JP2020155428A - 半導体チップ集積装置の製造方法、半導体チップ集積装置、半導体チップインクおよび半導体チップインク吐出装置 - Google Patents

半導体チップ集積装置の製造方法、半導体チップ集積装置、半導体チップインクおよび半導体チップインク吐出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】マイクロＬＥＤディスプレイをはじめとする各種の半導体チップ集積装置を低コストで製造することができる半導体チップ集積装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体チップ集積装置は、上面および下面に第１電極および第２電極を有し、第１電極側および第２電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成された半導体チップと液体とを含有する液滴状の半導体チップインク１０３を、一方の主面にチップ結合部４５を複数有する実装基板のチップ結合部に供給し、チップ結合部に含まれている強磁性体による磁場または外部磁場により半導体チップインク中の半導体チップの第１電極側および第２電極側のうちの一方を引き付けてチップ結合部に接触させた後、めっきなどによりチップ結合部に電気的および機械的に結合することにより製造する。【選択図】図７

Description

この発明は、半導体チップ集積装置の製造方法、半導体チップ集積装置、半導体チップインクおよび半導体チップインク吐出装置に関し、例えば、微小化した垂直型（あるいは縦型）ＧａＮ系マイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを実装基板上に多数集積したマイクロＬＥＤディスプレイに適用して好適なものである。
現在、薄型テレビやスマートフォンなどの表示装置（ディスプレイ）の主流は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）および有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）である。このうちＬＣＤの場合、画素の微細化に伴い、出力される光量はバックライトの光量の１０分の１程度である。ＯＬＥＤも、理論上の電力効率は高いが、実際の製品はＬＣＤと同等の水準に留まっている。
ＬＣＤおよびＯＬＥＤを遥かに凌ぐ高輝度、高効率（低消費電力）のディスプレイとしてマイクロＬＥＤディスプレイが注目されている。直接発光のマイクロＬＥＤディスプレイは高効率であるが、マイクロＬＥＤディスプレイの実現のためには、数μｍから数十μｍオーダーのサイズのマイクロＬＥＤチップを実装基板上に数千万個配列させる必要がある。
このように大量のマイクロＬＥＤチップを実装基板上に配列させる方法として従来、チップソーターを用いる方法、マルチチップ転写装置を用いる方法（特許文献１、２参照）、ロール工程を利用したマルチチップ転写方法（非特許文献１参照）、レーザ照射によるチップ吐出と液体を利用したチップ配列方法（特許文献３参照）、磁性体膜を利用した素子（チップ）の配列方法（特許文献４参照）などが提案されている。
チップソーターを用いる方法では、チップをＡの位置からＢの位置へ移動させるタイプのものは、Ａのチップが予めある程度整列されている必要があり、転写の際、チップの位置確認などで時間を要し、１チップ当たりの転写速度は１００〜４００ｍｓｅｃが限界である。また、この方法では真空吸着式のヘッドを用いるのが一般的であり、扱えるチップの最小サイズは〜１００μｍ□程度である。製造に要する時間と扱えるチップサイズの限界から、チップサイズ１００μｍ□以下で、画素数が数百万のマイクロＬＥＤディスプレイの製造には不向きである。
特許文献１、２記載のマルチチップ転写装置では一度に大量のチップ転写を行うため、製造速度はチップソーターに比べて数百〜数千倍速くできるが、転写前のチップは高精度で整列されている必要がある。このために、チップを基板から切り離せるように、基板側に高度な加工を施している。しかし、この基板加工には特別な技術が必要となり、低コスト化の障害になる。
非特許文献１記載のマルチチップ転写方法でも、チップはロールに付着する前に整列している必要がある。しかし、極微小のチップを一定の間隔で整列させることがより困難で重要な技術であるため、ロール工程技術のみでは問題の解決になっていない。
特許文献３記載のチップ配列方法では、レーザ照射により１画素領域にチップを供給し、チップは液体により所定の位置に結合する方法が開示されているが、レーザ照射前のチップは整列している必要がある。また、高価なレーザ照射装置と、レーザ照射によるチップ吐出が可能なように基板（チップ）の加工が必要であり、低コスト化の障害になると考えられる。
特許文献４記載の素子の配列方法は、基板上の素子の配列位置および素子の底部に磁性体膜を形成し、基板上に素子を多数散乱させて素子の底部の磁性体膜を素子の配列位置の磁性体膜に磁力で付着させることにより基板上に素子を配列する。この方法は、転写前の素子、すなわちチップの整列を前提としない技術である。しかし、マイクロＬＥＤディスプレイにおける素子の占有面積は１％以下（０．０１％〜０．１％程度）であり、ランダム散乱された１素子が所望の位置に到達する確率は１％以下である。そのため、ランダム散布では、大量のチップが必要になる。磁性体膜を厚さ数μｍと厚く成膜し、有効磁場の到達範囲を広げると素子の配列位置への結合確率は増大するが、基板の製造コストの増大を招く。
特表２０１７−５３１９１５号公報 特表２０１７−５００７５７号公報 特開２００５−１７４９７９号公報 特開２００３−２１６０５２号公報
［平成３０年１１月２６日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://japan.hellodd.com/news/news＿view.asp?t=dd ＿jp＿news&mark=4258〉
上述のように、これまで、マイクロＬＥＤディスプレイを低コストで実現することは困難であった。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、マイクロＬＥＤディスプレイをはじめとする各種の半導体チップ集積装置を低コストで製造することができる半導体チップ集積装置の製造方法およびそのような半導体チップ集積装置ならびにこの半導体チップ集積装置の製造に用いて好適な半導体チップインクおよび半導体チップインク吐出装置を提供することである。
上記課題を解決するために、この発明は、
上面および下面に第１電極および第２電極を有し、上記第１電極側および上記第２電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成されている１個または複数の半導体チップと液体とを含有する液滴状の半導体チップインクを、一方の主面にチップ結合部を複数有する実装基板の上記チップ結合部に供給する工程を有する半導体チップ集積装置の製造方法である。
半導体チップインクの詳細は後述する。実装基板のチップ結合部に半導体チップインクを供給する方法は特に限定されず、必要に応じて選ばれる。チップ結合部に供給される液滴状の半導体チップインクの形態は半導体チップインクのチップ結合部に対する濡れ性などにより変化し、曲率が大きく球状の液滴から曲率が小さく平坦な液滴まで様々な形態を取りうる。典型的には、ノズルの先端から半導体チップインクをチップ結合部に吐出する。好適には、インクジェットプリンティング方式によりノズルの先端から半導体チップインクをチップ結合部に吐出する。この場合、吐出する半導体チップインクの量は、一つのチップ結合部当たり１個の半導体チップを含む量であっても、一つのチップ結合部当たり複数（例えば２〜５個）の半導体チップを含む量であってもよく、必要に応じて選ばれる。実装基板のチップ結合部に供給された半導体チップインクは、加熱などによる強制乾燥または自然乾燥により液体成分が除去される。供給された半導体チップインク中に含まれていた半導体チップは、後述する方法により、第１電極側および第２電極側のうちの一方の側をチップ結合部に向けてチップ結合部と接触する。チップ結合部は、好適には、平坦（チップ結合部がチップ結合部の周辺と同一面上にあると言い換えることもできる）あるいはチップ結合部の周辺に対して上面が平坦な凸部からなる。こうすることで、チップ結合部に液滴状の半導体チップインクを供給しやすくする。
半導体チップは、少なくとも上面および下面に第１電極および第２電極を有するが、そのほかに一つまたは複数の電極を有することもある。実装基板のチップ結合部は、強磁性材料を含む場合と含まない場合とがある。チップ結合部が強磁性材料を含む場合は、第１電極側および第２電極側のうちのより強く磁場に引き寄せられるように構成された側をチップ結合部に向けて磁力により接触させる。一方、チップ結合部が強磁性材料を含まない場合は、チップ結合部に液滴状の半導体チップインクを供給した後、外部磁場を印加することによりチップ結合部に半導体チップインク中の半導体チップを第１電極側および第２電極側のうちのより強く磁場に引き寄せられるように構成された側をチップ結合部に向けて接触させる。半導体チップは、第１電極側および第２電極側のうちのより強く磁場に引き寄せられるように構成された側がチップ結合部に直接接触する場合もあるし、チップ結合部上に設けられた非磁性の層、例えば非磁性の金属からなる配線や電極などのチップ結合部の上方の部分に接触する場合もある。半導体チップとチップ結合部との結合は、例えば、チップ結合部に粘着物質または低融点金属を形成しておき、第１電極側および第２電極側のうちのより強く磁場に引き寄せられるように構成された側をチップ結合部の粘着物質に接触させて固定した後にめっき（無電解めっきなど）などにより電気的および機械的に結合させたり、低融点金属に接触させた後に低融点金属を加熱溶融することにより電気的および機械的に結合させたりする。
典型的な例では、半導体チップの第１電極または第２電極または第１電極および第２電極に強磁性材料を含む。例えば、第１電極または第２電極または第１電極および第２電極が積層膜からなり、この積層膜を構成する少なくとも一層の膜が強磁性材料からなる。あるいは、第１電極または第２電極が強磁性材料を含まず、第１電極または第２電極の近傍に強磁性材料が設けられてもよい。具体的には、例えば、第１電極または第２電極の一部、例えば外周部の上に強磁性材料からなる膜が設けられる。強磁性材料は特に限定されないが、好適には、軟磁性体が用いられる。軟磁性体は、保磁力が小さく透磁率が大きい材料であり、磁場の影響下では強く磁化されるが、磁場が存在しない場合は磁力を持たない性質を有する。軟磁性体は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、パーマロイ（Ｆｅ−７８．５Ｎｉ合金）、スーパーマロイ（Ｆｅ−７９Ｎｉ−５Ｍｏ合金）、センダスト（Ｆｅ−１０Ｓｉ−５Ａｌ合金）、Ｆｅ−４％Ｓｉ合金、ＳＵＳ４１０Ｌ、パーメンジュール（Ｆｅ−５０Ｃｏ合金）、ソフトフェライト（５０Ｍｎ−５０Ｚｎ）、アモルファス磁性合金（Ｆｅ−８Ｂ−６Ｃ合金）などであるが、これに限定されるものではない。
半導体チップは、基本的にはどのようなものであってもよいが、例えば、発光素子、受光素子、トランジスタ、イメージセンサー、半導体太陽電池、半導体集積回路装置、半導体センサーなどのチップである。発光素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のほか、レーザダイオード（ＬＤ）（特に垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ））や有機ＥＬ素子なども含む。発光素子は、ＡｌＧａＩｎＮ系半導体発光素子やＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子などであるが、これに限定されるものではない。ＡｌＧａＩｎＮ系半導体発光素子は、青紫、青色から緑色の波長帯（波長３９０ｎｍ〜５５０ｎｍ）の発光を得る場合に使用され、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子は、赤色の波長帯（波長６００ｎｍ〜６５０ｎｍ）の発光を得る場合に使用される。発光素子は、発光層を挟んだ上下方向に第１電極および第２電極としてｐ側電極およびｎ側電極を有する垂直型（縦型）発光素子と言い換えることもできる。半導体チップは、一つの典型的な例では、上面および下面にｐ側電極およびｎ側電極を有し、ｐ側電極側および上記ｎ側電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成された発光素子チップである。受光素子は、典型的にはフォトダイオードであり、材料はシリコン、化合物半導体などであるが、これに限定されるものではない。トランジスタは、基本的にはどのようなものであってもよいが、例えば、縦型ＭＯＳＦＥＴ（薄膜トランジスタを含む）、バックゲート型ＭＯＳＦＥＴ（薄膜トランジスタを含む）、縦型バイポーラトランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）などである。イメージセンサーは、例えば、ＣＣＤイメージセンサー、ＭＯＳイメージセンサーなどであるが、これに限定されるものではない。半導体太陽電池は、典型的には、シリコン、化合物半導体などを用いたものであるが、これに限定されるものではない。半導体集積回路装置はＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ、ＵＬＳＩなどであり、シリコン、化合物半導体などを用いたものであるが、これに限定されるものではない。この場合、例えば半導体チップの裏面に形成されるバックメタルを第１電極または第２電極として用いることができる。半導体センサーは、センシングの対象に応じて材料などが選択されるが、例えばシリコンや化合物半導体などを用いたものである。
半導体チップのチップサイズは必要に応じて選ばれるが、一般的には１５０μｍ×１５０μｍ以下、あるいは１００μｍ×１００μｍ以下、あるいは５０μｍ×５０μｍ以下、あるいは３０μｍ×３０μｍ以下、あるいは２０μｍ×２０μｍ以下、あるいは１０μｍ×１０μｍ以下に選ばれ、一般的には０．５μｍ×０．５μｍ以上である。また、半導体チップの厚さも必要に応じて選ばれるが、一般的には５０μｍ以下、好適には２０μｍ以下である。特に、半導体チップが発光素子チップである場合には、発光素子チップは、基板上に発光素子を構成する半導体層の結晶成長を行った後、基板を半導体層から分離したものであることが望ましく、厚さは例えば２０μｍ以下であることが望ましい。半導体チップは、好適には、チップ面に垂直な軸に関し回転対称性を有し、例えば、円形、正方形、正六角形、正八角形などであり、この場合、発光素子チップは全体としてそれぞれ円柱、正四角柱、正六角柱、正八角柱などであるが、これに限定されるものではない。特に、半導体チップが円柱状である場合、半導体チップは、好適には直径３０μｍ以下、厚さ２０μｍ以下である。
実装基板は、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板、樹脂フィルム、プリント基板などである。実装基板の一方の主面には、例えば、複数の半導体チップ間を電気的に接続するための配線となる基板電極が所定のパターン、配置、間隔で設けられる。この場合、この基板電極上にチップ結合部が設けられ、このチップ結合部の配列パターン、大きさ、平面形状、間隔などは、半導体チップ集積装置の用途、実装する半導体チップなどに応じて適宜選択される。実装基板のチップ結合部の配列パターンの一例を挙げると、チップ結合部が二次元アレイ状に設けられる。この場合、二次元アレイ状に設けられたそれぞれのチップ結合部に半導体チップが結合することにより、半導体チップが二次元アレイ状に配列する。チップ結合部の大きさおよび平面形状は、実装する半導体チップの大きさおよび平面形状に応じて、半導体チップが結合することができるように適宜選択される。チップ結合部、従って半導体チップの間隔、個数などは、半導体チップ集積装置に要求される機能などに応じて適宜選択される。チップ結合部は、一つの半導体チップだけが結合可能に構成されることもあるし、複数、例えば（２〜１０）個の半導体チップが結合するように構成されることもあり、必要に応じて選ばれる。チップ結合部が強磁性材料を含む場合、チップ結合部の横方向のサイズをＤ、半導体チップのチップサイズをｄとしたとき、一般的にはＤ≦３０ｄが成立する。チップ結合部が強磁性材料を含む場合、Ｄはｄと同等以下であってもよい。Ｄがｄよりも大きい場合は、チップ結合部に含まれる強磁性材料の横方向のサイズをＤ’としたとき、Ｄ’をｄと同等かそれ以下にする。サイズＤ’の強磁性材料は、一つのチップ結合部に１個または複数個（例えば２〜１０個）設けることができる。一つのチップ結合部にサイズＤ’の強磁性材料を複数個設けることにより、チップ結合部に吐出された半導体チップインク中の半導体チップの個数が、チップ結合部に含まれる強磁性材料の個数より多かった場合に、余った半導体チップが磁場に引かれずに、他の半導体チップと反対の極性でチップ結合部に接触し、それが後に電流リークの原因になるなどの不良を防止することができる。チップ結合部が強磁性材料を含まない場合は、一般的には２ｄ≦Ｄ≦３０ｄが成立する。チップ結合部が強磁性材料を含まない場合は、半導体チップインクの広がりに対して半導体チップが結合することができる面積をある程度以上確保する必要があるため、２ｄ≦Ｄとした。一方、Ｄは大きすぎても配線などのデバイス設計に支障が生じるため、Ｄ≦３０ｄが妥当である。チップ結合部の構成は必要に応じて選ばれる。例えば、チップ結合部は積層膜からなり、この積層膜を構成する少なくとも一層の膜が強磁性材料からなる。チップ結合部に強磁性材料が含まれる場合、その強磁性材料は特に限定されないが、好適には、保磁力が大きい硬磁性体である。硬磁性体は、磁場を取り去っても保磁力を有する性質を有し、永久磁石として用いられる。硬磁性体は、例えば、ネオジム鉄ボロン（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）磁石、コバルト白金（Ｃｏ−Ｐｔ）系磁石（Ｃｏ−Ｐｔ磁石、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ磁石など）、サマリウムコバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）磁石、サマリウム鉄窒素（Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ）磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石などであるが、これに限定されるものではない。また、マグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ）などのフェリ磁性を持つ物質でもよい。チップ結合部に含まれる強磁性材料、取り分け硬磁性体は、例えば、これらの粉末に樹脂を混合させた形態のものであってもよい。チップ結合部を構成する強磁性材料の磁化の向きは特に限定されず、任意の向きであってよいが、例えば、実装基板の一方の主面に垂直である。実装基板のチップ結合部には１個または複数個の半導体チップが結合するが、チップ結合部に複数個の半導体チップが結合可能な設計の場合、供給される半導体チップインクの吐出液中に（たとえ１個の割合で半導体チップが存在するようにインクの濃度や吐出液量を調節したとしても、ある程度の頻度で）２個以上の半導体チップが含まれる場合があるため、複数個の半導体チップが結合しているチップ結合部が存在する。そのため、大半のチップ結合部には１個の半導体チップが結合しているが、実装基板の全てのチップ結合部のうち、２個以上の半導体チップが結合しているチップ結合部は０．１％以上の割合で存在することがある。
半導体チップ集積装置は、基本的にはどのようなものであってもよく、半導体チップの種類に応じて適宜設計される。半導体チップ集積装置は、一種類の半導体チップを集積したものだけでなく、二種類以上の半導体チップを集積したものであってもよい。半導体チップが発光素子チップである場合、発光素子チップ集積装置は、例えば、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードバックライト、発光ダイオードディスプレイなどであるが、これに限定されるものではない。半導体チップ集積装置の大きさ、平面形状などは、半導体チップ集積装置の用途、半導体チップ集積装置に要求される機能などに応じて適宜選択される。
また、この発明は、
一方の主面に強磁性材料を含むチップ結合部または強磁性材料を含まないチップ結合部を複数有し、上記チップ結合部は平坦または、上記チップ結合部の周辺に対して上面が平坦な凸部からなる実装基板と、
上記実装基板の上記チップ結合部に、第１電極および第２電極を有し、上記第１電極側および上記第２電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成されている半導体チップが、上記第１電極側および上記第２電極側のうちのより強く磁場に引き寄せられるように構成された側を上記チップ結合部に向けて磁力、粘着物質による粘着力、めっきまたは低融点金属による溶着により上記チップ結合部に結合している半導体チップ集積装置である。
この半導体チップ集積装置の発明においては、特にその性質に反しない限り、上記の半導体チップ集積装置の製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。
また、この発明は、
上面および下面に第１電極および第２電極を有し、上記第１電極側および上記第２電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成されている１個または複数の半導体チップと液体とを含有する半導体チップインクである。
この半導体チップインクが含有する半導体チップについては、上記の半導体チップ集積装置の製造方法の発明において説明した通りである。半導体チップインクが含有する液体は、使用する半導体チップを分散させることができる限り特に限定されず、極性溶媒であっても無極性溶媒であってもよく、必要に応じて選ばれる。極性溶媒は、極性非プロトン性溶媒であってもプロトン性溶媒であってもよい。あるいは、この液体は、水であっても非水溶媒（水を除く二種類以上の溶媒の混合物、水と水を除く二種類以上の溶媒との混合物を含む）であってもよく、非水溶媒は不活性溶媒であっても活性溶媒であってもよい。不活性溶媒は、例えば、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、四塩化炭素、アセトニトリルなどである。活性溶媒は、両性溶媒であっても酸性溶媒であっても塩基性溶媒であってもよいが、両性溶媒が望ましい。両性溶媒は、例えば、メタノール、エタノール、ホルムアミド、アセトアミドなどである。
半導体チップインクには、必要に応じて、半導体チップおよび液体に加えて他の成分を含有させるようにしてもよい。他の成分は、例えば、フィラーや界面活性剤である。フィラーは、半導体チップインクの液体に分散させることができる限り、材質、形状、大きさなどは特に限定されず、必要に応じて選ばれる。例えば、フィラーの材質はシリコーン樹脂等の各種の樹脂である。フィラーの形状は球、楕円体など、大きさは半導体チップの大きさなどに応じて選択され、平均粒径は１〜３０μｍ程度である。半導体チップインクにフィラーを含有させることにより、次のような種々の利点を得ることができる。すなわち、液体中に半導体チップを容易に均一に分散させることができるだけでなく、均一な分散状態を保ちやすくする。また、半導体チップインクの単位容積当たりのフィラーおよび半導体チップの濃度を調整することにより、半導体チップインクをノズルによる吐出などにより一回供給する際に液滴中の半導体チップの個数を１個〜数個に調節することが容易になる。また、フィラーは、半導体チップインク中での半導体チップ同士の衝突による破損を防ぐ緩衝材としての役割を果たすことができる。さらに、フィラーは潤滑剤の役割も果たすことができるため、例えばインクジェットプリンティング方式を用いて半導体チップインクを供給する場合にノズルの吐出口の詰まりを防止することができる。界面活性剤は、液体中に半導体チップを容易に均一に分散させることができるだけでなく、均一な分散状態を保ちやすくする役割も果たすことができる。界面活性剤は特に限定されず、必要に応じて選ばれ、例えばＣ17Ｈ35ＣＯＯＮａなどのアニオン界面活性剤、例えばＣ12Ｈ25Ｎ（ＣＨ3 ）3 Ｃｌなどのカチオン界面活性剤、例えばＣ12Ｈ25ＮＨＣＨ2 ＣＨ2 ＳＯ3 Ｎａなどの両性界面活性剤、例えばＣ9 Ｈ19（Ｃ6 Ｈ4 ）（ＯＣＨ2 ＣＨ2 ）6 ＯＨなどの非イオン界面活性剤のいずれであってもよい。
半導体チップインク中の半導体チップの濃度は必要に応じて選ばれるが、典型的には、半導体チップが液体中に１００ピコリットルの体積中に１〜２００個存在するように分散されている。半導体チップインク中の半導体チップの体積分率は必要に応じて選ばれるが、典型的には３０％以下である。半導体チップインクの粘度は必要に応じて選ばれるが、例えば０．００１〜１００Ｐａ・ｓの範囲である。
また、この発明は、
上面および下面に第１電極および第２電極を有し、上記第１電極側および上記第２電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成されている１個または複数の半導体チップと液体とを含有する半導体チップインクを収容する少なくとも一つのインク室と、
上記インク室に設けられた吐出ノズルと、
上記インク室に設けられた、上記吐出ノズルから上記半導体チップインクを吐出するための吐出機構とを有する半導体チップインク吐出装置である。
吐出機構は、特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、例えば、ピエゾアクチュエータまたは静電アクチュエータによる半導体チップインクの圧力上昇を利用して吐出するタイプのものや、加熱により半導体チップインクの液体を気化させることによる半導体チップインクの体積膨張を利用するタイプのものなどである。インク室は一つだけでも、複数でもよく、必要に応じて選ばれる。半導体チップインク吐出装置は、一つの好適な例では、半導体チップインクをインク室に供給する半導体チップインク供給部と、この半導体チップインク供給部とインク室とを連結する供給路と、供給路に設けられた制御バルブとをさらに有する。典型的には、半導体チップインク吐出装置はインクジェットプリントヘッドであるが、これに限定されるものではない。特に半導体チップインク吐出装置が、一方の主面にチップ結合部を複数有する実装基板のチップ結合部に半導体チップインクを吐出するものであり、さらに半導体チップが第１電極および第２電極を有し、これらの第１電極側および第２電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成されたものであり、かつ実装基板のチップ結合部が強磁性材料を含まない場合には、上記のチップ結合部に外部磁場を印加するための外部磁場印加機構をさらに有する。この場合、外部磁場を印加することによりチップ結合部に半導体チップインク中の半導体チップを第１電極側および第２電極側のうちのより強く磁場に引き寄せられるように構成された側をチップ結合部に向けて接触させることができる。外部磁場を印加するタイミングは、半導体チップインクを吐出する前でも、半導体チップインクを吐出すると同時でも、半導体チップインクを吐出した直後でもよく、必要に応じて選ばれる。
この半導体チップインク吐出装置の発明においては、上記以外のことについては、特にその性質に反しない限り、上記の半導体チップ集積装置の製造方法および半導体チップインクの各発明に関連して説明したことが成立する。
半導体チップ集積装置は、半導体チップインクを吐出する方法だけでなく、同じく半導体チップインクを用いた次のような方法によっても製造することができる。
すなわち、この発明は、
上面および下面に第１電極および第２電極を有し、上記第１電極側および上記第２電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成されている１個または複数の半導体チップと液体とを含有する半導体チップインクに対し、一方の主面に強磁性体を含むチップ結合部を１個または複数有する磁性体ヘッドの上記チップ結合部を接触させることにより、上記半導体チップインク中の上記半導体チップの上記第１電極側および上記第２電極側のうちのより強く磁場に引き寄せられるように構成された側を上記チップ結合部に磁力により引き付けて接触させる工程と、
一方の主面の、上記磁性体ヘッドの上記チップ結合部に対応した位置に粘着物質が形成された一時転写用基板の上記粘着物質に上記磁性体ヘッドの上記チップ結合部に接触した上記半導体チップを粘着させて転写する工程と、
上記一時転写用基板に転写された上記半導体チップを一方の主面の、上記一時転写用基板の上記粘着物質に対応した位置のチップ結合部に低融点金属が形成された実装基板の上記低融点金属に接触させる工程と、
上記実装基板の上記チップ結合部の上記低融点金属に上記半導体チップを接触させた後、上記低融点金属を加熱溶融することにより上記半導体チップを上記チップ結合部に結合させる工程と、
上記チップ結合部に上記半導体チップが結合した上記実装基板から上記一時転写用基板を分離する工程とを有する半導体チップ集積装置の製造方法である。
この半導体チップ集積装置の製造方法の発明においては、特にその性質に反しない限り、上記の半導体チップ集積装置の製造方法および半導体チップインクの各発明に関連して説明したことが成立する。
この発明によれば、半導体チップインクを実装基板のチップ結合部に供給し、チップ結合部が強磁性材料を含む場合はチップ結合部と第１の電極側または第２の電極側との間に働く磁力により実装基板のチップ結合部に半導体チップを第１の電極側または第２の電極側がチップ結合部を向くようにして容易に接触させることができ、チップ結合部が強磁性材料を含まない場合は外部磁場を印加することにより同様に実装基板のチップ結合部に半導体チップを第１の電極側または第２の電極側がチップ結合部を向くようにして容易に接触させることができる。そして、例えばチップ結合部に粘着物質または低融点金属を形成しておき、第１電極側および第２電極側のうちのより強く磁場に引き寄せられるように構成された側をチップ結合部の粘着物質に接触させて固定した後にめっきなどを行ったり、低融点金属に接触させた後に低融点金属を加熱溶融することにより、半導体チップとチップ結合部とを電気的および機械的に結合させることができる。あるいは、半導体チップインクに対する磁性体ヘッドの接触、一時転写用基板への転写、実装基板への転写などを経て同様に半導体チップと実装基板のチップ結合部とを電気的および機械的に結合させることができる。そして、例えば、チップ結合部を二次元アレイ状に設けることにより、大面積あるいは高集積密度の半導体チップ集積装置、例えば、発光ダイオード照明装置、大面積の発光ダイオードバックライト、大画面の発光ダイオードディスプレイ、電力制御装置、集積型センサーなどを容易に実現することができる。
この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法に用いられる垂直型マイクロＬＥＤチップの製造方法を示す断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法に用いられる垂直型マイクロＬＥＤチップの製造方法を示す断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法に用いられる垂直型マイクロＬＥＤチップの製造方法を示す断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法に用いられる垂直型マイクロＬＥＤチップの製造方法を示す断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法に用いられる垂直型マイクロＬＥＤチップの製造方法により製造された垂直型マイクロＬＥＤチップの平面形状の例を示す平面図である。 この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法に用いられる実装基板の製造方法を示す断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図および平面図である。 この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法により製造されたマイクロＬＥＤ集積装置を示す平面図である。 この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法により製造された配列不良を伴うマイクロＬＥＤ集積装置を示す平面図である。 この発明の第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法により製造された配列不良を伴うマイクロＬＥＤ集積装置の修理方法を示す断面図である。 この発明の第２の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第４の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法において用いられる三種類のインクを示す断面図である。 この発明の第４の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第４の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第４の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第４の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図および平面図である。 この発明の第５の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法において用いられるインクを示す断面図である。 この発明の第６の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第６の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第６の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法の利点を説明するための平面図である。 この発明の第８の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す平面図である。 この発明の第８の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す平面図である。 この発明の第９の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法において使用される実装基板を示す平面図および断面図である。 この発明の第９の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法において使用される実装基板の製造方法を示す平面図および断面図である。 この発明の第９の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す平面図および断面図である。 この発明の第９の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す平面図および断面図である。 この発明の第９の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す平面図および断面図である。 この発明の第９の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す平面図および断面図である。 この発明の第９の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す平面図および断面図である。 この発明の第９の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す平面図および断面図である。 この発明の第９の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す平面図および断面図である。 この発明の第１０の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法において使用される実装基板を示す平面図および断面図である。 この発明の第１０の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第１０の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第１０の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法により製造されたマイクロＬＥＤ集積装置を示す平面図である。 この発明の第１０の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法においてインクの吐出および外部磁場の印加の方法の一例を示す断面図である。 この発明の第１１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法において使用される垂直型マイクロＬＥＤチップを示す断面図である。 この発明の第１２の実施の形態によるマイクロｐｎダイオード集積装置の製造方法において使用される垂直型マイクロｐｎダイオードチップを示す断面図である。 この発明の第１３の実施の形態によるマイクロパワートランジスタ集積装置の製造方法において使用される垂直型マイクロパワートランジスタチップを示す断面図である。 この発明の第１４の実施の形態によるマイクロパワートランジスタ集積装置の製造方法において使用される垂直型マイクロパワートランジスタチップを示す断面図である。 この発明の第１５の実施の形態によるマイクロ太陽電池集積装置の製造方法において使用される垂直型マイクロ太陽電池チップを示す断面図である。 この発明の第１６の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法において使用される磁性体ヘッドを示す平面図および断面図である。 この発明の第１６の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第１６の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第１６の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第１６の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法を示す断面図である。 この発明の第１６の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法において転写不良の修復に使用される磁性体ヘッドを示す平面図および断面図である。
以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」と言う）について説明する。
〈第１の実施の形態〉
［マイクロＬＥＤ集積装置の製造方法］
マイクロＬＥＤ集積装置は実装基板上に垂直型マイクロＬＥＤチップを多数実装することにより製造するが、最初にまず、上面および下面にｐ側電極およびｎ側電極を有する垂直型マイクロＬＥＤチップおよび実装基板の製造方法について説明する。
（１）垂直型マイクロＬＥＤチップの製造方法
垂直型マイクロＬＥＤチップの製造方法について説明する。
図１Ａに示すように、サファイア基板１０上に、ｎ型ＧａＮ層１１、障壁層としてのＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層と井戸層としてのＩｎy Ｇａ1-y Ｎ層とが交互に積層されたＩｎx Ｇａ1-x Ｎ／Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造（ｘ＜ｙ、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）を有する発光層１２およびｐ型ＧａＮ層１３を順次エピタキシャル成長させる。ｎ型ＧａＮ層１１の厚さは例えば５〜１０μｍ、発光層１２の厚さは例えば０．１〜０．２μｍ、ｐ型ＧａＮ層１３の厚さは例えば０．１〜０．２μｍである。エピタキシャル成長には例えばＭＯＣＶＤ法を用いる。
次に、図１Ｂに示すように、ｐ型ＧａＮ層１３の全面に例えば真空蒸着法によりｐ側電極形成用の金属膜を形成し、この金属膜をリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングすることによりｐ側電極１４を形成した後、このｐ側電極１４をマスクとして例えばＲＩＥ法によりサファイア基板１０が露出するまでエッチングを行う。ｐ側電極形成用の金属膜としては、例えば、Ｔｉ（あるいはＩＴＯ）／Ａｇ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ構造の積層膜を用いる。ここで、このｐ側電極１４を構成する各膜の厚さは、例えば、下から順に、Ｔｉ膜は５ｎｍ（ＩＴＯ膜は１００ｎｍ）、Ａｇ膜は１５０ｎｍ、Ｔｉ膜は５０ｎｍ、Ｎｉ膜は２５０ｎｍ、Ｔｉ膜は５０ｎｍ、Ｎｉ膜は２５０ｎｍ、Ｔｉ膜は５０ｎｍ、Ｎｉ膜は２５０ｎｍ、Ｔｉ膜は５０ｎｍ、Ａｕ膜は５０ｎｍである。このｐ側電極１４を構成する多層膜のうちＮｉ膜は軟磁性体である。次に、ｐ側電極１４をｐ型ＧａＮ層１３にオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。
次に、図１Ｃに示すように、基板全面にレジストや透明樹脂などの被覆材１５を塗布して覆った後、その上にフィルムやＳｉ基板などの支持体１６を形成する。
次に、図２Ａに示すように、サファイア基板１０の裏面側からレーザービームを照射することによりｎ型ＧａＮ層１１とサファイア基板１０との界面で剥離を生じさせる。
こうして、図２Ｂに示すように、ｎ型ＧａＮ層１１からサファイア基板１０を分離する（レーザーリフトオフ）。
次に、図２Ｂに示すように、ｎ型ＧａＮ層１１の表面のｎ側電極形成領域に対応する部分に開口１７ａを有するレジストパターン１７をリソグラフィーにより形成する。
次に、基板全面に例えば真空蒸着法によりＴｉ膜、Ａｌ膜、Ｔｉ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、図２Ｃに示すように、レジストパターン１７をその上に形成されたＴｉ膜、Ａｌ膜、Ｔｉ膜およびＡｕ膜からなる積層膜１８とともに除去する（リフトオフ）。これによって、レジストパターン１７の開口１７ａを通じてｎ型ＧａＮ層１１にコンタクトしたｎ側電極（カソード）１９が形成される。ここで、このｎ側電極１９を構成するＴｉ膜、Ａｌ膜、Ｔｉ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ５ｎｍ、３００ｎｍ、２０ｎｍおよび５０ｎｍである。次に、ｎ側電極１９をｎ型ＧａＮ層１１にオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。
次に、図３Ａに示すように、支持体１６上に被覆材１５、ｐ側電極１４、ｐ型ＧａＮ層１３、発光層１２、ｎ型ＧａＮ層１１およびｎ側電極１９が形成されたものを容器２０内に入れられた溶剤２１に漬けることにより被覆材１５を溶かす。こうして、図３Ｂに示すように、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が得られる。
図４に示すように、こうして得られた垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を支持体１６ごと溶剤２１から取り出し、純水でリンスした後、乾燥させる。
図５Ａ、ＢおよびＣに垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の平面形状の例を示す。垂直型マイクロＬＥＤチップ３０はある程度回転対称であれば良いが、図５Ａは正六角形の場合、図５Ｂは円形の場合、図５Ｃは正方形の場合であり、それぞれ垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の全体形状が正六角柱状、円柱状、正四角柱状である。
（２）実装基板の製造方法
図６Ａに示すように、基板４０を用意する。基板４０は剛性を有するものであってもフレキシブルなものであってもよく、また透明であっても不透明であってもよく、必要に応じて選ばれる。基板４０は、例えば、Ｓｉ基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板などのほか、樹脂フィルムなどであってもよい。
次に、基板４０の全面にスパッタリング法や真空蒸着法などによりＴｉ膜４１、磁性体膜４２、Ｔｉ膜４３（あるいはＮｉ膜）およびＡｕ膜４４を順次形成した後、これらの膜をリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングすることによりチップ結合部４５を形成する。チップ結合部４５はマトリクス状に縦横に配列されて形成される。チップ結合部４５の平面形状は、特に限定されることはなく必要に応じて選ばれるが、ここでは円形に選ばれる。ここでも同様に、チップ結合部４５に含まれる磁性体膜４２の直径Ｄ’は特に限定されないが、磁性体膜４２周辺の磁場が大きくなる傾向があるため、Ｄ’は垂直型マイクロＬＥＤチップ３０のチップサイズｄと同等かそれ以下が望ましい。
次に、図６Ｂに示すように、基板全面にスパッタリング法や真空蒸着法などによりロウ電極形成用の非磁性の金属膜をチップ結合部４５を覆うように形成した後、この金属膜をリソグラフィーおよびエッチングにより一方向に互いに平行に延在する複数の直線状のパターンに加工することによりロウ電極４６を形成する。金属膜としては、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ積層膜が用いられるが、Ｃｕ（あるいはＣｕ合金）／Ａｕ／Ｔｉ積層膜を用いてもよい。Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ積層膜を構成する膜の厚さは、例えば、下から順に５〜１０ｎｍ、３００〜１０００ｎｍ、５０ｎｍ、５〜１００ｎｍ、５０ｎｍである。
次に、図６Ｃに示すように、図示省略した磁場発生装置により矢印で示すように磁場を印加することにより、チップ結合部４５に含まれる強磁性体膜、例えば硬磁性体膜を膜面に垂直方向に磁化（着磁）させる。ただし、着磁の際の磁化の方向は任意に設定することができる。これらの強磁性体膜あるいは硬磁性体膜は、強磁性体あるいは硬磁性体のみからなる膜であっても、強磁性体あるいは硬磁性体の粉末と樹脂とを混合させた膜であってもよい。
以上により、実装基板５０が製造される。
（３）マイクロＬＥＤディスプレイの製造方法
第１の実施の形態においては、インクジェットプリンティング方式により垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を実装基板５０上に配列する。
すなわち、図７Ａに示すように、インクジェットプリントヘッド１００を用意する。インクジェットプリントヘッド１００は、壁材１０１で互いに分離して形成された複数のインク室１０２を有する。各インク室１０２には、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が液体に分散されたインク１０３が図示省略した充填口から充填されている。インク室１０２のピッチは必要に応じて選ばれるが、例えば２０〜５００μｍである。各インク室１０２の下方にはそれぞれ吐出ノズル１０４が設けられている。吐出ノズル１０４の直径は必要に応じて選ばれるが、例えば１０〜５０μｍである。また、各インク室１０２の上には、電極１０５ａ、１０５ｂの間に圧電体１０５ｃを挟んだ構造のピエゾアクチュエーター１０５が設けられている。
このインクジェットプリントヘッド１００を実装基板５０の上方に配置し、図７Ｂに示すように、ピエゾアクチュエーター１０５を作動させることにより各吐出ノズル１０４からインク１０３を実装基板５０のチップ結合部４５の上方のロウ電極４６上に吐出させる。一滴のインク１０３には例えば１個〜数個の垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が含まれるようにする。この場合、一滴のインク１０３の体積は例えば１〜１０ピコリットルである。垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の体積は一般に０．１〜２ピコリットルである。例えば、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が直径２０μｍの円形の形状を有し、厚さが６μｍであるとすると、体積は約１．９ピコリットルである。また、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が直径１０μｍの円形の形状を有し、厚さが６μｍであるとすると、体積は約０．５ピコリットルである。
図７Ｃはこうして実装基板５０のチップ結合部４５の上方のロウ電極４６上にインク１０３が付着し、インク１０３に含まれる一つの垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が磁力により引かれて、チップ結合部４５の上方のロウ電極４６上に配列した状態を示す。
次に、図７Ｄに示すように、乾燥を行うことでインク１０３の液体成分を蒸発させて除去する。
この後、実装基板５０上の垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の配列状況を検査し、必要に応じて修理を行う。すなわち、配列不良の垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を除去した後、再度、吐出ノズル１０４からインク１０３を実装基板５０のチップ結合部４５の上方のロウ電極４６上に吐出させる。
以上により、実装基板５０のチップ結合部４５の上方のロウ電極４６上に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を結合させることができ、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を配列することができる。この場合、チップ結合部４５の上方のロウ電極４６の表面が実質的なチップ結合部となる。
上述のようにして実装基板５０のチップ結合部４５の上方のロウ電極４６上に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を配列させた状態を図８ＡおよびＢに示す。ここで、図８Ａは断面図、図８Ｂは平面図である。
次に、図９Ａに示すように、上述のようにして実装基板５０のチップ結合部４５の上方のロウ電極４６上に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を配列させた状態で、実装基板５０の全体をめっき液２００に浸し、実装基板５０のロウ電極４６と垂直型マイクロＬＥＤチップ３０のｐ側電極１４との間に金属（例えば、Ａｕ、Ｃｕなど）を析出させる。こうして、図９Ｂに示すように、金属膜６１が形成され、ロウ電極４６と垂直型マイクロＬＥＤチップ３０のｐ側電極１４との間が電気的および機械的に接続される。
次に、図１０Ａに示すように、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が配列した実装基板５０の全面に真空蒸着法や塗布法などにより例えばＳｉＯ2 膜、樹脂、レジストなどの絶縁膜６２を表面がある程度平坦となるように形成する。
次に、図１０Ｂに示すように、絶縁膜６２をＲＩＥ法などによりエッチングすることによりｎ側電極１９およびｎ型ＧａＮ層１１の上部を露出させる。
次に、図１０Ｃに示すように、絶縁膜６２上にスパッタリング法や真空蒸着法などによりカラム電極形成用の非磁性の金属膜を形成した後、この金属膜をリソグラフィーおよびエッチングによりロウ電極４６と直交する方向に互いに平行に延在する複数の直線状のパターンに加工することによりカラム電極６３を形成する。金属膜としては、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ積層膜が用いられるが、Ｃｕ（あるいはＣｕ合金）／Ａｕ積層膜を用いてもよい。Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ積層膜を構成する膜の厚さは、例えば、下から順に５〜１０ｎｍ、３００〜１０００ｎｍ、５０ｎｍおよび５〜１００ｎｍである。
次に、図１１に示すように、絶縁膜６２上にスパッタリング法や真空蒸着法などにより例えばＩＴＯ膜のような透明電極材料を形成した後、この透明電極材料をリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングすることにより垂直型マイクロＬＥＤチップ３０のｎ側電極１９とカラム電極６３とを接続する透明電極６４を形成する。図１２にこの状態の平面図を示す。
上述のめっきにより金属膜６１を形成する前には、好適には、実装基板５０上の垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の配列状態の検査を行う。そして、この検査の結果、例えば図１３に示すように、チップ結合部４５の上方のロウ電極４６に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が結合していない、すなわち未実装である場合や垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の結合位置がチップ結合部４５からずれている配列不良の場合には、修理を行う。修理方法を図１４Ａ〜Ｃに示す。図１４Ａに示すように、実装基板５０上の配列不良の垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の上方から、ヘッド３００の下端に設けたシリコーンゴムなどの粘着剤３０１を接近させて接着し、続いて図１４Ｂに示すようにヘッド３００を上方に移動させることで配列不良の二つの垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を除去する。この後、例えば図７Ａ〜Ｄと同様にして、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が結合していないチップ結合部４５の上方のロウ電極４６に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を結合させる。こうして、実装基板５０上の各チップ結合部４５の上方のロウ電極４６に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を配列させることができる。
以上のように、この第１の実施の形態によれば、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０のｐ側電極１４に強磁性材料、取り分け軟磁性体を含ませることにより、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０のｐ側電極１４側がｎ側電極１４側に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成するとともに、実装基板５０に磁性体膜４２、取り分け硬磁性体からなる磁性体膜４２を含むチップ結合部４５を例えば二次元アレイ状に複数設け、複数、通常は多数の垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を含有するインク１０３をインクジェットプリントヘッド１００の各吐出ノズル１０４から実装基板５０のチップ結合部４５の上方のロウ電極４６上に吐出し、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０のｐ側電極１４側を磁力により引き付けてチップ結合部４５の上方のロウ電極４６に接触させ、その後めっきを行うことにより垂直型マイクロＬＥＤチップ３０とロウ電極４６とを電気的および機械的に結合させることで、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の集積度によらず、マイクロＬＥＤ集積装置、例えばマイクロＬＥＤディスプレイ、マイクロＬＥＤバックライト、マイクロＬＥＤ照明装置などを低コストで容易に実現することができる。また、実装基板５０上に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の配列不良などが生じた場合でも容易に修理することができる。
〈第２の実施の形態〉
［マイクロＬＥＤ集積装置の製造方法］
第２の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法においては、第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法において、図６Ｃに示すように、磁性体膜４２を着磁させた後に、図１５に示すように、各チップ結合部４５の上方のロウ電極４６上に低融点金属として半田４００を真空蒸着法などにより形成し、この半田４００上に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を接触させ、その後にこの半田４００を加熱溶融することにより垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を各チップ結合部４５の上方のロウ電極４６に電気的および機械的に結合させることが、第１の実施の形態と異なる。半田４００は、必要に応じて選ばれるが、例えば、Ｓｎ、ＡｕＳｎ、ＩｎＳｎ、Ｉｎなどである。
その他のことは第１の実施の形態と同様である。
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈第３の実施の形態〉
［マイクロＬＥＤ集積装置の製造方法］
第３の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法においては、第２の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法において、各チップ結合部４５の上方のロウ電極４６上に半田４００の代わりに粘着物質を形成し、この粘着物質に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を接触させて接着し、その後に無電解めっきなどのめっきを行うことにより垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を各チップ結合部４５の上方のロウ電極４６に電気的および機械的に結合させることが、第２の実施の形態と異なる。粘着物質としては、例えばシリコーン樹脂などを用いることができる。
その他のことは第１の実施の形態によるマイクロＬＥＤ集積装置と同様である。
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈第４の実施の形態〉
［マイクロＬＥＤ集積装置の製造方法］
第４の実施の形態においては、マイクロＬＥＤ集積装置の製造方法において、インクジェットプリンティング方式により青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１および赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１を実装基板５０上に配列する方法について説明する。青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１および緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１は垂直型マイクロＬＥＤチップ３０と同様な構造を有する。また、赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１はＡｌＧａＩｎＰ系半導体を用いたものであり、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０のｎ型ＧａＮ層１１の代わりにｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層５３１１、発光層１２の代わりにＩｎx Ｇａ1-x Ｐ／Ｉｎy Ｇａ1-y Ｐ ＭＱＷ構造の発光層５３１２、ｐ型ＧａＮ層１３の代わりにｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５３１３を用いたものであり、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層５３１３上にｐ側電極５３１４が形成され、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層５３１１上にｎ側電極５３１５が形成されている（図１９Ａ参照）。ｐ側電極５３１４には、ｐ側電極１４と同様に、軟磁性体としてＮｉ膜などを含む。赤色発光のＡｌＧａＩｎＰ系半導体垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１の製造方法としては幾つかの方法が知られており、工程の詳細は省略するが、基板にはＧａＡｓ基板が使用され、例えば、ＧａＡｓ基板上にまず犠牲層として例えばＡｌＡｓ層を形成してからその上にＡｌＧａＩｎＰ系半導体層をエピタキシャル成長させ、電極形成や素子分離工程等を経た後、ＡｌＡｓ層をフッ酸系エッチャントによりウェットエッチングしてＧａＡｓ基板を分離することにより製造することができる。
まず、図１６Ａ〜Ｃに示すように、容器５１０中に青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１を液体に分散させたインク５１２を用意し、容器５２０中に緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１を液体に分散させたインク５２２を用意し、容器５３０中に赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１を液体に分散させたインク５３２を用意する。
そして、図１７Ａに示すように、インクジェットプリントヘッド１００の互いに隣接するインク室１０２にそれぞれ、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１を分散させたインク５２２、青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１を分散させたインク５１２および赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１を分散させたインク５３２を充填する。
図１７Ｂに示すように、このインクジェットプリントヘッド１００のピエゾアクチュエーター１０５を作動させることにより各吐出ノズル１０４からインク５２１、５１１、５３１を吐出させることができる。一滴のインク５２２、５１２、５３２には例えばそれぞれ１個〜数個の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１、５１１、５３１が含まれるようにする。
そこで、図１８Ａに示すように、このインクジェットプリントヘッド１００を実装基板５０の上方に配置し、ピエゾアクチュエーター１０５を作動させることにより各吐出ノズル１０４からインク５２２、５１２、５３２を実装基板５０のチップ結合部４５の上方のロウ電極４６上に吐出させる。その後、乾燥を行うことでインク５２２、５１２、５３２の液体成分を蒸発させて除去する。
こうして、図１８Ｂに示すように、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１、青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１および赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１をそれぞれ実装基板５０のチップ結合部４５の上方のロウ電極４６に結合させることができる。
次に、図１９Ａに示すように、垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１、５１１、５３１が配列した実装基板５０の全面に真空蒸着法や塗布法などにより例えばＳｉＯ2 膜、樹脂、レジストなどの絶縁膜６２を表面がある程度平坦となるように形成する。
次に、図１９Ｂに示すように、絶縁膜６２をＲＩＥ法などによりエッチングすることにより垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１、５２１のｎ型ＧａＮ層１１およびｎ側電極１９ならびに垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１のｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層５３１１およびｎ側電極５３１５を露出させる。
次に、図１９Ｃに示すように、絶縁膜６２上にスパッタリング法や真空蒸着法などによりカラム電極形成用の非磁性の金属膜を形成した後、この金属膜をリソグラフィーおよびエッチングによりロウ電極４６と直交する方向に互いに平行に延在する複数の直線状のパターンに加工することによりカラム電極６３を形成する。金属膜としては、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ積層膜が用いられるが、Ｃｕ（あるいはＣｕ合金）／Ａｕ積層膜を用いてもよい。Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ積層膜を構成する膜の厚さは下から順に５〜１０ｎｍ、３００〜１０００ｎｍ、５０ｎｍおよび５〜１００ｎｍである。
次に、図２０Ａに示すように、全面にスパッタリング法や真空蒸着法などにより例えばＩＴＯ膜のような透明電極材料を形成した後、この透明電極材料をリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングすることにより緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１のｎ型ＧａＮ層１１とカラム電極６３とを接続する透明電極６５、青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１のｎ型ＧａＮ層１１とカラム電極６３とを接続する透明電極６６および赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１のｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層５３１１とカラム電極６３とを接続する透明電極６７を形成する。図２０Ｂにこの状態の平面図を示す。
この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１を分散させたインク５１２、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１を分散させたインク５２２および赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１を分散させたインク５３２を用いていることにより、次のような利点を得ることができる。すなわち、例えば、青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１および赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１の各発光スペクトルのピーク波長の許容範囲をそれぞれ、４４３ｎｍ〜４５７ｎｍ、５２０ｎｍ〜５４０ｎｍ、６１５ｎｍ〜６２５ｎｍと設定する。この場合、各発光色の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１、５２１、５３１のピーク波長には最大で１０〜２０ｎｍ程度の違いが存在する。同一発光色であっても、配列された垂直型マイクロＬＥＤチップがある境界を境に発光波長が数ｎｍの波長差を持つと、人の目には色合いの変化が認識され違和感を生じさせる。これはカラーディスプレイとしては好ましくない。インク５１２、５２２、５３２中では、それぞれ多数の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１、５２１、５３１が分散され混じり合っている。このため、一例としてインク５１２について説明すると、実装基板５０のある場所に吐出される液滴状のインク５１２中に含まれる垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１のピーク波長とこれに隣接する場所に吐出される液滴状のインク５１２中に含まれる垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１のピーク波長との波長差が一定ではなくなる。その結果、ある境界を境にプラス側またはマイナス側の同一方向に数ｎｍの波長差がある垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１が連続して配列される確率が低下し、目立った波長境界が形成されにくくなる。インク５２２、５３２についても同様である。このように、インク５１２、５２２、５３２を用いることにより、配列される垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１、５２１、５３１のピーク波長の段差形成を緩和することができ、カラーディスプレイとしての違和感を低減することができる。
〈第５の実施の形態〉
［マイクロＬＥＤ集積装置の製造方法］
第５の実施の形態においては、青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１に加えてフィラーを液体に分散させたインク５１２、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１に加えてフィラーを液体に分散させたインク５２２および赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１に加えてフィラーを液体に分散させたインク５３２を用いてインクジェットプリンティング方式により青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１および赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１を実装基板５０上に配列することが第４の実施の形態と異なる。
一例として、図２１に、容器５２０中に緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１に加えてフィラー５４０を液体に分散させたインク５２２を示す。フィラー５４０は微粒子状の形態を有し、大きさ（あるいは径）は垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１と同程度、例えば１〜３０μｍである。図２１ではフィラー５４０の形状が球状である場合が示されているが、他の形状であってもよい。インク５２２に垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１に加えてフィラー５４０を分散させているため、フィラー５４０を分散させない場合に比べて、インク５２２中に垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１をより均一に分散させることができるとともに、均一な分散状態を保ちやすくすることができる。また、フィラー５４０が緩衝材として働くことにより、インク５２２中での垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１同士の衝突による破損を防止することができる。この場合、好適には、フィラー５４０を垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１の素材よりも柔軟な性質を有する材料、例えばシリコーン樹脂により構成する。また、フィラー５４０が潤滑剤として働くことにより、吐出ノズル１０４のインク５２２の詰まりを防止することができる。シリコーン樹脂微粒子としては、例えば、市販されているものを用いることができ、その中心粒径は必要に応じて選ばれるが、例えば中心粒径１０μｍの真球状のものを用いることができる。青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１に加えてフィラーを液体に分散させたインク５１２および赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１に加えてフィラーを液体に分散させたインク５３２についても同様である。これらのインク５１２、５２２、５３２中には必要に応じてさらに界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤は、既に挙げたものの中から必要に応じて選ばれる。
この第５の実施の形態によれば、第４の実施の形態と同様な利点に加えて、青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１および赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１を第４の実施の形態に比べてさらに効率的にしかもより確実に実装基板５０上に配列することができるという利点を得ることができる。
〈第６の実施の形態〉
［マイクロＬＥＤ集積装置の製造方法］
第６の実施の形態においては、図２２に示す半導体チップインク吐出装置を用いてインクジェットプリンティング方式により垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を実装基板５０上に配列することが第１の実施の形態と異なる。
すなわち、図２２に示すように、半導体チップインク吐出装置６００は、インクジェットプリントヘッド６０１を有する。インクジェットプリントヘッド６０１は内部にインク室６０２を有し、上部に半導体チップインク供給部６０３を有する。インクジェットプリントヘッド６０１の内部にはさらに、インク室６０２の上部側面と半導体チップインク供給部６０３の底面に設けられた管部６０３ａとを連結する流路６０５と、インク室６０２の下部側面に連結された流路６０６とを有する。半導体チップインク供給部６０３の管部６０３ａの途中には制御バルブ６０７が設けられている。インク室６０２の下方には吐出ノズル６０８が設けられている。吐出ノズル６０８の直径は必要に応じて選ばれるが、例えば１０〜５０μｍである。インク室６０２の上には、インクジェットプリントヘッド１００と同様な、一対の電極間に圧電体を挟んだ構造のピエゾアクチュエーター６０９が設けられている。流路６０６は、インク室６０２内のインク１０３を外部に排出したり、半導体チップインク供給部６０３にインクを戻して循環させることにより吐出ノズル６０８の詰まりを防止したり、インク１０３の攪拌機能を持たせたりするためのものである。
この半導体チップインク吐出装置６００においては、制御バルブ６０７を開いた状態で半導体チップインク供給部６０３に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が液体に分散されたインク１０３が供給される。こうして半導体チップインク供給部６０３に供給されたインク１０３は、管部６０３ａおよび流路６０５を通ってインク室６０２に供給される。インク１０３は、流路６０５、インク室６０２および流路６０６が満タンになるまで供給され、その後、制御バルブ６０７が閉められる。
吐出ノズル６０８の下方に実装基板５０を水平に配置する。この場合、実装基板５０を固定し、半導体チップインク吐出装置６００を図示省略した搬送機構により水平面内で移動させるようにしてもよいし、半導体チップインク吐出装置６００を固定し、実装基板５０を図示省略した搬送機構により水平面内で移動させるようにしてもよい。実装基板５０は基板４０上にチップ結合部４５、ロウ電極４６などを形成し、チップ結合部４５の上方のロウ電極４６上に半田４００を形成したものである。そして、ピエゾアクチュエーター６０９を作動させることにより吐出ノズル６０８からインク１０３を実装基板５０のチップ結合部４５の上方の半田４００上に吐出させる。一滴のインク１０３には例えば１個〜数個の垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が含まれるようにする。この場合、一滴のインク１０３の体積は例えば１〜１０ピコリットルである。垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の体積は一般に０．１〜２ピコリットルである。例えば、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が直径２０μｍの円形の形状を有し、厚さが６μｍであるとすると、体積は約１．９ピコリットルである。また、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が直径１０μｍの円形の形状を有し、厚さが６μｍであるとすると、体積は約０．５ピコリットルである。図２３Ａに、一滴のインク１０３に２個の垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が含まれ、このインク１０３が実装基板５０のチップ結合部４５の上方の半田４００上に吐出される様子を示す。図２３Ｂに、こうして一滴のインク１０３が実装基板５０のチップ結合部４５の上方の半田４００上に吐出された様子を示す。図２３Ｂに示すように、チップ結合部４５の上方の半田４００上に吐出されたインク１０３に含まれる２個の垂直型マイクロＬＥＤチップ３０はチップ結合部４５に含まれる強磁性材料の直ぐ近くに存在するため、この強磁性材料による磁場が広範囲に及ばなくてもチップ結合部４５に引き付けられ、１個の垂直型マイクロＬＥＤチップ３０のｐ側電極１４を下に向けてチップ結合部４５の上方の半田４００上に結合する。すなわち、仮に実装基板５０上に多数の垂直型マイクロＬＥＤチップ３０をランダムに散布する場合には、図２４Ａに示すようにチップ結合部４５の大きさに対してチップ結合部４５に含まれる強磁性材料による磁場の及ぶ範囲を広くする必要があるのに対し、チップ結合部４５の上方の半田４００上にインク１０３を吐出する場合には、図２３Ｂに示すようにチップ結合部４５の大きさに対してチップ結合部４５に含まれる強磁性材料による磁場の範囲が狭くて済む。この場合、チップ結合部４５の上方の半田４００が実質的なチップ結合部となる。インク１０３に含まれる残りの１個の垂直型マイクロＬＥＤチップ３０はチップ結合部４５の付近のロウ電極４６上に残されるが、そのままにしておいても特に支障は生じない。加熱処理により半田４００上の垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を結合した後、結合していない残りの垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を後の工程で容易に除去することができるためである。
この第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈第７の実施の形態〉
［マイクロＬＥＤ集積装置の製造方法］
第７の実施の形態においては、図２２に示す半導体チップインク吐出装置６００を一方向に所定間隔で複数、並列に接続して一体化した構成のマルチヘッドを用いてインクジェットプリンティング方式により垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を実装基板５０上に配列することが第１の実施の形態と異なる。
すなわち、マルチヘッド型の半導体チップインク吐出装置は、図２２に示す半導体チップインク吐出装置６００のインクジェットプリントヘッド６０１が複数、流路６０５の上部が互いに連結されて一方向に所定間隔で並列に接続されたものである。これらの複数のインクジェットプリントヘッド６０１に対して半導体チップインク供給部６０３は共通である。すなわち、一つの半導体チップインク供給部６０３から各インクジェットプリントヘッド６０１のインク室６０２にインク１０３が供給されるようになっている。このマルチヘッド型の半導体チップインク吐出装置によれば、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を分散させたインク１０３を用いた場合には、複数のインクジェットプリントヘッド６０１の吐出ノズル６０８から同時にインク１０３を実装基板５０上に吐出することができることにより、実装基板５０上に極めて能率的に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０を実装することができ、マイクロＬＥＤ集積装置の製造に要する時間の短縮を図ることができる。また、例えば、このマルチヘッド型の半導体チップインク吐出装置を、青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１が分散されたインク５１２用、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１が分散されたインク５２２用、赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３２が分散されたインク５３２用にそれぞれ用意し、これらのマルチヘッド型の半導体チップインク吐出装置を用いることにより、実装基板５０上に青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１および赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３２を極めて能率的に実装基板５０上に実装することができ、カラーマイクロＬＥＤディスプレイの製造に要する時間の短縮を図ることができる。
この第７の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、マイクロＬＥＤ集積装置、取り分けカラーマイクロＬＥＤディスプレイの製造に要する時間の短縮を図ることができるという利点を得ることができる。
〈第８の実施の形態〉
［マイクロＬＥＤ集積装置およびその製造方法］
第８の実施の形態においては、マイクロＬＥＤ集積装置がカラーマイクロＬＥＤディスプレイである場合について説明する。
このカラーマイクロＬＥＤディスプレイでは、１画素を構成するＲＧＢのそれぞれの領域にチップ結合部４５が複数設けられた実装基板５０を用いる。一例として、１画素を構成するＲＧＢの各画素領域Ａにチップ結合部４５が３個設けられている場合を図２５に示す。図２５に示すように、ロウ電極４６に沿って３個のチップ結合部４５が互いに隣接して設けられている。これらの３個のチップ結合部４５の間隔は、これらの３個のチップ結合部４５のそれぞれに垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が結合することができる大きさに選ばれており、従って画素ピッチに比べて十分に小さく選ばれている。必要に応じて、垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の大きさを小さく選ぶことによりこれらの３個のチップ結合部４５の間隔を大きくすることができる。ＲＧＢの各画素領域Ａに１個のチップ結合部４５しかない場合には、このチップ結合部４５の上方のロウ電極４６に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が結合しなければこの画素領域Ａは機能せず、不良となるのに対し、これらの３個のチップ結合部４５のいずれか一つの上方のロウ電極４６に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が結合すればＲＧＢの各画素領域Ａの機能は果たすことができる。図２６Ａ、ＢおよびＣに３個のチップ結合部４５の１個、２個、３個の上方のロウ電極４６に垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が結合した状態を示す。画素に供給する電流は同じであるから、これらの３個のチップ結合部４５の上方のロウ電極４６に結合している垂直型マイクロＬＥＤチップ３０が１個でも２個でも３個でも、電流密度による垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の効率差は生じるものの、発光量の差は許容範囲となるように設計することができる。
この第８の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、カラーマイクロＬＥＤディスプレイの製造歩留まりの向上を図ることができるという利点を得ることができる。
〈第９の実施の形態〉
［マイクロＬＥＤ集積装置およびその製造方法］
第９の実施の形態においては、マイクロＬＥＤ集積装置がカラーマイクロＬＥＤディスプレイである場合について説明する。
このカラーマイクロＬＥＤディスプレイでは、１画素を構成するＲＧＢのそれぞれの領域にチップ結合部４５が複数設けられた実装基板５０を用いることは第８の実施の形態と同様であるが、１画素を構成するＲＧＢの各領域にチップ結合部４５が５個設けられているとともに、ロウ電極４６の、ＲＧＢのそれぞれの領域に対応する部分が幅広に形成されていることが第８の実施の形態と異なる。すなわち、図２７ＡはこのカラーマイクロＬＥＤディスプレイの１画素に相当する領域を示す。この場合、基板４０上の１画素のＲＧＢの各領域に対応する部分に強磁性体として硬磁性体を含む５個のチップ結合部４５が面心正方格子状に形成されている。そして、ロウ電極４６の、ＲＧＢのそれぞれの領域に対応する部分が長方形の幅広部４６ａ、４６ｂ、４６ｃに形成されており、これらの幅広部４６ａ、４６ｂ、４６ｃによりＲＧＢの各領域の５個のチップ結合部４５が覆われている。図２７Ａのロウ電極４６に沿う方向の断面図を図２７Ｂに示す。
図２７ＡおよびＢに示す構造は、例えば次のようにして形成することができる。すなわち、図２８ＡおよびＢに示すように、第１の実施の形態と同様にして基板４０上に円柱状のチップ結合部４５を形成する。この際、ＲＧＢの各領域に対応する部分に５個のチップ結合部４５が面心正方格子状に形成されるようにする。
次に、第１の実施の形態と同様にして、図２９ＡおよびＢに示すように、基板４０上のＲＧＢの各領域に対応する部分に形成された５個のチップ結合部４５が覆われるように、幅広部４６ａ、４６ｂ、４６ｃを有するロウ電極４６を形成する。
この後、次のようにしてカラーマイクロＬＥＤディスプレイを製造する。
すなわち、図２９ＡおよびＢに示すように、ロウ電極４６の幅広部４６ａ、４６ｂ、４６ｃの上に半田４００を形成する。半田４００は、例えば、幅広部４６ａ、４６ｂ、４６ｃより一回り小さい形状を有する。
次に、図３０ＡおよびＢに示すように、ロウ電極４６の幅広部４６ａ、４６ｂ、４６ｃの上のそれぞれの半田４００上に、第４の実施の形態と同様にして、赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１を分散させたインク５３２、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１を分散させたインク５２２および青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１を分散させたインク５１２を吐出ノズル１０４から吐出させることにより、液滴状のインク５３２、５２２、５１２を形成する。この際、幅広部４６ａの直下の５個のチップ結合部４５のいずれか１個または複数個の上方の半田４００上に赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１がｐ側電極５３１４を下に向けて接触する。同様に、幅広部４６ｂの直下の５個のチップ結合部４５のいずれか１個または複数個の上方の半田４００上に緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１がｐ側電極１４を下に向けて接触する。また、幅広部４６ｃの直下の５個のチップ結合部４５のいずれか１個または複数個の上方の半田４００上に青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１がｐ側電極１４を下に向けて接触する。図３０Ａでは、赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１が２個のチップ結合部４５の上方の半田４００に接触し、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１が２個のチップ結合部４５の上方の半田４００に接触し、青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１が３個のチップ結合部４５の上方の半田４００に接触している例が示されている。
次に、図３１ＡおよびＢに示すように、自然乾燥または強制乾燥、例えば加熱等によりインク５３２、５２２、５１２の液体成分を除去する。
次に、半田４００を加熱溶融することにより赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１および青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１を各チップ結合部４５の上方のロウ電極４６の幅広部４６ａ、４６ｂ、４６ｃに電気的および機械的に結合させる。
次に、図３２ＡおよびＢに示すように、第１の実施の形態と同様に、赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１および青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１が配列した実装基板５０の全面に絶縁膜６２を表面がある程度平坦となるように形成する（図３２Ａにおいては絶縁膜６２の図示を省略している）。
次に、図３３ＡおよびＢに示すように、第１の実施の形態と同様に、絶縁膜６２をＲＩＥ法などによりエッチングすることによりｎ側電極１９およびｎ型ＧａＮ層１１の上部ならびにｎ側電極５３１５およびｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層５３１１の上部を露出させる。
次に、図３４ＡおよびＢに示すように、第１の実施の形態と同様に、絶縁膜６２上にロウ電極４６と直交する方向に互いに平行に延在する複数のカラム電極６３を形成する。
次に、図３５ＡおよびＢに示すように、第１の実施の形態と同様に、絶縁膜６２上に、赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１のｎ側電極５３１５とカラム電極６３とを接続する透明電極６４、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１のｎ側電極１９とカラム電極６３とを接続する透明電極６４および青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１のｎ側電極１９とカラム電極６３とを接続する透明電極６４を形成する。
この第９の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、カラーマイクロＬＥＤディスプレイの製造歩留まりの向上を図ることができるという利点を得ることができる。
〈第１０の実施の形態〉
［マイクロＬＥＤ集積装置およびその製造方法］
第１０の実施の形態においては、マイクロＬＥＤ集積装置がカラーマイクロＬＥＤディスプレイである場合について説明する。
このカラーマイクロＬＥＤディスプレイでは、１画素を構成するＲＧＢのそれぞれの領域にチップ結合部が複数設けられた実装基板５０を用いることは第８の実施の形態と同様であるが、１画素を構成するＲＧＢの各領域にチップ結合部が設けられていること、チップ結合部はロウ電極４６そのものに形成されていて硬磁性体などの強磁性体を含まないこと、ロウ電極４６の、ＲＧＢのそれぞれの領域に対応する部分が幅広に形成されていることが第８の実施の形態と異なる。すなわち、図３６ＡはこのカラーマイクロＬＥＤディスプレイの１画素に相当する領域を示す。図３６Ａのロウ電極４６に沿う方向の断面図を図３６Ｂに示す。この場合、ロウ電極４６の、ＲＧＢのそれぞれの領域に対応する部分が長方形の幅広部４６ａ、４６ｂ、４６ｃに形成されており、これらの幅広部４６ａ、４６ｂ、４６ｃがチップ結合部を構成している。チップ結合部を構成する幅広部４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、吐出ノズル１０４から吐出される液滴状のインク５１１、５２１、５３１の横方向のサイズと同程度のサイズに選ばれる。
図３６ＡおよびＢに示す構造は、基板４０上にチップ結合部４５を形成しないことを除いて第９の実施の形態と同様に形成することができる。
この実装基板５０を用いて、次のようにして、目的とするカラーマイクロＬＥＤディスプレイを製造する。
すなわち、図３７Ａに示すように、ロウ電極４６の幅広部４６ａ、４６ｂ、４６ｃの上に例えば半田や銀（Ａｇ）のナノ粉末などの低融点金属の粒子層７００を形成する。
次に、図３７Ｂに示すように、ロウ電極４６の幅広部４６ａ、４６ｂ、４６ｃの上のそれぞれの粒子層７００上に、第４の実施の形態と同様にして、赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１を分散させたインク５３２、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１を分散させたインク５２２および青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１を分散させたインク５１２を吐出ノズル１０４から吐出させることにより、液滴状のインク５３２、５２２、５１２を形成する。
インク５３２、５２２、５１２の吐出前、または吐出と同時、または吐出直後に、実装基板５０の背面から実装基板５０に向かう方向の外部磁場を印加する。図３７Ｃに示すように、この外部磁場の印加により、幅広部４６ａ上の粒子層７００上に赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１のｐ側電極５３１４が外部磁場により引かれることによりこのｐ側電極５３１４を下に向けて接触する。同様にして、幅広部４６ｂ上の粒子層７００上に緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１のｐ側電極１４が外部磁場により引かれることによりこのｐ側電極１４を下に向けて接触する。また、幅広部４６ｃ上の粒子層７００上に青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１のｐ側電極１４がこのｐ側電極１４を下に向けて接触する。
次に、図３８Ａに示すように、自然乾燥または強制乾燥、例えば加熱等によりインク５３２、５２２、５１２の液体成分を除去する。
次に、粒子層７００を加熱溶融した後、冷却する。これによって、図３８Ａに示すように、赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１のｐ側電極５３１４側が金属層７１０を介してロウ電極４６の幅広部４６ａに、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１のｐ側電極１４側が金属層７１０を介してロウ電極４６の幅広部４６ｂに、青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１のｐ側電極１４側が金属層７１０を介してロウ電極４６の幅広部４６ｃに、それぞれ電気的および機械的に結合する。
次に、図３８Ｂに示すように、赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１および青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１が配列した実装基板５０の全面に絶縁膜６２を表面がある程度平坦となるように形成する。
次に、図３８Ｃに示すように、絶縁膜６２をＲＩＥ法などによりエッチングすることによりｎ側電極１９およびｎ型ＧａＮ層１１の上部ならびにｎ側電極５３１５およびｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層５３１１の上部を露出させる。
次に、図３８Ｄに示すように、絶縁膜６２上にロウ電極４６と直交する方向に互いに平行に延在する複数のカラム電極６３を形成する。
次に、図３８Ｅに示すように、絶縁膜６２上に、赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１のｎ側電極５３１５とカラム電極６３とを接続する透明電極６４、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１のｎ側電極１９とカラム電極６３とを接続する透明電極６４および青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１のｎ側電極１９とカラム電極６３とを接続する透明電極６４を形成する。この状態の平面図を図３９に示す。
実装基板５０上へのインク５１２、５２２、５３２の吐出およびその後の外部磁場の印加に用いることができる外部磁場印加機構付き半導体チップインク吐出装置を図４０に示す。図４０に示すように、この外部磁場印加機構付き半導体チップインク吐出装置は、図２２に示す半導体チップインク吐出装置６００の吐出ノズル１０４の下方に外部磁場印加機構８００を設けたものである。外部磁場印加機構８００は、電磁石８１０と、この電磁石８１０からの磁場を遮蔽するための円筒状の磁場遮蔽体８２０とを有する。電磁石８１０は、吐出ノズル６０８の中心軸と同軸に設けられた磁性体８１１の周りにコイル８１２を巻いたものである。この電磁石８１０のコイル８１２に電流を流すことにより磁場を発生させることができる。この外部磁場印加機構付き半導体チップインク吐出装置では、半導体チップインク吐出装置６００の吐出ノズル６０８と外部磁場印加機構８００との間に実装基板５０を水平に配置する。この場合、実装基板５０を固定し、半導体チップインク吐出装置６００および外部磁場印加機構８００を図示省略した搬送機構により水平面内で移動させるようにしてもよいし、半導体チップインク吐出装置６００および外部磁場印加機構８００を固定し、実装基板５０を図示省略した搬送機構により水平面内で移動させるようにしてもよい。図４０では、一例として、粒子層７００上に赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１を分散させたインク５３２を吐出させた状態を示す。
この第１０の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、カラーマイクロＬＥＤディスプレイの製造歩留まりの向上を図ることができるという利点を得ることができる。
〈第１１の実施の形態〉
［マイクロＬＥＤ集積装置およびその製造方法］
第１１の実施の形態においては、第１の実施の形態における垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の代わりに、図４１に示すような垂直型マイクロＬＥＤチップを用いることが第１の実施の形態と異なる。
図４１に示すように、この垂直型マイクロＬＥＤチップは、ｎ型ＧａＮ層１１、発光層１２およびｐ型ＧａＮ層１３の積層構造を有することは垂直型マイクロＬＥＤチップ３０と同様であるが、ｎ側電極１９はｎ型ＧａＮ層１１の全面に形成され、ｐ型ＧａＮ層１３の全面にＩＴＯなどの透明電極からなるｐ側電極１４が形成されていることが異なる。この場合は、ｐ側電極１４に比べてｎ側電極１９側がより強く磁場に引き寄せられるように構成されている。例えば、ｎ側電極１９がＮｉなどの軟磁性体を含む積層膜、具体的には例えばＴｉ膜、Ａｌ膜、Ｔｉ膜、Ｎｉ膜およびＡｕ膜からなり、これらの膜の厚さは例えばそれぞれ５ｎｍ、３００ｎｍ、２０ｎｍ、３００ｎｍおよび５０ｎｍである。
この第１１の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈第１２の実施の形態〉
［マイクロｐｎダイオード集積装置およびその製造方法］
第１２の実施の形態においては、第１の実施の形態における垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の代わりに、図４２に示すような垂直型マイクロｐｎダイオードチップを用いることが第１の実施の形態と異なる。
図４２に示すように、この垂直型マイクロｐｎダイオードチップは、ｎ型ＧａＮ層１１およびｐ型ＧａＮ層１３の積層構造を有し、ｎ型ＧａＮ層１１の全面にｎ側電極１９が形成され、ｐ型ＧａＮ層１３の全面にＮｉなどの軟磁性体を含むｐ側電極１４が形成されたものである。
この第１２の実施の形態によれば、マイクロｐｎダイオード集積装置において第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈第１３の実施の形態〉
［マイクロパワートランジスタ集積装置およびその製造方法］
第１３の実施の形態においては、第１の実施の形態における垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の代わりに、図４３に示すような垂直型マイクロパワートランジスタチップを用いることが第１の実施の形態と異なる。この垂直型マイクロパワートランジスタチップはｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。
図４３に示すように、この垂直型マイクロパワートランジスタチップにおいては、ドレイン領域となるｎ- 型半導体基板９１１上にゲート絶縁膜９１２が設けられ、このゲート絶縁膜９１２上にゲート電極９１３が設けられている。ゲート電極９１３の両側の部分のｎ- 型半導体層９１１にはチャネル層となるｐ型層９１４が設けられている。ｐ型層９１４中にはソース領域となるｎ+ 型層９１５、９１６が設けられている。ゲート電極９１３を覆うように絶縁膜９１７が設けられている。この絶縁膜９１７のうちのｎ+ 型層９１５、９１６に対応する部分にコンタクトホール９１８、９１９が設けられている。そして、絶縁膜９１７上にこれらのコンタクトホール９１８、９１９を介してｎ+ 型層９１５、９１６にコンタクトしてソース電極９２０が設けられている。一方、ｎ- 型半導体基板９１１の裏面にＮｉなどの軟磁性体を含むドレイン電極９２１が設けられている。これらのｎ- 型半導体基板９１１、ｎ+ 型層９１５、９１６、ソース電極９２０、ドレイン電極９２１およびゲート電極９１３によりｎチャネルＭＯＳＦＥＴが構成されている。このｎチャネルＭＯＳＦＥＴを構成する半導体としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮなどを用いることができる。この場合、垂直型マイクロパワートランジスタチップのドレイン電極９２１側がソース電極９２０側に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成されている。
この第１３の実施の形態によれば、マイクロパワートランジスタ集積装置において第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈第１４の実施の形態〉
［マイクロパワートランジスタ集積装置およびその製造方法］
第１４の実施の形態においては、第１の実施の形態における垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の代わりに、図４４に示すような垂直型マイクロパワートランジスタチップを用いることが第１の実施の形態と異なる。この垂直型マイクロパワートランジスタチップは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。
図４４に示すように、この垂直型マイクロパワートランジスタチップにおいては、ｎ- 型半導体基板９４１上にゲート絶縁膜９４２が設けられ、このゲート絶縁膜９４２上にゲート電極９４３が設けられている。ゲート電極９４３の両側の部分のｎ- 型半導体基板９４１にはチャネル層およびベース層となるｐ型層９４４が設けられている。ｐ型層９４４中にはエミッタ領域となるｎ+ 型層９４５、９４６が設けられている。ゲート電極９４３を覆うように絶縁膜９４７が設けられている。この絶縁膜９４７のうちのｎ+ 型層９４５、９４６に対応する部分にコンタクトホール９４８、９４９が設けられている。そして、絶縁膜９４７上にこれらのコンタクトホール９４８、９４９を介してｎ+ 型層９４５、９４６にコンタクトしてエミッタ電極９５０が設けられている。一方、ｎ- 型半導体基板９４１の裏面側にコレクタ領域となるｐ型層９５１が設けられている。そして、このｐ型層９５１にＮｉなどの軟磁性体を含むコレクタ電極９５２が設けられている。これらのｎ- 型半導体基板９４１、ｐ型層９４４、ｎ+ 型層９４５、９４６、ｐ型層９５１、エミッタ電極９５０、コレクタ電極９５２およびゲート電極９４３によりＩＧＢＴが構成されている。このＩＧＢＴを構成する半導体としては、例えばＳｉなどを用いることができる。この場合、垂直型マイクロパワートランジスタチップのコレクタ電極９５２側がエミッタ電極９５０側に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成されている。
この第１４の実施の形態によれば、マイクロパワートランジスタ集積装置において第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈第１５の実施の形態〉
［マイクロ太陽電池集積装置およびその製造方法］
第１５の実施の形態においては、第１の実施の形態における垂直型マイクロＬＥＤチップ３０の代わりに、図４５に示すような垂直型マイクロ太陽電池チップを用いることが第１の実施の形態と異なる。
図４５に示すように、この垂直型マイクロ太陽電池チップにおいては、ｐ型半導体基板９６１上にｎ型半導体層９６２が設けられ、ｎ型半導体層９６２上にＩＴＯなどの透明電極からなるｎ側電極９６３が設けられ、ｐ型半導体基板９６１の裏面にＮｉなどの軟磁性体を含むｐ側電極９６４が設けられている。この垂直型マイクロ太陽電池チップを構成する半導体としては、例えばＳｉなどを用いることができる。
この第１５の実施の形態によれば、マイクロ太陽電池集積装置において第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈第１６の実施の形態〉
［マイクロＬＥＤ集積装置の製造方法］
第１６の実施の形態においては、スタンプ状の磁性体ヘッドを用いてマイクロＬＥＤ集積装置を製造する場合について説明する。
図４６ＡおよびＢはこのマイクロＬＥＤ集積装置の製造方法において用いられる磁性体ヘッドを示す。図４６ＡおよびＢに示すように、この磁性体ヘッド１０００は、非磁性体からなる長方形または正方形状の平板１００１の一方の主面に強磁性（例えば硬磁性体）からなるチップ結合部１００２が配列されたものである。チップ結合部１００２の配列は、製造しようとするマイクロＬＥＤ集積装置における垂直型マイクロＬＥＤチップの一つのブロックの配列に対応している。
次に、図４７Ａに示すように、容器１１００中に垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１を液体に分散させたインク１２０２を用意する。垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１は例えば垂直型マイクロＬＥＤチップ３０と同様な構造を有する。次に、この容器１１００の上方に磁性体ヘッド１０００をチップ結合部１００２が配列された面側をインク１２０２に向けて配置し、このインク１２０２に向かって磁性体ヘッド１０００を矢印で示すように下降させ、チップ結合部１００２が配列された面側をインク１２０２に浸す。
このとき、図４７Ｂに示すように、インク１２０２中の垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１のｐ側電極１４側が磁力により磁性体ヘッド１０００の各チップ結合部１００２に引かれて接触する。
次に、図４７Ｃに示すように、各チップ結合部１００２に垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１が接触した磁性体ヘッド１０００を矢印で示すように上昇させる。
次に、図４８Ａに示すように、製造しようとするマイクロＬＥＤ集積装置における垂直型マイクロＬＥＤチップの配列と対応する配列で一方の主面に粘着剤１３０１を塗布した一時転写用基板１３００を用意し、この一時転写用基板１３００の上方に、各チップ結合部１００２に垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１が接触した磁性体ヘッド１０００を配置する。このとき、磁性体ヘッド１０００の各チップ結合部１００２が一時転写用基板１３００の各粘着剤１３０１の真上に位置するようにする。
こうして、図４８Ｂに示すように、磁性体ヘッド１０００の各チップ結合部１００２に接触した垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１を一時転写用基板１３００に転写する。次に、各チップ結合部１００２に垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１が接触した磁性体ヘッド１０００を一時転写用基板１３００の転写が終った領域の隣の領域の上に配置し、上述と同様に、磁性体ヘッド１０００の各チップ結合部１００２に接触した垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１を一時転写用基板１３００に転写する。
こうして、図４８Ｃに示すように、垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１を一時転写用基板１３００に転写する。次に、基板４０上に形成されたロウ電極４６のチップ結合部上に一時転写用基板１３００上の粘着剤１３０１と同じ配列で半田４００を形成した実装基板５０を用意する。そして、この実装基板５０の各半田４００が一時転写用基板１３００の各粘着剤１３０１の真上に位置するようにし、この実装基板５０の半田４００と一時転写用基板１３００の垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１とを接触させる。この後、半田４００を加熱溶融することにより垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１をロウ電極４６の各チップ結合部に電気的および機械的に結合させる。
次に、図４９に示すように、垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１が結合した実装基板５０から一時転写用基板１３００を分離する。
次に、図５０Ａに示すように、垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１が配列した実装基板５０の全面に絶縁膜６２を表面がある程度平坦となるように形成する。
次に、図５０Ｂに示すように、絶縁膜６２をＲＩＥ法などによりエッチングすることによりｎ側電極１９およびｎ型ＧａＮ層１１の上部を露出させる。
次に、図５０Ｃに示すように、絶縁膜６２上にロウ電極４６と直交する方向に互いに平行に延在する複数のカラム電極６３を形成する。
次に、図５０Ｄに示すように、絶縁膜６２上に、垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１のｎ側電極１９とカラム電極６３とを接続する透明電極６４を形成する。
以上により、目的とするマイクロＬＥＤ集積装置が製造される。
図５１ＡおよびＢは、磁性体ヘッド１０００の各チップ結合部１００２に接触した垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１を一時転写用基板１３００に転写する際に転写の不良があった時に不良の修復に用いることができる磁性体ヘッド１４００を示す。磁性体ヘッド１４００は、非磁性体からなる円柱１４０１の底面に強磁性（例えば硬磁性体）からなるチップ結合部１４０２が一つ形成されたものである。例えば、一時転写用基板１３００の一箇所の粘着剤１３０１に垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１が転写されていない不良があった場合は、磁性体ヘッド１４００のチップ結合部１４０２側をインク１２０２に浸し、インク１２０２中の垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１のｐ側電極１４側を磁力により磁性体ヘッド１４００のチップ結合部１４０２に接触させる。そして、磁性体ヘッド１４００のチップ結合部１４０２に接触した垂直型マイクロＬＥＤチップ１２０１を一時転写用基板１３００の不良の箇所の粘着剤１３０１に転写する。
この第１６の実施の形態によれば、マイクロＬＥＤ集積装置を第１の実施の形態と同様に容易に製造することができる。
以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、構成、形状、材料、方法などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構成、形状、材料、方法などを用いてもよい。
例えば、上述の第４の実施の形態においては、緑色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１を分散させたインク５２２、青色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５１１を分散させたインク５１２および赤色発光の垂直型マイクロＬＥＤチップ５３１を分散させたインク５３２を各吐出ノズル１０４から同時に吐出する場合について説明したが、インク５２２、５１２、５３２を一種類ずつ分けて吐出してもよく、インク５２２、５１２、５３２の吐出の仕方は、垂直型マイクロＬＥＤチップ５２１、５１１、５３１の配列間隔などのマイクロＬＥＤ集積装置の設計や使用する半導体チップインク吐出装置および製造工程を考慮して最適な方法を選択することができる。
また、上述の第１〜第１１の実施の形態においては、ロウ電極４６とカラム電極６３とを有するパッシブマトリックス型駆動方式のマイクロＬＥＤ集積装置について説明したが、例えば有機ＥＬディスプレイの駆動に使用されるような、画素毎に電流駆動用スイッチング素子などの回路を組み込んだ基板を採用し、アクティブマトリックス型駆動方式のマイクロＬＥＤ集積装置に適用することも可能である。
１０…サファイア基板、１１…ｎ型ＧａＮ層、１２…発光層、１３…ｐ型ＧａＮ層、１４…ｐ側電極、１５…被覆材、１６…支持体、１９…ｎ側電極、３０…垂直型マイクロＬＥＤチップ、４０…基板、４２…磁性体膜、４５…チップ結合部、４６…ロウ電極、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ…幅広部、５０…実装基板、６２…絶縁膜、６３…カラム電極、６４…透明電極、１００…インクジェットプリントヘッド、１０３、５１２、５２２、５３２…インク、１０４…吐出ノズル、１０５…ピエゾアクチュエーター、４００…半田、５１１…青色発光のマイクロＬＥＤチップ、５２１…緑色発光のマイクロＬＥＤチップ、５３１…赤色発光のマイクロＬＥＤチップ、５４０…フィラー、６００…半導体チップインク吐出装置、７００…粒子層、７１０…金属層、８００…外部磁場印加機構

Claims (35)

  1. 上面および下面に第１電極および第２電極を有し、上記第１電極側および上記第２電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成されている１個または複数の半導体チップと液体とを含有する液滴状の半導体チップインクを、一方の主面にチップ結合部を複数有する実装基板の上記チップ結合部に供給する工程を有する半導体チップ集積装置の製造方法。
  2. ノズルの先端から上記半導体チップインクを上記チップ結合部に吐出する請求項１記載の半導体チップ集積装置の製造方法。
  3. インクジェットプリンティング方式により上記ノズルの先端から上記半導体チップインクを上記チップ結合部に吐出する請求項２記載の半導体チップ集積装置の製造方法。
  4. 上記チップ結合部は平坦または、上記チップ結合部の周辺に対して上面が平坦な凸部からなる請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体チップ集積装置の製造方法。
  5. 上記チップ結合部が強磁性材料を含み、上記半導体チップインク中の上記半導体チップを上記第１電極側および上記第２電極側のうちのより強く磁場に引き寄せられるように構成された側を上記チップ結合部に向けて磁力により結合させる請求項１〜４のいずれか一項記載の半導体チップ集積装置の製造方法。
  6. 上記チップ結合部が強磁性材料を含まず、外部磁場を印加することにより上記半導体チップインク中の上記半導体チップを上記第１電極側および上記第２電極側のうちのより強く磁場に引き寄せられるように構成された側を上記チップ結合部に向けて接触させる請求項１〜４のいずれか一項記載の半導体チップ集積装置の製造方法。
  7. 上記チップ結合部に粘着物質または低融点金属が形成されており、上記半導体チップの上記第１電極側および上記第２電極側のうちのより強く磁場に引き寄せられるように構成された側を上記チップ結合部の上記粘着物質に結合させ、または、上記低融点金属に接触させた後に上記低融点金属を加熱溶融することにより結合させる請求項６記載の半導体チップ集積装置の製造方法。
  8. 上記半導体チップはチップサイズが５０μｍ×５０μｍ以下、厚さが２０μｍ以下である請求項１〜７のいずれか一項記載の半導体チップ集積装置の製造方法。
  9. 上記半導体チップは発光素子、受光素子、トランジスタ、イメージセンサー、半導体太陽電池、半導体集積回路装置または半導体センサーである請求項１〜８のいずれか一項記載の半導体チップ集積装置の製造方法。
  10. 上記半導体チップが、上面および下面にｐ側電極およびｎ側電極を有し、上記ｐ側電極側および上記ｎ側電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成された発光素子チップである請求項９記載の半導体チップ集積装置の製造方法。
  11. 上面および下面に第１電極および第２電極を有し、上記第１電極側および上記第２電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成されている１個または複数の半導体チップと液体とを含有する半導体チップインク。
  12. さらにフィラーを含有する請求項１１記載の半導体チップインク。
  13. 上記フィラーはシリコーン樹脂からなる請求項１２記載の半導体チップインク。
  14. さらに界面活性剤を含有する請求項１１〜１３のいずれか一項記載の半導体チップインク。
  15. 上記半導体チップが上記液体中に１００ピコリットルの体積中に１〜２００個存在するように分散されている請求項１１〜１４のいずれか一項記載の半導体チップインク。
  16. 上記半導体チップの体積分率が３０％以下である請求項１１〜１５のいずれか一項記載の半導体チップインク。
  17. 上記半導体チップが、上記第１電極および上記第２電極がｐ側電極およびｎ側電極である発光素子チップである請求項１１〜１６のいずれか一項記載の半導体チップインク。
  18. 上面および下面に第１電極および第２電極を有し、上記第１電極側および上記第２電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成されている１個または複数の半導体チップと液体とを含有する半導体チップインクを収容する少なくとも一つのインク室と、
    上記インク室に設けられた吐出ノズルと、
    上記インク室に設けられた、上記吐出ノズルから上記半導体チップインクを吐出するための吐出機構とを有する半導体チップインク吐出装置。
  19. 上記吐出機構がピエゾアクチュエータまたは静電アクチュエータによる上記半導体チップインクの圧力上昇、または、加熱により上記半導体チップインクの上記液体を気化させることによる上記半導体チップインクの体積膨張を利用するものである請求項１８記載の半導体チップインク吐出装置。
  20. 上記半導体チップインク吐出装置は複数の上記インク室を有する請求項１８または１９記載の半導体チップインク吐出装置。
  21. 上記半導体チップインクを上記インク室に供給する半導体チップインク供給部と、この半導体チップインク供給部と上記インク室とを連結する供給路と、上記供給路に設けられた制御バルブとをさらに有する請求項１８〜２０のいずれか一項記載の半導体チップインク吐出装置。
  22. 上記半導体チップインク吐出装置はインクジェットプリントヘッドである請求項１８〜２０のいずれか一項記載の半導体チップインク吐出装置。
  23. 上記半導体チップインク吐出装置は一方の主面にチップ結合部を複数有する実装基板の上記チップ結合部に上記半導体チップインクを吐出するものであり、上記チップ結合部に外部磁場を印加するための外部磁場印加機構をさらに有する請求項１８〜２２のいずれか一項記載の半導体チップインク吐出装置。
  24. 一方の主面に強磁性材料を含むチップ結合部または強磁性材料を含まないチップ結合部を複数有し、上記チップ結合部は平坦または、上記チップ結合部の周辺に対して上面が平坦な凸部からなる実装基板と、
    上記実装基板の上記チップ結合部に、第１電極および第２電極を有し、上記第１電極側および上記第２電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成されている半導体チップが、上記第１電極側および上記第２電極側のうちのより強く磁場に引き寄せられるように構成された側を上記チップ結合部に向けて磁力、粘着物質による粘着力、めっきまたは低融点金属による溶着により上記チップ結合部に結合している半導体チップ集積装置。
  25. 上記半導体チップの上記第１電極または上記第２電極または上記第１電極および上記第２電極に強磁性材料を含む請求項２４記載の半導体チップ集積装置。
  26. 上記半導体チップの上記第１電極または上記第２電極または上記第１電極および上記第２電極が積層膜からなり、上記積層膜を構成する少なくとも一層の膜が強磁性材料からなる請求項２５記載の半導体チップ集積装置。
  27. 上記半導体チップの上記第１電極または上記第２電極の近傍に強磁性材料が設けられている請求項２４記載の半導体チップ集積装置。
  28. 上記半導体チップの上記強磁性材料が軟磁性体である請求項２５〜２７のいずれか一項記載の半導体チップ集積装置。
  29. 上記実装基板の上記強磁性材料を含むチップ結合部の上記強磁性材料が硬磁性体である請求項２４〜２８のいずれか一項記載の半導体チップ集積装置。
  30. 上記実装基板の上記チップ結合部は二次元アレイ状に複数設けられ、それぞれの上記チップ結合部に上記半導体チップが結合している請求項２４〜２９のいずれか一項記載の半導体チップ集積装置。
  31. 上記半導体チップはチップサイズが５０μｍ×５０μｍ以下、厚さが２０μｍ以下である請求項２４〜３０のいずれか一項記載の半導体チップ集積装置。
  32. 上記実装基板の上記強磁性材料を含むチップ結合部の横方向のサイズをＤ、上記半導体チップのチップサイズをｄとしたとき、Ｄ≦３０ｄが成立する請求項２４〜３１のいずれか一項記載の半導体チップ集積装置。
  33. 上記実装基板の上記強磁性材料を含まないチップ結合部の横方向のサイズをＤ、上記半導体チップのチップサイズをｄとしたとき、２ｄ≦Ｄ≦３０ｄが成立する請求項２４〜２８、３０〜３１のいずれか一項記載の半導体チップ集積装置。
  34. 上記実装基板の全ての上記チップ結合部のうち、２個以上の上記半導体チップが結合しているチップ結合部の割合が０．１％以上である請求項２４〜３３のいずれか一項記載の半導体チップ集積装置。
  35. 上面および下面に第１電極および第２電極を有し、上記第１電極側および上記第２電極側のうちの一方が他方に比べてより強く磁場に引き寄せられるように構成されている１個または複数の半導体チップと液体とを含有する半導体チップインクに対し、一方の主面に強磁性体を含むチップ結合部を１個または複数有する磁性体ヘッドの上記チップ結合部を接触させることにより、上記半導体チップインク中の上記半導体チップの上記第１電極側および上記第２電極側のうちのより強く磁場に引き寄せられるように構成された側を上記チップ結合部に磁力により引き付けて接触させる工程と、
    一方の主面の、上記磁性体ヘッドの上記チップ結合部に対応した位置に粘着物質が形成された一時転写用基板の上記粘着物質に上記磁性体ヘッドの上記チップ結合部に接触した上記半導体チップを粘着させて転写する工程と、
    上記一時転写用基板に転写された上記半導体チップを一方の主面の、上記一時転写用基板の上記粘着物質に対応した位置のチップ結合部に低融点金属が形成された実装基板の上記低融点金属に接触させる工程と、
    上記実装基板の上記チップ結合部の上記低融点金属に上記半導体チップを接触させた後、上記低融点金属を加熱溶融することにより上記半導体チップを上記チップ結合部に結合させる工程と、
    上記チップ結合部に上記半導体チップが結合した上記実装基板から上記一時転写用基板を分離する工程とを有する半導体チップ集積装置の製造方法。
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