JP2012028391A - Semiconductor light-emitting element and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that the yield is lowered due to lattice defect, or the like, when an LED element is enlarged, and although a method of making an LED element non-defective by blocking the LED elements, not forming bumps for flip-chip connection on a circuit board corresponding to a leaked block and then disabling this block is known, the manufacturing process is complicated because the block information of short-circuited LED elements is passed to the circuit board in this method.SOLUTION: In an LED element 10 where bumps 13 and 14 are formed on the electrode surface by plating and the electrode surface is blocked, the bump 14 is provided in a non-leaked block (p-type semiconductor layer (12)) and the bump 14 is not provided in a leaked block (p-type semiconductor layer (12x)). Since a plating bump is formed for a wafer, leakage information is not required to be passed to the circuit board side, and since processing can be performed in a state where the LED elements are arranged densely, manufacturing efficiency is good.

Description

本発明は、回路基板にフリップチップ実装するための半導体発光素子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device for flip chip mounting on a circuit board and a method for manufacturing the same.

半導体発光素子(以後とくに断らない限りLED素子と呼ぶ)を回路基板に実装しパッケージ化した半導体発光装置(以後とくに断らない限りLED装置と呼ぶ)が知られている。このLED装置には、放熱特性、実装面積効率及び生産性に優れたフリップチップ実装がしばしば採用される。フリップチップ実装とは、素子の電極と回路基板の電極とを対向させバンプ等の導電性部材で直接的に接続する実装方法である。   2. Description of the Related Art A semiconductor light emitting device (hereinafter referred to as an LED device unless otherwise specified) in which a semiconductor light emitting element (hereinafter referred to as an LED element unless otherwise specified) is mounted on a circuit board and packaged is known. This LED device often employs flip chip mounting that is excellent in heat dissipation characteristics, mounting area efficiency, and productivity. Flip chip mounting is a mounting method in which the electrode of an element and the electrode of a circuit board are opposed to each other and directly connected by a conductive member such as a bump.

LED素子は、ウェハーと呼ばれる基板に多数の素子をホトリソグラフィ法などの技術を用いて作成し、ウェハーから切り出し個片化して得られる。この過程でウェハーには、ある割合で格子欠陥が生じる。このためLED素子の面積が大きくなってくると格子欠陥によるリークで歩留まりが低下するということが問題になっていた。   An LED element is obtained by creating a large number of elements on a substrate called a wafer by using a technique such as a photolithography method and cutting out the wafer into individual pieces. In this process, lattice defects are generated on the wafer at a certain rate. For this reason, when the area of the LED element becomes large, there has been a problem that the yield is lowered due to leakage due to lattice defects.

このリーク対策としてLED素子の電極面をブロック化し、リークを起こしているブロックを使わないようにするという方法がある。例えば特許文献1の図6には、チップ(LED素子)に形成された複数のp側電極105(ブロックに相当する、番号は図5等に示されている)のうちの一つ(p電極320)が電流リーク点を有すると判断された場合のサブマウント120(回路基板)、バンプ106及びチップが示されている。p電極320はチップの電流リーク検査によって電流リーク点があると判断されており、このチップが搭載されるサブマウウント120上の対応する部分にバンプ106が形成されていない。この結果、引出電極304とp電極320とが接続しなくなるためp電極320を含むダイオードブロックは無効となり、リークのない半導体発光装置が得られる。   As a countermeasure against this leak, there is a method in which the electrode surface of the LED element is blocked so that the block causing the leak is not used. For example, FIG. 6 of Patent Document 1 shows one of the plurality of p-side electrodes 105 (corresponding to blocks, the numbers are shown in FIG. 5 and the like) formed on a chip (LED element) (p electrode). 320 shows the submount 120 (circuit board), the bump 106, and the chip when it is determined that the current leakage point 320 has a current leak point. The p-electrode 320 is determined to have a current leak point by a current leak inspection of the chip, and the bump 106 is not formed in a corresponding part on the submount 120 on which the chip is mounted. As a result, the extraction electrode 304 and the p-electrode 320 are not connected to each other, so that the diode block including the p-electrode 320 becomes invalid, and a semiconductor light-emitting device free from leakage is obtained.

特開2007−266427号公報 (図6)JP 2007-266427 A (FIG. 6)

特許文献1の半導体発光装置は、電極面がブロック化したLED素子(チップ)のリーク情報に基づいて、リークしているブロック(p電極320)に対応する回路基板(サブマウント120)領域にバンプ106を形成しないか、その領域のバンプ106を潰してしまう、というものであった。LED素子のショートしているブロックの情報を取り込み、回路基板へのバンプ形成{又はバンプの変形ないし除去(第3実施形態では潰している)}に反映することは、LED素子側から回路基板側へ情報の受渡しが必要になるため製造工程が複雑になり生産効率を低下させる。また回路基板上にバンプを一括形成した後でバンプを潰すような工程は、変形又は除去したバンプの後処理が必要となり生産効率が悪い。   The semiconductor light emitting device disclosed in Patent Document 1 bumps into a circuit board (submount 120) region corresponding to a leaking block (p electrode 320) based on leak information of an LED element (chip) whose electrode surface is blocked. 106 is not formed, or the bump 106 in the region is crushed. The information of the shorted block of the LED element is taken and reflected in the bump formation on the circuit board {or deformation or removal of the bump (crushed in the third embodiment)} from the LED element side to the circuit board side Since it is necessary to transfer information to the manufacturing process, the manufacturing process becomes complicated and the production efficiency is lowered. Further, the process of crushing bumps after forming the bumps on the circuit board in a batch requires post-processing of the deformed or removed bumps, resulting in poor production efficiency.

そこで本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、電極面をブロック化した半導体発光素子において、リークのあるブロックと回路基板の電極とが接続しない半導体発光装置を効率よく製造できる半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention has been made in view of these problems, and in a semiconductor light emitting device having a blocked electrode surface, a semiconductor light emitting device in which a leaky block and an electrode of a circuit board are not connected can be efficiently manufactured. An object of the present invention is to provide a light emitting element and a manufacturing method thereof.

上記課題を解決するため本発明は、電極面にフリップチップ実装用のバンプを備え、該電極面がブロック化している半導体発光素子において、
リークしていないブロックは前記バンプを備え、
リークしているブロックは前記バンプを備えない
ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a semiconductor light-emitting device having flip-chip mounting bumps on the electrode surface, and the electrode surface is blocked.
Blocks that do not leak include the bumps,
The leaking block does not include the bump.

前記バンプが金バンプであり、該バンプの表面に金錫共晶層、錫層又は錫と金の積層体を備えることが好ましい。 Preferably, the bump is a gold bump, and a gold-tin eutectic layer, a tin layer, or a laminate of tin and gold is provided on the surface of the bump.

上記課題を解決するため本発明は、電極面にフリップチップ実装用のバンプを備え、該電極面がブロック化している半導体発光素子の製造方法において、
前記バンプが形成される前の半導体発光素子が配列し、前記リークしているブロックが判明しているウェハーを準備する準備工程と、
前記バンプを成長させる領域に開口を有するレジスト膜を前記ウェハーに形成するレジスト膜形成工程と、
前記リークしているブロックの前記レジスト膜の開口部を封口部材で埋める封口工程と、
前記バンプをメッキ法で成長させるバンプ成長工程と、
前記レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、
前記ウェハーを切断し前記半導体発光素子を個片化する個片化工程と
を有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, wherein the electrode surface includes bumps for flip chip mounting, and the electrode surface is blocked.
A preparatory step of preparing a wafer in which the semiconductor light emitting elements before the bumps are formed and the leaking blocks are known,
Forming a resist film on the wafer with a resist film having an opening in a region in which the bump is grown; and
A sealing step of filling an opening of the resist film of the leaking block with a sealing member;
A bump growth step for growing the bumps by plating;
A resist film removing step for removing the resist film;
And singulating the semiconductor light emitting element into individual pieces.

前記封口工程においてディスペンサー又はインクジェット法で液状の封口部材を、前記リークしているブロックの前記レジスト膜の開口部に塗布し、前記封口部材を固体化しても良い。   In the sealing step, a liquid sealing member may be applied to the opening portion of the resist film of the leaking block by a dispenser or an ink jet method to solidify the sealing member.

前記バンプが金バンプであり、前記バンプ成長工程のあとに金錫共晶層、錫層、又は錫層と金層の積層体を形成する接合層形成工程を備えることが好ましい。   Preferably, the bump is a gold bump, and includes a bonding layer forming step of forming a gold-tin eutectic layer, a tin layer, or a laminate of a tin layer and a gold layer after the bump growth step.

前記バンプが電解メッキ法で成長させた金バンプであり、前記接合層形成工程において電解メッキ法で前記錫層又は前記錫と金の積層体を形成しても良い。   The bump may be a gold bump grown by an electrolytic plating method, and the tin layer or the laminate of tin and gold may be formed by an electrolytic plating method in the bonding layer forming step.

本発明の半導体発光素子は、リークしているブロックの情報にもとづいて、リークしているブロックにバンプを形成しないようにしている。したがって、この半導体発光素子を回路基板に実装するときにはリークに係わる情報の回路基板に対する伝達が不要となる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, bumps are not formed on the leaking block based on the information of the leaking block. Therefore, when the semiconductor light emitting element is mounted on the circuit board, it is not necessary to transmit information related to the leak to the circuit board.

本発明の半導体発光素子の製造方法は、リークしているブロックにバンプを形成させないようにするために、部分的なメッキに用いるレジスト膜の対応する開口部を封口する。この封口工程はウェハーを加工するものなので、リークしているブロックの情報が直接的に適用できる。つまり半導体発光素子を回路基板に実装するときにはリークに係わる情報の伝達が不要となり、回路基板への特別な配慮なしに、自動的にリークしているブロックと回路基板の電極とが絶縁される。また封口工程は半導体発光素子が密集したウェハーに対し実施されるものなので、一回に多数の半導体発光素子が処理できる。さらにリークしているブロックにはバンプを形成しないのでバンプ除去後の処理も不要である。以上のように本発明の半導体発光素子及びその製造方法は製造効率が良い。 In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention, a corresponding opening of a resist film used for partial plating is sealed so as not to form a bump on a leaking block. Since this sealing process is to process the wafer, information on leaking blocks can be directly applied. That is, when the semiconductor light emitting element is mounted on the circuit board, it is not necessary to transmit information related to the leak, and the leaking block and the electrode of the circuit board are automatically insulated without special consideration for the circuit board. Further, since the sealing step is performed on a wafer in which semiconductor light emitting elements are densely packed, a large number of semiconductor light emitting elements can be processed at a time. Further, no bump is formed on the leaking block, so that no processing after the bump removal is necessary. As described above, the semiconductor light emitting device and the manufacturing method thereof of the present invention have high manufacturing efficiency.

本発明の第1実施形態におけるLED素子を電極面から見た平面図。The top view which looked at the LED element in 1st Embodiment of this invention from the electrode surface. 図1のLED素子を実装したLED装置の断面図。Sectional drawing of the LED apparatus which mounted the LED element of FIG. 図2のLED装置の回路図。FIG. 3 is a circuit diagram of the LED device of FIG. 2. 図2のBで示す領域の拡大図。The enlarged view of the area | region shown by B of FIG. 図1のLED素子を製造するための説明図。Explanatory drawing for manufacturing the LED element of FIG. 本発明の第2実施形態におけるLED素子を製造するための説明図。Explanatory drawing for manufacturing the LED element in 2nd Embodiment of this invention.

以下、添付図1〜6を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。
(第1実施形態)
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the description of the drawings, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. For the sake of explanation, the scale of the members is changed as appropriate.
(First embodiment)

添付図1〜5を参照して本発明の第1実施形態を詳細に説明する。図1により本実施形態のLED素子10の電極面を説明する。共通電極となっているn型半導体層11上には16個のブロック化したp型半導体層12が形成されている。n型半導体層11がp型半導体層12から露出している領域に4個のn側バンプ13が存在する。p型半導体層12x(サフィックスxでリークしていることを示している。以下同様)を除くp型半導体層12はp側バンプ14を備えている。   The first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The electrode surface of the LED element 10 of this embodiment will be described with reference to FIG. Sixteen blocked p-type semiconductor layers 12 are formed on the n-type semiconductor layer 11 serving as a common electrode. Four n-side bumps 13 exist in a region where the n-type semiconductor layer 11 is exposed from the p-type semiconductor layer 12. The p-type semiconductor layer 12 except for the p-type semiconductor layer 12x (showing that it leaks with a suffix x; the same applies hereinafter) includes a p-side bump 14.

それぞれのp型半導体層12,12xはn型半導体層11と積層することにより半独立のダイオードになっている。すなわち各p型半導体層12,12xは独立したアノードである一方、n型半導体層11は共通のカソードになる。ここでp型半導体領域12xはリークがあるためp側バンプ14がない。なお、n側バンプ13およびp側バンプ14は電解メッキ法で形成した金バンプである。また保護膜は図示していない。   Each p-type semiconductor layer 12, 12 x is formed as a semi-independent diode by being stacked with the n-type semiconductor layer 11. That is, the p-type semiconductor layers 12 and 12x are independent anodes, while the n-type semiconductor layer 11 is a common cathode. Here, since the p-type semiconductor region 12x has a leak, there is no p-side bump 14. The n-side bump 13 and the p-side bump 14 are gold bumps formed by electrolytic plating. The protective film is not shown.

図2によりLED素子10を回路基板20にフリップチップ実装したLED装置の断面を説明する。図2は図1のA−A線を含むLED装置の断面図である。先ずLED素子10から説明する。サファイア基板15の下面全体に亘ってn型半導体層11が存在する。n型半導体層11の下面には4個のp型半導体層12、12xが形成されている。それぞれのp型半導体層12,12x並びにp型半導体層12,12xの間隙は保護膜16で覆われ、この保護膜16はp型半導体層12,12xの中央部に開口部がある。p型半導体層12は保護膜16の開口部にp側バンプ14が存在し、p型半導体層12xは保護膜16の開口部にp側バンプ14がない。   The cross section of the LED device in which the LED element 10 is flip-chip mounted on the circuit board 20 will be described with reference to FIG. 2 is a cross-sectional view of the LED device including the AA line of FIG. First, the LED element 10 will be described. The n-type semiconductor layer 11 exists over the entire lower surface of the sapphire substrate 15. Four p-type semiconductor layers 12 and 12x are formed on the lower surface of the n-type semiconductor layer 11. The p-type semiconductor layers 12 and 12x and the gaps between the p-type semiconductor layers 12 and 12x are covered with a protective film 16, and the protective film 16 has an opening at the center of the p-type semiconductor layers 12 and 12x. The p-type semiconductor layer 12 has a p-side bump 14 in the opening of the protective film 16, and the p-type semiconductor layer 12 x has no p-side bump 14 in the opening of the protective film 16.

次に回路基板20について説明する。回路基板20は板材18上に+電極17と−電極19(図3参照)を備えている。+電極17はp側バンプ14と接続し、−電極19はn側バンプ13(図1参照)と接続している。また回路基板20の下面には、図示は省略するが、マザー基板の電極と接続するための二つの出力電極が形成され、これらの出力電極と+電極17及び−電極19とはスルーホールで接続している。回路基板20とLED素子10は蛍光体層で覆われている。   Next, the circuit board 20 will be described. The circuit board 20 includes a + electrode 17 and a − electrode 19 (see FIG. 3) on the plate material 18. The + electrode 17 is connected to the p-side bump 14, and the − electrode 19 is connected to the n-side bump 13 (see FIG. 1). Although not shown, two output electrodes are formed on the lower surface of the circuit board 20 to be connected to the electrodes of the mother board. These output electrodes and the + electrode 17 and the − electrode 19 are connected through through holes. is doing. The circuit board 20 and the LED element 10 are covered with a phosphor layer.

サファイア基板15は厚さが100〜300μm、n型半導体層11は厚さが5μm程度である。p型半導体層12は総厚が1μm程度であり、厚みが100〜200nmのp型GaN層を含んでいる。保護膜は厚さが300nm程度でSiO2からなる。n側バンプ及びp側バンプ13,14は厚さが10〜30μmである。発光層(図示せず)は、n型半導体層11とp型半導体層12の境界部にあり、平面的な形状は概ねp型半導体層12に等しい。回路基板20の板材18は厚さが300μmでアルミナからなる。+電極17は厚さが10〜30μmでニッケルと金を積層した銅箔である。p側バンプ14と+電極17は金錫共晶で接合している。   The sapphire substrate 15 has a thickness of 100 to 300 μm, and the n-type semiconductor layer 11 has a thickness of about 5 μm. The p-type semiconductor layer 12 has a total thickness of about 1 μm and includes a p-type GaN layer having a thickness of 100 to 200 nm. The protective film has a thickness of about 300 nm and is made of SiO2. The n-side bumps and the p-side bumps 13 and 14 have a thickness of 10 to 30 μm. The light emitting layer (not shown) is at the boundary between the n-type semiconductor layer 11 and the p-type semiconductor layer 12, and the planar shape is substantially equal to the p-type semiconductor layer 12. The plate material 18 of the circuit board 20 has a thickness of 300 μm and is made of alumina. The + electrode 17 is a copper foil having a thickness of 10 to 30 μm and a laminate of nickel and gold. The p-side bump 14 and the + electrode 17 are joined by gold tin eutectic.

図3は図2のLED装置の等価回路を示す回路図である。ダイオード30はp型半導体
層12、12xとn型半導体層11との積層部に対応し16個ある。各ダイオード30のカソードは共通のn側半導体層11に相当し、−電極19に接続する。各ダイオード30のアノードはp型半導体層12に相当し、このなかでショートがあるダイオード30のアノードはp型半導体層12xとなっている。ショートのないダイオード30のアノードは+電極17と接続しているが、ショートのあるダイオード30のアノードはフローティングとなっている。このフローティングは図2においてp型半導体層12xにバンプが付着していないことに対応する。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the LED device of FIG. There are 16 diodes 30 corresponding to the stacked portion of the p-type semiconductor layers 12, 12 x and the n-type semiconductor layer 11. The cathode of each diode 30 corresponds to the common n-side semiconductor layer 11 and is connected to the negative electrode 19. The anode of each diode 30 corresponds to the p-type semiconductor layer 12, and the anode of the diode 30 having a short circuit is the p-type semiconductor layer 12x. The anode of the diode 30 without a short circuit is connected to the positive electrode 17, but the anode of the diode 30 with a short circuit is floating. This floating corresponds to the fact that no bump is attached to the p-type semiconductor layer 12x in FIG.

図4により回路基板20からn型半導体層11に至る積層構造を詳細に説明する。図4は図2のBで囲んだ領域の拡大図である。回路基板20の板材18上には、+電極17、接合層14c、金バンプ部14b、UBM(アンダーバンプメタル)層14a、金属層12b、p型GaN層12a、発光層11a、n型半導体層11が積層している。p側バンプ14は、接合層14c、金バンプ部14b、UBM層14aの積層物であり、p型半導体層12は金属層12bとp型GaN層12aの積層物である。   The stacked structure from the circuit board 20 to the n-type semiconductor layer 11 will be described in detail with reference to FIG. 4 is an enlarged view of a region surrounded by B in FIG. On the plate material 18 of the circuit board 20, the + electrode 17, the bonding layer 14c, the gold bump portion 14b, the UBM (under bump metal) layer 14a, the metal layer 12b, the p-type GaN layer 12a, the light emitting layer 11a, and the n-type semiconductor layer. 11 are stacked. The p-side bump 14 is a laminate of the bonding layer 14c, the gold bump portion 14b, and the UBM layer 14a, and the p-type semiconductor layer 12 is a laminate of the metal layer 12b and the p-type GaN layer 12a.

+電極17は、厚さが10〜30μmの銅箔と、厚さが2μm程度のNi層と厚さが0.3μm程度のAu層が積層した構造になっている。接合層14cは、厚さが1μmの金層と厚さが2〜3μmの錫層の積層物であり、接合時に金錫共晶となりp側バンプ14と+電極17を接合する。金錫共晶接合は融点を300℃〜420℃に設定できるので、比較的低温で接合できるにもかかわらず250℃前後のリフロー温度では接合を維持できる。このためLED装置をマザー基板に実装するときに有利な接合法となる。金バンプ部14bは厚さが10〜30μmである。UBM層24aは、電解メッキ法で金バンプ部14bを成長させるための共通電極(メッキ電極ともいう)の一部が、金バンプ部14bを電気的に孤立させるときに金バンプ部14bと金属層12bの間に残ったものであり、厚さが0.3μmで、TiWとAuの2層構造になっている。   The + electrode 17 has a structure in which a copper foil having a thickness of 10 to 30 μm, a Ni layer having a thickness of about 2 μm, and an Au layer having a thickness of about 0.3 μm are stacked. The bonding layer 14 c is a laminate of a gold layer having a thickness of 1 μm and a tin layer having a thickness of 2 to 3 μm. The bonding layer 14 c becomes a gold-tin eutectic when bonded, and bonds the p-side bump 14 and the + electrode 17. Since the melting point of gold-tin eutectic bonding can be set to 300 ° C. to 420 ° C., the bonding can be maintained at a reflow temperature of about 250 ° C. even though bonding can be performed at a relatively low temperature. For this reason, it becomes an advantageous joining method when the LED device is mounted on the mother board. The gold bump portion 14b has a thickness of 10 to 30 μm. The UBM layer 24a is a metal layer formed when a part of a common electrode (also referred to as a plating electrode) for growing the gold bump portion 14b by electrolytic plating isolates the gold bump portion 14b electrically. 12b remains, has a thickness of 0.3 μm, and has a two-layer structure of TiW and Au.

金属層12bは、電流分布の改善やオーミックコンタクト、反射機能、原子拡散防止など様々な目的を達成するためITO層、Ag層、金層など複数の金属薄膜が積層したものである。金属層12bとp型GaN層12aからなるp型半導体層12は厚さが約1μmである。GaN障壁層とInGaN井戸層からなる発光層11aは厚さが60nmであり、n型GaNからなるn型半導体層11は厚さが約5μmである。   The metal layer 12b is formed by laminating a plurality of metal thin films such as an ITO layer, an Ag layer, and a gold layer in order to achieve various purposes such as improvement of current distribution, ohmic contact, reflection function, and prevention of atomic diffusion. The p-type semiconductor layer 12 composed of the metal layer 12b and the p-type GaN layer 12a has a thickness of about 1 μm. The light emitting layer 11a made of the GaN barrier layer and the InGaN well layer has a thickness of 60 nm, and the n-type semiconductor layer 11 made of n-type GaN has a thickness of about 5 μm.

図5により本実施形態のLED素子10の製造方法を説明する。(a)はウェハー準備工程である。ウェハー50は、n側バンプ13(図示せず)及びp側バンプ14が形成される前のLED素子10が複数個配列したものである。なお、図5では1素子分だけのウェハー50の断面を示している。このウェハー50においては、サファイア基板15上にn型半導体層11とブロック化したp型半導体層12,12xが積層している(保護膜16は図示していない)。またウェハー50は既に各LED素子10の電気特性が計測されており、リークしていないp型半導体層12(ブロック)とリークしているp型半導体層12x(ブロック)が判明している。   The manufacturing method of the LED element 10 of this embodiment is demonstrated with FIG. (A) is a wafer preparation process. The wafer 50 is obtained by arranging a plurality of LED elements 10 before the n-side bumps 13 (not shown) and the p-side bumps 14 are formed. FIG. 5 shows a cross section of the wafer 50 for only one element. In the wafer 50, an n-type semiconductor layer 11 and blocked p-type semiconductor layers 12 and 12x are stacked on a sapphire substrate 15 (the protective film 16 is not shown). In addition, the electrical characteristics of each LED element 10 have already been measured on the wafer 50, and the p-type semiconductor layer 12 (block) that has not leaked and the p-type semiconductor layer 12x (block) that has leaked have been found.

(b)はメッキ電極形成工程である。ウェハー50の上面全体にUBM層14aをスパッター法で形成する。この段階ではUBM層14aはメッキ電極なので、電極ごとに分離していない。(c)はレジスト膜形成工程である。n側バンプ13(図示せず)とp側バンプ14を成長させる領域が開口したレジスト膜51を形成する。このレジスト膜51はホトリソグラフィ法で開口部を形成する。(d)は封口工程である。リークしているブロック(p型半導体層12x)のレジスト膜51の開口部を封口部材52で埋める。このときディスペンサー(図示せず)で封口部材52を滴下し、加熱して封口部材52を固体化している。なお封口部材52はインクジェット法で開口部に塗布しても良い。(e)はバンプ成長工程である。ウェハー50をメッキ液(図示せず)に浸し金バンプ部14bを成長
させる。同時にn側バンプ13(図示せず)の金バンプ部も成長させる。
(B) is a plating electrode forming step. The UBM layer 14a is formed on the entire upper surface of the wafer 50 by sputtering. At this stage, since the UBM layer 14a is a plated electrode, it is not separated for each electrode. (C) is a resist film forming step. A resist film 51 having an opening in a region where the n-side bump 13 (not shown) and the p-side bump 14 are grown is formed. The resist film 51 forms an opening by photolithography. (D) is a sealing step. The opening of the resist film 51 of the leaking block (p-type semiconductor layer 12 x) is filled with a sealing member 52. At this time, the sealing member 52 is dropped with a dispenser (not shown) and heated to solidify the sealing member 52. The sealing member 52 may be applied to the opening by an ink jet method. (E) is a bump growth process. The wafer 50 is immersed in a plating solution (not shown) to grow the gold bump portion 14b. At the same time, a gold bump portion of the n-side bump 13 (not shown) is also grown.

(f)と(g)は接合層形成工程であり、p側バンプ14の金バンプ部14b上に電解メッキ法で接合層14cを形成する(n側バンプ13も同様)。(f)は錫層53、(g)は金層54を形成する工程である。接合層14cは錫層53上に金層54が積層した積層体である。(h)はレジスト膜除去工程である。p側バンプ14(及びn側バンプ13)が占める領域以外のUBM層14a(メッキ電極)を露出させる。このときレジスト膜51と封口部材52は同時に除去される。(i)はエッチング工程である。n側バンプ13とp側バンプ14をマスクとしてUBM層14aをエッチングする。この結果、p側バンプ14の下部にUBM層14aが残る(n側バンプ13も同様)。(j)は個片化工程である。ダイサー(図示せず)でウェハー50を切断し、個片化したLED素子10を得る。   (F) and (g) are bonding layer forming steps, in which the bonding layer 14c is formed on the gold bump portion 14b of the p-side bump 14 by electrolytic plating (the same applies to the n-side bump 13). (F) is a step of forming a tin layer 53 and (g) is a step of forming a gold layer 54. The bonding layer 14 c is a stacked body in which a gold layer 54 is stacked on a tin layer 53. (H) is a resist film removing step. The UBM layer 14a (plating electrode) other than the region occupied by the p-side bump 14 (and the n-side bump 13) is exposed. At this time, the resist film 51 and the sealing member 52 are removed simultaneously. (I) is an etching process. The UBM layer 14a is etched using the n-side bump 13 and the p-side bump 14 as a mask. As a result, the UBM layer 14a remains under the p-side bump 14 (the same applies to the n-side bump 13). (J) is an individualization step. The wafer 50 is cut with a dicer (not shown) to obtain the LED element 10 that is divided into pieces.

本実施形態では接合層14cを錫層53と金層54の2層構造とした。錫層53及び金層54とも電解メッキ法で製膜できるため、製造装置や膜厚管理が簡単になるうえ、必要とする箇所にのみ錫層53及び金層54を形成できる。とくに高価な金層を厚めに付ける場合に有利である。p側バンプ14と+電極17を接合するとき、先ず錫層53が溶融し、ここに金バンプ部14bと金層54から金が溶け込み、錫層53が金錫共晶となる。金層53は主に錫層53の酸化を防止することを目的としているので、金層54を省き錫層のみ残し、接合時に金バンプ部14bから金を溶け込ませ錫層を金錫共晶にしても良い。
(第2実施形態)
In the present embodiment, the bonding layer 14 c has a two-layer structure of a tin layer 53 and a gold layer 54. Since both the tin layer 53 and the gold layer 54 can be formed by an electrolytic plating method, the manufacturing apparatus and the film thickness can be easily controlled, and the tin layer 53 and the gold layer 54 can be formed only at a necessary place. This is particularly advantageous when a thick expensive gold layer is applied. When the p-side bump 14 and the + electrode 17 are joined, the tin layer 53 is first melted, gold is melted from the gold bump portion 14b and the gold layer 54, and the tin layer 53 becomes a gold-tin eutectic. Since the gold layer 53 is mainly intended to prevent the oxidation of the tin layer 53, the gold layer 54 is omitted and only the tin layer is left, and gold is melted from the gold bump portion 14b at the time of bonding to make the tin layer a gold-tin eutectic. May be.
(Second Embodiment)

添付図6を参照しながら、本発明の第2実施形態について詳細に説明する。第1実施形態に対し本実施形態のLED素子66は、電極面の様子、回路基板20に実装した状態、および等価回路が図1,2,3と等しくなり、n側バンプ(図示せず)及びp側バンプ64の積層構造と形成方法が異なる。   A second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In contrast to the first embodiment, the LED element 66 of this embodiment has the same electrode surface, state mounted on the circuit board 20, and equivalent circuit as shown in FIGS. 1, 2, and 3, and an n-side bump (not shown). The p-side bump 64 has a different laminated structure and formation method.

図6により本実施形態のLED素子66の製造方法を説明する。(a)はウェハー準備工程である。ウェハー60は図5(a)と同じである。(b)はレジスト膜形成工程である。n側バンプ(図示せず)とp側バンプ64を成長させる領域が開口したレジスト膜61を形成する。レジスト膜61はホトリソグラフィ法で開口部を形成する。(c)は封口工程である。リークしているブロック(p型半導体層12x)のレジスト膜61の開口部を封口部材62で埋める。このときディスペンサー(図示せず)で封口部材62を滴下し、加熱して封口部材62を固体化する。(d)はバンプ成長工程である。ウェハー60をメッキ液(図示せず)に浸し金バンプ部64bを成長させる(n側バンプも同様)。なおn型半導体層11をメッキ用の共通電極としている。   The manufacturing method of the LED element 66 of this embodiment is demonstrated with FIG. (A) is a wafer preparation process. The wafer 60 is the same as that shown in FIG. (B) is a resist film forming step. A resist film 61 having an opening in a region where an n-side bump (not shown) and a p-side bump 64 are grown is formed. The resist film 61 forms an opening by photolithography. (C) is a sealing step. The opening of the resist film 61 of the leaking block (p-type semiconductor layer 12 x) is filled with a sealing member 62. At this time, the sealing member 62 is dropped with a dispenser (not shown) and heated to solidify the sealing member 62. (D) is a bump growth process. The wafer 60 is immersed in a plating solution (not shown) to grow a gold bump portion 64b (the same applies to the n-side bump). The n-type semiconductor layer 11 is used as a common electrode for plating.

(e)は接合層形成工程である。スパッター法で金錫共晶からなる接合層64cを形成する。接合層64cはウェハー60の全面に形成される。(f)はレジスト膜除去工程である。レジスト膜61とともに封口部材62、レジスト膜51及び封口部材62の上に形成されていた接合層64cが除去される。(g)は個片化工程である。ダイサー(図示せず)でウェハー60を切断し、個片化したLED素子66を得る。   (E) is a bonding layer forming step. A bonding layer 64c made of gold-tin eutectic is formed by a sputtering method. The bonding layer 64 c is formed on the entire surface of the wafer 60. (F) is a resist film removing step. The sealing member 62, the resist film 51, and the bonding layer 64c formed on the sealing member 62 together with the resist film 61 are removed. (G) is an individualization step. The wafer 60 is cut with a dicer (not shown), and the LED element 66 separated into pieces is obtained.

本実施形態の製造方法は、第1実施形態の製造方法(図5)に対し、UBM層の形成工程・エッチング工程がなく、スパッター法で金錫共晶からなる接合層64cを形成するところが相違しており、工程が短くなっている。   The manufacturing method of the present embodiment is different from the manufacturing method of the first embodiment (FIG. 5) in that there is no UBM layer forming step / etching step and the bonding layer 64c made of gold-tin eutectic is formed by a sputtering method. And the process is shortened.

第1,2実施形態ではn側及びp側バンプ13,14、64は電解メッキ法で形成した金バンプであった。しかしながらバンプのコアとなる部材は金に限られず、半田や銅、アルミニウムなど他の合金や金属材料であっても良い。また金錫共晶による接合法にも限定
されず、半田など他の合金や金属で接合しても良い。なお金錫共晶による接合法を採用すれば前述のようにリフロー時の接合安定性が保証される。またメッキ法は電解メッキ法に限られず、スパッター法、CVD法や蒸着法でもよい。しかし電解メッキ法は前述のように製造装置や製造条件が簡単で材料効率が良い。
In the first and second embodiments, the n-side and p-side bumps 13, 14, and 64 are gold bumps formed by electrolytic plating. However, the member that becomes the core of the bump is not limited to gold, and may be another alloy or metal material such as solder, copper, or aluminum. Moreover, it is not limited to the joining method by a gold tin eutectic, You may join by other alloys and metals, such as solder. If a bonding method using gold-tin eutectic is employed, the bonding stability during reflow is guaranteed as described above. The plating method is not limited to the electrolytic plating method, and may be a sputtering method, a CVD method or a vapor deposition method. However, as described above, the electrolytic plating method is simple in manufacturing equipment and manufacturing conditions and has high material efficiency.

また、第1,2実施形態では接合層14c,64cをn側及びp側バンプ13,14,64上に形成していた。接合層は回路基板20の+電極17及び−電極19の上に形成しても良い。しかしながら、LED素子10が密集したウェハー50,60に対して接合層14c,64cを形成した方が、取り扱いが楽であり、スパッター法、CVD法や蒸着法であっても金錫材料の使用効率が高くなる。   In the first and second embodiments, the bonding layers 14c and 64c are formed on the n-side and p-side bumps 13, 14, and 64. The bonding layer may be formed on the + electrode 17 and the − electrode 19 of the circuit board 20. However, it is easier to handle the bonding layers 14c and 64c formed on the wafers 50 and 60 in which the LED elements 10 are densely packed. Becomes higher.

10,66…LED素子(半導体発光装置)、
11…n型半導体層、
11a…発光層、
12,12x…p型半導体層、
12a…p型GaN層、
12b…金属層、
13…n側バンプ、
14,64…p側バンプ、
14a…UBM層、
14b,64b…金バンプ部、
14c,64c…接合層、
15…サファイア基板、
16…保護膜、
17…+電極、
18…板材、
19…−電極、
20…回路基板、
30…ダイオード、
50,60…ウェハー、
51,61…レジスト膜、
52,62…封口部材、
53…錫層、
54…金層。
10, 66 ... LED element (semiconductor light emitting device),
11 ... n-type semiconductor layer,
11a ... light emitting layer,
12, 12x ... p-type semiconductor layer,
12a ... p-type GaN layer,
12b ... metal layer,
13 ... n-side bump,
14,64 ... p side bump,
14a ... UBM layer,
14b, 64b ... gold bump part,
14c, 64c ... bonding layer,
15 ... sapphire substrate,
16 ... Protective film,
17 ... + electrode,
18 ... board material,
19 ...- electrodes,
20 ... circuit board,
30 ... a diode,
50, 60 ... wafer,
51, 61 ... resist film,
52, 62 ... sealing member,
53 ... tin layer,
54 ... Gold layer.

Claims (6)

電極面にフリップチップ実装用のバンプを備え、該電極面がブロック化している半導体発光素子において、
リークしていないブロックは前記バンプを備え、
リークしているブロックは前記バンプを備えない
ことを特徴とする半導体発光素子。
In a semiconductor light-emitting device comprising bumps for flip chip mounting on the electrode surface, and the electrode surface is blocked,
Blocks that do not leak include the bumps,
The leaking block does not include the bump, and the semiconductor light emitting device.
前記バンプが金バンプであり、該バンプの表面に金錫共晶層、錫層又は錫と金の積層体を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。   2. The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the bump is a gold bump, and a gold tin eutectic layer, a tin layer, or a laminate of tin and gold is provided on the surface of the bump. 電極面にフリップチップ実装用のバンプを備え、該電極面がブロック化している半導体発光素子の製造方法において、
前記バンプが形成される前の半導体発光素子が配列し、リークしているブロックが判明しているウェハーを準備する準備工程と、
前記バンプを成長させる領域に開口を有するレジスト膜を前記ウェハーに形成するレジスト膜形成工程と、
前記リークしているブロックの前記レジスト膜の開口部を封口部材で埋める封口工程と、
前記バンプをメッキ法で成長させるバンプ成長工程と、
前記レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、
前記ウェハーを切断し前記半導体発光素子を個片化する個片化工程と
を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device comprising flip-chip mounting bumps on the electrode surface, the electrode surface being blocked,
A preparatory step of preparing a wafer in which the semiconductor light emitting elements before the bumps are formed and the leaking blocks are known,
Forming a resist film on the wafer with a resist film having an opening in a region in which the bump is grown; and
A sealing step of filling an opening of the resist film of the leaking block with a sealing member;
A bump growth step for growing the bumps by plating;
A resist film removing step for removing the resist film;
A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising: a step of cutting the wafer and separating the semiconductor light emitting device into pieces.
前記封口工程においてディスペンサー又はインクジェット法で液状の封口部材を、前記リークしているブロックの前記レジスト膜の開口部に塗布し、前記封口部材を固体化することを特徴とする請求項3に記載の半導体発光素子の製造方法。   The liquid sealing member is applied to the opening of the resist film of the leaking block by a dispenser or an ink jet method in the sealing step, and the sealing member is solidified. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device. 前記バンプが金バンプであり、前記バンプ成長工程のあとに金錫共晶層、錫層、又は錫層と金層の積層体を形成する接合層形成工程を備えることを特徴とする請求項3又は4に記載の半導体発光素子の製造方法。   The bump is a gold bump, and includes a bonding layer forming step of forming a gold-tin eutectic layer, a tin layer, or a laminate of a tin layer and a gold layer after the bump growth step. Or 4. A method for producing a semiconductor light-emitting device according to 4. 前記バンプが電解メッキ法で成長させた金バンプであり、前記接合層形成工程において電解メッキ法で前記錫層又は前記錫と金の積層体を形成することを特徴とする請求項5に記載の半導体発光素子の製造方法。
6. The bump according to claim 5, wherein the bump is a gold bump grown by an electrolytic plating method, and the tin layer or the laminate of tin and gold is formed by an electrolytic plating method in the bonding layer forming step. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019031009A1 (en) * 2017-08-08 2019-02-14 シャープ株式会社 Light-emitting element and display device

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