JP4954712B2 - 窒化物フリップチップからのサファイヤのレーザ・リフトオフ - Google Patents

Description

本発明は電子技術に関する。本発明は特に、照明用途でのＩＩＩ族窒化物フリップチップ接合発光ダイオードに関し、本発明は特にこれに関して説明する。しかしながら、本発明はまた、フリップチップ接合発光ダイオードの別のタイプ、及び垂直キャビティ面発光レーザダイオードなどの他のフリップチップ接合エピタキシャル半導体デバイスに関連した用途に供される。

フリップチップ実装構成では、光透過性基板と前面電極とを有する発光ダイオードが、マウントに近接するエピタキシャル層とマウントから離れた光透過性基板とを備えたマウントのボンディング・バンプに「下向きに」接合される。フリップチップ配列は、前面活性層を放熱基板に近接させることによる放熱性と電極シャドーイング損の低減を含む幾つかの利点を有する。

フリップチップ実装構成では、光は基板側から抽出される。エピタキシャル成長した発光ダイオードでは、基板はエピタキシー用に適切なベースを提供するように原理的に選定されるので、基板材料の選択が高度に制限される可能性がある。従って、基板の基準は、狭い格子定数範囲、エピタキシー核生成のために実質的に原子的に平坦な表面、エピタキシャル成長温度での熱安定性、及びエピタキシャルプロセスとの化学的適合性などを含む。

フリップチップ構造では、発光のスペクトル範囲の一部又は全体にわたって成長基板が実質的に光吸収性である場合に問題が生じる可能性がある。この場合、基板の光吸収損失に起因して基板からの光抽出が減少する。加えて、透明なサファイヤ成長基板上で成長することができるＩＩＩ族窒化物発光ダイオードの場合のように、適切な光学的に透明な基板が使用可能な場合でさえも、屈折率の突然の不連続性に起因する基板とエピタキシャル層との間の界面で反射光学的損失が発生する可能性がある。

これらの基板関連の光学的損失を低減させるための既知の手法は、光吸収性成長基板ウェーハから光学的に透明なウェーハにエピタキシャル層スタックを移動させることである。通常、これは、エピタキシャル層スタックを光学的に透明なウェーハに密接に接合する段階と、次いでエッチングにより成長基板ウェーハを除去する段階とを伴う。成長基板の除去後、エピタキシャル層スタックは透明なウェーハに接合されたままであり、次に処理されてデバイスが作製され、ダイスされて個々の発光ダイオードチップに分離される。しかしながら、エピタキシャル層スタックと透明な基板の間で広い面積にわたって密接な接合を達成するのは困難である。デバイスの歩留まりは、接合中のエピタキシャル層スタックと透明な基板との間の界面における気泡の形成又は粒子の存在に起因して損なわれる可能性がある。加えて、エピタキシャル層スタックと透明な基板との間で緊密な屈折率の整合がない場合、層のスタックと透明なウェーハとの間の界面における反射により、光学的損失が生じる可能性がある。

別の手法は、接着層を使用してエピタキシャル層スタックを一時的な支持ウェーハに一時的に固定し、次に成長基板を薄層化することである。次いで、薄層化された成長基板が接着されたままのエピタキシャル層スタックは、一時的支持ウェーハから取り外され、処理されて、ダイスされ、発光ダイオードチップが生成される。薄型基板を有する発光ダイオードチップは、マウントにフリップチップ接合される。しかしながら、成長基板の薄層化後、エピタキシャル層スタックと残りの薄層化成長基板は脆弱な構造体を形成する。この薄層化構造体の脆弱性は、追加処理、ダイスカット、及びフリップチップ接合を複雑にし、結果としてデバイスの歩留まりを低下させる。加えて、一時的支持ウェーハとエピタキシャル層スタックとの間の接着部の気泡、粒子、又は他の欠陥が、薄層化構造体に局部的損傷をもたらし、同様にデバイスの歩留まりに影響を与える可能性がある。

本発明は、上述の制限及びその他を克服する改善された装置及び方法を企図するものである。

一実施形態によれば、フリップチップ発光ダイオードデバイスを製造するための方法が提供される。エピタキシャル層が成長基板上に堆積され、エピタキシャル・ウェーハを生成する。複数の発光ダイオードデバイスがエピタキシャル層上に製造される。エピタキシャル・ウェーハが、ダイスカットされて、デバイスダイを生成する。デバイスダイは、マウントにフリップチップ接合される。フリップチップ接合は、デバイスダイの少なくとも１つの電極をマウントの少なくとも１つのボンディングパッドに接合することによってデバイスダイをマウントに固定する段階を含む。フリップチップ接合に続いて、デバイスダイの成長基板の厚さが低減される。

別の実施形態によれば、マウントにフリップチップ接合されるフリップチップ接合発光ダイオードデバイスの発光を改善するための方法が提供される。発光ダイオードデバイスの成長基板は、薄層化又は除去される。フリップチップ接合発光ダイオードデバイスの成長基板は、マウントから離れて配列される。薄層化又は除去段階が実行されると共に、発光ダイオードデバイスのエピタキシャル層がマウントにフリップチップ接合される。フリップチップ接合は、薄層化又は除去段階の間に発光ダイオードデバイスをマウントに固定する段階を行う。

更に別の実施形態によれば、フリップチップ発光ダイオードデバイスが開示される。マウントはボンディング・バンプを含む。発光ダイオードデバイスのダイは、マウントのボンディング・バンプにフリップチップ接合されるデバイス層のスタックを有する。発光ダイオードデバイスのダイとマウントとの間にアンダーフィル材料が配列される。アンダーフィル材料は、発光ダイオードデバイスのダイを支持し、発光ダイオードデバイスのダイが破壊するのを防止する。

当業者であれば本明細書を読み理解すると本発明の多くの利点及び恩恵が明らかになるであろう。

本発明は、種々の構成部品及び該構成部品の配置、種々のプロセス動作並びにプロセス動作の配置の形態を取ることができる。図面は、好適な実施形態を例示する目的のためのものに過ぎず、本発明を限定するものとして解釈すべきではない。断面図では、視覚的に明確にするために層の厚さが誇張されており、従って縮尺通りに描かれていない。

図１Ａに関連して、２つの例示的なフリップチップ接合された発光ダイオードデバイスのダイ１０が、マウント１２上にフリップチップ形態で実装されて示される。各例示的な発光ダイオードデバイスのダイ１０は、成長基板１６上にエピタキシャル堆積された半導体デバイス層のスタック１４を含む。エピタキシャルデバイス層のスタック１４は、ＩＩＩ族窒化物紫外線又は青色発光ダイオード、ＩＩＩ族リン酸可視放射発光ダイオード、ＩＩＩ族ヒ化物垂直キャビティ表面放射レーザダイオードなどの発光ダイオードデバイスを定める。

図１Ａでは、半導体層のスタック１４は、単純なｐ／ｎダイオードに相当する２つの例示的な層を有するが、より複雑な半導体層のスタックが使用できることは当業者であれば理解するであろう。垂直キャビティ表面放射レーザダイオードでは、例えば、層のスタックがブラッグ反射体、クラッディング、及び複雑な多重量子井戸活性領域を定める数十の層を含むことができる。ｐ−オン−ｎ配向を有するＩＩＩ族窒化物紫外線又は青色発光ダイオードでは、層のスタックは通常、アルミニウム窒化物又は他の材料のエピタキシャル成長バッファ、ｎ型ガリウム窒化物ベース層、インジウムガリウム窒化物の活性領域、ｐ型ガリウム窒化物層、及び任意選択的にｐ型ガリウム窒化物層上に形成された接点層を含む。当業者は、特定の光学的用途に好適な他の半導体エピタキシャル層のスタックを容易に構築することができる。

成長半導体基板１６は、選定された半導体層のスタック１４のエピタキシャル成長に好適な結晶質材料で作られる。ＩＩＩ窒化物エピタキシーでは、成長基板は適切には、炭化ケイ素（導電性ＳｉＣ、非ドープの６Ｈ−ＳｉＣ、又は非ドープの４Ｈ−ＳｉＣなどのＳｉＣ）、ガリウム窒化物、又はサファイヤである。ＩＩＩ族燐化物エピタキシーでは、成長基板は、適切にはガリウムヒ化物又はインジウム燐化物である。ＩＩＩ族燐化物エピタキシーでは、基板は好適にはガリウム燐化物である。これらの実施例は網羅的ではなく、むしろ当業者は適切な表面格子定数と、大面積の平坦表面と、選定された半導体層のスタック１４の高品質で好ましくは格子整合したエピタキシャル成長を促進する適切な熱的及び化学的特性とを有する成長基板を容易に選定することができる。任意選択的であるが、成長基板１６は、原理的な結晶方向に対してオフカットされる。例えば、オンアクシス（すなわちオフカットがない）又は４°又は８°でオフカットされた４Ｈ−ＳｉＣ基板は、Ｃｒｅｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（Ｄｕｒｈａｍ， Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ）から入手可能である。

選定された成長半導体層１６上の半導体層のスタック１４のエピタキシャル堆積は、好適には金属−有機化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ、当業界で有機金属気相成長としても知られているＯＭＶＰＥ及び同様の標準名称）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、液相エピタキシー（ＬＰＥ)、又は他の適切なエピタキシャル成長技術による。成長基板１６と同様に、エピタキシャル成長技術の選定は、成長すべきエピタキシャル層のスタック１４の種類に基づいて行われる。

エピタキシャル堆積は、大面積基板のウェーハにわたって行われる。例えば、エピタキシーのための炭化ケイ素ウェーハは、直径が約５ｃｍ〜８ｃｍのほぼディスク形のウェーハとして利用可能である。ガリウム燐化物とサファイヤは、より大きな直径のディスク形のウェーハとして利用可能である。エピタキシャル層のスタック１４が上に堆積された大面積基板のウェーハは、本明細書ではエピタキシャル・ウェーハと呼ぶ。エピタキシャル・ウェーハは、ウェーハ洗浄プロセス、リソグラフィプロセス、エッチングプロセス、絶縁膜堆積プロセス、メタライゼーション・プロセスなどのようなサブプロセスを含めた適切な製造プロセスを用いて処理され、ウェーハ上に複数の発光ダイオードデバイスを形成する。典型的な手法では、製造プロセスは、初期ウェーハ洗浄、デバイスのメサのリソグラフィ定義及びエッチング、並びにｎ形とｐ形電極のリソグラフィ定義及び形成を含む。

図１Ａを引き続き参照すると、発光ダイオードデバイスのダイ１０は、横方向電流フロー幾何形状デバイスであり、デバイスのメサ上に配置されたｐ型電極２０と、デバイスのメサから離れたフィールド領域に配置されたｎ型電極２２とを含む。この実施形態では、両方の電極２０、２２は前面電極である。通常、電極２０、２２は、低抵抗の電気接点を可能にするために金で作られるか又は金メッキを有する。

マウント１２は、ｐ型電極２０と接続するように配列された第１のボンディングパッド２６と、ｎ型電極２２と接続するように配列された第２のボンディングパッド２８とを含む。複数のボンディング・バンプ３０が、ボンディングパッド２６、２８上に配列される。発光ダイオードデバイスのダイ１０は、マウント１２のボンディングパッド２６、２８上にフリップチップ接合され、より具体的には、ボンディング・バンプ３０に接合される。フリップチップ接合は、半田付けによって行うことができ、この場合ボンディング・バンプ３０は、半田付け用バンプである。或いは、フリップチップ接合は、熱可塑ボンディングで行うこともでき、この場合バンプは、加熱及び超音波エネルギー注入の組み合わせにより電極２０、２２の金に接合される金がコーティングされた銅バンプが望ましい。他のボンディング方法を使用してもよい。

図１Ａを引き続き参照すると、フリップチップ接合された発光ダイオードのチップ１０は比較的厚い基板１６を有する。通常は少なくとも直径が数センチメートル又は他の横方向寸法である成長基板ウェーハは、ダイスされてマウント１２にフリップチップ接合された個々の発光ダイオードデバイスのダイ１０を生成する。従って、図１Ａの基板１６は、元の成長基板ウェーハの厚さに相当する厚さｄを有する。例えば、Ｃｒｅｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（Ｄｕｒｈａｍ， Ｎｏｒｔｈ Ｃａｌｏｒｉｎａ）から入手可能なＩＩＩ族窒化物エピタキシー用の標準ディスク形炭化ケイ素ウェーハは、約５ｃｍ〜７．６ｃｍの標準ウェーハ直径を有し、２５４±２５．４ミクロン仕様のウェーハ厚さを有する。

更に、炭化ケイ素は、典型的なＩＩＩ族窒化物発光ダイオードデバイスの紫外から青色発光に対し吸収性がある。フリップチップ接合配列では、光抽出は通常基板側を通って行われ、基板の吸収により減衰が生じる。図１Ａでは、抽出された光は、先細の矢印３４によって概略的に示されている。比較的厚い光吸収基板１６を通過するときの矢印３４の急速な先細は、光吸収による光学的損失を表している。炭化ケイ素基板に関連して説明したが、半導体層のスタックによって放射される光を吸収する他の基板も同様に光を吸収し、デバイスの外部光出力を低下させることは理解されるであろう。

図１Ａを引き続き参照し、更に図１Ｂを参照すると、図１Ａに示された基板１６は、フリップチップ接合後に薄層化され、図１Ｂに示されるように薄型基板１６’を有する修正発光ダイオードデバイスのダイ１０’を生成する。薄型基板１６’は、薄層化されていない基板１６の厚さｄよりもかなり小さい図１Ｂに示される厚さｄ’を有する。基板の薄層化段階は、機械的ラッピング、機械的研磨、機械的研削などによって行うことができる。別の手法では、ウェーハ薄層化は、適切なエッチング液を使用して、ウエットエッチング、又はドライケミカルエッチング又はプラズマエッチングによって行われる。更に別の手法では、レーザアブレーションを用いて基板を薄層化する。薄型基板１６’の薄層化された厚さｄ’は、図１Ｂに示すより小さな先細すなわちより幅広の矢印３４’で示されるように、発光ダイオードデバイスのダイ１０’からより多くの光を放出させることができる。

好ましい薄層化の量、すなわち好ましい最終厚さｄ’は、幾つかの要因に基づいて決定される。光吸収基板が薄くなると、一般により光透過性になる。従って、より薄い厚さｄ’は通常は光抽出を促進させる。しかしながら、より薄い最終厚さｄ’は、薄層化プロセスにおける許容誤差がより小さくなることを意味する。換言すれば、より薄い最終厚さｄ’では、基板薄層化プロセスは、一方では基板材料が過剰に残るのを避け、他方では材料を過剰に除去して下にあるエピタキシャル層のスタック１４に損傷を与える可能性を避けるようにより正確に制御する必要がある。

図２を参照すると、様々な厚み及び吸収特性の炭化ケイ素基板上の典型的なＩＩＩ族窒化物デバイス構造体について計算された光抽出値が示されている。図２のプロットでは、横軸がミクロン単位の基板厚さであり、縦軸が光抽出比である。計算は、２５４ミクロンの典型的な炭化ケイ素成長ウェーハ厚さから高度に薄層化された約２５．４ミクロンに至るまで示されている。各々がα＝０．０ｃｍ^-1からα＝２０．０ｃｍ^-1にわたる様々な基板吸収係数αに対応する、幾つかの曲線が示されている。吸収係数が波長に依存し、炭化ケイ素の場合には多形体、ドーピング、及び炭化ケイ素材料の他の特性にも依存することは当業者であれば理解されるであろう。図２にプロットされた吸収係数の範囲は、典型的なＩＩＩ族窒化物発光ダイオードデバイスの放射波長、及び典型的な炭化ケイ素基板材料に対する基板吸収特性を表す。

引き続き図２を参照すると、α＝５．０ｃｍ^ー1では、２５４ミクロンの基板厚さから５０．８ミクロンの基板厚さまで薄層化することにより、光抽出が相対的に約１０．２％改善される（０．２２２４の光抽出比から０．２４５１の光抽出比）。より吸収率が高い基板である程、より大きく改善される。例えば、α＝２０．０ｃｍ^-1の場合、２５４ミクロンの基板に対して光抽出比は０．１２１２であり、２５．４ミクロンの基板に対して０．１９１８まで増加する。従って、α＝２０．０ｃｍ^-1の場合、２５４ミクロンから２５．４ミクロンまで薄層化することで、光抽出が相対的に約５８．３％改善される。

図１Ａ及び図１Ｂに戻ると、これまで通常行われていたようにダイスカットする前ではなく、フリップチップボンディング後に基板１６を薄層化することにより、特に約５０ミクロン以下の厚さｄ’を有する薄型基板１６’では機械的安定性の問題が生じる可能性がある。ボンディング又は基板薄層化プロセスによって生じる応力は、発光ダイオードデバイスのダイ１０’の一部、大部分、或いは全てに動作上の劣化又は機能不全を生じさせる可能性がある。例えば、発光ダイオードデバイスのダイ１０’の一部、大部分、或いは全ては、ボンディング・バンプに相当する離散的なボンディング領域で生じた応力に起因して薄層化プロセスの途中で破断する可能性がある。このような応力は、厚い基板１６及び相当する機械的な堅牢性に起因して発光ダイオードのチップ１０が支持することができるが、薄型基板１６’の脆弱さにより発光ダイオードのチップ１０’が支持できない場合がある。

薄層化中及びその後に発光ダイオードデバイスを機械的に支持し安定化するために、好ましくは、基板を薄層化する前に発光ダイオードデバイス１０とマウント１２との間にアンダーフィル材料３８が配置される。アンダーフィル材料３８は、発光ダイオードデバイス１０、１０’とデバイス１０、１０’の取付を助けるマウント１２との間の接着を可能にする。アンダーフィル材料３８はまた、薄層化された発光ダイオードデバイス１０’に対して機械的支持を提供し、亀裂又は他の応力に関連する損傷の可能性を低減する。アンダーフィル材料３８によって提供される支持は、発光ダイオードデバイス１０、１０’の領域全体に分布し、ボンディング・バンプ３０又はその周辺などの局部応力領域又はそれの近傍で支持を提供する。

アンダーフィル材料３８は、好ましくは、半導体層のスタック１４及び電極２０、２２の保護及びカプセル化などの他の恩恵をもたらす。アンダーフィル材料３８が熱伝導性である場合には、追加の放熱経路を提供する。

基板の薄層化を可能にするために、アンダーフィル材料３８は好ましくは実質的に基板１６を覆わないが、任意選択的には基板１６の上側の途中までは近付くことができる。幾つかの企図された実施形態では、アンダーフィル材料が基板１６を覆い、基板１６を覆う過剰な材料は基板薄層化プロセス中に除去される。アンダーフィル材料３８は、好ましくは流体として塗布され、次いでボンディングの前又は後に硬化又は乾燥させる。好ましくはアンダーフィル材料３８は、エポキシ、シリコン、フォトレジスト、又は液体或いは流動可能な形態で塗布した後に硬化又は乾燥させることができる他の材料である。アンダーフィル材料３８を含めることが望ましいが、アンダーフィル材料３８は、薄型基板の厚さｄ’が約５０ミクロンを上回る場合、又はエピタキシャル層のスタック１４が応力に関連する損傷に耐える程機械的に十分な強度がある場合は任意選択的に省略される。

青色又は紫外光を発光するＩＩＩ族窒化物発光ダイオードデバイスの場合、波長変換蛍光体をアンダーフィル材料３８中に組み込み、青色又は紫外光を白色光又は他の選定されたスペクトル特性を有する光に変換することができる。発光ダイオードデバイスのダイ１０、１０’のような横方向電流フローの幾何形状では、エッチングされたメサの側壁を通りマウント１２に向かってかなりの量の光が漏洩するので、このような蛍光体を組み込むことは、この幾何形状を用いるデバイスにおいて最も有利である。

図３を参照すると、図１Ａの基板１６を薄層化するのではなく、図３に示されるように基板１６を完全に除去し、修正したフリップチップ発光ダイオードチップ１０’’を生成することができる。ＩＩＩ族窒化物エピタキシーで使用されるサファイヤ基板などの透明基板の場合では、基板に起因する光学的損失は、吸収損失ではなく反射損失によるものである。従って、サファイヤを完全に除去し、反射光学的損失を未然に防ぐようにする必要がある。１つの好適な実施形態では、隣接するエピタキシャル層の材料全体にわたり基板材料を選択的に除去する化学エッチングが使用される。この場合、基板１６に隣接するエピタキシャル層のスタック１４のエピタキシャル層は、エッチング停止として機能し、化学エッチングは、有利には、エッチング停止層に到達すると終了し、又は大幅に遅くなる。

別の実施形態では、フリップチップ実装されたＬＥＤチップからサファイヤ基板１６を除去するのにエキシマーレーザーが使用される。サファイヤ基板のレーザ・リフトオフの１つの利点は、より良好な光抽出を達成できることである。更に、結果として得られるより低背型であることにより、より一層のパッケージングのためより多くのオプションを提供する。フリップチップ実装のプロセスは、チップを損傷させる傾向がある比較的大きな力を必要とする場合がある。従って、チップがフリップチップ実装された後に基板を除去することにより（実装前ではなく）、その時点で損なわれていない基板が更に構造的支持及び／又は完全性をもたらす提供するので実装プロセス中にチップに対する損傷を防ぐのに役立つ。更に、サファイヤ基板とデバイス層の間の格子不整合のためにデバイス層に蓄積応力が存在し、基板が除去されたときにチップの「カール」が生じる可能性がある。チップのサイズ及びカールの程度に応じて、サファイヤ基板を除去する前にアンダーフィル３８のような応力緩和剤がチップに塗布される。基板が除去された後にもデバイス層に比較的小さなカールが存在する場合には、外部損傷を避けるために別の緩和剤の使用が任意選択的に企図される。

デバイスの活性領域又はエピタキシャル層１４からサファイヤ基板を除去する段階には特定の課題がある。サファイヤが除去されると、１００−６００ミクロンの基板の厚さに対して残りのデバイスの厚さが僅かに１０ミクロンのオーダーであるため、チップの完全性及び堅牢性がかなり低くなる可能性がある。単一化されたデバイスからの基板の除去は、レーザ・リフトオフプロセスの性質により、より大きなウェーハレベルでの基板全体の除去と比較して、より有利なプロセスであることが実証される。好適には、透明なサファイヤ基板を通してエピタキシャル層１４の背面又は基板側の表面に紫外レーザ光が照射される。レーザ光線は、サファイヤと材料との間の格子不整合を緩和するために形成されていた低品質のＡｌＧａＮ又はＧａＮ窒化物の核生成層とサファイヤとの間の界面を劣化させる。この劣化の間にガリウム金属及び窒素が放出される。次いで、僅かに上昇した温度でガリウムが融解し、サファイヤの除去が可能となる。次に表面は、ガリウムが何も残らないように洗浄される。

上述のように、レーザ・リフトオフプロセスの前に、エポキシのアンダーフィル又は他の材料、例えば、電気的に活性ではないが基板が除去された後にチップに支持を提供することができる他の材料のいずれかを使用してサブマウント又は下にある支持構造体にチップを固定することができる。チップ及び下にある支持構造体との間の距離が小さい場合、後で除去することができるコーティング材料を任意選択的に使用して、一時的な支持を形成することができる。これはまたエポキシであってもよいが、縁部のすぐ近くでチップの下面に流れる必要はないことになる。当然、リフトオフの後、強度を付加すると共にデバイスの特性を向上させるようにフリップチップ実装チップを処理するより多くの選択肢が存在し、例えば、反射防止コーティングを使用してデバイスからの光出力を高めることができ；全反射を変更しその上より多くの光出力を可能にすることになるチップ上にインデックスグレーデッドフィルムを堆積し、特にＧａＮが約２．３の屈折率を有し、エポキシが約１．５の屈折率を有し、従ってこれら２つの間にある指数又は屈折率の材料が好適に使用され；任意選択的にマイクロレンズがチップの背面に堆積され；任意選択的に、チップの背面をレンズ又は他の構造体にまで粗面化又はエッチングが行われ；射出トランスファー成形プロセスを実行してチップ上に大きなレンズを形成することができる（例えば、任意選択的にレンズは最初は液体であり後に硬化され、或いはレンズは最初に固体であってもよい）。

通常、基板１６を完全に除去することにより、薄型基板１６’を保持するのに比べて光抽出効率が改善される。しかしながら、基板１６’が外部環境に対する良好な屈折率整合を可能にする場合、薄型基板１６’は、完全な基板の除去で取得されるよりも良好な全光抽出効率を提供することができる。更に、完全な基板の除去は、外気に露出されたエピタキシャル層のスタック１４の層を残す。場合によってはこれは望ましくないことがある。例えば、ガリウムヒ化物基板上に成長したＩＩＩ族ヒ化物デバイスでは、露出されたエピタキシャル層のアルミニウム含有量が高い場合は酸化されやすい。従ってこのような場合には、高アルミニウム含有のエピタキシャル層の上限を定めるために、ガリウムヒ化物基板の薄い部分を保持するのが望ましい。更に又、エッチング停止層又は厚い非臨界ベースエピタキシャル層が無い、基板１６の完全な除去は、薄いエピタキシャル層のスタック１４へのエッチング及びその損傷を避けるためにエッチングプロセスの極めて正確な制御を必要とする。

基板１６を除去するか又はかなり薄層化する場合、結果として得られる発光ダイオードデバイス１０’、１０は、非常に脆弱なので自立型構成部品とはならない可能性がある。すなわち、基板１６を極端に薄層化するか又は除去する場合、アンダーフィル材料３８は、有利には、発光ダイオードデバイス１０、１０’の破壊を防ぐことができる。修正された発光ダイオードデバイス１０、１０’が非常に脆弱であるので、アンダーフィル材料３８がその破壊を防止するかどうかは、単に追加の機械的支持を提供するのではなく、エピタキシャル層のスタック１４の厚さ、完全に基板が除去される場合には薄型基板１６’の厚さｄ’、及び発光ダイオードデバイス１０’、１０’’を構成する材料の機械的特性に依存する。

引き続き図３を参照すると、屈折率整合材料、エポキシレンズ、離散的マイクロレンズ、又は他の光学素子４２を基板１６を除去した後にエピタキシャル層のスタック１４に施工することができる。エポキシレンズ４２の場合、エポキシは通常液体或いは流動可能な形態で塗布された後硬化される。図示されていないが、このような光学素子を図１Ｂの薄型基板１６’上に配置することができる点を理解されるであろう。

図４Ａを参照すると、垂直電流フロー幾何形状を有するデバイスを使用する実施形態が記載されている。マウント１１２にフリップチップ接合された発光ダイオードチップ１００が図４Ａに示される。発光ダイオードチップ１００は、基板１１６上に配置されたエピタキシャル半導体デバイス層のスタック１４を有する。第１の電極１２０は、デバイス層のスタック１１４上に形成される。図１Ａ、１Ｂ、及び図３の水平電流フロー幾何形状とは異なり、単一の前面電極１２０だけが、エピタキシャル層のスタック１１４上に形成される。第１の電極１２０は、ボンディング・バンプ１３０を介して第１のボンディングパッド１２６にフリップチップ接合されている。第２のボンディングパッド１２８は、フリップチップ接合によって発光ダイオードチップ１００には接続されていない。従って、ダイオードデバイスを駆動するための第２の電極又はこれへの電気入力がないので、図４Ａに示される製造の時点で発光ダイオードチップ１００は動作不能である。

引き続き図４Ａを参照し、更に図４Ｂを参照すると、好ましくは、発光デバイスのダイ１００とマウント１１２との間にアンダーフィル材料１３８が配置され、機械的支持、すなわちマウント１１２に対するデバイスダイ１００の取付けが改善され、更に、カプセル化の追加及び放熱の改善が可能となる。図４Ａに示された基板１１６は、機械的研削、レーザアブレーション、ウェット化学エッチング、ドライエッチングなどによって薄層化され、薄型基板１１６’を生成する。背面電極である第２の電極１２２は、導電性基板である薄型基板１１６上に形成される。図示の実施形態では、第２の電極１２２は、各々の修正された発光ダイオードチップ１００’の中心光学開口１４０を定めるリング電極である。第２の電極１２２は、ワイヤボンド１４２によって配線用ボンディングパッドである第２のボンディングパッド１２８と電気的に接続される。電極１２０、１２２によって通電されると、修正された発光ダイオードチップ１００’は、光学開口１４０内の薄型基板１１６’を通って光１３４を放出する。

図４Ｂの例示的な実施形態では、薄型基板１１６’は、垂直電流フロー構成を可能にするような導電性がある。しかしながら、基板が、例えばＩＩＩ族窒化物発光ダイオードチップのサファイヤ基板のような電気絶縁している場合には、基板は、図３の実施形態と同様に完全に除去することができ、続いて基板１１６の除去によって露出された半導体層のスタック１４の層の上に背面接点が形成される。

フリップチップ接合の後に基板を除去することによって、フリップチップ接合の前にウェーハ薄層化を行った以前の製造方法よりも優れた幾つかの利点が実現される。個々の発光ダイオードデバイスのダイを作成するための製造プロセスは、厚い基板ウェーハを有するエピタキシャル・ウェーハ上で行われる。これは、薄いウェーハデバイスの処理中に損傷を受けるのを防ぎ、従って、デバイスの歩留まりが改善される。更に、エッチング停止を伴う等方性エッチングによる基板を除去する場合、ダイスカット及びフリップチップ接合後にこのような等方性エッチングを実行することにより、等方性エッチングプロセスは、基板ウェーハ１６、１１６の背面及び側面の両方から同時に材料を除去することができる。これは、特に小面積デバイスの場合に基板の除去を高速にすることができる。更に、支持となるアンダーフィル材料３８、１３８を含めることにより、基板の薄層化又は除去プロセスの間及び後で構造的安定性が改善され、この場合も同様に歩留まりが向上する。特定の実施形態では、支持となるアンダーフィル材料３８、１３８によって、機械的な損傷が阻止され、基板薄層化又は除去が自立型の構成部品として生成することができないデバイスを製造するのを可能にする。

本発明は好ましい実施形態に関して説明してきた。明らかに、上記の詳細な説明を読み理解すれば、修正及び代替形態が他者には想起されるであろう。本発明は、添付の請求項又はこれらの同等物の範囲に帰着する限り、こうした修正及び代替形態の全てを含むものとして解釈されるものとする。

マウントにフリップチップ接合された２つの発光デバイスダイオードチップの断面図を示す。 ２つの発光デバイスダイオードチップの基板を薄層化した後の図１Ａに示されるようにマウントにフリップチップ接合された２つの発光デバイスダイオードチップの断面図を示す。 基板の吸収係数と基板の厚さの関数として計算された炭化ケイ素基板を有するＩＩＩ族窒化物フリップチップ発光ダイオードデバイスチップの計算光抽出比の値をプロットした図である。 ２つの発光デバイスダイオードチップの基板を除去した段階の後の図１Ａに示されるようにマウントにフリップチップ接合された２つの発光デバイスダイオードチップの断面図を示す。 基板薄層化及び背面電極形成前に、マウントにフリップチップ接合された垂直電流フロー幾何形状を有する２つの発光デバイスダイオードチップの断面図を示す。 基板薄層化、背面電極形成、及びマウントのワイヤボンディングパッドへの背面電極のワイヤボンド後に、図４Ａに示されるようにマウントにフリップチップ接合された２つの発光デバイスダイオードチップの断面図を示す。

符号の説明

１０’ 修正発光ダイオードデバイスのダイ
１２ マウント
１４ 半導体層のスタック
１６’ 薄型基板
２０ ｐ型電極
２２ ｎ型電極
２６ 第１のボンディングパッド
２８ 第２のボンディングパッド
３０ ボンディング・バンプ
３８ アンダーフィル材料

Claims (5)

1. フリップチップ発光ダイオードデバイスを製造するための方法であって、前記方法は、 （ａ）サファイヤ成長基板上にエピタキシャル層を堆積してエピタキシャル・ウェーハを生成する段階と、
   （ｂ）前記エピタキシャル・ウェーハ上に複数の発光ダイオードデバイスを製造する段階と、
   （ｃ）前記エピタキシャル・ウェーハをダイスカットして、前記複数の発光ダイオードデバイスの内の少なくとも１つと前記サファイヤ成長基板の一部とを含む、前記エピタキシャル・ウェーハから分離された少なくとも１つのデバイスダイを生成する段階と、
   （ｄ）前記デバイスダイの電極をマウントのボンディングパッドに接合することによって前記デバイスダイを前記マウントに固定する段階を含む、前記デバイスダイを前記マウントにフリップチップ接合する段階と、
   （ｅ）前記ステップ（ｄ）に続いて、前記デバイスダイから前記サファイヤ成長基板のほぼ全体部分を除去する段階と、
   を含み、
   前記ステップ（ｅ）は、前記デバイスダイ上に含まれる前記サファイヤ成長基板の一部を紫外レーザ光で照射する段階を含む、前記方法。
2. （ｆ）前記ステップ（ｅ）の前に、前記マウントに対して前記デバイスダイを支持する支持材料を提供する段階を更に含む請求項１に記載の方法。
3. 前記ステップ（ｆ）は、前記デバイスダイ及び前記マウントに接触する流動可能な形態で前記支持材料を提供する段階と、
   前記支持材料を流動不能な形態に固化する段階と、
   を含む請求項２に記載の方法。
4. （ｇ）前記ステップ（ｅ）に続いて、前記支持材料を除去する段階を含む請求項２に記載の方法。
5. 前記支持材料は、電気的に活性ではないことを特徴とする請求項２に記載の方法。

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