JP4548087B2 - デバイス - Google Patents
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Description
また、従来においては、MSM(Metal-Semiconductor-Metal Photodiode)型フォトダイオードをなす機能層を半導体基板の表面に形成した後、エピタキシャルリフトオフ法にて機能層を薄膜タイル形状に剥離してタイル状素子を形成し、これを裏返しにして最終基板の表面に貼り付ける方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、本発明は、最終基板に貼り付け易い構造であって、最終基板との電気的接続を容易に且つ信頼性高く行うことができるタイル状素子、タイル状素子の製造方法、デバイスの製造方法及び電子機器を提供することを目的とする。
本発明によれば、強度付与層によりタイル状素子の剛性などの機械的な強度を高めることができる。そこで、タイル状素子を極めて薄く形成した場合、又はタイル状素子を剛性に欠ける材料を用いて形成した場合であっても、そのタイル状素子を所望の基板に貼り付ける工程などにおいて破損が生じることを回避することができる。したがって、本発明によれば、タイル状素子を所望の基板(最終基板)に貼り付ける工程など、タイル状素子を用いたデバイスの製造工程を容易化することができる。また、強度付与層は、絶縁性を有するので、タイル状素子の他の構成要素がなす電子回路を短絡させるなど、該他の構成要素の機能を阻害することを回避することができる。
本発明によれば、強度付与層を剛性が高くかつ絶縁性を有する材料で形成することができる。また、ポリイミド及びエポキシは形成し易い材料であるとともに耐熱性もあるので剛性の高いタイル状素子を容易に製造することが可能となる。
本発明によれば、例えば、半導体層と強度付与層とがタイル状素子の主要構成部材であって、半導体層を極めて薄く形成した場合、又は半導体層を剛性に欠ける材料を用いて形成した場合であっても、そのタイル状素子の剛性を高めることができる。すなわち、半導体層の全体を強度付与層によって機械的に保護することができ、タイル状素子を所望の基板に貼り付ける工程などにおいて半導体層に破損が生じることを回避することができる。
本発明によれば、電極が強度付与層の上面に形成された構成となるので、電極を強度付与層によって機械的に保護することができる。すなわち、従来のタイル状素子のように、電極がタイル状素子の外側に飛び出した構成よりも、その電極部位の機械的な強度を高めることができる。したがって、本発明によれば、半導体層及び電極を有するタイル状素子を所望の基板に貼り付ける工程など、そのタイル状素子を用いたデバイスの製造工程を容易化することができる。
本発明によれば、例えばタイル状素子を所望の基板に貼り付けた後に、タイル状素子の電極を基板の電極に配線接続するときに、タイル状素子の電極同士が離れて配置されるので、それらの電極間において短絡が生じることを回避することができる。すなわち、上記の配線接続を導電性液状体を用いて行う場合であっても、配線領域が半導体層によって分離されるので、各配線領域に塗布された導電性液状体同士がつながることが回避され、短絡配線が形成されることが回避される。したがって、本発明によれば、短絡などの欠陥が生じ難い信頼性の高いタイル状素子を提供することができる。
本発明によれば、例えばタイル状素子を所望の基板に貼り付けた後に、タイル状素子の電極と基板の電極との配線接続を導電性液状体によって行う場合、配線領域に塗布された導電性液状体がその配線領域から流出することを堤防構造によって抑えることができる。したがって、本発明によれば、短絡などの欠陥が生じ難い信頼性の高いタイル状素子を提供することができる。また、堤防構造は強度付与層の一部として形成されているので、タイル状素子の製造工程において強度付与層を形成するときに堤防構造も一緒に形成することができ、製造工程を増やすことなく、信頼性の高いタイル状素子を提供することができる。
本発明によれば、受光素子をなすタイル状素子の剛性を高めることができ、その受光素子の破損を回避することができるので、その受光素子を任意の位置に貼り付けてなるデバイスの製造工程を容易化することができる。例えば、受光素子の電極が半導体層の外側に飛び出した構成を有するタイル状素子の剛性を高めることができる。
本発明によれば、強度付与層又は半導体層における光の反射を反射防止膜により削減することができる。したがって、例えば本発明のタイル状素子に受光素子を設けた場合に、その受光素子における光感度を向上させることができる。
ここで、突出構造は、前記堤防構造のように、配線領域の一部を囲むように形成されている構成に限定されず、例えば配線領域内に配置されるものとしてもよい。また、幅Wとは、堤防構造又は突出構造における短手方向の長さである。
本発明によれば、半導体層の面積を変えることなく電極の露出面積を大きくすることができるので、そのタイル状素子の電極と基板の電極又は配線との接続が容易になる。
また、本発明によれば、電極の露出部を半導体層から離れた位置に形成できる。これにより、例えば液滴吐出方式による導電性液状体を用いた配線接続を行う場合など、導電性液状体が半導体層に誤って掛かってしまうという不具合が発生する確率を大幅に低減することができる。
本発明によれば、例えば、本発明に係るタイル状素子について、エッチングなどを用いて簡便に製造できる構成とすることができる。例えば、タイル状素子を形成する工程において、基板上に、犠牲層、半導体層、パターニングされた電極及強度付与層を積層する。次いで、強度付与層、電極及び半導体層について、エッチングなどにより同一形状にパターニングして、堤防構造又は突出構造を有する形状とする。この形状は、上記(W<2X)の形状とする。次いで、ウェットエッチングなどの非選択性のエッチングを行う。すると、半導体層をパターニングするとともに、強度付与層及び電極の縁近傍にアンダーカットが生じる。ここで、半導体層のエッチング(パターニング)において、堤防構造(突出構造)部分では、その構造の長手方向の両側からエッチングが進む。そこで、堤防構造(突出構造)の幅Wの全部について半導体層をエッチングしてその部位の電極を露出させたとき、強度付与層の中央近辺(本体部分)では、外縁からWの半分の距離だけエッチングされている。これにより、半導体層が強度付与層の外縁より間隔Xだけ内側の領域に形成される。そこで、堤防構造(突出構造)の幅Wが間隔Xの2倍よりも小さい値とすることにより堤防構造(突出構造)の全部について電極が露出した構造を形成できる。その後、犠牲層をエッチングにより削除することで、基板から半導体層、電極及び強度付与層が切り離され、本発明の微小タイル状素子が完成する。
本発明によれば、半導体層の面積を変えることなく電極の露出面積を大きくすることができる。そこで、本発明のタイル状素子によれば、そのタイル状素子の電極と最終基板の電極又は配線との接続を容易にすることができる。
また、本発明によれば、タイル状素子を最終基板に貼り付けたときに、タイル状素子の電極における強度付与層からはみ出ている部分について最終基板表面に接触させることができる。したがって、タイル状素子の電極におけるはみ出している部分について、強度付与層の厚さによる最終基板との段差をなくすことができ、タイル状素子の電極と最終基板の電極又は配線との接続が容易になる。
本発明によれば、電極における強度付与層からはみ出している部分の両側を堤防構造又は突出構造によって支持する構造となる。そこで、本発明は、タイル状素子の電極と最終基板の電極又は配線との接続が容易な構成としながら、剛性又は機械的強度の高い構造とすることができる。
本発明によれば、半導体基板に機能部を形成し、その機能部を半導体基板から切り取ってタイル状素子を形成するいわゆるエピタキシャルリフトオフ(ELO)法を用いて、剛性の高いタイル状素子を製造することができる。そこで、本発明によれば、タイル状素子を形成した後に、そのタイル状素子を所望の基板に貼り付ける工程などにおいてタイル状素子が破損することを回避することができ、タイル状素子を用いたデバイスの製造工程を容易化することができる。
本発明によれば、従来のエピタキシャルリフトオフ法による製造工程に、強度付与層を形成する工程を追加するのみで剛性の高いタイル状素子を製造することができ、破損しにくいタイル状素子を簡便に製造することができる。
本発明によれば、半導体層を形成する工程又は前記強度付与層を形成する工程において反射防止膜を形成することができるので、製造工程をほとんど増加させずに、光をほとんど反射しないタイル状素子を製造することができる。したがって、タイル状素子に受光機能を持たせた場合、高感度の受光素子を形成することができる。
本発明によれば、簡便に実行できる工程を用いて、エピタキシャルリフトオフ法により剛性の高いタイル状素子を製造することができる。
本発明によれば、強度付与層によりタイル状素子の剛性を高めることができるので、そのタイル状素子を最終基板に貼り付ける工程などにおいて、そのタイル状素子が破損することを回避でき、タイル状素子を用いたデバイスの製造工程を容易化することができる。
本発明によれば、例えばタイル状素子を最終基板に貼り付けた後に、タイル状素子の電極と最終基板の電極とを配線接続するときに、毛細管現象を用いて、前記隙間に導電性液状体を注入することができる。そこで、前記隙間を配線形成領域内に配置することなどにより、所望の配線領域に精密に且つ確実に導電性液状体を塗布することができ、前記配線接続用の配線を精密に且つ確実に形成することができる。したがって、本発明によれば、タイル状素子を備えるデバイスについて、微小な形状として、信頼性高く、且つ低コストで製造することができる。
本発明によれば、微小な形状であって信頼性が高いタイル状素子を有してなるデバイスを備えた電子機器を低コストで提供することができる。
以下、本発明の第1実施形態に係るタイル状素子及びそのタイル状素子を備えたデバイスについて、図1及び図2を参照して説明する。本実施形態ではタイル状素子の一例として微小なタイル形状を有する微小タイル状素子を挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、微小ではないタイル状素子に適用することもできる。また、本実施形態では、タイル状素子の一例として、MSM型フォトダイオードを備えるタイル状素子を挙げて説明する。
このような構成の微小タイル状素子1aにおいて、電極12a,12bと半導体層13とはMSM型フォトダイオードを構成している。すなわち、電極12a,12bと半導体層13とは、ショットキー接合しており、金属−半導体−金属という構造を有するので、Metal-Semiconductor-Metal型のフォトダイオードを構成している。
次に、本発明の第2実施形態に係るタイル状素子及びそのタイル状素子を備えたデバイスについて、図3及び図4を参照して説明する。図3は本発明の第2実施形態に係る微小タイル状素子を示し、図3(a)は平面図であり、図3(b)は図3(a)における部位AA’の断面図である。図3において、図1及び図2に示す構成要素と同一のものについては同一符号を付けている。本実施形態の微小タイル状素子1bと第1実施形態の微小タイル状素子1aとの相違点は、電極12a’,12b’の形状である。
そして、電極12a’と電極12b’とは、強度付与層11の両側に対向して配置されている。微小タイル状素子1bにおけるその他の構成要素及びその配置は、第1実施形態の微小タイル状素子1aと同じである。
次に、本発明の第3実施形態に係るタイル状素子を備えたデバイスについて、図5を参照して説明する。図5は本発明の第3実施形態に係る微小タイル状素子1aを備えたデバイスを示す断面図である。本実施形態のデバイスは、第1実施形態に係る図1で示した微小タイル状素子1aを備える。ただし、本実施形態のデバイスでは、最終基板50’の上面に対しての微小タイル状素子1aの接着面が図2に示す第1実施形態のデバイスとは逆になっている。すなわち、第1実施形態のデバイスでは最終基板50の上面と強度付与層11とが接着材を介して接合しているが、本実施形態のデバイスでは最終基板50’の上面と半導体層13とが接着材を介して接合している。
次に、本発明の第4実施形態に係るタイル状素子について、図6を参照して説明する。図6は本発明の第4実施形態に係る微小タイル状素子1cを示し、図6(a)は平面図であり、図6(b)は図6(a)における部位BB’の断面図である。図6において、図1に示す構成要素と同一のものについては同一符号を付けている。本実施形態の微小タイル状素子1cと第1実施形態の微小タイル状素子1aとの相違点は、強度付与層11’の形状が異なっている点である。その他の構成は、第1実施形態の微小タイル状素子1aと同一である。
次に、本発明の第5実施形態に係るタイル状素子について、図17及び図18を参照して説明する。図17は、本発明の第5実施形態に係る微小タイル状素子1dを示す図である。図17(a)は平面図であり、図17(b)は図17(a)における部位AA’の断面図であり、図17(c)は図17(a)における部位BB’の断面図である。図18は、微小タイル状素子1dを備えたデバイスを示す断面図である。
先ず、所望の基板上に犠牲層を設ける。次いで、犠牲層の上層に、半導体層213を形成する。次いで、半導体層213の上に電極212a,212bをパターニングする。次いで、電極212a,212bがパターニングされた半導体層213上層に強度付与層211を設ける。次いで、強度付与層211、電極212a,212b及び半導体層213について、同一形状にパターニングして、図17に示すような堤防構造(突出構造)211a,211b,211c,211dを有する形状とする。ここで、堤防構造211a,211b,211c,211dの幅は上記の幅W(W<2X)とする。
次に、本発明の第6実施形態に係るタイル状素子について、図19及び図20を参照して説明する。図19は、本発明の第6実施形態に係る微小タイル状素子1eを示す図である。図19(a)は平面図であり、図19(b)は図19(a)における部位AA’の断面図であり、図19(c)は図19(a)における部位BB’の断面図である。図20は、微小タイル状素子1eを備えたデバイスを示す断面図である。図19及び図20において、図17及び図18に示す構成要素と同一のものについては同一符号を付けている。
段差部220aは、強度付与層211’上(及び堤防構造211a,211b上)の電極212a’とはみ出し部230aとを繋ぐ段差部分である。段差部220bは、強度付与層211’上(及び堤防構造211c,211d上)の電極212b’とはみ出し部230bとを繋ぐ段差部分である。
このようにすると、微小タイル状素子1eについて、エッチングなどを用いて簡便に且つ良好に製造することができる。すなわち、半導体層213をエッチングによりパターニングするとき、エッチング量である間隔Xよりも、強度付与層211’の凹み量である幅Yを(そのエッチング前に)小さくしておくことにより、その幅Y以上に電極212a’,212b’を露出させることができ、上記のように接続し易い電極212a’,212b’とすることができる。
次に、上記構成の本実施形態に係るタイル状素子及びデバイスの製造方法について、図7から図12を参照して説明する。本製造方法は、基本的にエピタキシャルリフトオフ法に基づくものである。また本製造方法では、微小タイル状素子1aをなす化合物半導体デバイスを最終基板50となるシリコン・LSIチップ上に接合する場合について説明するが、半導体デバイスの種類及びLSIチップの種類に関係なく本発明を適用することができる。なお、本実施形態における「半導体基板」とは、半導体物資から成る物体をいうが、板形状の基板に限らず、どのような形状であっても半導体物資であれば「半導体基板」に含まれる。
図7は本実施形態の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。図7において、基板100は、半導体基板であり、例えばガリウム・ヒ素化合物半導体基板とする。先ず、基板100上に、犠牲層101を設ける。犠牲層101は、アルミニウム・ヒ素(AlAs)からなり、厚さが例えば数百nmの層である。次いで、犠牲層101の上層に、半導体層113をエピタキシャル成長させる。半導体層113の厚さは、例えば1μmから10(20)μm程度とする。この半導体層113を形成する工程においては、半導体層113の上層又は下層に反射防止膜を形成してもよい。次いで、半導体層113の上に電極12a,12bをパターニングする。次いで、ポリイミドをパターニング形成して強度付与層11を設ける。この強度付与層11を設ける工程において、強度付与層11の上層又は下層に反射防止膜を形成してもよい。次いで電極12a,12bの短絡テストなどの検査を行う。
図8は本実施形態の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。本工程においては、基板100に対してウェットエッチングなどの非選択性のエッチングを行う。このようにすれば、半導体層13をパターニングするとともに、強度付与層11の両端における電極12a,12bの下にアンダーカットが生じ、分離溝が形成される。この分離溝により犠牲層101の側面が露出する。
図9は本製造方法の第3工程を示す概略断面図である。本工程においては、先ず、第1の中間転写フィルム(ハンドリングフィルム)200を基板100の表面(強度付与層11の上面側)に貼り付ける。第1の中間転写フィルム200は、表面に粘着剤が塗られたフレキシブルなフィルムである。また第1の中間転写フィルム200は、例えば基材としてPET(ポリエチレンテレフタレート;東レ製「T60」厚さ50μm)を用い、この上に粘着剤を30μm〜50μmの厚さに製膜することで構成する。
図10は本製造方法の第4工程を示す概略断面図である。本工程においては、第1の中間転写フィルム200に貼り付けられている微小タイル状素子1aの強度付与層11側に、第2の中間転写フィルム300を貼り付ける。すなわち、図10に示すように、微小タイル状素子1aを第1の中間転写フィルム200と第2の中間転写フィルム300とでサンドイッチ状に挟むようにする。第2の中間転写フィルム300は、第1の中間転写フィルム200と同一の構成部材としてもよい。
図11は本製造方法の第5工程を示す概略断面図である。本工程においては、図10に示す状態において、第1の中間転写フィルム200の粘着力を消失させて、微小タイル状素子1aから第1の中間転写フィルム200を剥がす。具体的には、第1の中間転写フィルム200の粘着剤をUV硬化性又は熱硬化性にしておき、第1の中間転写フィルムに対して紫外線(UV)照射又は加熱することでその粘着力を消失させることができる。これにより、微小タイル状素子1aは、半導体層13側を接着面として第2の中間転写フィルム300へ転写される。
図12は本製造方法の第6工程を示す概略断面図である。本工程においては、第2の中間転写フィルム300に保持されている微小タイル状素子1aを最終基板50に接合して回路装置を製造する。具体的には、微小タイル状素子1aが貼り付けられた第2の中間転写フィルム300を移動させることで、最終基板50の所望位置に微小タイル状素子1aをアライメントする。ここで、最終基板50は、例えばシリコン半導体からなり、電極51a,51bが形成されている。最終基板50の所望位置には、微小タイル状素子1aを接着するための接着材60を塗布しておく。接着材60の厚さは例えば数μm以下としてもよい。接着材60は、微小タイル状素子1aに塗布してもかまわない。
次に、上記実施形態の微小タイル状素子1a,1b,1c(以下、微小タイル状素子1という)又はデバイスを備えた電子機器の例について説明する。図13は、本実施形態の電子機器の一例であり、本実施形態の微小タイル状素子1を備えたICチップ間光インターコネクション回路を示す斜視図である。本実施形態の電子機器は、基板上に配置された複数の集積回路チップ(ICチップ、LSIチップなど)相互間で微小タイル状素子1を用いて光通信するICチップ間光インターコネクション回路である。
集積回路チップ601cの上面には、1つの面発光レーザVC4と、3つのフォトディテクタPD1’,PD2’,PD3’とが接着されている。ここで、面発光レーザVC4及びフォトディテクタPD1’,PD2’,PD3’は、透明性を有する接着材630で集積回路チップ601cの上面に接着されている。
波長が1.1μm以下の光でもガラス基板であれば透過することができる。そこで、集積回路チップ601a,601b,601cをガラス基板を用いて形成した場合は、第1乃至第4波長を1.1μm以下にすることもできる。例えば、第1波長を0.79μm、第2波長を0.81μm、第3波長を0.83μm、第4波長を0.85μmとする。
1)配線間の信号伝達タイミングのズレ(スキュー)
2)高周波信号の伝送時に大きな電力が必要となる
3)配線レイアウトについて自由度が制限され設計が困難となる
4)インピーダンスマッチングが必要となる
5)アースノイズ、電磁誘導ノイズなどの対策が必要となる
に対処することができる。
次に、上記実施形態の微小タイル状素子1又はデバイスを備えた電子機器の具体例について、次に説明する。
上記実施形態の微小タイル状素子1は、MSM型フォトダイオードであるが、MSM型フォトダイオード以外のフォトディテクタ、面発光レーザなどの半導体レーザ又は発光ダイオードなどに適用することができる。これらの微小タイル状素子1を備えたデバイスは、レーザ光を用いる機器などに対して広く適用できる。したがって、これらのデバイスを備えた応用回路又は電子機器としては、光インターコネクション回路、光ファイバ通信モジュール、レーザプリンタ、レーザビーム投射器、レーザビームスキャナ、リニアエンコーダ、ロータリエンコーダ、変位センサ、圧力センサ、ガスセンサ、血液血流センサ、指紋センサ、高速電気変調回路、無線RF回路、携帯電話、無線LANなどが挙げられる。
Claims (5)
- タイル形状を有するタイル状素子が基板上に実装されたデバイスであって、
前記タイル状素子は、絶縁性と機械的な強度性とをもつ強度付与層と、
前記強度付与層上に積層される半導体層と、
前記半導体層に電気的に接続されるとともに前記強度付与層の上面における両側に配置される電極と、を備え、
前記強度付与層は、前記上面に配置される電極と前記基板の基板電極とを接合する配線の形成領域の少なくとも一部を囲む凸形状の堤防構造を有し、
前記電極は、前記堤防構造を覆った状態に形成されるとともに、前記強度付与層の上面から側面を経て前記堤防構造の凸形状の延在方向に沿ってはみ出したはみ出し部を有し、
該はみ出し部の両側が前記堤防構造により支持されることを特徴とするデバイス。 - 前記はみ出し部の幅Yと、前記強度付与層の外縁と前記半導体層の外縁との間隔Yとが、Y<Xの関係を満たすことを特徴とする請求項1記載のデバイス。
- 前記強度付与層は、前記半導体層よりも大きいことを特徴とする請求項1又は2記載のデバイス。
- 前記半導体層及び前記電極は、受光素子を形成していることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載のデバイス。
- 前記強度付与層と前記半導体層とにおける少なくとも一方には、反射防止膜が設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載のデバイス。
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