JP7306253B2 - 半導体装置、発光基板、光プリントヘッド、画像形成装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光プリントヘッドにおける半導体装置の構造、及びその製造方法に関する。

従来、半導体ウエハに複数形成した集積回路領域上に平坦化膜を介してエピタキシャルフィルムを貼り付け、個々に分離することにより形成する半導体装置があった（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１９－２９６４０号公報（第２０頁、図１２）

しかしながら、半導体装置の製造過程において発生する原因により、半導体装置の信頼性が損なわれる場合があった。

本発明による半導体装置は、集積回路領域を備えた半導体基板と、前記半導体基板上に形成された平坦化層と、前記平坦化層上にボンディングされたエピタキシャルフィルムと、前記エピタキシャルフィルムを覆うように成膜された無機絶縁膜と、前記無機絶縁膜を覆うように成膜された有機絶縁膜とを備え、
前記無機絶縁膜は、前記平坦化層における陥没した部分と前記エピタキシャルフィルムにおける前記平坦化層側の下面との間に生じた隙間における前記エピタキシャルフィルムの表面まで成膜され、
前記有機絶縁膜は、前記隙間を埋めるように成膜されたことを特徴とする。

本発明によれば、エピタキシャルフィルムと平坦化層との間に生じた隙間を絶縁膜によって埋めるため、半導体装置の信頼性を向上できる。

本発明による実施の形態１の半導体装置の要部構成を示す平面図である。 図１に示す半導体装置のＡ－Ａ断面図である。 半導体装置の形成過程における一段階での形状を示す製造工程図である。 図３に示すＢ－Ｂ断面の要部構成を示す断面図である。 図４に点線で囲った囲い部分Ｍの同位置での部分拡大図であり、エピタキシャルフィルムに発光部が形成された後の、同部分の断面を示している。 無機絶縁膜及び有機絶縁膜が成膜された後のエピタキシャルフィルムの端部周辺断面（図５と同位置の断面）を示している。 本発明による実施の形態２の光プリントヘッドの要部構成を示す構成図である。 発光素子ユニットの一構成例を示す平面配置図である。 本発明による実施の形態３の画像形成装置の要部構成を模式的に示す要部構成図である。

実施の形態１．
図１は、本発明による実施の形態１の半導体装置１０１の要部構成を示す平面図であり、図２は、図１に示す半導体装置１０１のＡ－Ａ断面図である。

図１、図２に示すように、半導体装置１０１は、長手方向（矢印Ａ方向）に延在する半導体基板としての駆動回路基板１２０上に形成された平坦化層としての平坦化膜１０２を備え、平坦化膜１０２上には、長手方向に沿って、所定の間隔で配置された複数の発光部１０５が形成されている。ここでの駆動回路基板１２０は、図１の平面図に示すように、長手方向において、一方の側面がまっすぐ延在しているのに対して他方の側面が中央部でＳ字状に湾曲しており、これにより略中央部を境にして、幅広の幅広部１２０ａと幅の狭い幅狭部１２０ｂとを有する。

平坦化膜１０２は、駆動回路基板１２０の一方の側面に沿って、幅広部１２０ａと幅狭部１２０ｂにわたって連続して形成され、発光部１０５は、その平坦化膜１０２上にボンディングされたエピタキシャルフィルム１０４を半導体プロセスにより処理して形成され、平坦化膜１０２上において直線上に配置されている。尚、発光部１０５には、例えば発光ダイオードや発光サイリスタが形成されるものである。

尚、ここでは、発光部１０５がエピタキシャルフィルム１０４の一部の層によってつながった状態で形成されているように示したが、個々の発光部１０５が互に分離して独立するように形成される場合もある。

図２に示すように、駆動回路基板１２０は、ベース層１２１とその上に配置された複数の導電形成層１２２を備える。導電形成層１２２は、集積回路領域１０６内に複数積層配置された導電層１０７と、集積回路領域１０６外のダミータイル形成領域１０８内にあって、各導電層１０７の端部に隣接して配置されたダミータイル１０９と、これらの隙間を埋めると共に各層間の短絡を防ぐ層間絶縁層１１０を備える。

駆動回路基板１２０上に形成された平坦化膜１０２は、後述するように、半導体装置１０１を形成する過程でその端部が陥没し、その上にボンディングされるエピタキシャルフィルム１０４の下部にまで及ぶ陥没部１０２ａが形成されている。ボンディングされたエピタキシャルフィルム１０４は、電気的接続部を除いて平坦化膜１０２に至るまで、その露出部が無機絶縁膜１３１で覆われている。従って図２に示すように、陥没部１０２ａによって露わになったエピタキシャルフィルム１０４の下面部も無機絶縁膜１３１で覆われている。尚、ここでの無機絶縁膜１３１の成膜は、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）によって行われる。

一方、有機絶縁膜１３２は、所定の電気的接続部を除いて、駆動回路基板１２０の上表面全体を被覆している。この有機絶縁膜１３２は、図２に示すように、平坦化膜１０２の陥没部１０２ａにおいても、エピタキシャルフィルム１０４の下面部にまで及び、陥没部１０２ａとエピタキシャルフィルム１０４の下面部との間に生じた隙間全体を埋めるように形成されている。

上記したようなＡ－Ａ断面部における平坦化膜１０２の陥没部１０２ａは、半導体装置１０１を形成する過程で他方の端部においても発生するため、図２に示す陥没部１０２ａ、無機絶縁膜１３１、及び有機絶縁膜１３２が、略左右対称の形で形成され、無機絶縁膜１３１が、エピタキシャルフィルム１０４の下面部まで覆い、有機絶縁膜１３２が、陥没部１０２ａとエピタキシャルフィルム１０４の下面部との間に生じた隙間全体を埋めるように形成されている。

次に半導体装置１０１の形成方法について説明する。図３は、半導体装置１０１の形成過程における一段階での形状を示す製造工程図であり、半導体装置１０１を複数形成する半導体ウエハ１６０の一部を示す平面図であり、図４は、図３に示すＢ－Ｂ断面の要部構成を示す断面図である。

図３に示すように、半導体ウエハ１６０には、最終的に分離された段階で半導体装置１０１となる平面領域を点線で示す装置領域１０１´や捨てチップ領域１３０が予め設定され、装置領域１０１´には、これと略一致する平面領域を有する集積回路領域１０６において集積回路や導電形成層１２２が予め形成されており、向かい合う一対の装置領域１０１´が、短手方向（矢印Ｂ方向）には互いに隣接して配置され、長手方向（矢印Ａ方向）には捨てチップ領域１３０を介して互いに隣接して配置されている。但し、各領域間には、これ等を互いに分離するための分離領域１３５が設けられている。

更に、図３、図４に示すように、装置領域１０１´及び捨てチップ領域１３０には、後述する平坦化膜１０２が形成されるその下部領域を含んで、集積回路領域１０６の端部と、分離領域１３５を介してこの端部に対向する捨てチップ領域１３０の一部とに、ダミータイル１０９が設けられたダミータイル形成領域１０８が形成されている。このように、集積回路領域１０６に隣接して、ダミータイル１０９を積層したダミータイル形成領域１０８を配置しているが、これにより、平坦化膜１０２の下地層表面において良好な平坦性を保つことができる。

一方、平坦化膜１０２の下部領域であっても、分離領域１３５には、ダミータイル１０９が形成されていない。これは、個々の装置領域１０１´を分離して最終的に半導体装置１０１を形成すべく分離領域１３５を除去するが、その際に、ダイシングブレードによって処理する場合には、分離領域１３５にダミータイル１０９が存在しても問題ないが、ドライエッチング処理する場合、ダミータイル１０９がマスクになってエッチングが止まってしまうためであり、これにより分離領域１３５にダミータイル１０９を配置することができない。

このように、分離領域１３５にダミータイル１０９がない場合、半導体ウエハ１６０の表面の平坦性が損なわれ、具体的には、図４に示すように、集積回路領域１０６やダミータイル形成領域１０８の表面に対して陥没したように凹形状部１３５ａが生じる。

図３、図４に示すように、以上のように形成された半導体ウエハ１６０に配置された装置領域１０１´の、幅広部１２０ａ及び幅狭部１２０ｂ（図１参照）に相当する位置から、その両端部に対向する分離領域１３５及び捨てチップ領域１３０にかけての所定領域に、連続する平坦化膜１０２を形成し、更にその上にエピタキシャルフィルム１０４をボンディングする。尚、分離領域１３５や捨てチップ領域１３０上にまでエピタキシャルフィルム１０４を延在させてボンディングしておくことにより、装置領域１０１´の端部付近にまで発光部１０５（図１）を形成することができる。

このとき、図４に示すように、平坦化膜１０２は、下部の分離領域１３５における凹形状部１３５ａの影響を補いきれず、その上面に陥没部１０２ａが発生し、その上面にボンディングされたエピタキシャルフィルム１０４の下表面との間に空間が生じ、この部分でエピタキシャルフィルム１０４が浮いた状態となる。

エピタキシャルフィルム１０４をボンディングした後、フォトリソグラフィやエッチングなどの半導体プロセスを用いてエピタキシャルフィルム１０４に発光部１０５（図１参照）を形成する。図５は、図４に点線で囲った囲い部分Ｍの同位置での部分拡大図であり、エピタキシャルフィルム１０４に発光部１０５が形成された後の、同部分の断面を示している。

同図に示すように、エピタキシャルフィルム１０４に発光部１０５を形成する半導体プロセスで、同時に分離領域１３５及び捨てチップ領域１３０にかかっていた部分のエピタキシャルフィルム１０４も除去する。従って、下地層の平坦化膜１０２の陥没部１０２ａに臨むエピタキシャルフィルム１０４の端部は、同図に示すように、その下面がむき出しの状態となっている。

次に、発光部１０５が形成され、且つ分離領域１３５及び捨てチップ領域１３０にかかっていた部分が除かれたエピタキシャルフィルム１０４の、端子部等の所定部分を除く全領域を覆うように、例えば被覆精度の高い成膜方法であるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）によって無機絶縁膜１３１を成膜し、更に端子部等の所定部分を除いて装置領域１０１´全体を覆うように有機絶縁膜１３２を成膜する。

図６は、無機絶縁膜１３１及び有機絶縁膜１３２が成膜された後のエピタキシャルフィルム１０４の端部周辺断面（図５と同位置の断面）を示している。同図に示すように、エピタキシャルフィルム１０４の端部は、ＡＬＤのような被覆精度が高い成膜方法で形成させることによって、平坦化膜１０２の陥没部１０２ａによってむき出しになった下面部まで無機絶縁膜１３１で被覆され、有機絶縁膜１３２は、陥没部１０２ａによって生まれた空間（隙間）を埋めるように形成されている。

その後、有機絶縁膜１３２上において、発光部１０５への図示しない電気配線等が実施され、ドライエッチングにより分離領域１３５を除去して各装置領域１０１´を互いに分離し、図１、図２に示す半導体装置１０１を完成する。

尚、ここでは、平坦化膜１０２の上に直接エピタキシャルフィルム１０４をボンディングした例を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば平坦化膜１０２上に導電層を形成し、平坦化された導電層上にエピタキシャルフィルム１０４をボンディングする構成であってもよい。この場合平坦化膜と導電層を平坦化層とみなすことができる。

以上のように、本実施の形態の半導体装置によれば、製造過程でエピタキシャルフィルム１０４の端部と平坦化膜１０２の間に隙間が生じても、無機絶縁膜で被覆することにより、有機絶縁膜のみで被覆するよりも吸湿などに対して高い効果を得ることができ、エピタキシャルフィルム１０４表面の酸化や終端による沿面リークを防ぐことができる。また、有機絶縁膜で隙間を埋め込むことで異物が入り込むといった信頼性への影響を防ぐことができる。

実施の形態２．
図７は、本発明による実施の形態２の光プリントヘッド１２００の要部構成を示す構成図である。

同図に示すように、ベース部材１２０１上には、発光基板としての発光素子ユニット１２３０が搭載されている。この発光素子ユニット１２３０は、実施の形態１の半導体装置１０１が発光部ユニット１２３１としてＣＯＢ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｂｏａｒｄ）基板１２０２上にアレイ状に搭載されたものである。

図８は、この発光素子ユニット１２３０の一構成例を示す平面配置図で、ＣＯＢ基板１２０２上には、前記した実施の形態１で説明した例えば半導体装置１０１が、発光部ユニット１２３１として長手方向に沿って複数配設されている。ＣＯＢ基板１２０２上には、その他に、発光部ユニット１２３１を駆動制御する電子部品が配置されて配線が形成されている、電子部品実装、配線及び接続のためのエリア１２０２ａ、１２０２ｂ、及び外部から制御信号や電源などを供給するためのコネクタ１２０２ｃ等が設けられている。

発光部ユニット１２３１の発光部１０５（図１参照）の上方には、発光部１０５から出射された光を集光するロッドレンズアレイ１２０３が配設されている。このロッドレンズアレイ１２０３は、柱状の光学レンズを発光部ユニット１２３１の概ね直線に沿って配列された発光部１０５（ここでは、図１における発光部１０５の配列）に沿って多数配列したもので、レンズホルダ１２０４によって所定位置に保持されている。

このレンズホルダ１２０４は、同図に示すように、ベース部材１２０１及び発光素子ユニット１２３０を覆うように形成されている。そして、ベース部材１２０１、発光素子ユニット１２３０、及びレンズホルダ１２０４は、ベース部材１２０１及びレンズホルダ１２０４に形成された開口部１２０１ａ，１２０４ａを介して配設されるクランパ１２０５によって一体的に挟持されている。従って、発光素子ユニット１２３０で発生した光は、ロッドレンズアレイ１２０３を通して所定の外部部材に照射される。この光プリントヘッド１２００は、例えば電子写真プリンタや電子写真コピー装置等の露光装置として用いられる。

以上のように、本実施の形態の光プリントヘッド１２００によれば、発光部ユニット１２３１として、例えば実施形態１で説明した半導体装置１０１を配列した構成を備えているため、信頼性の高い光プリントヘッド１２００を提供できる。

実施の形態３．
図９は、本発明による実施の形態３の画像形成装置１３００の要部構成を模式的に示す要部構成図である。

同図に示すように、画像形成装置１３００内には、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色の画像を、各々に形成する四つのプロセスユニット１３０１～１３０４が記録媒体１３０５の搬送経路１３２０に沿ってその上流側から順に配置されている。これらのプロセスユニット１３０１～１３０４の内部構成は共通しているため、例えばシアンのプロセスユニット１３０３を例にとり、これらの内部構成を説明する。

プロセスユニット１３０３には、像担持体として感光体ドラム１３０３ａが矢印方向に回転可能に配置され、この感光体ドラム１３０３ａの周囲にはその回転方向上流側から順に、感光体ドラム１３０３ａの表面に電気供給して帯電させる帯電装置１３０３ｂ、帯電された感光体ドラム１３０３ａの表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光装置１３０３ｃが配設される。

更に、静電潜像が形成された感光体ドラム１３０３ａの表面に、所定色（シアン）のトナーを付着させて顕像を発生させる現像装置１３０３ｄ、及び感光体ドラム１３０３ａの表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置１３０３ｅが配設される。尚、これら各装置に用いられているドラム又はローラは、図示しない駆動源及びギアによって回転させられる。

また、画像形成装置１３００は、その下部に、紙等の記録媒体１３０５を重ねた状態で収納する用紙カセット１３０６を装着し、その上方には記録媒体１３０５を１枚ずつ分離させて搬送するためのホッピングローラ１３０７を配設している。更に、記録媒体１３０５の搬送方向における、このホッピングローラ１３０７の下流側には、ピンチローラ１３０８，１３０９と共に記録媒体１３０５を挟持することによって、記録媒体１３０５の斜行を修正し、プロセスユニット１３０１～１３０４に搬送するレジストローラ１３１０，１３１１を配設している。これ等のホッピングローラ１３０７及びレジストローラ１３１０，１３１１は、図示しない駆動源及びギアによって連動回転する。

プロセスユニット１３０１～１３０４の各感光体ドラムに対向する位置には、それぞれ半導電性のゴム等によって形成された転写ローラ１３１２が配設されている。そして、感光体ドラム１３０１ａ～１３０４ａ上のトナーを記録媒体１３０５に転写させるために、感光体ドラム１３０１ａ～１３０４ａの表面とこれらの各転写ローラ１３１２の表面との間に所定の電位差が生じるように構成されている。

定着装置１３１３は、加熱ローラとバックアップローラとを有し、記録媒体１３０５上に転写されたトナーを加圧、加熱することによって定着させる。また、排出ローラ１３１４，１３１５は、定着装置１３１３から排出された記録媒体１３０５を、排出部のピンチローラ１３１６，１３１７と共に挟持し、記録媒体スタッカ部１３１８に搬送する。尚、排出ローラ１３１４，１３１５は、図示されない駆動源及びギアによって連動回転する。ここで使用される露光装置１３０３ｃとしては、実施形態２で説明した光プリントヘッド１２００が用いられる。

次に、前記構成の画像形成装置の動作について説明する。
まず、用紙カセット１３０６に堆積した状態で収納されている記録媒体１３０５がホッピングローラ１３０７によって、上から１枚ずつ分離されて搬送される。続いて、この記録媒体１３０５は、レジストローラ１３１０，１３１１及びピンチローラ１３０８，１３０９に挟持されて、プロセスユニット１３０１の感光体ドラム１３０１ａ及び転写ローラ１３１２に搬送される。その後、記録媒体１３０５は、感光体ドラム１３０１ａ及び転写ローラ１３１２に挟持され、その記録画面にトナー画像が転写されると同時に感光体ドラム１３０１ａの回転によって搬送される。

同様にして、記録媒体１３０５は、順次プロセスユニット１３０２～１３０４を通過し、その通過過程で、各露光装置１３０１ｃ～１３０４ｃにより形成された静電潜像を、現像装置１３０１ｄ～１３０４ｄによって現像した各色のトナー像がその記録画面に順次重ねて転写される。その後、定着装置１３１３によってトナー像が定着された記録媒体１３０５は、排出ローラ１３１４，１３１５及びピンチローラ１３１６，１３１７に挟持されて、画像形成装置１３００の外部の記録媒体スタッカ部１３１８に排出される。以上の過程を経て、カラー画像が記録媒体１３０５上に形成される。

以上のように、本実施の形態の画像形成装置によれば、前記した実施の形態２で説明した光プリントヘッド１２００を採用するため、信頼性の高い画像形成装置を提供できる。

また、特許請求の範囲、及び実施の形態の説明において、「上」、「下」といった言葉を使用したが、これらは便宜上であって、対象物を配置する状態における絶対的な位置関係を限定するものではない。

上記した実施の形態では、本発明を、カラープリンタを例にして説明したが、本発明はこれ等に限定されるものではなく、発光アレイ素子を用いた複写機、ファクシミリ、ＭＦＰ等の画像装置にも利用可能である。またカラープリンタについて説明したが、モノクロプリンタであってもよい。

１０１ 半導体装置、 １０１´ 装置領域、 １０２ 平坦化膜、 １０２ａ 陥没部、 １０４ エピタキシャルフィルム、 １０５ 発光部、 １０６ 集積回路領域、 １０７ 導電層、 １０８ ダミータイル形成領域、 １０９ ダミータイル、 １１０ 層間絶縁層、 １２０ 駆動回路基板、 １２０ａ 幅広部、 １２０ｂ 幅狭部、 １２１ ベース層、 １２２ 導電形成層、 １３０ 捨てチップ領域、 １３１ 無機絶縁膜、 １３２ 有機絶縁膜、 １３５ 分離領域、 １３５´ 凹形状部、 １６０ 半導体ウエハ、 １２００ 光プリントヘッド、 １２０１ ベース部材、 １２０２ ＣＯＢ基板、 １２０３ ロッドレンズアレイ、 １２０４ レンズホルダ、 １２０５ クランパ、 １２３０ 発光素子ユニット、 １２３１ 発光部ユニット、 １３００ 画像形成装置、 １３０１～１３０４ プロセスユニット、 １３０３ａ 感光体ドラム、 １３０３ｂ 帯電装置、 １３０３ｃ 露光装置、 １３０３ｄ 現像装置、 １３０３ｅ クリーニング装置、 １３０１ａ～１３０４ａ 感光体ドラム、 １３０５ 記録媒体、 １３０６ 用紙カセット、 １３０７ ホッピングローラ、 １３０８，１３０９ ピンチローラ、 １３１０，１３１１ レジストローラ、 １３１２ 転写ローラ、 １３１３ 定着装置、 １３１４，１３１５ 排出ローラ、 １３１６，１３１７ ピンチローラ、 １３１８ 記録媒体スタッカ部、 １３２０ 搬送経路。

Claims (9)

1. 集積回路領域を備えた半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成された平坦化層と、
   前記平坦化層上にボンディングされたエピタキシャルフィルムと、
   前記エピタキシャルフィルムを覆うように成膜された無機絶縁膜と、
   前記無機絶縁膜を覆うように成膜された有機絶縁膜と
   を備え、
   前記無機絶縁膜は、前記平坦化層における陥没した部分と前記エピタキシャルフィルムにおける前記平坦化層側の下面との間に生じた隙間における前記エピタキシャルフィルムの前記下面に成膜され、
   前記有機絶縁膜は、前記隙間を埋めるように成膜されたことを特徴とする半導体装置。
2. 前記隙間は、前記エピタキシャルフィルムの長手方向端部の前記下面と、前記平坦化層の陥没した部分とで生じたものであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記エピタキシャルフィルムによって、長手方向に沿って複数の発光部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
4. 前記半導体基板の長手方向の端部にダミータイルを配置したことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 請求項３又は４に記載の半導体装置を、ＣＯＢ基板上に複数、直線上に配置したことを特徴とする発光基板。
6. 請求項５の発光基板と、
   前記発光部からの光を集光するレンズと、
   前記レンズと前記発光部を保持するホルダとを有することを特徴とする光プリントヘッド。
7. 請求項６の光プリントヘッドを有することを特徴とする画像形成装置。
8. 最終的に分離される装置領域を、捨てチップ領域を介して第１の方向に複数配置し、且つ前記第１の方向と直交する第２の方向にも隣接して複数配置し、各領域間に分離領域を配置し、該分離領域が僅かに陥没した半導体ウエハに対し、
   前記第１の方向に沿って、前記装置領域から該装置領域の両端に隣接する各前記捨てチップ領域に及ぶ範囲に平坦化層を形成する工程と、
   前記平坦化層上にエピタキシャルフィルムをボンディングする工程と、
   半導体プロセスにより前記エピタキシャルフィルムに発光部を形成すると共に、前記装置領域外の前記エピタキシャルフィルムを除去する工程と、
   前記エピタキシャルフィルムを覆い、且つ前記平坦化層と前記エピタキシャルフィルムとの間に生じた隙間における前記エピタキシャルフィルムの表面まで無機絶縁膜を成膜する工程と、
   前記無機絶縁膜を覆い、且つ前記隙間を埋めるように有機絶縁膜を成膜する工程と、
   ドライエッチングによって前記分離領域を除去することにより、複数の前記装置領域を互いに分離する工程と
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 前記無機絶縁膜の成膜は、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）によって行うことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。

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