JP7485972B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、半導体装置の製造方法に関する。

例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）のダイのような半導体構造体を含む装置の製造においては、複数の半導体構造体を相異なる支持体の間で（例えば複数の粘着テープの間で）載せ換える場面が多く存在する。このとき、複数の半導体構造体を第１の支持体から第２の支持体に一括して移動させることもある（以下、このような工程を「転写」と呼ぶことがある）。

下記の特許文献１は、冷却による水分の凝結および凍結を利用して複数の半導体チップを初期支持体に固定した状態での、これら半導体チップに貼付されていたフィルムの剥離を提案している。特許文献１に記載の技術は、氷を介した固定により、半導体チップの裏面からのフィルムの剥離を容易にしている。

特表２０１９－５３６２６４号公報

半導体装置の製造をより効率的に行えると有益である。

本開示の実施形態による半導体装置の製造方法は、それぞれが下面を有する複数の半導体構造体、および、前記複数の半導体構造体を前記下面側から支持する第１支持体を含む第１集合体であって、各半導体構造体は、前記下面に設けられた電極を有する第１集合体を準備する工程（Ａ）と、前記第１集合体の前記複数の半導体構造体を液体の支持媒体に浸漬させる工程（Ｂ）と、前記第１集合体の前記複数の半導体構造体を液体の前記支持媒体に浸漬させた状態で、冷却により前記支持媒体を固化させる工程（Ｃ）と、前記第１集合体から前記第１支持体を分離することにより、固化された前記支持媒体から前記電極の下面を露出させ、前記支持媒体および前記複数の半導体構造体を含む第２集合体を得る工程（Ｄ）と、前記第２集合体の前記複数の半導体構造体の前記電極の前記下面を、配線基板上の接合部材に接触させる工程（Ｅ）と、前記接合部材により前記複数の半導体構造体を前記配線基板に接合する工程（Ｆ）とを含む。

本開示の実施形態によれば、半導体装置の製造をより効率的に行い得る。

本開示のある実施形態による半導体装置の例示的な製造方法の概略を示すフローチャートである。 本開示のある実施形態による半導体装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示のある実施形態による半導体装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示のある実施形態による半導体装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示のある実施形態による半導体装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示のある実施形態による半導体装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示のある実施形態による半導体装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示のある実施形態による半導体装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示のある実施形態による半導体装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示のある実施形態による半導体装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示のある実施形態による半導体装置の例示的な製造方法を説明するための模式的な断面図である。 本開示のある実施形態による半導体装置の製造方法に適用可能な、付加的な工程を説明するための模式的な断面図である。 本開示のある実施形態による半導体装置の製造方法に適用可能な、付加的な工程を説明するための模式的な断面図である。 第１集合体の半導体構造体に適用可能な光源の外観の一例を示す模式的な底面斜視図である。 図１４に示す平面Σで光源を切断したときに現れる断面の例を模式的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、例示であり、本開示による半導体装置の製造方法は、以下の実施形態に限られない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、ステップ、そのステップの順序などは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。以下に説明する各実施形態は、あくまでも例示であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の組み合わせが可能である。

図面が示す構成要素の寸法、形状などは、分かりやすさのために誇張されている場合があり、実際の半導体装置における寸法、形状および構成要素間の大小関係を反映していない場合がある。また、図面が過度に複雑になることを避けるために、一部の要素の図示を省略することがある。以下では、切断面の後方にある部分の図示を省略した、切断面のみを示す端面図を断面図として示して本開示の実施形態を説明する場合がある。

以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。以下の説明では、特定の方向または位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語）を用いる場合がある。しかしながら、それらの用語は、参照した図面における相対的な方向または位置を分かりやすさのために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」などの用語による相対的な方向または位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品、製造装置などにおいて、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。本開示において「平行」とは、特に他の言及がない限り、２つの直線、辺、面などが０°から±５°程度の範囲にある場合を含む。また、本開示において「垂直」または「直交」とは、特に他の言及がない限り、２つの直線、辺、面などが９０°から±５°程度の範囲にある場合を含む。

図１は、本開示のある実施形態による半導体装置の例示的な製造方法の概略を示すフローチャートである。図１に例示する製造方法は、複数の半導体構造体および第１支持体を含む第１集合体を準備する工程（ステップＳ１）と、第１集合体の半導体構造体を液体の支持媒体に浸漬させる工程（ステップＳ２）と、半導体構造体を支持媒体に浸漬させた状態で、冷却により支持媒体を固化させる工程（ステップＳ３）と、第１集合体から第１支持体を分離することにより、固化された支持媒体および半導体構造体を含む第２集合体を得る工程（ステップＳ４）と、第２集合体の半導体構造体の電極の下面を配線基板上の接合部材に接触させる工程（ステップＳ５）と、接合部材により半導体構造体を配線基板に接合する工程（ステップＳ６）とを含む。半導体装置の製造方法は、これらの工程により完結している必要はない。半導体装置は、複数の半導体構造体を配線基板に接合した後にさらに他の工程が実行されることにより完成されることもある。

以下では、半導体装置として、発光素子をその一部に含む発光装置を例にとり、それら発光装置の例示的な製造方法を説明する。以下の説明から明らかになるように、本開示の実施形態は、発光装置の製造に限定されず、半導体構造体を含む種々の装置の製造に適用可能である。

（第１集合体を準備する工程）
まず、複数の半導体構造体および第１支持体を含む第１集合体を準備する（図１のステップＳ１）。図２に示す第１集合体１００は、第１支持体１１０と、第１支持体１１０の上面１１０ａに配置された複数の半導体構造体１２０とを含む。なお、図２には、説明の便宜のために、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を示す矢印をあわせて図示している。本開示の他の図面においてもこれらの方向を示す矢印を図示することがある。

図２に示す例において、第１支持体１１０は、支持層１１１と、支持層１１１上の接着層１１２とを有する。第１支持体１１０の例は、ダイシングテープおよびバックグラインドテープなどの樹脂テープである。支持層１１１の材料の例は、ポリオレフィンなどの樹脂である。接着層１１２の材料としては、例えば、アクリル樹脂を用いることができる。

複数の半導体構造体１２０のそれぞれは、上面１２０ａと、上面１２０ａとは反対側に位置する下面１２０ｂとを有する。図２に示すように、各半導体構造体１２０は、下面１２０ｂに設けられた電極２０を有する。ここでは、半導体構造体１２０として、ＬＥＤのベアチップを例示する。あるいは、ＬＥＤのベアチップをその一部に含む光源を半導体構造体１２０に適用してもよい。後述するように、そのような光源は、ベアチップ上に蛍光体層を配置した構成を有し得る。光源は、ベアチップを樹脂などによって封止した、いわゆるＬＥＤパッケージなどであってもよい。

図２に例示する構成において、各半導体構造体１２０の電極２０の下面２０ｂは、第１支持体１１０の接着層１１２に接している。すなわち、第１集合体１００中の第１支持体１１０は、複数の半導体構造体１２０を下面１２０ｂ側から支持する。なお、電極２０のおおむね全体が接着層１１２に埋め込まれることにより、半導体構造体１２０の下面１２０ｂの全体が接着層１１２の表面に接することもあり得る。接着層１１２による第１支持体１１０への半導体構造体１２０の固定は、一時的な固定である。

第１支持体１１０上の複数の半導体構造体１２０の配置は、一次元であってもよいし、二次元であってもよい。複数の半導体構造体１２０は、例えば、第１支持体１１０上に行列状に（すなわち、複数の行および列に）配置され得る。図２では、複数の半導体構造体１２０のうち、図のＸ方向に沿って配置された５つを代表して示している。図のＸＹ面内のある方向に注目したとき、第１支持体１１０上の複数の半導体構造体１２０の配置は、一定間隔であってもよいし、不等間隔であってもよい。

（半導体構造体を液体の支持媒体に浸漬させる工程）
次に、第１集合体１００の半導体構造体１２０を液体の支持媒体に浸漬させる（図１のステップＳ２）。例えば、図３に示すように、上面３００ａを有する支持部材３００を準備し、支持部材３００の上面３００ａ上に液体の支持媒体１４０を配置する。

また、図３に示すように、図２に示す状態から上下を反転させた状態で第１集合体１００を支持部材３００の上方に配置する。支持部材３００の上面３００ａ上への支持媒体１４０の配置、および、支持部材３００の上方への第１集合体１００の配置は、いずれが先に実行されてもよい。

支持部材３００の上方への第１集合体１００の配置の後、半導体構造体１２０の上面１２０ａを支持部材３００の上面３００ａ上の支持媒体１４０に対向させた状態で、第１集合体１００を支持部材３００に向かって下降させる。第１集合体１００の下降により、図４に示すように、第１集合体１００の複数の半導体構造体１２０を液体の支持媒体１４０に浸漬させることができる。

液体の支持媒体１４０の典型例は、純水である。純水に代えて、水とアルコールの混合物（例えばエタノール水溶液）などを支持媒体１４０に適用することも可能である。水に混合される物質が水よりも低い沸点を有すると、後の工程において支持媒体１４０を除去する際に有益である。

図４に示す例では、半導体構造体１２０の上面１２０ａが支持部材３００の上面３００ａに接する位置まで第１集合体１００を下降させている。この例では、液体の支持媒体１４０は、第１支持体１１０の上面１１０ａに接している。

本実施形態において、複数の半導体構造体１２０のそれぞれは、少なくとも電極２０の下面２０ｂが第１支持体１１０に固定された状態にある。そのため、第１支持体１１０上の複数の半導体構造体１２０のＸ方向およびＹ方向における配置が、液体の支持媒体１４０への浸漬に起因して大きく変わってしまうことはない。なお、半導体構造体１２０の上面１２０ａが支持部材３００の上面３００ａに接する位置まで第１集合体１００を下降させた後で、支持部材３００の上面３００ａ上に液体の支持媒体１４０を配置することにより、液体の支持媒体１４０への半導体構造体１２０の浸漬を実行してもよい。この場合も、各半導体構造体１２０の電極２０の下面２０ｂが第１支持体１１０に固定されていることにより、液体の支持媒体１４０への浸漬による、複数の半導体構造体１２０の第１支持体１１０上における配置の大きな変動を抑制できる。

（冷却により支持媒体を固化させる工程）
第１支持体１１０中の複数の半導体構造体１２０を液体の支持媒体１４０に浸漬させた後、半導体構造体１２０を液体の支持媒体１４０に浸漬させた状態で、冷却によって支持媒体１４０を固化させる（図１のステップＳ３）。上述したように、複数の半導体構造体１２０のそれぞれは、少なくとも電極２０の下面２０ｂが第１支持体１１０に固定された状態にある。そのため、支持媒体１４０の固化によって支持媒体１４０の体積が変化しても、第１支持体１１０上の複数の半導体構造体１２０のＸ方向およびＹ方向における配置が大きく変わることを抑制できる。

支持媒体１４０の冷却は、例えば、支持部材３００の冷却により実行できる。図３および図４に例示する構成において、支持部材３００は、内部に流路ＦＬ１を有する冷却プレートである。流路ＦＬ１は、冷媒を循環可能に構成される。流路ＦＬ１内の冷媒の循環により、支持部材３００の上面３００ａ上に配置された支持媒体１４０を冷却できる。

（支持媒体および半導体構造体を含む第２集合体を得る工程）
支持媒体１４０の固化後、第１集合体１００から第１支持体１１０を分離する。第１集合体１００からの第１支持体１１０の分離により、固化された支持媒体１４０と、複数の半導体構造体１２０とを含む第２集合体２００が得られる（図１のステップＳ４）。

ここでは、図５に模式的に示すように、第１支持体１１０としての樹脂テープを、固化された支持媒体１４０の表面および半導体構造体１２０の電極２０の下面２０ｂから剥離している。ここでは、支持部材３００上の支持媒体１４０は、固化により支持部材３００の上面３００ａに固定された状態にある。そのため、支持媒体１４０の表面からの第１支持体１１０の分離（例えば剥離）は、比較的に容易である。

複数の半導体構造体１２０からの第１支持体１１０の分離により、各半導体構造体１２０の電極２０の下面２０ｂが、固化された支持媒体１４０から露出される。第１支持体１１０の剥離に先立っては、紫外線の照射などによる、接着層１１２の粘着力の低下が実行され得る。

ここでは、複数の半導体構造体１２０は、固化された支持媒体１４０に保持されることより、支持部材３００上におけるこれらの素子間の相対的な配置が固定された状態にある。そのため、第１支持体１１０上の配置を大きく変えることなく、第１支持体１１０を半導体構造体１２０から分離できる。

（半導体構造体の電極を配線基板上の接合部材に接触させる工程）
次に、図６に示すように、複数の半導体構造体１２０を実装するための配線基板４００を準備する。配線基板４００は、少なくともその上面４００ａに所定の配線４１０を有する。配線基板４００は、片面基板および両面基板のいずれであってもよい。配線基板４００の典型例は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ基板）またはガラスエポキシ基板である。配線基板４００は、購入によって準備されてもよい。

配線基板４００の準備後、配線基板４００の配線４１０上の所定の箇所、典型的には、半導体構造体１２０を載置するための各ランド上に接合部材４０を配置する。接合部材４０の例は、Ａｕスタッドバンプまたははんだバンプである。後述するように、接合部材４０として、フラックスレスのはんだバンプが適用されることもある。接合部材４０の材料として、導電ペーストを用いてもよい。配線４１０上に配置される接合部材４０の体積は、複数の接合部材４０の高さがおおむね等しくなるように調整され得る。

配線４１０上に接合部材４０が配置された配線基板４００の準備後、第２集合体２００の半導体構造体１２０の電極２０の下面２０ｂを配線基板４００上の接合部材４０に接触させる（図１のステップＳ５）。まず、支持部材３００の上面３００ａから第２集合体２００を分離する。支持部材３００から分離された第２集合体２００を配線基板４００上に移動させ、図７に示すように、第２集合体２００中の半導体構造体１２０の電極２０を配線基板４００上の接合部材４０に対向させる。図７に示すように、このとき、隣り合う２つの半導体構造体１２０間には固体の支持媒体１４０が位置している。すなわち、複数の半導体構造体１２０は、支持媒体１４０によって保持された状態にある。本開示に実施形態によれば、半導体構造体１２０間の配置を維持したまま複数の半導体構造体１２０を一括してハンドリング可能である。

次に、半導体構造体１２０の電極２０を配線基板４００上の接合部材４０に対向させた状態で、第２集合体２００を配線基板４００に向かって下降させる。図７に模式的に示すように、第２集合体２００が配線基板４００の上方に配置された状態において、半導体構造体１２０の電極２０のそれぞれは、配線４１０上の対応する接合部材４０のおおむね直上に位置する。第２集合体２００の下降により、図８に示すように、各半導体構造体１２０の電極２０の下面２０ｂを配線基板４００上の接合部材４０に接触させることができる。

（半導体構造体を配線基板に接合する工程）
その後、接合部材４０により複数の半導体構造体１２０を配線基板４００に接合する（図１のステップＳ６）。この接合の工程は、第２集合体２００からの支持媒体１４０の除去の工程を含み得る。ここでは、図９に模式的に示すように、第２集合体２００の上面２００ａ側に圧盤（押さえ板）６００を配置している。

さらに、液化または気化により、第２集合体２００から支持媒体１４０を除去する。あるいは、支持媒体１４０の昇華により支持媒体１４０を除去してもよい。支持媒体１４０の除去により、第２集合体２００のうち複数の半導体構造体１２０を圧盤６００と配線基板４００との間に残すことができる。

図１０に模式的に示すように、配線基板４００に向けて第２集合体２００に圧力を加えながら（図１０中に矢印Ｐｓで模式的に示す）、支持媒体１４０の除去を実行してもよい。配線基板４００に向けた第２集合体２００への加圧により、圧盤６００と配線基板４００との間における、半導体構造体１２０のＸＹ面内での移動を抑制し得る。すなわち、支持媒体１４０の除去後にも、第２集合体２００における半導体構造体１２０間の相対的な配置を維持し得る。支持媒体１４０の除去に関する他の例の詳細については、後述する。

ここでは、配線基板４００に向けて第２集合体２００に圧力を加えた状態で、超音波振動の印加またはリフローなどによる加熱により、接合部材４０を融解させる。その後の冷却により、半導体構造体１２０が接合部材４０を介して配線基板４００の配線４１０に電気的および機械的に接続される。配線基板４００のへの半導体構造体１２０の実装により、図１１に示すように、配線基板４００、接合部材４０および複数の半導体構造体１２０を含む半導体装置５００（ここでは発光装置）が得られる。必要に応じて、半導体構造体１２０への透光性部材（例えば蛍光体層）の配置などの付加的な工程がさらに実行され得る。

以上に説明したように、本実施形態では、第１集合体１００中の半導体構造体１２０を液体の支持媒体１４０に浸漬させて、支持媒体１４０を冷却により固化させている。そのため、第１集合体１００からの第１支持体１１０の除去後にも、半導体構造体１２０間の相対的な位置関係が維持される。さらに、固化後の支持媒体１４０によって半導体構造体１２０が保持されるので、第１集合体１００中の半導体構造体１２０の配列を維持したままの、複数の半導体構造体１２０の一括したハンドリングが可能になる。したがって、第１支持体１１０上の配列そのままの状態で、複数の半導体構造体１２０を配線基板４００に実装できる。すなわち、第１支持体１１０上での半導体構造体１２０の間隔を維持したまま複数の半導体構造体１２０を配線基板４００に接続できる。このように、本開示の実施形態によれば、複数の半導体構造体１２０の転写が容易となり、複数の半導体装置の製造をより効率的に行い得る。

図３を参照しながら説明したように、上述の例では、支持部材３００の上面３００ａに液体の支持媒体１４０を配置し、上面３００ａ上の支持媒体１４０に第１集合体１００の複数の半導体構造体１２０を浸漬させている。支持部材３００の上面３００ａ上への液体の支持媒体１４０の配置は、例えば、適当な高さの枠を支持部材３００の上面３００ａに配置し、枠内に液体の支持媒体１４０を注入することにより実行できる。

支持部材３００の上面３００ａ上への液体の支持媒体１４０の配置に先立ち、図１２に例示するように、支持部材３００の上面３００ａにシート３３０を配置しておいてもよい。すなわち、複数の半導体構造体１２０を液体の支持媒体１４０に浸漬させる工程は、液体の支持媒体１４０と支持部材３００との間にシート３３０を介在させる工程を含み得る。

シート３３０には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のフィルム、または、紙などを適用し得る。支持部材３００の上面３００ａにシート３３０をあらかじめ配置しておくことにより、液体の支持媒体１４０の固化後における、支持部材３００からの第２集合体２００の分離を容易として、支持部材３００上からの複数の半導体構造体１２０の移動を容易とできる。

支持部材３００は、上述の流路ＦＬ１に加えて、真空引きのための付加的な流路ＦＬ２をさらに有していてもよい。支持部材３００がこのような構造を有することにより、シート３３０または複数の半導体構造体１２０をバキュームチャックにより上面３００ａ上に一時的に固定できる。図１３に模式的に示すように、固化された支持媒体１４０の表面および半導体構造体１２０の電極２０の下面２０ｂからの第１支持体１１０の分離は、バキュームチャックによりシート３３０を支持部材３００の上面３００ａ上に吸着した状態で実行され得る。

支持部材３００は、冷却プレートおよびポーラス板の積層構造を有していてもよい。この場合、ポーラス板を介したバキュームチャックが可能であり、ポーラス板の上面が支持部材３００の上面３００ａを構成する。

なお、支持部材３００から第２集合体２００を分離した際に、第２集合体２００とともにシート３３０が支持部材３００から分離され、第２集合体２００上に残ることがある。この場合、続く工程の実行前に、第２集合体２００上からシート３３０を除去しておくことが好ましい。

第２集合体２００の形での複数の半導体構造体１２０の移動後における、第２集合体２００からの支持媒体１４０の除去の工程は、１気圧よりも低い気圧下、例えば、３６００Ｐａ以下、好ましくは６２０Ｐａ以下の気圧下で実行されてもよい。例えば室温（ここでは２７℃とする）下において周囲を減圧することにより、露点温度を低下させることができる。すなわち、１気圧よりも低い気圧下で支持媒体１４０の除去を実行することにより、空気中の水分の半導体構造体１２０表面での凝結を抑制する効果が得られる。周囲の減圧は、支持媒体１４０の半導体構造体１２０表面での凝結を抑制しながらの支持媒体１４０の除去にも有利である。また、支持媒体１４０の蒸発を利用する場合には、より早く第２集合体２００から支持媒体１４０を除去し得る。第２集合体２００からの支持媒体１４０の除去の工程は、例えば、図９および図１０に示される工程に含まれてもよい。

複数の半導体構造体１２０の電極２０の下面２０ｂを配線基板４００上の接合部材４０に接触させる工程（図７～図１０参照）、および、接合部材４０により半導体構造体１２０を配線基板４００に接合する工程（図１１参照）を、１気圧よりも低い気圧下で実行してもよい。これらの工程を１気圧よりも低い気圧下で実行することにより、空気中の水分の半導体構造体１２０表面での凝結を抑制し得る。

さらに、冷却により支持媒体１４０を固化させる工程、および、第２集合体２００を得る工程（図５参照）を、１気圧よりも低い気圧下で実行してもよい。複数の半導体構造体１２０の周囲の気体の圧力を低下させるタイミングは、複数の半導体構造体１２０の支持媒体１４０への浸漬の工程よりも後であれば任意であってよい。

複数の半導体構造体１２０の支持媒体１４０への浸漬よりも後の工程、例えば、第２集合体２００からの支持媒体１４０の除去の工程は、６２０Ｐａ以下の真空下で実行されてもよい。支持媒体１４０の昇華を利用して第２集合体２００から支持媒体１４０を除去してもよい。

特に、液体の支持媒体１４０を固化させる工程以降の工程を真空下で実行することは、複数の半導体構造体１２０の一括したハンドリングに有利である。上述したように、本実施形態は、複数の半導体構造体１２０を第２集合体２００の形でハンドリングする工程を含んでいる。例えば支持媒体１４０として水を採用した場合、室温下では、第２集合体２００中の支持媒体１４０が次第に液化することにより、複数の半導体構造体１２０の長時間のハンドリングが難しくなることがあり得る。

これに対し、例えば支持媒体１４０として水を用いた場合、室温下であっても、３６００Ｐａ以下の気圧下、好ましくは６２０Ｐａ以下程度の真空下であれば、支持媒体１４０を構成する分子の散逸は、昇華により生じる。減圧を伴わない場合と比較して、支持媒体１４０が液化しにくくなることで、複数の半導体構造体１２０のハンドリングを有利に行い得る。

なお、はんだバンプは、セルフアラインメントの効果が期待できるという点でＡｕバンプよりも有利である反面、低圧化では、フラックス中の酸または塩がはんだ表面に絶縁物として凝集することがある。その意味で、フラックス入りはんだは、真空下での利用に適当ではない。そのため、複数の半導体構造体１２０の電極２０の下面２０ｂを配線基板４００上の接合部材４０に接触させる工程（図７～図１０参照）、および、接合部材４０により半導体構造体１２０を配線基板４００に接合する工程（図１１参照）において、接合部材４０としてはんだを用い、配線基板４００への半導体構造体１２０の接合を真空下で実行する場合には、フラックスレスのはんだを選択することが有益である。ただし、この場合、フラックスによる、電極２０の表面および／または配線４１０の表面の酸化膜の除去の効果が得られないので、配線基板４００の配線４１０上への接合部材４０の配置などに先立ち、酸化膜の除去のための工程を実行すると有利である。

例えば、半導体構造体１２０の電極２０を配線基板４００上の接合部材４０に接触させる工程は、配線基板４００の準備後、配線基板４００の所定の箇所への接合部材４０の配置の前に、配線４１０の表面から酸化膜を除去する工程を含んでいてもよいし、配線基板４００の所定の箇所に接合部材４０を配置した後に、接合部材４０の表面から酸化膜を除去する工程を含んでいてもよい。半導体構造体１２０の電極２０と、配線基板４００の配線４１０との間の接合に先立つ、酸化膜の除去は、フラックスを含有しないはんだなどの材料を接合部材４０に適用した、半導体構造体１２０の実装を可能にする。

同様に、半導体構造体１２０の電極２０と、配線基板４００の配線４１０との間の接合に先立ち、半導体構造体１２０の電極２０の下面２０ｂからの酸化膜の除去を実行してもよい。電極２０表面の酸化膜の除去の工程は、第１集合体１００から第１支持体１１０を分離して、固化された支持媒体１４０から電極２０の下面２０ｂを露出させた後であって、電極２０の下面２０ｂを配線基板４００上の接合部材４０に接触させる前に実行すればよい。

酸化膜の除去は、配線４１０の表面および／または電極２０の下面２０ｂに対するプラズマ処理により実行され得る。プラズマ処理には、水素プラズマまたはアルゴンプラズマを適用し得る。水蒸気を利用したアクアプラズマ（登録商標）を酸化膜除去に適用してもよい。配線４１０の表面および／または電極２０の下面２０ｂに対するプラズマ処理は、真空下で実行され得る。配線４１０の表面および／または電極２０の下面２０ｂからの酸化膜の除去は、熱解離を利用して実行されてもよい。

上述の各例では、接合部材４０による半導体構造体１２０の配線基板４００への接合の工程の前に、第２集合体２００からの支持媒体１４０の除去の工程を実行している。しかしながら、第２集合体２００からの支持媒体１４０の除去のタイミングは、これらの例に限定されず、以下に説明するように、接合部材４０により複数の半導体構造体１２０を配線基板４００に接合する工程の後であってもよい。

気化、昇華などを利用した、第２集合体２００からの支持媒体１４０の除去の工程と、配線基板４００への複数の半導体構造体１２０の接合の工程は、いずれが先に実行されてもよい。ここでは、第２集合体２００を得た後、図８に示す例と同様に、第２集合体２００中の半導体構造体１２０の電極２０の下面２０ｂを配線基板４００上の接合部材４０に接触させる。そして、その状態のまま、超音波接合またはリフローなどにより、複数の半導体構造体１２０の、接合部材４０を介した配線基板４００への接合を実行する。ここでは、圧盤６００による第２集合体２００への加圧（図９参照）を省略可能である。

複数の半導体構造体１２０と配線基板４００との間の接合の実行後、配線基板４００上から支持媒体１４０を除去する。支持媒体１４０の除去は、支持媒体１４０の液化または蒸発により実行され得る。支持媒体１４０の除去により、図１１に示す例と同様の半導体装置５００が得られる。

支持媒体１４０の除去は、１気圧よりも低い気圧下で実行されてもよい。１気圧よりも低い気圧下で支持媒体１４０を除去することにより、空気中の水分の半導体構造体１２０表面での凝結を抑制して、配線基板４００上の半導体構造体１２０を効率的に乾燥し得る。

周囲の雰囲気を６２０Ｐａ以下の真空として、第２集合体２００からの支持媒体１４０の除去の工程を実行してもよい。支持媒体１４０は、昇華により第２集合体２００から除去されてもよい。

配線基板４００上からの支持媒体１４０の除去の工程だけでなく、その前の工程、例えば、半導体構造体１２０の電極２０の下面２０ｂを配線基板４００上の接合部材４０に接触させる工程から、周囲の雰囲気を１気圧よりも低い気圧としてもよい。言い換えれば、電極２０の下面２０ｂを接合部材４０に接触させる工程と、接合部材４０により半導体構造体１２０を配線基板４００に接合する工程とを、１気圧よりも低い気圧下で実行してもよい。この場合にも、半導体構造体１２０表面での水分の凝結を有利に回避し得る。

冷却により固化された支持媒体１４０から電極２０の下面２０ｂを露出させた後、電極２０の下面２０ｂを接合部材４０に接触させる工程の実行前に、配線４１０の表面および／または電極２０の下面２０ｂからの酸化膜の除去を実行してもよい。酸化膜の除去により、フラックスを含有しない材料を接合部材４０に適用した、半導体構造体１２０の配線基板４００への実装を実現し得る。

このように、本開示の実施形態において、第２集合体２００からの支持媒体１４０の除去の工程は、接合部材４０による半導体構造体１２０の配線基板４００への接合の工程の前および後のいずれのタイミングで実行されてもかまわない。いずれの順序を採用した場合も、第１支持体１１０上における間隔を大きく変化させることなく、複数の半導体構造体１２０を配線基板４００に実装できる。なお、図１に示すステップＳ１、すなわち、第１集合体１００の準備の段階から、全体の工程を真空下で実行してもかまわない。

ここで、半導体構造体１２０の構成の他の例を説明する。図１４および図１５は、第１集合体１００の半導体構造体１２０に適用可能な光源の例示的な構成を示す。図１４は、そのような光源を上面とは反対側から見たときの外観の一例を示す。図１５は、図１４に示す、光源の上面に垂直な平面Σで光源を切断したときに現れる断面を模式的に示す。

図１５に示す光源１３０は、発光素子３２と、透光性部材３４と、透光性部材３４上に位置する第１光反射層３６と、発光素子３２の下面３２ｂ側に位置する第２光反射層３８とを含む。

発光素子３２は、下面３２ｂに一対の電極２０を有する。電極２０は、複数の層を含む積層構造を有し得る。図１５に示す例では、電極２０は、銅などから形成された柱状の第１導電部材３と、第１導電部材３のうち第２光反射層３８から露出された部分を覆う金属層４とを含んでいる。金属層４は、例えばニッケルおよび金の積層膜である。

図１４および図１５に示す例では、光源１３０の上面１３０ａとは反対側の下面に相当する、第２光反射層３８の下面３８ｂに電極２０の金属層４が現れている。言い換えれば、電極２０の下面２０ｂは、第２光反射層３８から露出されている。

発光素子３２は、下面３２ｂとは反対側の上面３２ａを有する。発光素子３２の典型例は、ＬＥＤである。発光素子３２は、サファイアまたは窒化ガリウムなどの透光性の支持基板と、支持基板上の半導体積層体と、半導体積層体に電気的に接続された一対の電極２０とを有し得る。発光素子３２が支持基板を有する場合、支持基板の主面のうち、半導体積層体が配置された主面とは反対側の主面が、発光素子３２の上面３２ａを構成する。

半導体積層体は、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層と、これらに挟まれた発光層とを含む。発光層は、ダブルヘテロ接合または単一量子井戸(ＳＱＷ)などの構造を有していてもよいし、多重量子井戸(ＭＱＷ)のようにひとかたまりの活性層群をもつ構造を有していてもよい。半導体積層体は、可視光または紫外光を発光可能に構成されている。このような発光層を含む半導体積層体は、例えばＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を含み得る。

半導体積層体は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に１つ以上の発光層を含む構造を有していてもよいし、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順に含む構造が複数回繰り返された構造を有していてもよい。半導体積層体が複数の発光層を含む場合、半導体積層体は、発光ピーク波長が異なる発光層を含んでいてもよいし、発光ピーク波長が同じ発光層を含んでいてもよい。なお、発光ピーク波長が同じとは、数ｎｍ程度のばらつきがある場合も含む。各発光層は、発光ピーク波長が異なる複数の活性層を含んでいてもよいし、発光ピーク波長が同じ複数の活性層を含んでいてもよい。

透光性部材３４は、発光素子３２の上面３２ａと、側面３２ｃの少なくとも一部とを覆う。第１光反射層３６は、透光性部材３４の上面３４ａ上に配置されることにより、発光素子３２の上面３２ａの上方に位置する。第１光反射層３６の上面３６ａは、光源１３０の上面１３０ａを構成する。ここでは、光源１３０の上面１３０ａとしての上面３６ａは、上面視において矩形状を有している。上面３６ａの矩形状の一辺の長さは、例えば８５０μｍ程度であり得る。

［透光性部材３４］
透光性部材３４は、発光素子３２の上面３２ａ上と、側面３２ｃの少なくとも一部上とに位置する。発光素子３２が複数の側面３２ｃを有する場合、透光性部材３４は、各側面３２ｃ（例えば４つの側面３２ｃのそれぞれ）の一部または全部を覆う。

透光性部材３４の材料には、透明な樹脂を母材として含む樹脂材料を適用できる。透光性部材３４の母材として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルペンテン樹脂もしくはポリノルボルネン樹脂、または、これらの２種以上を含む材料を用いてもよい。

透光性部材３４は、発光素子３２の発光ピーク波長を有する光に対して、例えば６０％以上の透過率を有する。光の取出し効率を高める観点から、発光素子３２の発光ピーク波長における透光性部材３４の透過率が７０％以上であると有益であり、８０％以上であるとより有益である。

透光性部材３４は、蛍光体などの波長変換材料を含有し得る。例えば、発光素子３２に青色ＬＥＤを用い、発光素子３２からの青色光の一部を波長変換して黄色光を発する波長変換材料を透光性部材３４に含有させ得る。この場合、透光性部材３４を通過した青色光と、透光性部材３４に含まれる波長変換材料から発せられた黄色光との混色によって、白色光が得られる。

透光性部材３４に含有させる波長変換材料には、公知の蛍光体を適用できる。蛍光体の例は、ＫＳＦ系蛍光体（例えばＫ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ）、ＫＳＡＦ系蛍光体（例えばＫ_２（Ｓｉ，Ａｌ）Ｆ_６：Ｍｎ）などのフッ化物系蛍光体およびＣＡＳＮなどの窒化物系蛍光体（例えばＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ）、ＹＡＧ系蛍光体（例えばＹ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ）、βサイアロン蛍光体（例えば（Ｓｉ，Ａｌ）_３（Ｏ，Ｎ）_４：Ｅｕ）などである。ＫＳＦ系蛍光体、ＫＳＡＦ系蛍光体およびＣＡＳＮは、青色光を赤色光に変換する波長変換材料の例であり、ＹＡＧ系蛍光体は、青色光を黄色光に変換する波長変換材料の例である。βサイアロン蛍光体は、青色光を緑色光に変換する波長変換材料の例である。蛍光体は、ペロブスカイト構造を有する蛍光体（例えばＣｓＰｂ（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）_３）、または、量子ドット蛍光体（例えばＣｄＳｅ、ＩｎＰ、ＡｇＩｎＳ_２またはＡｇＩｎＳｅ_２）であってもよい。透光性部材３４は、二酸化チタン、酸化ケイ素の粒子などの光拡散材をさらに含有していてもよい。

第１光反射層３６は、透光性部材３４の上面３４ａ上に配置され、典型的には、上面３４ａの全体を覆う。発光素子３２の上面３２ａの上方に第１光反射層３６を配置することにより、発光素子３２から上方に向けて出射された光の少なくとも一部を第１光反射層３６で反射させることができる。第１光反射層３６と透光性部材３４との界面での反射により、主に光源１３０の側方に光を取り出すことが可能になり、また、発光素子３２の光軸上の輝度を抑えることができる。

第１光反射層３６の材料には、例えば、白色の樹脂材料を用いることができる。白色の樹脂材料は、典型的には、母材と、光反射性のフィラーとを含む。本明細書において、「光反射性」とは、発光素子３２の発光ピーク波長における反射率が６０％以上であることを指す。第１光反射層３６の反射率は、光源１３０の用途によって適宜に調整され得る。第１光反射層３６は、発光素子３２から出射された光を適度に反射させ、発光素子３２直上の輝度を適度に低下できればよい。第１光反射層３６が発光素子３２からの光を完全に遮蔽することは、必須ではない。

第１光反射層３６の母材の例は、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジン、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）などである。光反射性のフィラーとしては、金属の粒子、または、母材よりも高い屈折率を有する無機材料もしくは有機材料の粒子を用いることができる。光反射性のフィラーの例は、銀もしくはアルミニウムなどの金属の粒子、二酸化チタン、酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト、酸化ニオブ、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウムもしくは硫酸バリウムの粒子、または、酸化イットリウムおよび酸化ガドリニウムなどの各種希土類酸化物の粒子などである。

第１光反射層３６は、白色の樹脂層に限定されない。第１光反射層３６は、Ａｇ膜もしくはＡｌ膜などの金属膜または誘電体多層膜などの反射膜であってもよい。第１光反射層３６は、白色の樹脂層と反射膜との複合体であってもよい。例えば、第１光反射層３６は、白色の樹脂層と金属膜との複合体であってもよい。

第２光反射層３８は、発光素子３２の下面３２ｂ側に位置し、発光素子３２の下面３２ｂのうち電極３２ｅの配置された領域以外の領域と、透光性部材３４の下面とを覆う。第２光反射層３８は、例えば、第１光反射層３６と同様に、母材と、光反射性のフィラーとを含有する。光源１３０が第２光反射層３８を有することにより、発光素子３２の下面３２ｂ側からの光の漏れを低減でき、光の取出し効率の低下を回避し得る。

なお、半導体構造体１２０として用いられる光源１３０が、透光性部材３４、第１光反射層３６および第２光反射層３８のすべてを有していることは、本開示の実施形態において必須ではない。例えば、発光素子３２の下面３２ｂ側に位置する第２光反射層３８が省略されることがあり得る。光源１３０から透光性部材３４が省略されてもよい。この場合、第１光反射層３６は、発光素子３２の上面３２ａに直接に接する。さらにこの場合において、第２光反射層３８が省略されてもよい。すなわち、発光素子３２と、発光素子３２の上面３２ａ上の第１光反射層３６とから構成される光源を半導体構造体１２０として用いてもよい。ベアチップ上に蛍光体層を配置した光源を半導体構造体１２０として用いてもよい。

本発明の実施形態は、以下の半導体装置の製造方法を含む。

[項１]
それぞれが下面を有する複数の半導体構造体、および、前記複数の半導体構造体を前記下面側から支持する第１支持体を含む第１集合体であって、各半導体構造体は、前記下面に設けられた電極を有する第１集合体を準備する工程（Ａ）と、
前記第１集合体の前記複数の半導体構造体を液体の支持媒体に浸漬させる工程（Ｂ）と、
前記第１集合体の前記複数の半導体構造体を液体の前記支持媒体に浸漬させた状態で、冷却により前記支持媒体を固化させる工程（Ｃ）と、
前記第１集合体から前記第１支持体を分離することにより、固化された前記支持媒体から前記電極の下面を露出させ、前記支持媒体および前記複数の半導体構造体を含む第２集合体を得る工程（Ｄ）と、
前記第２集合体の前記複数の半導体構造体の前記電極の前記下面を、配線基板上の接合部材に接触させる工程（Ｅ）と、
前記接合部材により前記複数の半導体構造体を前記配線基板に接合する工程（Ｆ）と
を含む、半導体装置の製造方法。

[項２]
前記工程（Ｅ）と前記工程（Ｆ）との間に、前記第２集合体から前記支持媒体を除去する工程（Ｇ）をさらに備える、項１に記載の半導体装置の製造方法。

[項３]
前記工程（Ｆ）の後に、前記第２集合体から前記支持媒体を除去する工程（Ｇ）をさらに備える、項１に記載の半導体装置の製造方法。

[項４]
前記工程（Ｇ）は、１気圧よりも低い気圧下で実行される、項２または３に記載の半導体装置の製造方法。

[項５]
前記工程（Ｅ）および前記工程（Ｆ）は、１気圧よりも低い気圧下で実行される、項４に記載の半導体装置の製造方法。

[項６]
前記工程（Ｇ）は、昇華により前記支持媒体を除去する工程を含む、項２から５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

[項７]
前記工程（Ｄ）と前記工程（Ｅ）との間に、前記電極の前記下面から酸化膜を除去する工程（Ｅ１）をさらに備える、項１から６のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

[項８]
前記工程（Ｅ）の前に、
前記配線基板の所定の箇所に前記接合部材を配置する工程（Ｅ２）と、
前記接合部材の配置後に前記接合部材の表面から酸化膜を除去する工程（Ｅ３）と
をさらに備える、項１から７のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

[項９]
前記工程（Ｂ）は、上面を有する支持部材上に配置された液体の前記支持媒体に、前記第１集合体の前記複数の半導体構造体を浸漬させる工程を含み、
前記工程（Ｃ）は、前記支持部材の前記上面上の前記支持媒体を冷却し、前記支持媒体を固化させる工程を含み、
前記工程（Ｄ）は、前記支持部材上に固定された固化された前記支持媒体から前記電極の前記下面を露出させる工程を含む、項１から８のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

[項１０]
前記工程（Ｂ）において、液体の前記支持媒体と前記支持部材との間にシートが介在されており、
前記工程（Ｃ）と前記工程（Ｅ）との間に、前記シートから前記第２集合体を分離する工程（Ｈ）をさらに備える、項９に記載の半導体装置の製造方法。

[項１１]
前記複数の前記半導体構造体のそれぞれは、少なくとも発光素子を含んでいる、項１から１０のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

本開示の実施形態は、発光装置の製造に限定されず、半導体構造体を含む種々の装置の製造に適用可能である。本開示の実施形態は、複数の半導体構造体の所定の配置での一括した転写を容易にする。本開示の実施形態によれば、それぞれが半導体構造体を含む複数の半導体装置をより効率的に製造可能である。

２０…半導体構造体の電極、２０ｂ…電極の下面、４０…接合部材、１００…第１集合体、１１０…第１支持体、１２０…半導体構造体、１２０ｂ…半導体構造体の下面、１４０…支持媒体、２００…第２集合体、４００…配線基板

Claims (13)

1. それぞれが下面を有する複数の半導体構造体、および、前記複数の半導体構造体を前記下面側から支持する第１支持体を含む第１集合体であって、各半導体構造体は、前記下面に設けられた電極を有する第１集合体を準備する工程（Ａ）と、
   前記第１集合体の前記複数の半導体構造体を液体の支持媒体に浸漬させる工程（Ｂ）と、
   前記第１集合体の前記複数の半導体構造体を液体の前記支持媒体に浸漬させた状態で、冷却により前記支持媒体を固化させる工程（Ｃ）と、
   前記第１集合体から前記第１支持体を分離することにより、固化された前記支持媒体から前記電極の下面を露出させ、前記支持媒体および前記複数の半導体構造体を含む第２集合体を得る工程（Ｄ）と、
   前記第２集合体の前記複数の半導体構造体の前記電極の前記下面を、配線基板上の接合部材に接触させる工程（Ｅ）と、
   前記接合部材により前記複数の半導体構造体を前記配線基板に接合する工程（Ｆ）と
   を含む、半導体装置の製造方法。
2. 前記工程（Ｅ）と前記工程（Ｆ）との間に、前記第２集合体から前記支持媒体を除去する工程（Ｇ）をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記工程（Ｆ）の後に、前記第２集合体から前記支持媒体を除去する工程（Ｇ）をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記工程（Ｇ）は、１気圧よりも低い気圧下で実行される、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記工程（Ｇ）は、１気圧よりも低い気圧下で実行される、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記工程（Ｅ）および前記工程（Ｆ）は、１気圧よりも低い気圧下で実行される、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記工程（Ｅ）および前記工程（Ｆ）は、１気圧よりも低い気圧下で実行される、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記工程（Ｇ）は、昇華により前記支持媒体を除去する工程を含む、請求項２から７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記工程（Ｄ）と前記工程（Ｅ）との間に、前記電極の前記下面から酸化膜を除去する工程（Ｅ１）をさらに備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記工程（Ｅ）の前に、
    前記配線基板の所定の箇所に前記接合部材を配置する工程（Ｅ２）と、
    前記接合部材の配置後に前記接合部材の表面から酸化膜を除去する工程（Ｅ３）と
    をさらに備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記工程（Ｂ）は、上面を有する支持部材上に配置された液体の前記支持媒体に、前記第１集合体の前記複数の半導体構造体を浸漬させる工程を含み、
    前記工程（Ｃ）は、前記支持部材の前記上面上の前記支持媒体を冷却し、前記支持媒体を固化させる工程を含み、
    前記工程（Ｄ）は、前記支持部材上に固定された固化された前記支持媒体から前記電極の前記下面を露出させる工程を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記工程（Ｂ）において、液体の前記支持媒体と前記支持部材との間にシートが介在されており、
    前記工程（Ｃ）と前記工程（Ｅ）との間に、前記シートから前記第２集合体を分離する工程（Ｈ）をさらに備える、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記複数の前記半導体構造体のそれぞれは、少なくとも発光素子を含んでいる、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。