットエッチング技術によって形成されるので、その開口部を実質的により大きくすることができ、次のプロセスウインドウのための余裕が生じる。同様に、図７Ｃの工程もフォトリソグラフィプロセスを含む。
【００５７】
図７Ｄに示されるように、次に、酸化シリコン層がシリコン基板７１を被覆し、第１の絶縁層７２１として機能する。酸化シリコン層の形成は、高温酸化法又は化学蒸着（ＣＶＤ）法によって達成できる。高温酸化法によって形成される酸化シリコンは、よりコンパクトな構造を示すので、高温酸化法が好ましい。この実施形態では、高温酸化法は、高温酸化法又は高温ウェット酸化法であり得る。第１の絶縁層７２１は窒化シリコンで作ることも可能である。
【００５８】
図７Ｅに示されるように、次に、反射開口部７６の内部に反射層７２２が形成される。反射層７２２は、用いられる光の波長に応じて、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）又はスズ（Ｓｎ）で作られ得る。反射層７２２は、電気めっき法、蒸発法、又は電子ビームエピタキシー法によって形成され得る。反射層７２２はシリコン基板７１の第１の面７１１のみに形成されるので、プロセス条件は比較的単純である。更に、必要に応じて、反射層７２２の形成後に、別のエッチング技術によって、反射開口部７６の外側の反射層７２２の部分を除去する工程があってもよい。
【００５９】
図７Ｆに示されるように、次に、反射層７２２を被覆する第２の絶縁層７２３が形成される。第２の絶縁層７２３は、酸化シリコン又は窒化シリコンで作られ得るものであり、ＰＶＤ法によって形成される。酸化シリコンはＰＥＣＶＤ法によって形成でき、窒化シリコンはＬＰＣＶＤ法によって形成できる。第２の絶縁層７２３の厚さを調節することで、特定の光の建設的干渉を生じさせることができる。第２の絶縁層７２３は反射層７２２を被覆し、反射性の金属、特に、酸化しやすいアルミニウム又はスズで構成される反射性の金属の酸化、硫化、又は他の化学反応を防止する。
【００６０】
図７Ｇに示されるように、次に、第１の金属層がフロントエンド電極７４１及び７４２として形成される。フロントエンド電極７４１及び７４２は、主にはんだ付けによって発光デバイスに接続されるので、フロントエンド電極７４１及び７４２の材料は、例えば、ワイヤボンディングやフリップチップパッケージングプロセス等といったパッケージングプロセスに応じて、はんだ付け可能な材料として選択され得る。フロントエンド電極７４１及び７４２は、電気めっき法又は蒸発法によって形成できる。フロントエンド電極７４１及び７４２のパターンは、パターン転写エッチング又はリフトオフプロセスによって形成できる。リフトオフプロセスはパターン転写エッチングプロセスと似ているが、異なる工程順を有する。リフトオフプロセスの手順は以下の通りである。フォトレジスト層を形成し、露光し、現像し、フォトレジスト層上に金属層を形成し、フォトレジスト層上の金属層と共にフォトレジスト層を除去する。即ち、リフトオフプロセスには、金属層のエッチング工程がない。しかし、パターン転写エッチングプロセス又はリフトオフプロセスのいずれも、従来のレーザプロセスよりも成熟しておりコスト効果が高いプロセスである。
【００６１】
フロントエンド電極７４１及び７４２並びに反射層７２２は、第２の絶縁層７２３によって電気的に絶縁され、これにより、電力漏えいによって生じるデバイスの損傷が防止される。
【００６２】
図７Ｈに示されるように、次に、第２の金属層がバックエンド電極７５１及び７５２として形成される。バックエンド電極７５１及び７５２は、はんだ付け可能な材料又は任意の通常の電極材料で作られ得る。バックエンド電極７５１及び７５２は、フロントエンド電極７４１及び７４２と同じ方法で形成される。一方、バックエンド電極７５１及び７５２のパターン転写は、フロントエンド電極７４１及び７４２と同じ方法又は異なる方法で達成できる。バックエンド電極７５１及び７５２は電極ビアホール７７及び７８を埋め、フロントエンド電極７４１及び７４２と電気的に接続する。
【００６３】
図７Ｉに示されるように、次に、ＬＥＤダイ３１Ａがワイヤボンディングで接続され、エポキシでできた封緘層３２によって被覆される。封緘層３２には、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）やケイ酸系等といった蛍光粉末を添加できる。ケイ酸系の主な化学式はＡ２ＳｉＯ４であり、Ａは、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）又はカドミウム（Ｃｄ）の少なくとも１つである。封緘層３２の充填は、トランスファー成形法又は粘性体注入（glob injecting）法によって達成できる。
【００６４】
図８に示されるように、ＬＥＤダイ３１Ｂはフリップチップ実装され、エポキシによって被覆される。封緘層３２には、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）やケイ酸系等といった蛍光粉末が添加され得る。封緘層３２の充填は、トランスファー成形法又は粘性体注入法によって達成できる。
【００６５】
上述の本発明の実施形態は、単に説明を意図するものである。添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの別の実施形態が考案され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】従来のＬＥＤのパッケージ構造を示す図
【図２】図１のパッケージ構造を製造するための流れ図
【図３Ａ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｂ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｃ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｄ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｅ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｆ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｇ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｈ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｉ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｊ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｋ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｌ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｍ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｎ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図３Ｏ】本発明の光電デバイスの製造方法の一実施形態の流れ図
【図４Ａ】本発明の光電デバイスの製造方法の別の実施形態の流れ図
【図４Ｂ】本発明の光電デバイスの製造方法の別の実施形態の流れ図
【図４Ｃ】本発明の光電デバイスの製造方法の別の実施形態の流れ図
【図５】本発明のパッケージ構造の一実施形態を示す図
【図６】本発明のパッケージ構造の別の実施形態を示す図
【図７Ａ】本発明の光電デバイスの製造方法の別の実施形態の流れ図
【図７Ｂ】本発明の光電デバイスの製造方法の別の実施形態の流れ図
【図７Ｃ】本発明の光電デバイスの製造方法の別の実施形態の流れ図
【図７Ｄ】本発明の光電デバイスの製造方法の別の実施形態の流れ図
【図７Ｅ】本発明の光電デバイスの製造方法の別の実施形態の流れ図
【図７Ｆ】本発明の光電デバイスの製造方法の別の実施形態の流れ図
【図７Ｇ】本発明の光電デバイスの製造方法の別の実施形態の流れ図
【図７Ｈ】本発明の光電デバイスの製造方法の別の実施形態の流れ図
【図７Ｉ】本発明の光電デバイスの製造方法の別の実施形態の流れ図
【図８】本発明のパッケージ構造の別の実施形態を示す図
【符号の説明】
【００６７】
１１、７１    シリコン基板
１１Ａ    カップ部
１１Ｂ    基部
１２、１３、１２１、１２２、１２１’、１２２‘    誘電層
１４、１５    フォトレジスト層
１６、７６    反射開口部
１７、１８、７７、７８    電極ビアホール
１９、１９’、７９    凹部
２１Ａ、２１Ｂ、７２１    第１の絶縁層
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ａ’、７２２    反射層
２３Ａ、２３Ｂ、７２３    第２の絶縁層
３１Ａ    ダイ
３２    封緘層
３３Ａ    光電デバイス
３４    バンプ
３５    金属線
１１１、７１１    第１の面
１１２、７１２    第２の面
１３１、１３２、７５１、７５２    バックエンド電極
７４１、７４２    フロントエンド電極
【図１】
2009105409.tif 000003
【図２】
2009105409.tif 000004
【図３Ａ】
2009105409.tif 000005
【図３Ｂ】
2009105409.tif 000006
【図３Ｃ】
2009105409.tif 000007
【図３Ｄ】
2009105409.tif 000008
【図３Ｅ】
2009105409.tif 000009
【図３Ｆ】
2009105409.tif 000010
【図３Ｇ】
2009105409.tif 000011
【図３Ｈ】
2009105409.tif 000012
【図３Ｉ】
2009105409.tif 000013
【図３Ｊ】
2009105409.tif 000014
【図３Ｋ】
2009105409.tif 000015
【図３Ｌ】
2009105409.tif 000016
【図３Ｍ】
2009105409.tif 000017
【図３Ｎ】
2009105409.tif 000018
【図４Ａ】
2009105409.tif 000019
【図４Ｂ】
2009105409.tif 000020
【図４Ｃ】
2009105409.tif 000021
【図５】
2009105409.tif 000022
【図６】
2009105409.tif 000023
【図７Ａ】
2009105409.tif 000024
【図７Ｂ】
2009105409.tif 000025
【図７Ｃ】
2009105409.tif 000026
【図７Ｄ】
2009105409.tif 000027
【図７Ｅ】
2009105409.tif 000028
【図７Ｆ】
2009105409.tif 000029
【図７Ｇ】
2009105409.tif 000030
【図７Ｈ】
2009105409.tif 000031
【図７Ｉ】
2009105409.tif 000032
【図８】
2009105409.tif 000033
【外国語明細書】
2009105409000001.pdf