JP2004179641A - 半導体装置、光プリントヘッド、及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体装置は、集積回路102(複数の駆動IC107を含む)及びその端子領域107aを有するSi基板101と、LED105を持ちSi基板101上に貼り付けられたシート状のLEDエピタキシャルフィルム104とを有する。半導体装置はさらに、LEDエピタキシャルフィルム104のLED105上からLEDエピタキシャルフィルム104の表面を経てSi基板101の端子領域107aに至る領域に形成され、LED105とSi基板101の端子領域107aとを電気的に接続する薄膜の個別配線層106を有する。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置であるLED/駆動IC複合チップ100の一部を概略的に示す斜視図である。また、図2は、LED/駆動IC複合チップ100の一部を概略的に示す平面図である。
以下に説明される第1の実施形態の変形例において、メタル層103は、Si基板101の導電面から部分的に又は全体的に絶縁されている。この場合には、メタル層103は、駆動IC回路102の共通電極領域に接続されてもよい。駆動ICの共通電位は、幾つかの変更ができる。駆動ICの共通電位の変動がLEDの共通電位に影響を与えるときには、基板101上の共通電極103又は共通電極領域102aは、駆動ICの共通電極に接続しない。
個別配線層106は、フォトリソグラフィ技術を用いて一括形成することが望ましい。個別配線層106は、薄膜配線であるので、配線が長くなれば配線における電圧降下の影響が大きくなる。また、複数のLED105を高密度に配列する場合には、複数のLED105の配列ピッチP1が小さくなるため、個別配線層106の幅が制限される。個別配線層106の幅が5μmであり、厚さが0.5μmであり、数mAの駆動電流を流す場合には、個別配線層106の長さは、約200μm以下にすることが望ましい。
剥離層124は、剥離層124を選択的にエッチングすることによって基板120からLEDエピフィルム104bを除去するため、溝131を形成することによって、少なくとも、露出されるべきである。エッチング液(例えば、燐酸過水)は、溝を通して剥離層に達する。狭すぎる幅W1は、剥離層124のエッチング速度に影響を与えるので、幅W1は、10μm以上であることが望ましい。
燐酸過水により、層間絶縁膜117aは容易にエッチングされない。したがって、溝131形成前に、溝形成予定領域の層間絶縁膜を、例えば、CF4+O2プラズマを用いたドライエッチングにより除去する。その後、層間絶縁膜の開口を通して、LEDエピフィルムは、例えば、燐酸過水を用いたウェットエッチングによりエッチングされる。燐酸過水は、AlGaAs層112〜114、GaAs層111,115、及び(AlGa)InPエッチングストップ層123はエッチングするが、(AlGa)InPエッチングストップ層123に対するエッチングレートは小さいため、基板121まで溝エッチングが到達することを防止できる。溝131を形成した後、LEDエピフィルムを基板120から剥離した後にLEDエピフィルムをハンドリングするための支持体(図9(b)に示されるLEDエピフィルム支持体104c)を設け、HF液によりエッチングすることにより、図10に示すように、AlAs剥離層124をエッチングし、LEDエピフィルム104を剥離する。なお、図10には、AlAs剥離層124が残されている状態(エッチング途中)が示されているが、LEDエピフィルム104を保持した状態で、AlAs剥離層124は完全に除去される。AlAs剥離層124をエッチング除去した後、エッチング液が残留しないように純水による水洗処理を施す。その後、LEDエピフィルム支持体104c表面を、例えば、真空吸着により支持体104cが設けられたLEDエピフィルム104を吸着し、GaAs基板上から、Si基板のメタル層103上に移動し、ボンディングする。LEDエピフィルム104をボンディングした後、支持体104cを除去する。支持体104cを除去した後、層間絶縁膜117aを設け、個別配線層106を形成する。なお、溝131を形成するためのエッチングレジスト用マスクを、LEDエピフィルムを支持するための支持体として用いてもよい。
さらに、第1の実施形態に係るLED/駆動IC複合チップによれば、エピフィルム104の下にメタル層103を有し、しかもエピフィルム104は2μm程度と非常に薄いので、LED105から発生した光は直接上部に放射されるだけでなく、下面に放射しメタル層103に照射された光もこのメタル層表面で反射しエピフィルム104を透過し表面から照射される。そのため、発光強度が向上するという効果もある。
図12は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置であるLED/駆動IC複合チップ160の一部を概略的に示す斜視図である。また、図13は、図12をS13−S13線で切る面を概略的に示す断面図である。
図14は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置であるLED/駆動IC複合チップ170の一部を概略的に示す斜視図である。また、図15は、LED/駆動IC複合チップ170を概略的に示す平面図であり、図16は、LED/駆動IC複合チップ170の一部を拡大して概略的に示す平面図である。
図18は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置であるLED/駆動IC複合チップ190の一部を概略的に示す斜視図である。また、図19は、LED/駆動IC複合チップ190の一部を概略的に示す平面図であり、図20は、図19をS20−S20線で切る面を概略的に示す断面図である。
図21は、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置であるLED/駆動IC複合チップ200の一部を概略的に示す斜視図である。また、図22は、LED/駆動IC複合チップ200の一部を概略的に示す平面図である。
図23は、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置であるLED/駆動IC複合チップ210の一部を概略的に示す斜視図である。また、図24、LED/駆動IC複合チップ210の一部を概略的に示す平面図である。
図25から図29までは、本発明の第7の実施形態に係る半導体装置であるLED/駆動IC複合チップに関する図である。図25は、半導体ウェハ400上にLED/駆動IC複合チップ(図28の符号220)となる領域401が複数個形成された状態を概略的に示す平面図である。また、図26は、図25の領域402を概略的に示す拡大図である。また、図27は、ダイシング予定ラインに設けられたフォトマスク合わせマーク領域405を概略的に示す拡大図である。また、図28は、分離されたLED/駆動IC複合チップ220を概略的に示す斜視図であり、図29は、LED/駆動IC複合チップ220を概略的に示す平面図である。
図30は、本発明の第8の実施形態に係る半導体装置であるLED/駆動IC複合チップ230を概略的に示す斜視図であり、図31は、LED/駆動IC複合チップ230を概略的に示す平面図である。
図34は、本発明の第9の実施形態に係るLED/駆動IC複合チップが複数個形成された半導体ウェハ410の一部を概略的に示す平面図である。図35は、第9の実施形態に係るLED/駆動IC複合チップ250の一部を概略的に示す斜視図である。
図39は、本発明の第10の実施形態に係る半導体装置としてのLEDユニット300の一部を概略的に示す斜視図である。
図40は、本発明の第11の実施形態に係る半導体装置であるLEDユニット310の一部を概略的に示す斜視図である。
図41は、本発明の第12の実施形態に係る半導体装置としてのLEDユニット320の一部を概略的に示す平面図である。
図42は、本発明に係る半導体装置を組み込んだLEDプリントヘッド700を概略的に示す断面図である。図42に示されるように、LEDプリントヘッド700は、ベース部材701と、ベース部材701に固定されたLEDユニット702と、柱状の光学素子を多数配列したロッドレンズアレイ703と、ロッドレンズアレイ703を保持するホルダ704と、これらの構成701〜704を固定するクランプ705とを有する。LEDユニット702には、上記実施形態の半導体装置であるLED/駆動ICチップ又はLEDアレイチップが搭載されている。LEDユニット702で発生した光はロッドレンズアレイ703を通して照射される。LEDプリントヘッド700は、電子写真プリンタや電子写真コピー装置等の露光装置として用いられる。なお、上記実施形態の半導体装置を含むLEDプリントヘッドの構造は、図42に示されたものに限定されない。
図43は、本発明の第13の実施形態に係る画像形成装置の構成を概略的に示す断面図である。
なお、上記実施形態においては、Si基板上にメタル層103を形成した場合を説明したが、メタル層103に代えてポリシリコンや、ITO、ZnO等の導電性酸化物等の金属以外の導電性薄膜層を用いてもよい。
101,101a,101b Si基板、
102 集積回路、
102a 集積回路の共通電位電極層、
103,232,242 メタル層、
103a メタル層の切欠き部、
103b メタル層の凹凸部、
104,171,181,191,201,211,221,231,241,261,302,312 エピタキシャルフィルム(LEDエピフィルム)、
104a LEDエピフィルムのボンディング面、
104b エピタキシャル層、
104c LEDエピフィルムの支持体、
105 LED(発光部又は発光領域)、
106 個別配線層、
107 駆動IC、
107a 駆動ICの端子領域
108 Si基板上の電極パッド、
111 GaAsコンタクト層(n型GaAs層)、
112 AlGaAs下クラッド層(n型AlxGa1−xAs層)、
113 AlGaAs活性層(n型AlyGa1−yAs層)、
114 AlGaAs上クラッド層(n型AlzGa1−zAs層)、
115 GaAsコンタクト層、
115a GaAsコンタクト層(GaAs層に形成されたZn拡散領域)、
116 Zn拡散領域、
117,197 絶縁膜、
119,151 絶縁膜、
119a 絶縁膜の開口部、
120 LEDエピフィルム形成用基板、
121 GaAs基板、
122 GaAsバッファ層、
123 (AlGa)InPエッチングストップ層、
124 AlAs剥離層、
131 エッチング溝、
192 GaAs層、
193 p型AlxGa1−xAs層、
194 p型AlyGa1−yAs層、
195 n型AlzGa1−zAs層、
196 n型GaAs層、
300,310,320 LEDユニット、
301,311 COB実装基板、
303 電極パッド、
304 ボンディングワイヤ、
400,410,420 半導体ウェハ、
401 チップ形成予定領域(チップ形成領域)、
403,404 ダイシング予定ライン(ダイシング予定領域)、
403a ダイシングラインの端部、
405 フォトマスク合わせマーク領域、
411,412 溝パターン、
415b 階段状の凸部、
700 LEDプリントヘッド、
702 LEDユニット、
703 ロッドレンズアレイ、
800 画像形成装置、
801〜804 プロセスユニット、
803a 感光体ドラム、
803c 露光装置。
Claims (36)
- 端子領域を有する基板と、
少なくとも一つの半導体素子を有し、前記基板の前記端子領域を有する面に貼り付けられたシート状の半導体薄膜と、
前記半導体薄膜の前記半導体素子上から前記基板の前記端子領域上に至る領域に形成され、前記半導体素子と前記基板上の端子領域とを電気的に接続する薄膜の個別配線層と
を有することを特徴とする半導体装置。 - 端子領域を有する基板と、
前記基板の前記端子領域を有する面上の所定領域に密着形成された導電性材料層と、
少なくとも一つの半導体素子を有し、前記導電性材料層の表面に貼り付けられたシート状の半導体薄膜と、
前記半導体薄膜の前記半導体素子上から前記基板の前記端子領域上に至る領域に形成され、前記半導体素子と前記基板上の端子領域とを電気的に接続する薄膜の個別配線層と
を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記基板が、集積回路を有する半導体基板であり、
前記基板上の前記端子領域が、前記集積回路の端子領域である
ことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記基板が、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、ポリシリコン、化合物半導体、有機半導体、及び絶縁体材料の内のいずれかの材料から構成されることを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体薄膜が、化合物半導体エピタキシャル薄膜であることを特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記化合物半導体エピタキシャル薄膜の材料には、AlxGa1−xAs(ここで、0≦x≦1である。)、(AlxGa1−x)yIn1−yP(ここで、0≦x≦1且つ0≦y≦1である。)、GaN、AlGaN、及びInGaNの内のいずれかが含まれることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
- 前記半導体素子が、発光素子、受光素子、ホール素子、及びピエゾ素子の内のいずれかの素子であり、
前記集積回路が、前記半導体素子を駆動させる駆動ICを含む
ことを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の半導体装置。 - 前記半導体薄膜に、前記半導体素子が等ピッチで複数個配列されていることを特徴とする請求項1から7までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体薄膜に、前記半導体素子が1個備えられていることを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体素子の配列方向の延長線上にある前記半導体薄膜の端部から、この端部に最も近い前記基板の端部までの距離が、前記半導体素子の配列ピッチの1/2以下であることを特徴とする請求項1から9までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体素子が、発光素子であり、
前記発光素子の配列方向についての前記発光素子の発光部の幅が、前記発光素子の配列ピッチの1/2以下である
ことを特徴とする請求項1から10までのいずれかに記載の半導体装置。 - 前記半導体薄膜が、前記基板の前記端子領域を有する面上に複数枚貼り付けられており、
隣接する前記半導体薄膜の互いに向かい合う端部に最も近い2つの前記半導体素子のピッチが、前記半導体薄膜上における前記半導体素子の配列ピッチにほぼ等しい
ことを特徴とする請求項1から11までのいずれかに記載の半導体装置。 - 前記導電性材料層が、メタル属又はポリシリコン層のいずれか一方であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記基板と前記導電性材料層との間に介在し、前記半導体薄膜と前記導電性材料層とを部分的に又は全体的に絶縁する薄膜の絶縁膜をさらに有することを特徴とする請求項2から13までのいずれかに記載の半導体装置。
- 同じ導電性材料層上に、前記半導体薄膜を複数枚備えたことを特徴とする請求項2から14までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記導電性材料層が、前記基板の表面に形成された共通端子領域と電気的に接続されており、且つ、前記半導体薄膜の裏面に形成された端子領域と電気的に接続されていることを特徴とする請求項2から15までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記導電性材料層の、前記半導体素子の配列方向の長さが、前記半導体薄膜の長さより大きく、
前記導電性材料層の、前記半導体素子の配列方向に直交する方向の幅が、前記半導体薄膜の幅より大きい
ことを特徴とする請求項2から16までのいずれかに記載の半導体装置。 - 前記個別配線層が、フォトリソグラフィ技術を用いて一括形成された薄膜であることを特徴とする請求項1から17までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記個別配線層が、Au層、Ti/Pt/Au積層層、Au/Zn積層層、AuGeNi/Au積層層、Pd層、Pd/Au積層層、Al層、Al/Ni積層層、ポリシリコン層、ITO層、及びZnO層の内の一つ又は2つ以上の組み合わせであることを特徴とする請求項1から18までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体薄膜が、前記基板の前記集積回路に重ならない位置であって、前記集積回路の近傍に備えられたことを特徴とする請求項3から19までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体薄膜が、前記基板の前記集積回路に重なる部分を有するように備えられたことを特徴とする請求項3から20までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体薄膜の厚さが、10μm以下であることを特徴とする請求項1から21までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記個別配線層の、前記半導体薄膜上の前記半導体素子から前記基板上の前記端子領域上までの長さが、200μm以下であることを特徴とする請求項1から22までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体薄膜が、前記半導体素子を複数個有し、
前記集積回路が、前記駆動ICを複数個有し、
前記複数個の半導体素子の配列ピッチと前記複数個の駆動ICの配列ピッチをほぼ同じにして前記複数個の半導体素子と前記複数個の駆動ICとを一対一に対向させ、
前記個別配線層が、互いに対向する前記半導体素子と前記駆動ICをそれぞれ電気的に接続する
ことを特徴とする請求項3から23までのいずれかに記載の半導体装置。 - 第1の方向に配列された前記複数個の半導体素子の配列方向が、第2の方向に配列された前記複数の駆動ICの配列方向とほぼ平行であることを特徴とする請求項24に記載の半導体装置。
- 実装基板と、
前記実装基板上に備えられた半導体チップと
を有する半導体装置であって、
前記半導体チップが、
端子領域を有する基板と、
少なくとも一つの半導体素子を有し、前記基板の前記端子領域を有する面上に貼り付けられたシート状の半導体薄膜と、
前記半導体薄膜の前記半導体素子上から前記基板の前記端子領域に至る領域に形成され、前記半導体素子と前記基板上の前記端子領域とを電気的に接続する薄膜の個別配線層とを有する
ことを特徴とする半導体装置。 - 実装基板と、
前記実装基板上に備えられた半導体チップと
を有する半導体装置であって、
前記半導体チップが、
端子領域を有する基板と、
前記基板の前記端子領域を有する面に形成された導電性材料層と、
少なくとも一つの半導体素子を有し、前記導電性材料層の表面に貼り付けられたシート状の半導体薄膜と、
前記半導体薄膜の前記半導体素子上から前記基板の前記端子領域上に至る領域に形成され、前記半導体素子と前記基板上の端子領域とを電気的に接続する薄膜の個別配線層とを有する
ことを特徴とする半導体装置。 - 前記実装基板が、電極パッドを有し、
前記半導体チップの前記基板が、電極パッドを有し、
前記実装基板の前記電極パッドと前記半導体チップの前記電極パッドとを電気的に接続するボンデシングワイヤを備えた
ことを特徴とする請求項26又は27のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記半導体チップの前記基板が、集積回路を有する半導体基板であり、
前記半導体チップの前記基板上の前記端子領域が、前記集積回路の端子領域である
ことを特徴とする請求項26から28までのいずれかに記載の半導体装置。 - 前記半導体素子が等ピッチで1列に並ぶように、前記実装基板上に前記半導体チップを複数個配置したことを特徴とする請求項26から29までのいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体素子が等ピッチに並ぶように、前記実装基板上に前記複数個の半導体チップを千鳥状に配置したことを特徴とする請求項26から29までのいずれかに記載の半導体装置。
- 請求項1から31までのいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする光プリントヘッド。
- 前記半導体装置の前記第1の半導体薄膜における前記半導体素子が、発光素子であり、前記半導体装置は、前記発光素子を複数個有し、
前記光プリントヘッドは、
前記半導体装置を支持するベース部材と、
前記半導体装置における発光素子によって放出される光を集束させるロッドレンズアレイと、
前記ロッドレンズアレイを保持するホルダと、
前記ベース部材と前記ホルダを一緒に固定する少なくとも1個のクランプと
をさらに有することを特徴とする請求項32に記載の光プリントヘッド。 - 請求項1から31までのいずれかに記載の半導体装置を含む光プリントヘッドを少なくとも1台有することを特徴とする画像形成装置。
- 前記光プリントヘッドにより選択的に光照射され、静電潜像が形成される感光体ドラムをさらに有することを特徴とする請求項34に記載の画像形成装置。
- トナーを供給し、前記感光体ドラム上の前記静電潜像を現像する現像装置と、
前記現像された画像を前記感光体ドラムから前記印刷媒体に転写する転写装置と
をさらに有することを特徴とする請求項35に記載の画像形成装置。
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