專利名稱：半導體器件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及通過將半導體薄膜例如LED外延膜接合到襯底上形成 的半導體器件、使用該半導體器件的LED打印頭、使用該LED打印頭 的圖像形成設備以及制造半導體器件的方法。
背景技術：
在常規技術中，通過接合引線進行LED芯片和用于驅動和控制LED 芯片的驅動器IC芯片之間的電連接(例如，日本專利特許公開 No. 2001-244543 )。圖13是表示其中LED芯片和驅動器IC芯片通過 接合引線連接的常規半導體器件的透視圖，而圖14是示出圖13的LED 芯片放大了的透視圖。如圖13或圖14中所示，半導體器件包括單元 板301、 LED芯片302和驅動器IC芯片303。 LED芯片302包括發光部 件304、分立電極305和電極焊墊306。 LED芯片302的電極焊墊306 和接合IC芯片303的電極焊墊307通過接合引線308連接。而且，驅 動器IC芯片303的電極焊墊309和單元板301的電極焊墊310通過接 合引線311連接。
然而，在前述的常規半導體器件中，電極焊墊306的表面積(例 如，約為100 pmx 100 pm的量級)比由LED芯片302上的發光部件 304所占的表面積更大。因此，只要提供電極焊墊306，就難以減少LED 芯片302的芯片寬度，且難以降低LED芯片302的材料成本。

發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種允許材料成本較大降低的半 導體器件、使用該半導體器件的LED打印頭、使用該LED打印頭的圖
像形成設備，以及制造半導體器件的方法。
根據本發明的半導體器件包括襯底，和接合到村底的半導體薄膜。
半導體薄膜包括多個分立的工作區，每一個分立工作區具有工作層， 以及元件隔離區，其是將多個分立工作區的工作層相互隔離的所述半 導體薄膜的變薄區域。
根據本發明的LED打印頭包括上述的半導體器件和用于支撐半導 體器件的支架。
根據本發明的圖像形成包括上述的LED打印頭和面對LED打印頭 安裝的感光體。
根據本發明制造半導體器件的方法，包括在第一村底上形成包 括多個分立工作區的半導體薄膜，每一個分立工作區具有工作層，以 便半導體薄膜可以與第一襯底分離；將已與第一襯底分離的半導體薄 膜接合到第二村底；以及通過將除了接合到第二襯底的半導體薄膜的 多個分立工作區以外的區域進行蝕刻而形成元件隔離區，以便相互隔 離多個分立工作區的工作層。


從以下給出的詳細說明和附圖，本發明將變得更充分理解，其僅 僅是通過示例的方式給出，因此不是本發明的限定，且其中
圖l是表示根據本發明第一實施例的半導體器件結構的透視圖； 圖2是表示圖1的半導體器件的驅動器IC芯片、金屬層和LED外
延膜的透視圖3是表示圖1的半導體器件中穿過線S3-S3的剖面的剖面圖； 圖4是表示根據笫一實施例用于制造半導體器件的工藝的剖面圖； 圖5是表示根據第一實施例用于制造半導體器件工藝的剖面圖； 圖6是表示比較例中的半導體器件結構的透視圖； 圖7是表示圖6的半導體器件的驅動器IC芯片、金屬層和LED外 延膜的透視圖8是表示圖6的半導體器件中穿過線S8-Ss的剖面的剖面圖； 圖9是表示根據本發明第二實施例的半導體器件結構的透視圖； 圖IO是表示圖9的半導體器件中穿過線Si。-S,。的剖面的剖面圖； 圖ll是表示根據本發明第三實施例的LED打印頭結構的剖面圖； 圖12是表示根據本發明第四實施例的圖像形成設備結構的剖面
圖13是表示常規半導體器件的透視圖；以及
圖14是圖13的半導體器件中部分LED芯片放大了的透視圖。
具體實施例方式
從下文給出的詳細說明，本發明的適用范圍將變得顯而易見。然 而，應當理解，表示本發明優選實施例的詳細說明和具體實例僅是通 過示例的方式給出，因此對于本領域技術人員來說，從詳細地說明中 各種改變和變型將變得顯而易見。
第一實施例
圖1是表示根據本發明第一實施例的半導體器件結構的透視圖。 圖2是示出圖1的半導體器件的驅動器IC芯片、金屬層和LED外延膜 的透視圖，以及圖3是表示圖1的半導體器件中穿過線S3-S,的剖面的 剖面圖。
如圖1、圖2或圖3所示，根據第一實施例的半導體器件包括單 元板11、固定在單元板11上的驅動器IC芯片12、形成在驅動器IC 芯片12上的金屬層13、以及LED外延膜14， LED外延膜14是接合在 金屬層13上的半導體薄膜。
驅動器IC芯片12為Si村底，在其中形成LED控制驅動器IC。在 驅動器IC芯片12的表面上提供連接到驅動器IC的多個電極端子12a 和多個電極端子12b。
LED外延膜14包括多個分立工作區(發光部件，即LED) 14a和與 將多個分立工作區14a彼此電隔離的元件隔離區14b。元件隔離區14b 是其中將LED外延膜14蝕刻為比LED外延膜14的厚度更淺的深度的 區域，并且是比多個分立工作區14a更薄的區域。如圖3所示，LED外 延膜14具有多層半導體外延結構，其中從驅動器IC芯片U的一側依 次提供下部接觸層21、下部包層22、激活層23作為工作層、上部包 層24以及上部接觸層25。 例如，下部接觸層21為n-GaAs層，下部 包層22為n-AlzGa卜zAs層，激活層23為AlyGa, yAs層，上部包層24為 p-AlxGa卜,As層，上部接觸層25為p-GaAs層。這里，將x、 y和z的值 分別設置為從零到一的范圍內，以便獲得高的發光效率。形成LED外 延膜14的外延層不限于上述的實例。 LED外延膜14的厚度T可以從各種厚度中選擇，但可以將厚度T 制作為約2 pm薄。需要隔離發光區14a的蝕刻深度可以直接在激活層 23以上(當激活層23未摻雜時)、或可以在下部包層22的頂表面以 下。圖3示出進行蝕刻到下部包層22的頂表面以下的情況。
例如，金屬層13形成在形成驅動器IC的區域中或者與形成驅動 器IC的區域相鄰接的區域中，在驅動器IC芯片12的表面上，其中形 成驅動器IC的區域是平坦區域。金屬層13例如可以是鈀、金等。金 屬層13例如可以通過化學汽相淀積或賊射形成。將LED外延膜14接 合到金屬層13的表面。金屬層13具有將粘附于金屬層13的LED外延 膜14固定到驅動器IC芯片12上的功能，以及電連接LED外延膜14 的下表面上的公共端子區(下部接觸層21 )和驅動器IC芯片12的公 共端子區(未示出)的功能。優選，在金屬層13和LED外延膜14中 的下部接觸層21之間、以及金屬層13和驅動器IC芯片12的公共端 子區之間形成歐姆接觸。例如LED外延膜14到金屬層13的接合可以 通過外延膜和金屬層之間的分子間力、以及通過外延膜和金屬層之間 的反應(界面的原子重排列)來實現。
如圖1和圖3所示，根據第一實施例的半導體器件還包括從分立 工作區14a的頂部、穿過元件隔離區14b到達驅動器IC芯片l2延伸 的分立互連層(薄膜互連)32。如圖3中所示，在LED外延膜14和分 立互連層32之間提供層間絕緣膜31，分立互連層32通過層間絕緣膜 31中的開口 31a連接到上部接觸層25。分立互連層32電連接LED外 延膜14的發光部件14a上表面，以及IC.芯片12的分立端子區12a 分立互連層32為薄膜金屬互連等，例如Au層、Pd層、Pd/Au疊層、 Al層或多晶硅層。利用光刻技術可以同時形成所有的多個分立互連層 32。
單元板11在其表面上具有電極焊墊lla。驅動器IC芯片l2的電 極端子nb和單元板11的電極焊墊lla碌過接合引線"連接。
接著，將描述根據笫一實施例的制造半導體器件的方法。圖4和 圖5是表示根據第一實施例用于制造半導體器件的工藝的剖面圖。如 圖4所示，首先，在制造襯底(例如，GaAs村底)111上形成分離層 (犧牲層)112用于形成LED外延層114，在犧牲層ll2上形成包括多 個分立工作區的LED外延層(半導體薄膜)ll4。可以通過金屬氧化物
化學汽相淀積方法(M0CVD方法)、金屬氧化物汽相外延方法(M0VPE 方法)、分子束外延方法(MBE方法)等公知技術制造LED外延層114。 LED夕卜延層114包括n-GaAs層121、 n-AlzGa, zAs層122、 AlyGai—yAs層 123、 p-AlxGa,—,As層124和p-GaAs層125,其分別對應下部接觸層21、 下部包層22、激活層23、上部包層24和上部接觸層25。
另一方面，如圖1中所示，通過化學汽相淀積或濺射，在驅動器 IC芯片(Si襯底)12上形成金屬層13。接著，通過如圖5所示的蝕 刻部分LED外延層114和犧牲層112，并通過化學剝離方法從GaAs襯 底111上剝離(即，分離)LED外延層114，從而獲得LED外延膜(LED 外延層114)，且將LED外延膜接合到驅動器IC芯片12的金屬層13。
接著，如圖1中所示，通過將除了接合到驅動器IC芯片的LED外 延膜14的多個分立工作區14a之外的區域蝕刻為比LED外延膜14的 厚度更淺的深度，來形成電隔離多個分立工作區14a的元件隔離區 14b。在蝕刻中，4吏用抗蝕劑以防止分立工作區1"的蝕刻，并蝕刻元 件隔離區14b。 y使用的蝕刻溶液例如可以是磷酸溶液，且蝕刻溫度例如 可以是30t:的量級。基于預先獲得的蝕刻速率和希望的蝕刻深度確定 蝕刻時間。然而，蝕刻條件并不限于這些實例。接著，形成層間絕緣 膜31，并通過光刻技術形成分立互連層32，該分立互連層32從元件 隔離區14b之上的分立工作區14a的頂部延伸到驅動器IC芯片l2的 分立電極端子12a的頂部。 ，
如上所述，在根據笫一實施例的半導體器件中，使用具有幾微米 厚度的薄LED外延膜14作為發光元件器件，因此LED外延膜14的發 光部件14a和驅動器IC芯片12的分立電極端子12a可以通過分立互 連層32連接。因此，沒有必要在LED外延膜14上提供電極焊墊，且 由于LED外延膜14的表面積的縮減，可以獲得主要材料的成本節省。
在根據笫一實施例的半導體器件中，形成元件隔離區14b以致于 不縮減LED外延膜14和驅動器IC芯片12之間的接觸面積，由此可以 增強分立工作區14a的電特性，而不減小驅動器IC芯片12上的LED 外延膜14的粘附強度。
同樣，在根據第一實施例的半導體器件中，具有驅動器ic芯片n 的LED外延膜14的接觸表面積很大，所以可以降低接觸電阻。這里， 為了參考的目的，通過完全蝕刻除LED外延膜的發光部件之外的區域
來分離元件的情況下，將進行比較(比較例)。圖6是表示根據該比 較例的半導體器件結構的透視圖。圖7是示出圖6中半導體器件的驅 動器IC芯片、金屬層和LED外延膜的透視圖，圖8是表示圖6的半導 體器件中穿過線Ss-Ss的剖面的剖面圖。在圖6至圖8中示出的比較例 的情況下，由于半導體薄膜僅是發光部件14a，所以接觸面積極小，但 第一實施例中半導體器件的LED外延膜14的接觸表面積是發光部件 14a和元件隔離區14b的表面積總和，因此接觸表面積極大。
在根據第一實施例的半導體器件中，將金屬層13設置于LED外延 膜14的下表面上，因此，從發光部件14a在下表面的方向中(即，朝 向驅動器IC芯片12)發出的光可以在如由金屬層13反射的光的表面 方向中被提取，且由此增加了發光的功率。
而且，在根據第一實施例的半導體器件中，部分LED外延膜"保 留在LED外延膜14的元件隔離區14b上，由此減少了 LED外延膜l4 上的步驟，且可以減少薄膜互連，例如分立互連層中的破裂情況的發 生。
在前述的說明中，描述了半導體器件為發光元件陣列的情況，但 本發明也可以應用除了發光元件陣列之外的半導體器件。
第二實施例
圖9是表示根據本發明第二實施例的半導體器件結構的透視圖。 圖IO是表示圖9的半導體器件中穿過線S,。-S,。的剖面的剖面圖。
如圖9或圖10所示，根據第二實施例的半導體器件包括單元板51、 固定到單元板51的驅動器IC芯片52、以及LED外延膜54，該LED外 延膜54是接合到驅動器IC芯片52的半導體薄膜。驅動器IC芯片52 和LED外延膜54通過粘接劑接合。
LED外延膜54包括多個分立工作區(發光區，即LED)5"，和將 多個分立工作區54a彼此電隔離的元件隔離區54b。元件隔離區54b 是其中將LED外延膜54蝕刻到比LED外延膜54的厚度更淺的深度的 區域，并且是比多個分立工作區54a更薄的區域。如圖10所示，LED 外延膜54具有多層半導體外延結構，從驅動器IC芯片52—側依次包 括下部接觸層61、下部包層62、激活層63、上部包層64和上部接觸 層65。例如，下部接觸層61為n-GaAs層，下部包層62為n-AlzGa,—zAs
層，激活層63為AlyGai—yAs層，上部包奉64為p-AlxGa,—xAs層，而上 部接觸層65為p-GaAs層。這里，將x、 y和z的值分別設置為從零到 一的范圍內，以便獲得高的發光效率。形成LED外延膜54的外延層不 限于上述的實例。
LED外延膜54的厚度T可以從各種厚度中選擇，但可以將厚度T 制作為約2 pm薄。而且，在第二實施例中，由部分下部接觸層61構 成元件隔離區54b。這里，示出了其中用于電隔離發光部件54的蝕刻 深度延伸到下部接觸層61中的中間的情況。結果，使下部接觸層61 的厚度比第一實施例中的接觸層n的厚度更大。可以將下部接觸層61 的厚度設置于其中蝕刻可以停止在下部接觸層61中的中間的范圍內。
如圖9和圖10所示，根據第二實施例的半導體器件還包括分立互 連層(薄膜互連)72，其從元件隔離區54b之上的分立工作區54a的 頂部延伸到驅動器IC芯片52的頂部。如圖10所示，在LED外延膜54 和分立互連層72之間提供層間絕緣膜71，分立互連層72通過層間絕 緣膜71中的開口 71a連接上部接觸層65。分立互連層72電連接LED 外延膜54的發光部件上表面和驅動器IC芯片52的分立端子區5h。
單元板51在其表面上具有電極焊墊51a。驅動器IC芯片52的電 極端子52b和單元板51的電極焊墊51a通過接合引線73連接。
如圖9和圖10所示，在下部接觸層61上提供電極焊墊74，電極 焊墊74和驅動器IC芯片52的公共電極端子52c通過公共互連層(薄 膜互連)75連接。分立互連層72和公共^連層75例如可以是薄膜金 屬互連，且可以通過光刻技術同時全部形成。因此，在第二實施例中， 在LED外延膜54的上側面上提供分立至連層72和公共互連層75，所 以不必考慮LED外延膜54下側的接觸電阻。結果，在用于提高LED外 延膜54的接合強度的粘接劑53方面具有更大的選擇自由度，且可以 增強粘附強度。同樣，由于LED外延膜5,4的整體通過下部接觸層61 連接，與第一實施例相比，其可以通過公共電極焊墊74加寬，且可以 降低接觸電阻。
在根據第二實施例的半導體器件中，以與第一實施例相同的方式， 可以獲得主要材料的成本降低、提高的LED外延膜54的粘附強度、以 及改善的分立工作區的電特性。除了上述幾點外，第二實施例的半導 體器件與第一實施例相同。
第三實施例
圖ll是表示根據本發明第三實施例的LED打印頭結構的剖面圖。 如圖11所示，第三實施例的LED打印頭100包括基座部件101、 固定到基座部件101的LED單元102、包含多個桿狀光學元件排列的桿 透鏡陣列103、支撐桿透鏡陣列103的支架104、以及夾持且固定這些 組件101-104的夾具105。在圖中，101a和104a是夾具105從其中穿 過的開口。 LED單元102包括LED陣列芯片102a。 LED陣列芯片102a 包括笫一或第二實施例的半導體器件中的一個或多個。由LED陣列芯 片102a產生的光穿過桿透鏡陣列103并向外部發射。使用LED打印頭 100作為用于形成電子照相印刷機或電子照相復印機中靜電潛像的曝 光設備。包括第一或第二實施例的半導體器件的LED打印頭的結構并 不限于圖11中示出的結構。
在第三實施例的LED打印頭中，LED單元102使用第一或笫二實施 例的半導體器件，因此可以獲得優良的發光特性、器件緊湊性和主要 材料的成本降低。
第四實施例 ,
圖12是表示根據本發明第四實施例的圖像形成設備的結構的剖面
如圖12所示，笫四實施例的圖像形成設備200包括四個處理單元 201-204，其通過電子照相技術形成黃色(Y)、品紅色(M)、青色(C) 和黑色(K)圖像。處理單元201-204前后串列地排列于記錄媒質205 的輸送路徑中。處理單元201-2(M每一個包括感光鼓20h、充電器件 203b和曝光器件203c，其中感光鼓203a用作圖像載體，充電器件203b 設置于感光鼓203a附近并為感光鼓203a的表面充電，曝光器件203c 通過用光選擇地輻照充電的感光鼓203a的表面而形成靜電潛像。曝光 器件203c可以用于第三實施例中描述的LED打印頭100，且包含第一 或第二實施例中描述的半導體器件。
圖像形成設備200也包括顯影器件203d和清洗器件203e，其中顯 影器件203d將調色劑傳送到其上形成靜電潛像的感光鼓203a的表面， 清洗器件203e去除殘留在感光鼓203a表面上的調色劑。通過包括未
示出的電源和傳動裝置的驅動機構使每個感光鼓203a在箭頭的方向中 旋轉。圖像形成設備200還包括存紙盒206和跳動滾軸207，其中存紙 盒206容納例如紙等的記錄媒質205，跳滾軸207 —次一張地分開并傳 送記錄媒質205。壓帶滾軸208、 209和阻擋滾軸210、 211安裝在記錄 媒質205的傳送方向中跳動滾軸的下游處，其中阻擋滾軸210、 211與 壓帶滾軸208、 209 —起校正記錄媒質205的偏斜并將其傳送到處理單 元201-204。跳動滾軸207和阻擋滾軸210、 211與未示出的電源同步 旋轉。
圖像形成設備200還包括面向感光鼓203a設置的傳送滾軸212。 傳送滾軸212每一個由半導電橡膠等構成。設置感光鼓203a和傳送滾 軸212的電位以便將感光鼓203a上的調色劑圖像傳送到記錄媒質205。 此外，圖像形成設備200提供有固定器件213和滾軸214、 216和215、 217，其中固定器件213加熱并加壓記錄媒質205上的調色劑圖像，滾 軸214、 216和215、 217用于彈出穿過固定器件213的記錄媒質205。
通過跳動滾軸207使堆疊于存紙盒206中的記錄媒質205每次一 張地分開并傳送。記錄媒質205穿過阻擋滾軸210、 211以及壓帶滾軸 208、 209，并依次穿過處理單元201-204。在處理單元201-204中，記 錄媒質205穿過感光鼓203a和傳送滾軸212之間，在其上順次傳送彩 色調色劑圖像，并通過固定器件213加熱/加壓，以便將彩色調色劑圖 像固定在記錄媒質205上。隨后，通過彈出滾軸將記錄媒質205彈出 到堆積機218。包括笫一或第二實施例的半導體器件或第三實施例的 LED打印頭的圖像形成設備的結構并不限于圖12中示出的。
在第四實施例的圖像形成設備200中，使用第三實施例的LED打 印頭100,以便通過曝光器件優良的發光特性可以形成高質量的圖像。 此外，由于曝光器件的緊湊性，節省了空間，且可以實現主要材料的 成本降低。也可以將本發明應用到單色打印機，在具有多個曝光單元 的全彩色打印機的情況下獲得了特別大的休點。
權利要求
1.一種制造半導體器件的方法，包括在第一襯底上形成包含多個分立工作區的半導體薄膜，每一個分立工作區具有工作層，以便所述的半導體薄膜可以與第一襯底分離；將已與所述第一襯底分離的所述半導體薄膜接合在第二襯底上；以及通過將除了接合在所述第二襯底上的所述半導體薄膜的所述多個分立工作區之外的區域進行蝕刻而形成元件隔離區，以便相互隔離所述多個分立工作區的所述工作層。
2. 根據權利要求l的方法，其中所述的第二襯底是包括集成電路 的驅動電路襯底，所述方法還包4舌形成分立互連層，其從所述分立工作區的頂部穿過所述元件隔離 區延伸到所述第二襯底的頂部。
3. 根據權利要求1或2的方法，還包括在將所述半導體薄膜接合在所述第二襯底上之前，在所述第二襯 底上形成金屬層，其中在將所述半導體薄膜接合在所述第二襯底上的步驟中，將所 述半導體薄膜接合到所述金屬層。v4. 根據權利要求1或2的方法，其中使用粘接劑接合所述半導體薄膜至所述襯底。
全文摘要
一種半導體器件及其制造方法。該半導體器件包括襯底和接合到襯底的半導體薄膜，其中半導體薄膜包括多個分立工作區和隔離多個分立工作區的元件隔離區，且將元件隔離區蝕刻到比半導體薄膜的厚度更淺的深度，并且是比多個分立工作區更薄的區域。
文檔編號B41J2/455GK101359623SQ200810092559
公開日2009年2月4日 申請日期2004年9月10日 優先權日2003年9月11日
發明者藤原博之, 鈴木貴人 申請人:日本沖信息株式會社