CN1333431C - 半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体装置的制造方法，优点是在将多个半导体元件混合集成而成的半导体装置中，制造时既采用FSA工艺，又可以容易并且确实地安装各半导体元件。该制造方法的特征是：在对应多个半导体激光元件的配置图形的位置分别形成具有开口部(30a、30b)的模板(30)，然后保持模板在配置各半导体激光元件的安装用的晶圆(10A)的主面上。接着，将多个半导体激光元件分散在液体中，通过将分散了多个半导体激光元件的液体流经模板(30)保持的晶圆(10A)上，从而将多个半导体激光元件自行调整地分别嵌入到模板(30)的各开口部(30a、30b)内。

Description

半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体装置，特别是关于能够对半导体激光装置等的半导体发光装置进行自匹配安装的半导体装置的制造方法。
背景技术
一般的数字多功能光碟(以下称DVD)用的重放装置，不仅是DVD，小型光盘(以下称CD)的重放功能，以及近年急速普及的可写入型CD(CD-R)的重放及存储功能都是必要的。
作为用于重放DVD的重放光，使用具有650nm波长的红色激光，一方面，作为用于重放CD或者CD-R的重放光，使用的是具有780nm波长的红外激光。所以，在目前的DVD重放装置中，生成红色激光的红色半导体激光元件与生成红外激光的红外半导体激光元件的两个半导体激光元件被搭载成矩阵状。
近年，随着对个人计算机等信息机器的小型化的要求，DVD重放装置也必须向小型化和薄型化发展。为实现这一点，光读取器的小型化以及薄型化必不可少。作为光读取器的小型化以及薄型化的方法，可以举出光学系的简单化。
作为光学系的简单化的方法，考虑到红色半导体激光元件和红外半导体激光元件的集成化。目前的DVD重放装置由红色半导体激光元件用以及红外半导体激光元件用的两个光学系部件构成，通过将红色和红外的两个半导体激光元件集成化，可以共有光学系部件，可以实现光读取器的小型化以及薄型化。
比如，作为红色半导体激光元件以及红外半导体激光元件的集成化的例子，【专利文献1】公布了在一片基板上集成也就是单片型半导体激光元件矩阵的方案。
而且，通过将红色用与红外用的两个半导体激光芯片混合集成，共有两个光学系部件的光读取器的例子也在【专利文献2】以及【专利文献3】中被公布。
但是，所述以往的混合型的两波长激光元件矩阵，由于各激光元件活性层的组成是互相不同的，因此成长工序必须分别进行，这就存在成品率低的问题。特别是将高输出的激光元件集成在单片上的情况下，成品率低的问题非常显著。
进而，在高密度DVD用的氮化镓(GaN)系的蓝色激光元件与以往的DVD上用的磷化铝镓铟(AiGaInP)系的红色激光元件单片集成化的工作，从结晶成长的观点来看是极端困难的。
而且，所述以往的混合型的光读取器使用组合装置，在组合红色半导体激光芯片和红外半导体激光芯片时，存在调整各半导体激光芯片的活性层的位置以及发光点的间隔进行最佳化是困难的问题。
但是，近年作为设备的一种安装方法，开发了一种使用Fluidic Self-Assembly(以下称FSA)工艺的安装方法。
FSA工艺是：将具有十μm～数百μm的大小并且具有规定的形状的器件(以下称‘功能颗粒’)分散在液体中呈浆液状，通过将这个浆液状的液体(浑浊液)流过形成有与功能颗粒基本同样大小和形状的凹槽部的比如由硅组成的基板表面，使分散在液体中的功能颗粒嵌入到凹槽部内，将功能颗粒安装在基板上的方法。
FSA工艺比如在【专利文献4】～【专利文献7】等被公布。
【专利文献1】
特开平11-186651号公报(第1图)
【专利文献2】
特开平11-144307号公报
【专利文献3】
特开平11-149652号公报
【专利文献4】
美国专利第5545291号说明书
【专利文献5】
美国专利第5783856号说明书
【专利文献6】
美国专利第5824186号说明书
【专利文献7】
美国专利第5904545号说明书
但是，所述以往的FSA工艺，为了向基板嵌入功能颗粒，由蚀刻工艺形成凹槽构造是不容易的，存在安装用基板的生产效率低的问题。
发明内容
本发明提供一种半导体装置的制造方法，其目的是在将多个半导体元件混合集成化形成的半导体装置中，在制造时虽然也采用FSA工艺，但是可以容易并且确实地安装各半导体元件。
为了实现所述目的，本发明的半导体装置的制造方法，并不将为了嵌入多个半导体元件的凹槽构造设置在基板本体上，而是嵌入在对应各半导体元件的配置图形的位置上分别设置了开口部的模板上的开口部内。
具体而言，本发明的半导体装置的制造方法，包括形成在对应芯片状的多个半导体元件的配置图形的位置上分别具有开口部的模板的第1工序；将所述模板保持在配置所述多个半导体元件的基板的主面上的第2工序；将所述多个半导体元件分散在液体中，通过使分散了所述多个半导体元件的液体流过保持所述模板的基板的上面，使所述多个半导体元件分别自行调整地嵌入到所述模板的各开口部的第3工序。
根据本发明的半导体装置的制造方法，在对应芯片状的多个半导体元件配置图形的位置上形成具有各自的凹槽部模板，为了将形成的模板保持在配置半导体元件的基板的主面上，没有必要在配置半导体元件基板的主面上直接设置嵌入该半导体元件的凹槽构造，这样，由于使用具有嵌入半导体元件的开口部的模板，形成困难的凹槽构造没有必要在基板上形成，因此也就可以容易并且确实地安装将多个半导体元件混合集成化的半导体装置。
本发明半导体装置的制造方法，最好在所述的第3工序中，在使保持所述模板的基板在其主面内进行旋转的同时，流过所述液体。
这样的话，半导体元件被嵌入模板的开口部的概率变高，因此安装工序的生产效率提高。
本发明的半导体装置的制造方法，在第2工序之前，最好还包括：在所述基板的主面上的配置所述各半导体元件的部分上，形成与所述各半导体元件分别构成电导通的多个基板电极的第4工序。
而且，本发明的半导体装置的制造方法的第2工序与第3工序之间，最好还包括：在所述基板的主面上的从所述模板的各开口部露出的部分上，形成与所述各半导体元件分别构成电导通的多个基板电极的第4工序。
这种情况下，本发明的半导体装置的制造方法的第3工序之后，最好还包括：在把所述各半导体元件分别固定在所述各基板电极上以后，从所述基板上除去所述模板的第5工序。这样的话，一次制作的模板可以再利用。
在本发明的半导体装置的制造方法中，所述各半导体元件是从端面射出激光的端面射出型半导体激光元件，在所述第1工序中，形成所述模板的各开口部，使所述各半导体激光元件的射出方向朝向一个方向。
这样的话，各半导体激光元件只要分别嵌入设置在模板上的开口部，每个半导体激光元件的活性层的位置和半导体激光元件之间的发光点的间隔自行调整地对齐。进而，即使构成多个半导体激光元件的材料(组成)各自不同的情况，也可以集成化，而且，由于各开口部对齐了各半导体激光元件的射出方向，因此用于光读取器装置时，成像点的波象差可以确实控制在容许范围之内。
这种情况下，最好是所述各半导体激光元件，从前端面射出的光的输出值与从后端面射出的光的输出值相等。
这样的话，半导体激光元件没有必要选择的射出方向，因此半导体装置的制造更加容易。
本发明的半导体装置的制造方法，理想的是，在所述第1工序中，形成所述模板的各个开口部，使其与所述各个半导体元件的被嵌入侧的面的形状相一致。
这种情况下，最好是所述各半导体元件的被嵌入所述开口部侧的面的形状互不相同。这样的话，可以有选择地将多个半导体元件分别嵌入设置在模板上的开口部。
进而，这种情况的所述多个半导体元件分别是半导体发光元件，在所述第1工序中，最好是所述模板的各开口部对应所述各个半导体发光元件的每个发光波长形成不同的形状。这样的话，在发光元件是激光元件时，可以得到两个波长激光元件矩阵。
而且，这种情况的所述多个半导体元件分别是半导体发光元件，在所述第1工序中，最好是所述模板的各开口部对应所述各个半导体发光元件的每个光输出值形成不同的形状。这样的话，在发光元件是激光元件时，可以得到写入用以及读出用的不同用途的激光元件矩阵。
附图说明
图1：(a)～(c)是表示本发明一实施例的半导体激光装置的模式图，(a)是俯视图，(b)是主视图，(c)是左侧视图。
图2：是表示在本发明一实施例的半导体激光装置的制造方法的一工序中，代替安装用的晶圆上设置的凹槽构造，装载有用于决定配置图形的模板的状态的晶圆的示意俯视图。
图3：(a)以及(b)表示用于本发明的一实施例的半导体激光装置的制造方法的模板，(a)是第1变形例的俯视图，(b)是第2变形例的俯视图。
图4：(a)～(d)是表示本发明一实施例的半导体激光装置的制造方法的工序的构成剖视图。
图5：是表示用于本发明一实施例的半导体激光装置的制造方法的安装(嵌入)装置的模式的构成图。
图中：100-半导体激光装置，10A-晶圆，10-基板，11-第1半导体激光元件，11a-射出端面，11b-后端面，11c-激光发光部(发光点)，12-第2半导体激光元件，12a-射出端面，12b-后端面，12c-激光发光部(发光点)，21-第1基板电极，22-第2基板电极，30-模板，30A-模板，30B-模板，50-容器，51-晶圆保持器，60-泵部，61-气体引入口。
具体实施方式
下面，参照附图就本发明的一实施例进行说明。
图1(a)～图1(c)表示本发明一实施例的半导体激光装置，(a)是俯视图，(b)是主视图，(c)是左侧视图。
如图1(a)及图1(b)所示，本实施例的半导体激光装置100包括：比如由硅(Si)构成的基板10、在该基板10的主面上隔着第1基板电极21而保持的第1半导体激光元件11、在基板10的主面上隔着第2基板电极22并与第1激光元件11以相互的激光射出方向对齐的方式邻接而保持的第2激光元件12。这里，第1半导体激光元件11，比如发出红外激光，第2半导体激光元件12，比如发出红色激光。
第1以及第2的各半导体激光元件11、12的高度约120μm，长边方向(射出方向)的长度约800μm，短边方向的长度约300μm。
另外，基板10不限于硅材料，镓(GaAs)或者炭化硅(SiC)等也可以，最好是热传导性好的材料。而且，构成基板10的材料，可根据功能颗粒的种类、半导体激光装置100的用途等进行适当地选择。
而且，第1半导体激光元件11以及第2半导体激光元件12的发光波长，也不限定上述的组合，比如可以选择红外、红色以及蓝色激光中的二种就可以，进而，在基板10的主面上也可以配置4个以上的激光元件。
半导体激光装置100，比如可以适用于用于光盘的读出或写入的光读取器装置(图中未示)。在本实施例中，各半导体激光元件11、12都是从半导体层的端面射出激光，即端面射出型的半导体激光元件，如图1(b)以及图1(c)所示，从各半导体激光元件11、12的各射出端面11a、12a射出的各激光可以射入在光读取器装置上搭载的物镜那样地配置。所以，各半导体激光元件11、12的射出端面11a、12a的位置以及激光发光部11c、12c的高度相同。
而且，第1半导体激光元件11和第2半导体激光元件12其分别从射出端面11a、12a射出的光的输出值与从后端面11b、12b射出的光的输出值可以设定为相等。
而且，第1以及第2的各半导体激光元件11、12的平面形状不一定是长方形，根据用途以及功能可以是各种各样的形状。比如，各功能颗粒的平面形状可以是正方形、圆形、或者平行四边形、椭圆形、长圆形等具有两个旋转轴对称的形状或者梯形等具有一个旋转轴对称的形状。但是，正方形以及圆形时，要想对齐功能颗粒之间的射出方向是比较困难的。
而且，第1半导体激光元件11和第2半导体激光元件12之间的发光波长一样，并且也可以是光输出值之间相互不同的构成。
而且，被功能化的各半导体激光元件11、12的配置位置不限于本实施例，也可以左右掉转。
而且，虽然图中没有表示，对于设置在第1以及第2半导体激光元件11、12上的元件电极中的露出在基板10的主面侧的上面的元件电极，通过引线接合而形成布线的方法是比较简单的。
(半导体激光装置的制造方法)
下面，参照附图就所述构成的半导体激光元件100的制造方法进行说明。
比如，被功能颗粒化的第1以及第2的各半导体激光元件11、12，无论用人工，或是用组装设备都可以安装到基板10的主面上。但是，本发明的目的是，采用前述的FSA工艺，并且在基板10上不设置凹槽构造，可以分别安装多个第1以及第2激光元件11、12。
图2是本实施例的半导体激光装置的制造方法的一工序，表示的是代替在晶圆(基板)上设置凹槽构造，而装载决定配置图形用的模板的状态的晶圆的平面构成。
如图2所示，比如在由硅构成的安装用晶圆10A的主面上，将由镍或者他的合金构成的，形成成对的第1开口部30a以及第2开口部30b，并且被设置成矩阵状的模板30保持在晶圆10A的主面上。这里，模板30与晶圆10A可以是机械结合，也可以是用可以剥离的粘结剂粘结的结合。而且，关于这些保持方法的选择，可以根据晶圆、功能颗粒以及使该功能颗粒分散的液体的种类适当地决定。
设置第1开口部30a以及第2开口部30b，使其与图1(a)所示的第1以及第2半导体激光元件11、12的配置图形相对应。而且，模板30的厚度最好与各半导体激光元件11、12的高度(厚度)相等或更小。
另外，第1以及第2的各开口部30a、30b可以用蚀刻等化学方法或冲孔等机械方法形成。而且，可以使用添加法等，也可以通过电镀或蒸镀来形成。
而且，模板30的平面形状(外形)不一定是方形。
下面，说明模板30的变形例。
图3(a)以及图3(b)表示本实施例的模板的变形例的平面构成。
如图3(a)所示，第1变形例的模板30A中，用于第2半导体激光元件12的定位的第2开口部30b的长边方向的长度比用于第1半导体激光元件11定位的第1开口部30a的长边方向的长度要小。所以，此时，第2半导体激光元件12自身的长边方向的长度必须比第1半导体激光元件的自身的长边方向的长度要短。这样，根据第1变形例，第1半导体激光元件11与第2半导体激光元件12的安装位置不会颠倒。
而且，如图3(b)所示，第2变形例的模板30B中，与第1变形例相同，第2开口部30b的长边方向的长度做得小，而且，各开口部30a、30b的平面形状，如同将各自长方形的外侧的一个角切掉那样的呈五角形，由二轴旋转对称变成一轴旋转对称。所以，此时必须将第1以及第2半导体激光元件11、12的平面形状分别与对应的开口部30a、30b的开口部形状一致。由此，第1以及第2的各半导体激光元件11、12的各自的基板10上的安装位置就一下子决定了。
一般，高输出激光元件在其激光元件的射出端面侧与后端面侧的激光输出值(能量)有很大不同，所以必须确实区别射出端面和后端面。
所以，在本实施例中，对于第1以及第2半导体激光元件11、12，消除了其在被嵌入模板30B上的各开口部30a、30b内的部分的平面形状上的点对称性，并且使开口部30a、30b之间的形状(大小)互不相同。
这里，作为一个例子，说明通过使用第2变形例的模板30B安装半导体激光元件而制造具有矩阵构造的半导体激光装置的方法。
图4(a)～图4(d)表示的是本实施例的半导体激光装置的制造方法，是多个半导体激光元件的安装方法的工序顺序的断面构成图。
首先，如图4(a)所示，比如在由硅构成的晶圆10A的主面上的第1半导体激光元件以及第2半导体激光元件的各配置位置有选择地分别形成由焊锡等低熔点金属构成的第1基板电极21以及第2基板电极22。为形成基板电极21、22，可以采用比如焊锡印刷法，或者，采用由平板印刷术在开口部形成具有电极形状的抗蚀图，在形成的抗蚀图的整面堆积低熔点金属以后，再用剥离工艺除去该抗蚀图。另外，这里仅表示了晶圆10A的一对半导体激光元件11、12的安装部分。
其次，如图4(b)所示，在形成有第1基板电极21以及第2基板电极22的晶圆10A的主面上，通过进行对位，使设置在晶圆10A上的第1基板电极21以及第2基板电极22分别从形成在模板30B上的第1开口部30a以及第2开口部30b露出，图3所示的模板30B是以机械的方式被保持。
另外，在本实施例中，虽然在晶圆10A上形成基板电极21、22以后，将模板30B保持在其主面上，但也可以取代这种方式，而将模板30B在晶圆10A上保持以后，在从晶圆10A的模板30B的各开口部30a、30b的露出面上分别形成基板电极21、22。这样的话，就没有必要进行对分别对应的晶圆10A上的各基板电极21、22和模板30B的各开口部30a、30b的对位，因此是理想的。
其次，通过FSA工艺，将功能颗粒化的第1半导体激光元件以及第2半导体激光元件12顺序地嵌入模板30B的第1开口部30a以及第2开口部30b。
FSA工艺中，为了使功能颗粒分散在水(H2O)或甲醇(CH3OH)等液体(媒体)中，在组装二波长激光元件矩阵时，最好使设置在模板30B上的第1开口部30a以及第2开口部30b之间的开口形状不同。
而且，在安装相互的平面形状不同地形成的半导体激光元件11、12时，最好先嵌入平面尺寸大的激光元件，即第1半导体激光元件11，其原因在于，如果先嵌入平面尺寸小的第2半导体激光元件12的话，第2半导体激光元件12也要嵌入比其平面尺寸大的第1开口部30a之中。
这里，简要说明将各半导体激光元件11、12安装到基板中的安装(FSA)设备。
图5表示安装分别形成了功能颗粒化的多个半导体激光元件11、12、的安装设备。
如图5所示，本实施例的安装设备，由以下部分构成：收容将功能颗粒化的多个半导体激光元件分散并使之浆化的液体的容器；可转动地设置在该容器50的底部的在其上面保持晶圆10A的晶圆保持器51；使溶浆化的液体循环的泵60。这里，将晶圆保持器51设置成使其上面位于相对液面呈倾斜的位置。
设置泵60，通过从气体导入口61导入比如氮气，使浆化的液体在容器50内部循环，进而使循环的液体流到晶圆保持器51的上面。
接着，将装载了形成有多个第1开口部30a以及多个第2开口部的模板30B的晶圆10A保持在晶圆保持器51上。
之后，在使晶圆保持器51在保持面内进行旋转的同时，将通过分散多个半导体激光元件11而形成浆化的液体注入到在晶圆保持器51的上面被保持成倾斜状态的晶圆10A的主面上。由此，第1半导体激光元件11分别被嵌入设置在模板30B上的多个第1开口部30a中。由于这个浆化的液体被泵循环，没有嵌入第1开口部30a的半导体激光元件被回收，可以多次使用。在本实施例中，由于使被保持在液体中的晶圆10A在其主面内进行旋转，因此可以效果良好地将第1半导体激光元件11嵌入到模板30B的第1开口部30a中。
其次，当确认向模板30B的多个第1开口部30a安装完成以后，这次，使用功能颗粒化的多个第2半导体激光元件12分散并使之浆化的液体，分别将第2半导体激光元件12嵌入到设置在模板30B上的多个第2开口部30b，由此得到图4(c)所示的状态。接着，将第1以及第2的各基板电极21、22加热，将各半导体激光元件11、12固定在晶圆10A上，然后，从晶圆10A上去除模板30B。
其次，沿着在晶圆10A的多个半导体激光装置之间划分用的分割线(图中未示)用分割锯分别切割出来，得到图4(d)所示的半导体激光装置100。
如以上说明的那样，依照本实施例，由于将发光波长各不相同并且被功能颗粒化的半导体激光元件11、12配置成使其激光的射出方向相互平行，各激光部11c、12c自行调整地配列，所以可以确实地减轻激光的光学系发生的波象差。
而且，根据本实施例的半导体激光元件的制造方法，由于使用FSA工艺，各半导体激光元件11、12的对位可以自行调整地进行，所以安装工艺变得极其简单。进而，由于可以只安装被判定为优质品的半导体激光元件，所以可以降低半导体激光装置100的成本并且提高成品率。
进而，作为本实施利的特征，在安装半导体激光元件11、12的晶圆10A上，由于不设置嵌入各元件11、12进行定位的凹槽构造，所以不需要在晶圆10A上形成凹槽构造的工艺，可显著提高安装作业的生产效率。
另外，取代不再需要的在晶圆10A上设置凹槽构造的工序，虽然需要制作决定半导体激光元件的安装位置的模板30的工序，但是由于该模板一旦制造出来以后可以反复地使用，所以从这一点来看也提高了安装作业的生产效率。
而且，本发明不限于半导体激光装置，也可以适用于把发光二极管元件或者其他的功能元件安装到基板上的半导体设备。
根据本发明的半导体装置的制造方法，由于没有必要直接设置为了在配置半导体元件的基板的主面上嵌入该半导体元件的凹槽构造，没有必要将不易形成的凹槽构造形成在基板上，所以可以容易地并且确实地安装将半导体元件混合集成化的半导体装置。

Claims (9)

1.一种半导体装置的制造方法，包括：
对在与芯片状的多个半导体元件的配置图形相对应的位置上分别具有开口部的模板进行形成的第1工序；
将所述模板保持在配置所述多个半导体元件的基板的主面上的第2工序；
通过将所述多个半导体元件分散在液体中，使分散了所述多个半导体元件的液体流过保持所述模板的基板的上面，使所述多个半导体元件分别自行调整地嵌入到所述模板的各开口部的第3工序；
在所述第2工序之前，在所述基板的主面上的配置所述各半导体元件的部分上，形成与所述各半导体元件分别构成电导通的多个基板电极的第4工序；和
在所述第3工序之后，在把所述各半导体元件分别固定在所述基板电极上以后，从所述基板上除去所述模板的第5工序。
2.一种半导体装置的制造方法，包括：
对在与芯片状的多个半导体元件的配置图形相对应的位置上分别具有开口部的模板进行形成的第1工序；
将所述模板保持在配置所述多个半导体元件的基板的主面上的第2工序；
通过将所述多个半导体元件分散在液体中，使分散了所述多个半导体元件的液体流过保持所述模板的基板的上面，使所述多个半导体元件分别自行调整地嵌入到所述模板的各开口部的第3工序；
在所述第2工序和所述第3工序之间，在所述基板的主面上的从所述模板的各开口部露出的部分上，形成与所述各半导体元件分别构成电导通的多个基板电极的第4工序；和
在所述第3工序之后，在将所述各半导体元件分别固定在所述基板电极上以后，从所述基板上除去所述模板的第5工序。
3、如权利要求1或2所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：在所述第3工序中，在使保持所述模板的基板在其主面内进行旋转的同时，流过所述液体。
4.如权利要求1或2所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
所述各半导体元件是从端面射出激光的端面射出型半导体激光元件；
在所述第1工序中，形成所述模板的各开口部，使所述各半导体激光元件的射出方向朝向一个方向。
5.如权利要求4所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
所述各半导体激光元件，从前端面射出的光的输出值与从后端面射出的光的输出值相等。
6.如权利要求1或2所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
在所述第1工序中，形成所述模板的各个开口部，使其与所述各个半导体元件的被嵌入侧的面的形状相一致。
7.如权利要求6所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
所述各半导体元件的被嵌入所述开口部侧的面的形状互不相同。
8.如权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
所述多个半导体元件分别是半导体发光元件；
在所述第1工序中，所述模板的各开口部，对应所述各个半导体发光元件的每个发光波长形成不同的形状。
9.如权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于：
所述多个半导体元件分别是半导体发光元件；
在所述第1工序中，所述模板的各开口部，对应所述各个半导体发光元件的每个光输出值形成不同的形状。
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Granted publication date: 20070822

Termination date: 20110604