JP2004158843A - 半導体デバイス上に材料を選択的に堆積させる電気泳動プロセス - Google Patents
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Abstract
【課題】電気泳動堆積プロセスを使用して半導体デバイス上に選択的に材料を堆積させる（例えば発光ダイオード上に燐光物質その他の光学材料を堆積させる）プロセス及び装置を提供する。
【解決手段】半導体デバイスはｐ型側部及びｎ型側部を有する。第１のバイアス電圧が陽極と半導体デバイスのｐ型側部との間に印加される。第２のバイアス電圧が半導体デバイスのｐ型側部とｎ型側部との間に印加される。ｐ型側部及びｎ型側部の相対的なバイアス処理により、半導体上のコーティングが堆積されるべき場所が決定される。随意選択的なプレコーティングを使用してシリカ等の高抵抗率誘電材料を半導体デバイス上に堆積させることができる。該プレコーティングは、半導体デバイスの表面上の電界を均一にし、該プレコーティングなしでの燐光物質の堆積時には、金属接続やパッシベーション層といった局所的な構造が電界を妨げる可能性がある。
【選択図】図３
【解決手段】半導体デバイスはｐ型側部及びｎ型側部を有する。第１のバイアス電圧が陽極と半導体デバイスのｐ型側部との間に印加される。第２のバイアス電圧が半導体デバイスのｐ型側部とｎ型側部との間に印加される。ｐ型側部及びｎ型側部の相対的なバイアス処理により、半導体上のコーティングが堆積されるべき場所が決定される。随意選択的なプレコーティングを使用してシリカ等の高抵抗率誘電材料を半導体デバイス上に堆積させることができる。該プレコーティングは、半導体デバイスの表面上の電界を均一にし、該プレコーティングなしでの燐光物質の堆積時には、金属接続やパッシベーション層といった局所的な構造が電界を妨げる可能性がある。
【選択図】図３
Description
本発明は、半導体製造方法に関し、特に半導体デバイス上に材料を選択的に堆積させる方法に関する。
近年の照明技術の進歩により、青色又は紫外線AlGaN発光ダイオード（LED）又はレーザダイオードの使用に基づく白色固体照明技術が開発された。これらのデバイスは、頑丈で信頼性も高く更に安価である高効率・低電圧光源の画期的な可能性を提供するものである。工業化が高度に進んだ国にとっては潜在的な省エネルギー性は非常に意義深いことである。米国では、全電気の約20％又は全エネルギーの約7.2％が照明に使用されている。省エネルギー性はまた、石炭及び石油火力発電所からの排出物を減らすことから環境の改善にも繋がるものである。低電圧の固体照明はまた、局所的な電源を利用する機会を提供し、このため高価な電力網(power grid)の必要性が低くなる。低電圧固体照明は、分散パネル型照明、適応型(conformable)照明システム、及びインテリジェント照明機構を含む、多岐にわたる新たな照明源及び製品を提供するものである。
白色固体照明は、従来のAlGaNダイオードに燐光物質をコーティングすることにより得ることができるものである。該燐光物質は、ダイオードの発光領域（青又は紫外光）を強く吸収し、そのエネルギーを緑色若しくは赤色又はそれらの組み合わせ等の可視スペクトルの光を発する活性体（activator）へと効率的に伝えるように選択される。使用実績のある燐光物質として、イットリウムアルミニウムガーネット：セシウム添加（YAG：Ce）燐光物質が挙げられる。YAG：Ce燐光物質は、セシウム活性体が青色領域を強く吸収し、この放射を広範囲の黄色スペクトルへと内部的にダウンコンバートし、該黄色スペクトルがLEDからの青色ポンプ光（pump light）と組み合わせられて白色光が生成される、という利点を有している。他の考え得る燐光物質系として、２つの活性体を使用できるもの、又は青色若しくはUV領域で励起させることができるものが挙げられる。更に、幾つかの燐光物質を混合して白色光を生じさせることもできる。
図１は、反射性カップ中に取り付けられた一般的なフラットLEDを示す概略図である。LEDチップ80は、上面81及び側面82を有し、ｐ型側部84と活性領域85とｎ型側部86とを含む。第１のリードフレーム88及び第２のリードフレーム90は、LEDチップ80と回路基板（図示せず）との間の電気的な接続を提供する。LEDチップ80は、第１のリードフレーム88の反射性カップ92内に配置され、該カップが該LEDチップ80の生成する光を反射する。第１のリードフレーム88は、接触により直接的に又はワイヤボンディングを介してｎ型側部86と電気的に接続することができる。第２のリードフレーム90は、金線94によりLEDチップ80の上面又は側面でｐ型側部84に電気的に接続することができる。
発光を得るために、LEDチップ80には一般に、半導体のバンドギャップエネルギーに相当する２〜４ボルトの順バイアスがかけられる（すなわち、ｐ型側部84がｎ型側部86に対して２〜４Ｖの正電圧に保たれる）。一般に発光はLEDチップ80のｐ型側部84から生じ、LEDチップ80の側面82から最も強く放射され、ｐ型側部84の上面81から一層弱く放射される。
図１に示したフラットLEDチップとは異なり、LEDチップを、大きい面を上面とした逆台形の形状を有するものとし、ｐ型側部で生成された光が内部的に反射されてLEDチップから上方へと送られるようにすることが可能である。この逆台形形状は、適当な反射角度を得るために追加のダイオード材料を必要とするという欠点がある。台形その他の外形形状を有するLEDチップは、反射性カップと共に又は反射カップなしで使用することが可能である。
LED上への燐光物質の堆積に一般に使用される商業用技術として、ポリプロピレン、ポリカーボネート、又はより一般的にはエポキシ樹脂又はシリコーンといった液体ポリマー系に燐光物質のパウダーを混合したものを利用することが挙げられる。一般に、少量の燐光物質を含有させたエポキシをLEDダイ上に単純に塗布し又は付与し、次いでこれを乾燥又は硬化させる。次いでダイの周囲に透明のエポキシレンズを構築するが、燐光物質を含ませたエポキシを使用してLEDレンズ全体を構成することも可能である。また、他の技術として、LEDダイ上への燐光物質パウダーの散布、又は燐光物質パウダー及び液体の混合物のLEDダイ上への直接的なスプレー塗布が挙げられる。
現在の燐光物質の堆積方法は、製造上非効率的なものであり、結果として得られるものも最適であるとは言えない。燐光物質は、ダイオードの発光領域のみに選択的に塗布されるのではなく、ダイオードパッケージ全体に堆積される。燐光物質の多くは、無駄に消費され、塗布行程で洗い流し、後で回収する必要がある。また、燐光物質は、ダイオードから燐光物質への効率的なエネルギー伝送に望ましいとされる多くの箇所で、ダイオード表面との良好な接触を形成しない。更に、現在の燐光物質の堆積方法は、多数のダイオードへのコーティングや、回路基板上又はセラミック基板上に取り付けられた大型ダイオードアレイへのコーティングを実施する、大量生産用に転換することが容易ではない。
結果として得られる白色固体照明は、色の再現性や均一性を欠いている為、色精度が重要なアプリケーションには不向きである。燐光物質の配置がダイオードの発光領域から離れていることや結合剤材料における吸収や反射に起因して、かかる照明は効率が悪く、チップ放射線の可視光への変換が可能な最高レベルに到達していないものである。
よって上述した問題を解消する、半導体デバイス上に材料を選択的に堆積させるための方法が望まれているのである。
本発明は、半導体デバイス上への材料の堆積に関する精密な制御を可能にするものである。これにより、半導体デバイスの残りの部分又は取り付け構造体に対する堆積が回避されて、材料の無駄が減り、必要な部分のみにコーティングを施される。本発明は、連続したプロセスとして動作し、及び複数の半導体デバイスアレイを一度にコーティングすることができることにより、製造効率を改善するものである。
本発明の一実施形態は、懸濁粒子を含む浴を使用して、ｐ型側部及びｎ型側部を有する半導体デバイスをコーティングする方法を提供する。半導体デバイスと共に陽極が浴中に配置される。該陽極とｐ型側部との間に第１のバイアス電圧が印加されて、該陽極がｐ型側部に対して正電圧に維持される。ｐ型側部とｎ型側部との間に第２のバイアス電圧が印加され、懸濁粒子が半導体デバイス上に堆積される。
本発明の別の実施形態によれば、ｐ型側部及びｎ型側部を有する半導体デバイスをコーティングするためのシステムが提供される。該システムは、懸濁粒子を含む浴と、該浴中に配置された陽極と、半導体デバイスを浴中に配置する手段と、前記陽極と前記ｐ型側部との間に第１の電圧を印加して該陽極を該ｐ型側部に対して正電圧に維持する手段と、前記ｐ型側部と前記ｎ型側部との間に第２の電圧を印加する手段とを有する。
本発明の他の実施形態によれば、燐光物質粒子及び硝酸マグネシウムを含む浴を使用してｐ型側部及びｎ型側部を有する発光ダイオードをコーティングする方法が提供される。前記発光ダイオードと共に前記浴中に陽極が配置される。第１のバイアス電圧が前記陽極と前記ｐ型側部との間に印加されて該陽極が該ｐ型側部に対して正電圧に維持される。該ｐ型側部と前記ｎ型側部との間に第２のバイアス電圧が印加されて、燐光物質粒子が発光ダイオード上に堆積される。
本発明の上述その他の利点及び特徴は、以下の現在推奨される実施形態に関する詳細な説明を図面を参照しつつ読むことにより更に明らかとなろう。該詳細な説明及び図面は、単に本発明を説明する目的で呈示したものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその等価物により画定されるものである。
本発明は、例えば電気泳動堆積プロセスを用いて燐光物質その他の光学材料を発光ダイオード（LED）上に堆積させるといった、半導体デバイス上に材料を選択的に堆積させるための方法及び装置を提供するものである。半導体デバイスは、ｐ型側部及びｎ型側部を含む。第１のバイアス電圧が陽極と半導体デバイスのｐ型側部との間に印加される。第２のバイアス電圧が半導体デバイスのｐ型側部とｎ型側部との間に印加される。ｐ型側部及びｎ型側部への相対的なバイアス電圧の印加は、半導体デバイス上のどこにコーティングが堆積されるかを決定するものとなる。随意選択的に半導体デバイス上にシリカ等の高抵抗率の誘電材料を堆積させるためのプレコーティングプロセスを実施することが可能である。該プレコーティングは、半導体デバイスの表面上の電界を均一にし、該プレコーティングなしでの燐光物質の堆積時には金属接続やパッシベーション層といった局所的な構造が電界を妨げる可能性がある。
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明に基づいて半導体デバイス上に材料を選択的に堆積させるための方法を説明する装置のブロック図及び電位を示すグラフである。発光ダイオード（LED）上に燐光物質粒子を堆積させる場合の一例を示している。
電気泳動（EP）堆積装置30は、浴32、陽極34、第１の電源36、及び第２の電源38を含む。EP堆積装置30は、コーティングすべき半導体デバイス50に接続される。半導体デバイスへ50への電気接続は、該半導体デバイス50の構成によって決まる。リードフレームに接続されたLEDランプの場合、電気接続はリードフレームを介して行われる。複数のリードフレームが並列に接続されて、コーティング１回分が形成される。１つのLEDウエハ又は回路基板が複数のLEDチップを含む場合には、電気接続は、複数のLED接合の各々への接続を提供するインタフェイスを介して行われる。電気接続は、半導体デバイスに電圧を提供するという機能を実行するあらゆる構成により行うことが可能である。
浴32は、イソプロピルアルコール等の流体溶液に、硝酸マグネシウム（Mg(NO3)2）、硝酸ナトリウム（NaNO3）、又は流体溶液中に溶解した際に電荷を有するイオンへと解離する他の何らかの化合物（塩、酸、又は塩基）といった固体電解質を含むものである。電解質が溶液中に溶解すると、溶液に導電性が得られる。浴32はまた、燐光物質粒子といった懸濁粒子を含む。浴32は、一般に、半導体デバイスのバッチ処理のために液槽中に収容されるが、他の実施形態では、浴32は連続処理のためにチャネル内に流すことが可能である。浴32には、反応率や接着特性を強化するために少量の水が一般に加えられる。硝酸マグネシウム電解質を使用する実施形態の場合、加水分解により陰極で水酸化マグネシウムが生成され、これがマグネシウムイオンと反応する。該水酸化マグネシウムは、陰極上に堆積される燐光物質の結合剤として作用し、基板表面に対する燐光物質の接着性を高める。電解質はまた、燐光物質粒子等の堆積すべき粒子に正電荷を与え、これにより、該粒子が電界により駆動されて、固着対象となる陰極に向かうことになる。
EP堆積装置30は、一般に浴32の混合状態を維持するための攪拌装置（図示せず）を含む。溶液は、例えば24時間にわたる攪拌により十分に混合される。陽極34は、プラチナ、カーボン、又はその他の不活性導電性材料からなる大型のプレートである。半導体デバイス50は、該１つの半導体デバイス50又は複数の半導体デバイスを保持するフレーム（図示せず）を用いて浴32中に機械的に配設される。典型的には、フレームは、浴32の流れや粒子の堆積を妨害しないよう構成される。フレームは、半導体デバイスを浴中に配置する機能を提供するものであればあらゆる構成のものとすることが可能である。
半導体デバイス50は、p−i−n接合を有し、ｐ型側部52、活性領域54、及びｎ型側部56を含む。半導体デバイス50は、発光ダイオード（LED）、エレクトロルミネセントデバイス、レーザダイオード、pnp又はnpnトランジスタ、電荷結合素子（CCD）、CMOSイメージ生成手段、アモルファスシリコンデバイス、Ｘ線イメージ生成手段、フォトトランジスタ、又はその他の任意の半導体又は半導体デバイスアレイといった、半導体接合を有するあらゆる半導体デバイスとすることが可能である。第１の電源36は、陽極34と半導体デバイス50のｐ型側部52との間に接続され、第１のバイアス電圧を供給する。第２の電源38は、半導体デバイス50のｐ型側部52とｎ型側部56との間に接続され、第２のバイアス電圧を供給する。第１の電源36は、陽極34をｐ型側部52に対して正電圧に維持して燐光物質粒子を半導体デバイス50に向かって駆動する。ｐ型側部52は浴陰極として働く。半導体デバイス50は、単一のLED等の単一のデバイス、又はPC基板上に取り付けられた複数のLED等の半導体デバイスアレイである。
当業者には明らかなように、陽極34とｐ型側部52との間の特定の電極離間距離、電圧、及び半導体デバイス構成は、条件、サンプル寸法、導電性、及び所望される結果によって変動するものである。例えば、陽極34とｐ型側部52との間の電極離間距離を約3〜10cmとし、第１の電源36の電圧として約40〜500Vを使用することが可能である。電流は、所望のコーティング面積及び堆積時間に応じて、約5〜100mA／cm2の範囲で変動する。現在のEP堆積プロセスによれば、40μm程の小さな寸法中に2〜10mg／cm2のコーティングが達成される。
半導体デバイス50に対する電位の印加は、燐光物質粒子の堆積に局所的な影響を与える。局所的な電界強度は、陽極34とｐ型側部52との間の電界強度よりも遙かに大きくなる。これは、半導体デバイス50中の活性領域54の厚さが一般に非常に薄いからである。一実施形態では、第２の電源38がｐ型側部52に対して正の電圧をｎ型側部56に供給するため、半導体デバイス50が逆バイアスされる。他の実施形態では、第２の電源38が切り替え可能となり、すなわち、該第２の電源38が、ｐ型側部52に対して正の電圧をｎ型側部56に供給し（半導体デバイス50が逆バイアスされ）、ｐ型側部52に対してニュートラルな電圧をｎ型側部56に供給し（半導体デバイス50へのバイアスが０になり）、又はｐ型側部52に対して負の電圧をｎ型側部56に供給する（半導体デバイス50が順バイアスされる）。
図２Ａは、陽極34とｐ型側部52との間に接続された第１の電源36と、ｐ型側部52とｎ型側部56との間に接続された第２の電源38とにより電圧を印加する例を示したものであるが、必要とされる相対的な電圧を生成するために異なる構成を使用することも可能である。別の実施形態では、陽極34とｐ型側部52との間に第１の電源36を接続した状態を維持すると共に、陽極34とｎ型側部56との間に第２の電源を接続することにより第２のバイアス電圧を半導体デバイス50に供給することが可能である。更に別の実施形態では、ｐ型側部52及びｎ型側部56を短絡させて半導体デバイス50へのバイアスを０にすることも可能である。
図２Ｂは、半導体デバイスに異なるバイアスをかけた場合における、図２Ａに示した要素の位置に関連する電位を示す表である。陽極34とｐ型側部52（浴陰極）との間の電位は第１の電源36により供給される。実験では、電位を20〜200Vとした場合の陽極34とｐ型側部52間の離間距離は3〜6cmであり、これにより3.33〜66.67V／cmの電界強度が生成される。ｐ型側部52とｎ型側部56との間の電位は第２の電源38から供給される。半導体デバイス50を介した電圧降下は、陽極34とｐ型側部52との間の電位と比べると小さいが、ｐ型側部52とｎ型側部56との間の距離が小さいため、結果的に得られる電界強度は大きくなる。離間距離が1〜2μmの場合、半導体50にわたる電圧降下が約0.2〜0.4Vであれば、約2000V／cmの電界強度が得られる。実際の効果は、溶液と半導体デバイスの側面との間の局所的な相互作用に起因して小さくなる可能性があるが、電界強度は実質的なものであり、様々なバイアスモードを使用して異なる結果を得ることが可能である。第２の電源38からの電圧がどのように印加されるかに依存して３つのバイアスモードが画定する。該３つのバイアスモードとは、ｎ型側部電圧よりもｐ型側部電圧の方が高い場合の順バイアス、ｐ型側部電圧がｎ型側部電圧と等しい場合の０バイアス、及びｐ型側部電圧がｎ型側部電圧よりも小さい場合の逆バイアスである。
ｐ型側部とｎ型側部とが０バイアスされている場合、半導体デバイス50にわたる電界は、ｐ型側部52で０となり、徐々に負が大きくなり（例えばInGaNダイオードの場合には約２Ｖだけ）、ｎ型側部56の始まりで再び０になる。したがって、半導体デバイス50をまたぐ電位は、ｐ型側部52とｎ型側部56との間で一層大きな正の値となる。この状況で、ｐ型側部52及びｎ型側部56とが接続された場合には、最も低い電界地点が活性領域54の中心となり、そこに燐光物質粒子が最初に堆積されることになる。
ほぼ平衡状態に近い０バイアスの場合、半導体デバイス50中の高いジャンクション電界は浴32中へと広がり、その結果として燐光物質粒子が半導体デバイス50の側面に沿って急速に堆積されることになる。しかし、駆動速度が高いと、高電界強度の領域付近の浴32から燐光物質粒子が急速に枯渇する可能性がある。枯渇する領域のサイズは、浴32における燐光物質粒子の拡散速度によって決まる。この高電界強度の領域の周囲で浴32中に更なる燐光物質粒子を拡散させない限り、EP堆積プロセスは、該領域中に拡散させることができる燐光物質の速度に一致するまでその処理速度が低下し、これにより層の厚さと堆積速度が制限されることになる。
半導体デバイス50に順バイアスをかける場合、半導体デバイス50の枯渇領域にわたる電圧降下は非常に小さくなる。これは、印加された電圧が半導体デバイス50のビルトインバイアスと等しくなるからである。このため、半導体デバイス50付近の浴32中の結合電界強度及び電界分布が大幅に小さくなり０に近づく。ｎ型側部56の電位はｐ型側部52の電位に近いため、浴32中の最大電圧降下は浴陽極34と半導体デバイス50の全表面との間で生じる。本実施形態の装置の場合、燐光物質の堆積は無差別的に行われ、反射性カップがｎ型側部に接続されている場合には該反射性カップも含めてLED全体が覆われることになる。順バイアス電圧は、半導体デバイスの損傷を回避するために、該半導体デバイスの定格電圧未満に維持される。
順バイアスを使用する別の実施形態として、浴32中にあるLEDからの発光を使用して半導体デバイス50の発光領域における燐光物質粒子の堆積を光電的に助長するものが挙げられる。これは、イオン化を介して特定の材料の導電性を高める「光電効果」の結果として得られるものである。したがって、LED発光領域付近でイオン化された粒子の導電性が強化され、光束が高い部分に一層厚い層が堆積されることになる。これは、LED光の一層均一なダウンコンバージョン、ひいてはデバイスからの一層等方性の高い発光に通ずるものとなる。
半導体デバイス50に逆バイアスをかけた場合、該半導体デバイス50のｎ型側部56が、該半導体デバイス50のｐ型側部52と比べて高い正の電圧を有し、また浴陽極34に比べて小さい負の電圧を有することになる。このため、燐光物質粒子の堆積を駆動する電位プロファイルは、浴陽極34と半導体デバイス50のｐ型側部52との間で最も急峻となる。多くの燐光物質粒子はｐ型側部52に堆積されることになる。LED上への燐光物質の堆積プロセスの一例では、ｐ型側部52の上面、及び活性領域54にごく近いLEDの側面上に燐光物質粒子を堆積させることが望ましく、これは多くの用途で最良の性能を得るために必要となることである。逆バイアス電圧は、半導体デバイスの損傷を回避するために、該半導体デバイスの逆バイアス降伏電圧未満に維持される。逆バイアス降伏電圧は、InGaNダイオード等の多くの半導体デバイスで大きい値を有するものであり、このため逆バイアス降伏電圧が実際上の制約となることはない。
異なるバイアス印加モードを順次使用して、燐光物質粒子の半導体デバイスへの堆積を所要の厚さ及び位置に行うことができる。半導体デバイスへの順バイアスは、半導体デバイスの側面をコーティングするために用いられる。半導体デバイスの逆バイアスは、半導体デバイスの上面のコーティングに用いられる。従って、順バイアスと逆バイアスを交互に印加することにより、半導体デバイスの上面及び側面間でコーティングの厚さを最適化させた所定のコーティングプロファイルを堆積させることができる。本例示の装置の場合、光が僅かしか生成されず又は全く生成されない位置に燐光物質を無駄にコーティングすることなく、LEDから生成される光を最適化するように、LEDの上面及び側面間に燐光物質のコーティングを分布させることができる。
図１に示したLEDチップ80が反転されて、ｎ型側部が上面81となり、ｐ型側部が反射性カップ92に取り付けられる場合であっても、EP堆積プロセスを用いることができる。EP堆積プロセス中に逆バイアスをかけると、燐光物質コーティングがｐ型側部へと駆動され、最も多くの光を発するｐ型側部近傍のLEDチップの側面を覆うことになる。続いて、より小さくした逆バイアス又は順バイアスをかけると、LEDチップ上部のｎ型側部により多くの堆積が生じる。以下で説明するように、反転させたLEDチップにプレコーティングを施して、デバイスの様々な面にわたり一層均一な電位降下を生じさせることが可能である。
一実施形態では、半導体デバイスに逆バイアスをかけた状態で該半導体デバイスにコーティングを施す。他の実施形態では、半導体デバイスに順バイアスと逆バイアスとを交互にかけて該半導体デバイスにコーティングを施す。更に他の実施形態では、最初に半導体デバイスにプレコーティングを施した後にコーティングを施す。
燐光物質粒子の堆積法の一例を説明してきたが、本発明に従って半導体デバイス上に堆積させるための浴32中の懸濁粒子は、燐光物質粒子には限定されない。光学材料、高抵抗率誘電材料、シリカ、二酸化チタン、又はEP堆積法により堆積させることができる他のあらゆる粒子、及びそれらの組み合わせを使用することが可能である。これらの異なる材料は、典型的には浴中に単体で用いられるが、実施形態によっては、２つ又は３つ以上の異なる材料を浴中で同時に混合することが可能である。
EP堆積プロセス中に半導体デバイスの表面にわたる電位を乱して不均一なコーティングを生じさせるものとなる、半導体デバイスの局所的な造作を考慮するために、プレコーティングを随意選択的に実施することが可能である。例えば、半導体デバイス中の高濃度にドーピングされた半導体に対する電気的な接続を行うために、金製の電気接続手段が使用されることが多い。他の例では、半導体デバイスの様々な表面に不活性化のための誘電体層を設けることが多い。様々な材料の誘電率の違いは、半導体デバイス周辺の電気力線（例えば、表面上の金属等の高導電性領域の近傍で集束し、誘電体等の低導電性領域の近傍で拡散する電気力線）を阻害するものである。懸濁粒子の堆積は、該電気力線に従うものであり、結果的に不均一なコーティングが生じることになる。
プレコーティングは、EP堆積プロセスにより設けられる、シリカ（SiO2）又は二酸化チタン（TiO2）又はその他の酸化物系といった高抵抗率誘電材料であり、該高抵抗率誘電材料は、浴中の懸濁粒子から堆積されるものである。一実施形態では、プレコーティング用の懸濁粒子は、燐光物質の堆積に用いられる浴とは別の浴中に入れられる。他の実施形態では、プレコーティング用の懸濁粒子は、燐光物質と同じ浴中に混合して入れられる。プレコーティングは、所望の光学効果に応じて、可視光に対して透明なもの（SiO2）又は拡散性のもの（TiO2）とすることが可能である。プレコーティング用の懸濁粒子は、電界線が集束する高導電性領域に最初に堆積される。プレコーティングは、プレコーティング用の懸濁粒子が堆積されるにつれて高導電性領域の導電性を低下させて電解線を均一にし、これにより、プレコーティングプロセスを続行する際に、以前から高い導電性を有していた領域に堆積されるプレコーティング用の懸濁粒子が一層少なくなる。該プレコーティングプロセスの結果、半導体デバイス全体にわたって等電位面が得られ、コーティングを均一に施すことが可能となる。
プレコーティングプロセスはまた、異なるバイアスモードを使用して、半導体デバイス上に所望の厚さ及び位置でプレコーティングを施すことが可能である。本実施形態の半導体デバイスの場合、最初に０バイアスで、次いで順バイアスで、LED上にシリカのプレコーティングが堆積される。LEDのｎ型側部及び接合領域は、抵抗層でコーティングされることになる。続いて、燐光物質コーティングが逆バイアスモードで堆積されると、堆積を実行するための駆動電界がLEDのｎ型側部及び接合領域において小さくなり、燐光物質の堆積が最も望まれるLEDのｐ型側部における堆積が増大する。
別の実施形態では、半導体デバイス及びそれに関連するパッケージの選択された領域を浴への露出から保護するために、プラスチック又はフォトレジスト等の疎水性マスクが半導体デバイスに付与される。該マスクはまた、半導体デバイスのパッケージングに用いられる特定の金属領域又は導電性領域（リードフレームや回路の相互接続等）を絶縁する働きを有する。これにより、導電性は有するが発光しない領域に対する燐光物質又は誘電材料の不必要なコーティングが回避される。この疎水性マスクは、マスクを介したスプレー方式やシルクスクリーン又は蒸着といった従来の手段により堆積させることができる。疎水性マスクは、半導体デバイスをマスクする機能を実施するスプレー装置、印刷装置、化学装置その他の装置により付与することができる。
マスクの使用は、電界液浴へのデバイスパッケージの挿入に先立つ一時的なものとすることが可能であり、又は材料によっては後続の処理からデバイスパッケージを保護する永久的な層とすることが可能である。フォトレジスト等の適当な材料を一時的なマスクとして使用することにより、その浴溶液中での容易な除去が可能になる。マスクの利用はまた、各EP堆積プロセスで使用される材料の量を少なくすることにも役立つ。浴に対して露出する実際の導電性表面領域が小さくなり、浴中の燐光物質、誘電体、及び電解質が後続の堆積プロセスで節約されることになる。
当業者には明らかなように、半導体デバイスは、浴から除去した後にその製造を完了させるまで様々な処理が施される。半導体デバイスは、浴から除去され、イソプロピルアルコール中で洗浄され、脱イオン水で洗浄され、次いで例えば100℃〜200℃の加熱炉で20分間乾燥される。随意選択的に、半導体デバイスを加熱処理してコーティングを硬化させることが可能である。必要に応じて、ポリプロピレン、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、又はシリコーン等の液体ポリマー系を使用して半導体デバイス上にレンズを形成する。
図３は、本発明の半導体デバイス上に材料を選択的に堆積させる方法を示すフローチャートである。ステップ100で、懸濁粒子を含む浴が用意される。典型的には、該浴は、その中に溶解させた固体電解質を含み、懸濁粒子は、１種類又は２種類以上の燐光物質粒子又は高抵抗率誘電材料である。陽極及び半導体デバイスが該浴中に配置される（ステップ102,104）。典型的には、半導体デバイスは、発光領域を有しｎ型側部及びｐ型側部を含む、LED又はその他の半導体デバイスである。ステップ106で、陽極と半導体デバイスのｎ型側部との間に第１のバイアス電圧が印加されて、該陽極が該ｎ型側部に対して正に維持される。ステップ108で、第２のバイアス電圧がｐ型側部とｎ型側部との間に印加される。該第２のバイアス電圧は典型的には、逆バイアス、０バイアス、及び順バイアスに切り替えることが可能なものであり、このため、懸濁粒子を半導体デバイスの所望の領域に堆積させることができる。随意選択的に、半導体デバイスにマスクを付与して、該半導体デバイス上の堆積領域を更に限定することが可能である。この方法を繰り返すことにより、層の追加、異なる材料の堆積、半導体デバイスの異なる領域への堆積、又はこれらの組み合わせを実施することがが可能である。
本発明の特定の用途及び実施形態を説明するために本書で呈示した図面及び説明は、本開示の範囲又は特許請求の範囲をその説明内容に限定する意図を有するものではない。例えば、異なる半導体デバイス、電気泳動堆積法、及び懸濁粒子を使用することが可能である。本書及び図面を参照すれば、本発明に基づく他の多数の実施形態が実施可能であることは当業者には自明であり、かかる実施形態は、本発明の特許請求の範囲に含まれるものである。
本書で開示した実施形態は、現時点で推奨されるものであり、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更を実施することが可能である。本発明の範囲は、各請求項に示すものであり、該請求項はその意味及び範囲に含まれる全ての変更形態を包含するものである。
32 浴
34 陽極
36 第１のバイアス電圧印加手段
38 第２のバイアス電圧印加手段
50 半導体デバイス
52 ｐ型側部
54 活性層
56 ｎ型側部
34 陽極
36 第１のバイアス電圧印加手段
38 第２のバイアス電圧印加手段
50 半導体デバイス
52 ｐ型側部
54 活性層
56 ｎ型側部
Claims (22)
- ｐ型側部及びｎ型側部を有する半導体デバイスをコーティングする方法であって、
懸濁粒子を含む浴を配設し、
該浴内に陽極を配置し、
該浴内に半導体デバイスを配置し、
前記陽極と前記ｐ型側部との間に第１のバイアス電圧を印加して、該陽極を該ｐ型側部に対して正電圧に保持し、
前記ｐ型側部と前記ｎ型側部との間に第２のバイアス電圧を印加する、
という各ステップを有する方法。 - 前記第２のバイアス電圧が、逆バイアス、０バイアス、及び順バイアスから成るグループから選択される、請求項１に記載の方法。
- 前記ｐ型側部と前記ｎ型側部との間に前記第２のバイアス電圧を印加する前記ステップが、逆バイアス、０バイアス、及び順バイアスの間で切り替え可能な第２のバイアス電圧を印加するステップを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記ｐ型側部と前記ｎ型側部との間に前記第２のバイアス電圧を印加する前記ステップが、前記陽極と前記ｎ型側部との間に電圧を印加するステップを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記半導体デバイスが、発光ダイオード(LED)、エレクトロルミネセントデバイス、レーザダイオード、pnpトランジスタ、npnトランジスタ、電荷結合素子(CCD)、CMOSイメージ生成手段、アモルファスシリコンデバイス、Ｘ線イメージ生成手段、フォトトランジスタ、半導体、及び半導体デバイスアレイから成るグループから選択される、請求項１に記載の方法。
- 前記半導体デバイスが、前記浴中に配置される複数の半導体デバイスのうちの１つである、請求項１に記載の方法。
- 前記半導体デバイスをプレコーティングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記半導体デバイスをプレコーティングする前記ステップが、高抵抗率誘電材料コーティングで前記半導体デバイスをプレコーティングするステップを含む、請求項７に記載の方法。
- 前記半導体デバイスをマスクするステップを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記懸濁粒子が燐光物質粒子である、請求項１に記載の方法。
- 前記懸濁粒子が、光学材料、高抵抗率誘電材料、燐光物質、シリカ、二酸化チタン、及びそれらの組み合わせから成るグループから選択される、請求項１に記載の方法。
- 前記ｐ型側部と前記ｎ型側部との間に前記第２のバイアス電圧を印加する前記ステップが、前記ｐ型側部と前記ｎ型側部との間に前記第２のバイアス電圧を印加して前記半導体デバイスを発光させ、該光により前記浴をイオン化させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
- ｐ型側部及びｎ型側部を有する半導体デバイスをコーティングするシステムであって、 懸濁粒子を含む浴と、
該浴内に配置された陽極と、
該浴内に半導体を配置する手段と、
前記陽極と前記ｐ型側部との間に第１のバイアス電圧を印加して該陽極を該ｐ型側部に対して正電圧に保持する手段と、
前記ｐ型側部と前記ｎ型側部との間に第２のバイアス電圧を印加する手段と
を有するシステム。 - 前記ｐ型側部と前記ｎ型側部との間に前記第２のバイアス電圧を印加する前記手段が、逆バイアス、０バイアス、及び順バイアスの間で切り替え可能なものである、請求項１３に記載のシステム。
- 前記懸濁粒子が燐光物質粒子である、請求項１３に記載のシステム。
- 前記懸濁粒子が高抵抗誘電体粒子である、請求項１３に記載のシステム。
- 前記半導体デバイスをマスクする手段を含む、請求項１３に記載のシステム。
- ｐ型側部及びｎ型側部を有する発光ダイオードをコーティングする方法であって、
燐光物質粒子及び硝酸マグネシウムを含む浴を配設し、
該浴内に陽極を配置し、
該浴内に発光ダイオードを配置し、
前記陽極と前記ｐ型側部との間に第１のバイアス電圧を印加して、該陽極を該ｐ型側部に対して正電圧に保持し、
前記ｐ型側部と前記ｎ型側部との間に第２のバイアス電圧を印加する、
という各ステップを有する方法。 - 前記ｐ型側部と前記ｎ型側部との間に前記第２のバイアス電圧を印加する前記ステップが、逆バイアス、０バイアス、及び順バイアスの間で前記第２のバイアス電圧を切り替えるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
- 前記ｐ型側部と前記ｎ型側部との間に前記第２のバイアス電圧を印加する前記ステップが、前記陽極と前記ｎ型側部との間に電圧を印加するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
- 前記発光ダイオードをシリカでプレコーティングするステップを含む、請求項１８に記載の方法。
- 前記半導体デバイスをマスクするステップを含む、請求項１８に記載の方法。
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