コンプライアントなボンディング構造を使用して半導体装置をボンディングする方法
コンプライアントなボンディング構造は、半導体装置とマウント４０との間に配される。幾つかの実施例において、当該装置は、発光装置である。前記半導体発光装置が、例えば、前記半導体発光装置に超音波エネルギを供給することによって、前記マウントに取り付けられる場合、前記コンプライアントなボンディング構造は、前記半導体発光装置と前記マウントとの間の空間を部分的に充填するように崩壊する。幾つかの実施例において、前記コンプライアントなボンディング構造は、ボンディングの間、塑性変形を経る複数金属バンプ３２である。幾つかの実施例において、前記コンプライアントなボンディング構造は、多孔性金属層４６である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の他の構造へのボンディングの分野に関し、より詳細には、半導体発光装置を他の構造上に取り付けるためのコンプライアントなボンディング構造（compliant bonding struncture）に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振キャビティ発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直キャビティレーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）及びエッジ発光レーザーを含む半導体発光素子は、現在利用可能な最も効率的な光源の一つである。可視スペクトルにわたる動作が可能である高輝度発光装置の製造において現在興味持たれている材料系は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、特に、ガリウム、アルミニウム、インジウム及び窒素の二元、三元及び四元合金（ＩＩＩ族窒化物材料とも称される）を含む。典型的には、ＩＩＩ族窒化物発光装置は、異なる組成物及びドーパント濃度の半導体層のスタックを、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）又は他のエピタキシャル技術によって、サファイア、シリコンカーバイド、ＩＩＩ族窒化物、複合物又は他の適切な基板上でエピタキシャル成長させることによって作製される。前記スタックは、しばしば、前記基板上に形成されたドーピングされた１つ以上のｎ型層（例えば、Ｓｉ）と、（複数の）ｎ型層上に形成された活性領域内の１つ以上の発光層と、前記活性領域上に形成されたドーピングされた１つ以上のｐ型層（例えば、Ｍｇ）とを含んでいる。電気的接触は、ｎ型及びｐ型領域上に形成される。
【０００３】
米国特許出願第２００７―００９６１３０号は、ＬＥＤダイがサブマウントにボンディングされた後、成長基板（例えば、サファイア）を取り除くためのレーザーリフトオフ工程を使用しているＬＥＤ構造を形成するための工程を記載している。当該ダイを支持するように前記サブマウントと前記ＬＥＤダイとの間にアンダーフィルを使用する必要性を取り除くために、前記ＬＥＤダイの下側には、実質的に同じ平面に陽極及び陰極が形成されており、これらの電極が、前記ＬＥＤ構造の後方の表面の少なくとも８５％を覆っている。前記サブマウントは、実質的に同じ平面内の陽極及び陰極の対応するレイアウトを有している。
【０００４】
実質的に前記ＬＥＤダイの表面全体が電極及びサブマウントによって支持されるように、前記ＬＥＤダイの電極及びサブマウントの電極は一緒に相互接続されている。如何なるアンダーフィルも、使用されていない。超音波又は熱音波（thermosonic）の金属から金属へ拡散（金―金、銅―銅、他の延性金属又は上述のものの組み合わせ）、又は異なる合金組成（例えば、金−スズ、金―ゲルマニウム、スズ―シルバー、スズ―鉛又は他の類似の合金システム）によるハンダ付けのような、ＬＥＤのサブマウントへの相互接続のための異なる方法が、使用されることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記成長基板は、前記ＬＥＤ構造の上部を形成し、次いで、レーザーリフトオフ工程を使用して前記ＬＥＤ層から除去され、前記成長基板と前記ＬＥＤの層との界面における材料を取り除く。前記レーザーリフトオフ工程の間に作られる極高圧力は、前記電極及びサブマウントによる前記ＬＥＤの層の広い面積の支持のために前記ＬＥＤの層に損傷を与えない。他の基板の除去工程も、使用されることができる。
【０００６】
本発明の目的は、半導体装置と、前記半導体装置が取り付けられている構造との間の電気的、機械的、力学的及び熱的接続を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施例によれば、コンプライアントなボンディング構造は、半導体装置とマウントとの間に配置される。前記半導体装置が前記マウントに取り付けられる場合、前記コンプライアントなボンディング構造は、前記半導体装置と前記マウントとの間の空間を部分的に埋めるように固相において崩壊する。幾つかの実施例において、前記コンプライアントなボンディング構造は、ボンディングの間に塑性変形を経る複数の金属バンプである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】基板上で成長されたＩＩＩ族窒化物装置の断面である。
【図２】フォトレジスト層の堆積及びパターニングの後の図１の装置の断面である。
【図３】前記フォトレジスト層の開口への金属の堆積の後の図２の装置の断面である。
【図４】前記フォトレジスト層をストリップした後の図３の装置の断面である。
【図５】マウントに接続されている図４の構造の断面である。
【図６】マウントに接続されているＩＩＩ族窒化物装置の断面である。
【図７】マイクロバンプ及びエッジ封止を備えるＬＥＤ装置の平面図である。
【図８】連続的な、線形エッジ封止を示している。
【図９】ボンディングの間の塑性変形を経た後の、図８のエッジ封止を示している。
【図１０】連続的な非線形のエッジが封止を示している。
【図１１】ボンディングの間の塑性変形を経た後の図１０のエッジ封止を示している。
【図１２】非連続的なエッジ封止を示している。
【図１３】ボンディングの間の塑性変形を経た後の図１２の前記エッジ封止を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
広領域金属コンタクトを備える装置において、米国特許出願第２００７―００９６１３０号において上述したように、大きいボンディング圧及び超音波出力が、前記ＬＥＤダイの電極及び前記サブマウント電極のトポグラフィにおける僅かな変化を克服するために、ボンディングにおいて必要であり得る。積極的なボンディング条件は、ボンディングの間、前記ＬＥＤ内の半導体材料に損傷を与え得る。積極的なボンディング条件は、前記電極の広い領域のために、ボンディングの間、前記電極のコンプライアンス（即ち変形及び崩壊）の不足によって必要とされ得る。
【００１０】
本発明の幾つかの実施例において、コンプライアントなボンディング構造が、ＬＥＤダイとマウントとの間に配置される。前記コンプライアントなボンディング構造が、前記ＬＥＤダイ上、前記マウント上、又は前記ＬＥＤダイ及び前記マウントの両方の上に、配されることができる。ボンディングの間、前記コンプライアントな構造は、崩壊して還流し、この結果、積極的なボンディング条件を必要としないかもしれないと共に前記ＬＥＤダイ及び前記マウントのトポグラフィにおける僅かな変化を補償することができる堅牢な電気的、熱的及び力学的な接続をもたらす。
【００１１】
図１―４は、本発明の実施例によるコンプライアントなボンディング構造を形成する方法を示している。
【００１２】
図１は、基板１０上で成長されたＩＩＩ族窒化物装置を示している。基板１０は、如何なる適切な成長基板であっても良く、例えば、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、又は絶縁体に取り付けられたＳｉＣ若しくは絶縁体に取り付けられたＩＩＩ族窒化物材料のような設計された基板を含む。ＩＩＩ族窒化物装置の成長に適した設計された基板は、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願公報第２００７―００７２３２４号において更に詳細に記載されている。
ｎ型領域１２は、最初に、基板１０上で成長される。ｎ型領域１２は、例えば、バッファ層又は核生成層のような、準備層を含んでいる異なる組成物及びドーパント濃度の複数の層を含み得て、ｎ型であり得るか又は意図的にドープされていないリリース層であって、前記成長基板の後のリリース又は基板除去の後の半導体構造の薄層化を容易にするように設計されている層であり得て、効率的に光を発する発光領域に望ましい特定の光学的又は電気的特性のために設計されたｎ型又はｐ型装置層でさえあり得る。
【００１３】
発光又は活性領域１４は、ｎ型領域１２上で成長される。適切な発光領域の例は、単一の厚い又は薄い発光層、又は障壁層によって分離されている複数の薄い又は厚い量子井戸発光層を含んでいる複数の量子井戸発光領域を含む。例えば、複数の量子井戸発光領域は、各々１００Å以下の厚さを有する障壁によって分離されている各々２５Å以下の厚さを有する複数の発光層を含み得る。幾つかの実施例において、前記装置内の発光領域の各々の厚さは、５０Åよりも薄い。
【００１４】
ｐ型領域１６は、発光領域１４上で成長される。前記ｎ型領域のように、前記ｐ型領域は、異なる組成物、厚さ及びドーパント濃度の複数の層を含むことができ、意図的にドーピングされていない層又はｎ型層を含む。
【００１５】
幾つかの実施例において、基板１０は約９０のミクロン厚であり、装置層１２、１４及び１６は、５ミクロン未満の組み合わせられた厚さを有する。
【００１６】
半導体領域１２、１４及び１６の成長の後、ｐ型領域１６及び発光領域１４の１つ以上の部分は、ｎ型領域１２の部分を現すように、エッチング除去される。ｎ型コンタクト２６は、ｎ型領域１２の露出部上に形成される。
【００１７】
多層ｐ型コンタクトは、ｐ型領域１６上に形成される。図１に示されている例において、オーミックコンタクト層１８は、ｐ型領域１６と直接的に接触して形成され、次いで、ガード層２０（金属であることができるか又は誘電性でありえる）は、オーミックコンタクト層１８上に形成される。図１に示されているように、ガード層２０は、オーミックコンタクト層１８の側部にわたって延在することができる。例えば、オーミックコンタクト層１８は銀を含み得て、短絡又は信頼性の問題を生じ得るエレクトロマイグレーションの影響下にある。オーミックコンタクト層１８上に形成されるガード層２０は、オーミックコンタクト層１８のエレクトロマイグレーションを防止する又は低減することができる。幾つかの実施例において、多くのｐ型コンタクト層が使用されることができる、又はガード層２０が省略されることができる。
【００１８】
誘電層２２は、ｎ型コンタクト２６をｐ型コンタクト１８、２０から分離することができる。
【００１９】
ｐ型ボンディングパッド２４は、前記ｐ型コンタクト上に形成され前記ｐ型コンタクトに電気的に接続されている。ｎ型ボンディングパッド２８は、前記ｎ型コンタクト上に形成され前記ｎ型コンタクトに電気的に接続されている。ボンディングパッド２４及び２８は、成長基板１０の除去の間、装置層１２、１４及び１６を支持して、前記装置層から熱を外に伝導する。ボンディングパッド２４及び２８は、例えば、金、銅又はアルミニウムのような、高い熱伝導率を有する如何なる金属からも形成されることができる。ボンディングパッドは、例えば、幾つかの実施例においては６ミクロンと３０ミクロンとの間の厚さまで、幾つかの実施例においては１５ミクロンと２５ミクロンとの間に厚さまで電気メッキを施されることができる。図１に示されているように、空隙３０は、ｎ型及びｐ型ボンディングパッド２８及び２４を電気的に隔離することができる。この空隙は、好ましくは、５０未満のミクロン幅である。上述の通り、ボンディングパッド２４及び２８は、熱輸送を提供すると共に、成長基板１０の除去の間に前記半導体層を支持する。ボンディングパッド２４及び２８により提供される熱輸送を必要としないと共に前記半導体層の支持を必要としない装置（即ち前記成長基板が前記装置から除去されない装置）において、ボンディングパッド２４及び２８は省略されることができ、マイクロバンプ３２は、ｐ型及びｎ型コンタクト上に直接的に形成されることができる。
【００２０】
ｎ型及びｐ型ボンディングパッド２８及び２４は、幾つかの実施例において前記ＬＥＤの領域の少なくとも６０％（即ち前記ＬＥＤ上の半導体材料の領域）を覆っており、幾つかの実施例において前記ＬＥＤの領域の少なくとも８５％を覆っている。
ＩＩＩ族ｎ型ＬＥＤの形成の慣例的な又は従来技術においてよく知られているものであり得るステップの詳細は、記載される必要がなく、添付図面に示されているのと同じ構造を形成する多くの仕方が存在する。慣例的な又はよく知られているものであり得るこのような詳細は、清浄、堆積技術（例えば、スパッタリング、ＣＶＤ、電子プレーティング等）、リソグラフィー技術、マスキング技術、エッチング技術、金属リフトオフ技術、フォトレジストストリッピング技術及びウェハからのダイの分離を含む。
【００２１】
図２において、フォトレジスト層３４が、ｐ型ボンディングパッド２４及びｎ型ボンディングパッド２８上に形成され、次いで、一連の小さい開口を形成するためにパターン化される。
【００２２】
図３において、コンプライアントな金属３２は、フォトレジスト層３４の開口内に電気メッキを施される。例えば、１５０ＧＰａ未満のヤング率を有する如何なる適切な金属も、使用されることができる。適切な金属の例は、約７８ＧＰａのヤング率を有する金、約１１０ＧＰａと１２８ＧＰａと間のヤング率を有する銅、及び約７０ＧＰａのヤング率を有するアルミニウムを含む。
【００２３】
図４において、フォトレジスト層３４はストリップされ、コンプライアントな金属マイクロバンプ３２を残す。マイクロバンプ３２は、例えば、側方限界において６ミクロンと２５ミクロンとの間であることができる。これらは、円形断面を有するが、フォトレジスト層３４においてパターニングされることができる如何なる断面も使用されることができる。マイクロバンプは、６〜２５ミクロンの高さであることができ、６〜２５ミクロン離間されている。マイクロバンプは、およそ同じ高さ及び幅を有することができる。幾つかの実施例において、マイクロバンプ３２の大きさ、高さ及び間隔は、フォトレジスト層３４の厚さによって決定される。内部でマイクロバンプ３２がメッキされているフォトレジスト層３４の空間は、前記フォトレジスト層が厚い限り、およそ広くかつ離間されて作られることができる。例えば、１０ミクロン厚のフォトレジスト層が使用される場合、パターニングされる最小のマイクロバンプは、約１０ミクロン幅であり得て、約１０ミクロン離間されていても良い。幾つかの実施例において、マイクロバンプ３２の大きさ、高さ及び間隔は、フォトレジスト層３４の厚さとは無関係である。前記マイクロバンプは、フォトレジスト層３４より厚くされることができるが、マッシュルーム状の頭部が前記フォトレジスト層の上方に形成される。前記ＬＥＤダイがマウントに取り付けられる場合、前記ＬＥＤダイと前記マウントとの間の殆どの又は全ての領域がマイクロバンプ材料によって充填されて前記ＬＥＤダイと前記マウントとの間には非常に小さい間隙が残る又は間隙は残らないよう前記マイクロバンプが変形するように、マイクロバンプ３２の大きさ及び間隔が、選択される。例えば、前記ＬＥＤダイをマウントに取り付けた後、前記マイクロバンプが形成されている領域（例えば、幾つかの実施例におけるｎ型及びｐ型ボンディングパッドの領域）、前記ＬＥＤダイと前記マウントとの間の空間は、幾つかの実施例においては変形されたマイクロバンプによって少なくとも５０％充填される、幾つかの実施例においては変形されたマイクロバンプによって少なくとも７５％充填される、幾つかの実施例においては変形されたマイクロバンプによって少なくとも８５％充填される。ボンディングの後、隣接するマイクロバンプ間の間隙は、幾つかの実施例においては２ミクロン未満であり得て、幾つかの実施例においては１ミクロン未満であり得る。ボンディング後のマイクロバンプの高さは、幾つかの実施例においては元の高さの５０％未満であり得て、幾つかの実施例においては元の高さの２０％未満であり得て、幾つかの実施例においては元の高さの１０％未満であり得る。
【００２４】
図４に示されている処理の後、装置のウェハは、ダイシングされることができる。
【００２５】
図５において、図４に示される装置は、反転されてマウント４０に取り付けられる。マイクロバンプ４２は、ＬＥＤダイ５上に形成されるマイクロバンプ３２と位置合わせするようにマウント４０上に形成されることができる。マイクロバンプは、ＬＥＤダイ５及びマウント４０の一方のみ又は両方の上に形成されることがでる、ＬＥＤダイ５は、ＬＥＤダイ５とマウント４０との間に圧力を加えることによってマウント４０に取り付けられることができる。圧力は、超音波エネルギ、熱又は両方ともを伴っても良い。超音波エネルギ及び熱の一方又は両方の付加は、ボンディングを形成するのに必要な圧力を減少することができる。前記マウント上に形成されるマイクロバンプ４２及び／又は前記ＬＥＤダイ上に形成されるマイクロバンプ３２は、ボンディングの間、塑性変形（即ち、これらは、これらの最初の形状に戻らない）を経て、ＬＥＤダイとマウント４０との間の連続的な又は殆ど連続的な金属支持を形成する。例えば、幾つかの実施例において、ボンディングの後、マイクロバンプは、ｎ型及びｐ型ボンディングパッド２８及び２４の領域に対応する前記ＬＥＤダイとマウント４０との間のほとんど全ての空間を充填する。
【００２６】
超音波ボンディングの間、ＬＥＤダイ５は、マウント４０上に位置決めされる。ボンディングの頭部は、ＬＥＤダイ５の上面に位置決めされ、しばしば、サファイア上で成長されたＩＩＩ族窒化物装置の場合にはサファイア成長基板１０上に位置決めされる。このボンディングの頭部は、超音波トランスデューサに接続されている。前記超音波トランスデューサは、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）層のスタックであっても良い。電圧が、当該システムを調和して共振させる周波数（しばしば、十又は数百ｋＨｚのオーダの周波数）において前記トランスデューサに印加される場合、前記トランスデューサは、振動し始め、前記ボンディングの頭部及びＬＥＤダイ５を、しばしば、マイクロメートルのオーダにおける振幅において振動させる。この振動は、マイクロバンプ３２及び４２の金属格子における原子を相互拡散させ、冶金学上連続的な接合を得る。熱及び／又は圧力は、ボンディングの間に、加えられることができる。超音波ボンディングの間、マイクロバンプ３２及び４２のような、コンプライアントなボンディング構造は、崩壊し、還流する。
【００２７】
幾つかの実施例において、当該装置の異なる部分に位置されているマイクロバンプの特性又は配置は、異なる特性を有することができる。例えば、マイクロバンプは、基板除去の間、更なる支持を必要とする当該装置の領域において一緒により密に離間されても良く及び／又はより大きくても良い。例えば、前記メサがｎ型領域を露出させるようにエッチングされる所の近くの領域において、前記メサのエッチングにより、残存しているｐ型材料は、前記メサのエッチングにより、僅かに薄くされ得る。これらの領域において、マイクロバンプは、当該薄い半導体材料への更なる支持を提供するために、更に密に離間されていても良く及び／又は大きくても良い。
【００２８】
マイクロバンプ３２は、他の技術によって（例えば、フォトレジストマスク及び金属リフトオフの方法を使用して）、又は堆積された又はメッキされた広い領域（厚いボンディングパッド）を機械的にパターニングすることによって形成されることができる。機械的なパターニング技術は、例えば、スタンピング、レーザー機械加工、化学若しくはドライエッチング、又は力学的な粗化を含んでいる。幾つかの実施例において、互いからオフセットされている複数の、積層のマイクロバンプが、使用されることができる。マイクロバンプの複数の層は、結果として、横及び縦の両方向におけるボンディングコンプライアンスをもたらすことができる。
【００２９】
幾つかの実施例において、マイクロバンプ３２及び４２は、異なるコンプライアントな、電気的及び熱的な伝導構造と交換される。図６は、代替的な実施例の一例を示している。マイクロバンプの代わりに、多孔性金属構造４６が、ＬＥＤダイ５とマウント４０との間に配される。多孔質金属構造４６は、ＬＥＤダイ５のボンディングパッド２４及び２８上に、マウント４０のボンディングパッド上４４に、又は前記ＬＥＤのボンディングパッド及び前記マウントのボンディングパッドの両方の上に形成されることができる。多孔質金属構造４６は、例えば、工程の下の柔軟な金属は、性質において前記メッキされた表面の多孔性、粗さ、又は樹枝状を作った工程条件の下での軟質金属のメッキによって、又は融着された多孔質構造を作る金属の小さい粒子の焼結によって、形成されることができる。次いで、ＬＥＤダイ５及びマウント４０が、上述のようにボンディングされることができる。多孔性金属構造４６は、ボンディングの間、塑性変形を経る。ハンダ（ボンディングの間に液体になる）と異なって、本願明細書に記載される前記マイクロバンプ及び多孔性金属構造のような、コンプライアントなボンディング構造は、一般に、固相において崩壊する。前記コンプライアントなボンディング構造をより柔軟になる又は溶融し始めさせることができる熱が、ボンディングの間に加えられることができるが、幾つかの実施例において、コンプライアントなボンディング構造は、完全に液相になるのに十分には熱くはならない。
【００３０】
マイクロバンプ又は多孔性金属構造のようなコンプライアントな構造は、ボンディングの間の高圧又は温度を必要とせずに、前記ＬＥＤダイ上の前記ボンディングパッドと、前記ＬＥＤダイが上部に取り付けられている前記マウントの表面との間の僅かな表面非平面性を補償することができる。マイクロバンプの変形する能力は、堅牢な熱的、機械的及び電気的接続によってボンディングを形成するために必要な圧力及び／又は温度を低減することができ、前記マウントへのボンディングの間のクラッククラッキング又は他の損傷の発生を低減することができる。
【００３１】
マウント４０へのＬＥＤダイ５のボンディングの後、成長基板１０は、例えば、レーザーリフトオフ、エッチング、又は特定の成長基板に適切な他の何らかの技術によって除去されることができる。前記成長基板を除去した後、前記半導体構造は、例えば、光電気化学エッチングによって薄くされることができる、及び／又は、前記表面は、例えば、フォトニック結晶構造によって粗くされる又はパターニングされることができる。従来技術において知られているレンズ、波長変換材料又は他の構造は、基板除去の後、ＬＥＤ５上に配されることができる。
【００３２】
幾つかの実施例において、ＬＥＤダイ５のエッジに沿った前記マイクロバンプは、ボンディングの間に封止を形成するように構成される。図４に示されている装置において、前記装置の縁におけるマイクロバンプ５０は、封止を形成するように構成される。前記封止は、当該装置のエッジに追加の力学的な支持を提供することができ、例えば、湿度又はシリコーンカプセルの材料のような、異質な材料が、ＬＥＤダイ５とマウント４０との間の何らかの空間に入るのを防止することができる。
【００３３】
図７は、エッジ封止の第１の例による装置の平面図である。図７に示されている装置において、連続的な、線形のバンプ封止５０は、マイクロバンプ３２を包囲している。例えば、エッジ封止は、ダイ５の縁におけるｐ型ボンディングパッド領域２４内のマイクロバンプを囲んでおり、ｐ型ボンディングパッドとｎ型ボンディングパッドとの間の間隙３０を囲んでいる。他の封止は、前記ｎ型ボンディングパッド領域２８上に形成された前記マイクロバンプを囲んでいる。図８は、図７に示されているような線形の周囲のバンプ封止５０ａを有する装置の部分を示している。線形のバンプ封止５０ａの部分のみが示されており、マイクロバンプ３２は、明確さのために省略されている。圧力５２がバンプ封止５０ａに印加される場合、例えば、マウント（図８において図示略）への装置５のボンディングの間、バンプ封止５０ａは、矢印５４によって示されているように、一方向のみにおいて変形することができる。図９は、ボンディングの間の塑性変形を経た後の、図８のエッジ封止を示している。エッジ封止５０ｂは、図８に示されている方向５４において広がっている。
【００３４】
図７及び８において示されている連続的な線形のエッジ封止５０ａは、一方向において変形することができるのみであるので、マイクロバンプ３２よりもコンプライアンスではなく、２つ以上の方向において変形することができる。結果として、ボンディングの間、マイクロバンプ３２の下にある前記ＬＥＤ装置の部分に及ぼされる力よりも大きい力が、エッジ封止５０ａの下にある前記ＬＥＤ装置の部分に及ぼされることができる。
【００３５】
幾つかの実施例において、エッジ封止５０は、ボンディングの間、２つ以上の方向において変形するように構成されている。幾つかの実施例において、エッジ封止５０の形状は、エッジ封止５０のコンプライアンスがマイクロバンプ３２のコンプライアンスに整合するように、選択される。
【００３６】
図１０は、２つ以上の方向において変形することができるエッジ封止５０ｃを備えている装置の部分を示している。エッジ封止５０ｃは、マイクロバンプ３２を囲んでいる、連続的で、非線形のバンプ封止である。封止の部分５０ｃのみが示されており、マイクロバンプ３２は、明確さのために省略されている。エッジ封止５０ｃは、波形の形状を有する。デバイス５のマウント（図１０の図示略）へのボンディングの間のように、圧力５２がバンプ封止５０ｃに印加される場合、バンプ封止５０ｃは、矢印５５及び５６によって指示されているように、２つ以上の方向において変形することができる。図１１は、ボンディングの間、塑性変形を経た後の、図１０のエッジ封止を示している。エッジ封止５０ｄは、図１０に示されている方向５５及び５６に広がっている。
【００３７】
図１２は、２つ以上の方向において変形することができるエッジ封止５０ｅの他の例による装置の部分を示している。エッジ封止５０ｅは、マイクロバンプ３２を囲むオフセットマイクロバンプの２つの線５０ｆ及び５０ｇである。エッジ封止５０ｅの一部のみが示されており、マイクロバンプ３２は、明確さのために両略されている。線５０ｆ及び５０ｇにおけるマイクロバンプは、互いと接触している必要はないが、互いと接触していても良い。マウント（図１２において図示略）への装置５のボンディングの間のように、圧力５２がバンプ封止５０ｅに印加される場合、バンプ封止５０ｅは、矢印５５及び５６によって示されているように２つ以上の方向において変形することができる。図１３は、ボンディングの間、塑性変形を経た後の図１２のエッジ封止を示している。エッジ封止５０ｅにおけるマイクロバンプの２つの線５０ｆ及びの５０ｇは、連続的な封止５０ｈを形成するために、図１２に示されている方向５５及び５６に広がっている。
【００３８】
上述した、超音波ボンディングの間、前記トランスデューサは、一般に、単一の方向において振動する。例えば、前記トランスデューサは、（図１０及び１２において示されている）軸５６に沿って振動することができ、軸５５に沿ってほとんど運動を生じない又は運動しない。コンプライアントなボンディング構造は、この振動軸に沿って優先的に崩壊する傾向がある。従って、幾つかの実施例において、エッジ封止５０は、前記振動軸に対して垂直な軸に沿って広く、前記振動軸に平行な軸に沿って狭い。
【００３９】
上述の例及び実施例は、フリップクリップＩＩＩ族窒化物発光装置を参照しているが、本願明細書において記載されているコンプライアントなボンディング構造及びエッジ封止は、如何なる適切な装置によっても使用されることができ、フリップチップ、ＩＩＩ族窒化物装置、ＬＥＤ又は発光装置である必要もない。
【００４０】
本発明を詳細に記載したが、当業者は、本開示を与えられ、本発明に対する変形が、願明細書において記載されている発明の概念の精神を逸脱することなく、なされることができることを理解するであろう。従って、本発明の範囲は、示されている及び記載されている特定の実施例に限定されるものではない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の他の構造へのボンディングの分野に関し、より詳細には、半導体発光装置を他の構造上に取り付けるためのコンプライアントなボンディング構造（compliant bonding struncture）に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振キャビティ発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直キャビティレーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）及びエッジ発光レーザーを含む半導体発光素子は、現在利用可能な最も効率的な光源の一つである。可視スペクトルにわたる動作が可能である高輝度発光装置の製造において現在興味持たれている材料系は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、特に、ガリウム、アルミニウム、インジウム及び窒素の二元、三元及び四元合金（ＩＩＩ族窒化物材料とも称される）を含む。典型的には、ＩＩＩ族窒化物発光装置は、異なる組成物及びドーパント濃度の半導体層のスタックを、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）又は他のエピタキシャル技術によって、サファイア、シリコンカーバイド、ＩＩＩ族窒化物、複合物又は他の適切な基板上でエピタキシャル成長させることによって作製される。前記スタックは、しばしば、前記基板上に形成されたドーピングされた１つ以上のｎ型層（例えば、Ｓｉ）と、（複数の）ｎ型層上に形成された活性領域内の１つ以上の発光層と、前記活性領域上に形成されたドーピングされた１つ以上のｐ型層（例えば、Ｍｇ）とを含んでいる。電気的接触は、ｎ型及びｐ型領域上に形成される。
【０００３】
米国特許出願第２００７―００９６１３０号は、ＬＥＤダイがサブマウントにボンディングされた後、成長基板（例えば、サファイア）を取り除くためのレーザーリフトオフ工程を使用しているＬＥＤ構造を形成するための工程を記載している。当該ダイを支持するように前記サブマウントと前記ＬＥＤダイとの間にアンダーフィルを使用する必要性を取り除くために、前記ＬＥＤダイの下側には、実質的に同じ平面に陽極及び陰極が形成されており、これらの電極が、前記ＬＥＤ構造の後方の表面の少なくとも８５％を覆っている。前記サブマウントは、実質的に同じ平面内の陽極及び陰極の対応するレイアウトを有している。
【０００４】
実質的に前記ＬＥＤダイの表面全体が電極及びサブマウントによって支持されるように、前記ＬＥＤダイの電極及びサブマウントの電極は一緒に相互接続されている。如何なるアンダーフィルも、使用されていない。超音波又は熱音波（thermosonic）の金属から金属へ拡散（金―金、銅―銅、他の延性金属又は上述のものの組み合わせ）、又は異なる合金組成（例えば、金−スズ、金―ゲルマニウム、スズ―シルバー、スズ―鉛又は他の類似の合金システム）によるハンダ付けのような、ＬＥＤのサブマウントへの相互接続のための異なる方法が、使用されることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記成長基板は、前記ＬＥＤ構造の上部を形成し、次いで、レーザーリフトオフ工程を使用して前記ＬＥＤ層から除去され、前記成長基板と前記ＬＥＤの層との界面における材料を取り除く。前記レーザーリフトオフ工程の間に作られる極高圧力は、前記電極及びサブマウントによる前記ＬＥＤの層の広い面積の支持のために前記ＬＥＤの層に損傷を与えない。他の基板の除去工程も、使用されることができる。
【０００６】
本発明の目的は、半導体装置と、前記半導体装置が取り付けられている構造との間の電気的、機械的、力学的及び熱的接続を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施例によれば、コンプライアントなボンディング構造は、半導体装置とマウントとの間に配置される。前記半導体装置が前記マウントに取り付けられる場合、前記コンプライアントなボンディング構造は、前記半導体装置と前記マウントとの間の空間を部分的に埋めるように固相において崩壊する。幾つかの実施例において、前記コンプライアントなボンディング構造は、ボンディングの間に塑性変形を経る複数の金属バンプである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】基板上で成長されたＩＩＩ族窒化物装置の断面である。
【図２】フォトレジスト層の堆積及びパターニングの後の図１の装置の断面である。
【図３】前記フォトレジスト層の開口への金属の堆積の後の図２の装置の断面である。
【図４】前記フォトレジスト層をストリップした後の図３の装置の断面である。
【図５】マウントに接続されている図４の構造の断面である。
【図６】マウントに接続されているＩＩＩ族窒化物装置の断面である。
【図７】マイクロバンプ及びエッジ封止を備えるＬＥＤ装置の平面図である。
【図８】連続的な、線形エッジ封止を示している。
【図９】ボンディングの間の塑性変形を経た後の、図８のエッジ封止を示している。
【図１０】連続的な非線形のエッジが封止を示している。
【図１１】ボンディングの間の塑性変形を経た後の図１０のエッジ封止を示している。
【図１２】非連続的なエッジ封止を示している。
【図１３】ボンディングの間の塑性変形を経た後の図１２の前記エッジ封止を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
広領域金属コンタクトを備える装置において、米国特許出願第２００７―００９６１３０号において上述したように、大きいボンディング圧及び超音波出力が、前記ＬＥＤダイの電極及び前記サブマウント電極のトポグラフィにおける僅かな変化を克服するために、ボンディングにおいて必要であり得る。積極的なボンディング条件は、ボンディングの間、前記ＬＥＤ内の半導体材料に損傷を与え得る。積極的なボンディング条件は、前記電極の広い領域のために、ボンディングの間、前記電極のコンプライアンス（即ち変形及び崩壊）の不足によって必要とされ得る。
【００１０】
本発明の幾つかの実施例において、コンプライアントなボンディング構造が、ＬＥＤダイとマウントとの間に配置される。前記コンプライアントなボンディング構造が、前記ＬＥＤダイ上、前記マウント上、又は前記ＬＥＤダイ及び前記マウントの両方の上に、配されることができる。ボンディングの間、前記コンプライアントな構造は、崩壊して還流し、この結果、積極的なボンディング条件を必要としないかもしれないと共に前記ＬＥＤダイ及び前記マウントのトポグラフィにおける僅かな変化を補償することができる堅牢な電気的、熱的及び力学的な接続をもたらす。
【００１１】
図１―４は、本発明の実施例によるコンプライアントなボンディング構造を形成する方法を示している。
【００１２】
図１は、基板１０上で成長されたＩＩＩ族窒化物装置を示している。基板１０は、如何なる適切な成長基板であっても良く、例えば、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、又は絶縁体に取り付けられたＳｉＣ若しくは絶縁体に取り付けられたＩＩＩ族窒化物材料のような設計された基板を含む。ＩＩＩ族窒化物装置の成長に適した設計された基板は、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願公報第２００７―００７２３２４号において更に詳細に記載されている。
ｎ型領域１２は、最初に、基板１０上で成長される。ｎ型領域１２は、例えば、バッファ層又は核生成層のような、準備層を含んでいる異なる組成物及びドーパント濃度の複数の層を含み得て、ｎ型であり得るか又は意図的にドープされていないリリース層であって、前記成長基板の後のリリース又は基板除去の後の半導体構造の薄層化を容易にするように設計されている層であり得て、効率的に光を発する発光領域に望ましい特定の光学的又は電気的特性のために設計されたｎ型又はｐ型装置層でさえあり得る。
【００１３】
発光又は活性領域１４は、ｎ型領域１２上で成長される。適切な発光領域の例は、単一の厚い又は薄い発光層、又は障壁層によって分離されている複数の薄い又は厚い量子井戸発光層を含んでいる複数の量子井戸発光領域を含む。例えば、複数の量子井戸発光領域は、各々１００Å以下の厚さを有する障壁によって分離されている各々２５Å以下の厚さを有する複数の発光層を含み得る。幾つかの実施例において、前記装置内の発光領域の各々の厚さは、５０Åよりも薄い。
【００１４】
ｐ型領域１６は、発光領域１４上で成長される。前記ｎ型領域のように、前記ｐ型領域は、異なる組成物、厚さ及びドーパント濃度の複数の層を含むことができ、意図的にドーピングされていない層又はｎ型層を含む。
【００１５】
幾つかの実施例において、基板１０は約９０のミクロン厚であり、装置層１２、１４及び１６は、５ミクロン未満の組み合わせられた厚さを有する。
【００１６】
半導体領域１２、１４及び１６の成長の後、ｐ型領域１６及び発光領域１４の１つ以上の部分は、ｎ型領域１２の部分を現すように、エッチング除去される。ｎ型コンタクト２６は、ｎ型領域１２の露出部上に形成される。
【００１７】
多層ｐ型コンタクトは、ｐ型領域１６上に形成される。図１に示されている例において、オーミックコンタクト層１８は、ｐ型領域１６と直接的に接触して形成され、次いで、ガード層２０（金属であることができるか又は誘電性でありえる）は、オーミックコンタクト層１８上に形成される。図１に示されているように、ガード層２０は、オーミックコンタクト層１８の側部にわたって延在することができる。例えば、オーミックコンタクト層１８は銀を含み得て、短絡又は信頼性の問題を生じ得るエレクトロマイグレーションの影響下にある。オーミックコンタクト層１８上に形成されるガード層２０は、オーミックコンタクト層１８のエレクトロマイグレーションを防止する又は低減することができる。幾つかの実施例において、多くのｐ型コンタクト層が使用されることができる、又はガード層２０が省略されることができる。
【００１８】
誘電層２２は、ｎ型コンタクト２６をｐ型コンタクト１８、２０から分離することができる。
【００１９】
ｐ型ボンディングパッド２４は、前記ｐ型コンタクト上に形成され前記ｐ型コンタクトに電気的に接続されている。ｎ型ボンディングパッド２８は、前記ｎ型コンタクト上に形成され前記ｎ型コンタクトに電気的に接続されている。ボンディングパッド２４及び２８は、成長基板１０の除去の間、装置層１２、１４及び１６を支持して、前記装置層から熱を外に伝導する。ボンディングパッド２４及び２８は、例えば、金、銅又はアルミニウムのような、高い熱伝導率を有する如何なる金属からも形成されることができる。ボンディングパッドは、例えば、幾つかの実施例においては６ミクロンと３０ミクロンとの間の厚さまで、幾つかの実施例においては１５ミクロンと２５ミクロンとの間に厚さまで電気メッキを施されることができる。図１に示されているように、空隙３０は、ｎ型及びｐ型ボンディングパッド２８及び２４を電気的に隔離することができる。この空隙は、好ましくは、５０未満のミクロン幅である。上述の通り、ボンディングパッド２４及び２８は、熱輸送を提供すると共に、成長基板１０の除去の間に前記半導体層を支持する。ボンディングパッド２４及び２８により提供される熱輸送を必要としないと共に前記半導体層の支持を必要としない装置（即ち前記成長基板が前記装置から除去されない装置）において、ボンディングパッド２４及び２８は省略されることができ、マイクロバンプ３２は、ｐ型及びｎ型コンタクト上に直接的に形成されることができる。
【００２０】
ｎ型及びｐ型ボンディングパッド２８及び２４は、幾つかの実施例において前記ＬＥＤの領域の少なくとも６０％（即ち前記ＬＥＤ上の半導体材料の領域）を覆っており、幾つかの実施例において前記ＬＥＤの領域の少なくとも８５％を覆っている。
ＩＩＩ族ｎ型ＬＥＤの形成の慣例的な又は従来技術においてよく知られているものであり得るステップの詳細は、記載される必要がなく、添付図面に示されているのと同じ構造を形成する多くの仕方が存在する。慣例的な又はよく知られているものであり得るこのような詳細は、清浄、堆積技術（例えば、スパッタリング、ＣＶＤ、電子プレーティング等）、リソグラフィー技術、マスキング技術、エッチング技術、金属リフトオフ技術、フォトレジストストリッピング技術及びウェハからのダイの分離を含む。
【００２１】
図２において、フォトレジスト層３４が、ｐ型ボンディングパッド２４及びｎ型ボンディングパッド２８上に形成され、次いで、一連の小さい開口を形成するためにパターン化される。
【００２２】
図３において、コンプライアントな金属３２は、フォトレジスト層３４の開口内に電気メッキを施される。例えば、１５０ＧＰａ未満のヤング率を有する如何なる適切な金属も、使用されることができる。適切な金属の例は、約７８ＧＰａのヤング率を有する金、約１１０ＧＰａと１２８ＧＰａと間のヤング率を有する銅、及び約７０ＧＰａのヤング率を有するアルミニウムを含む。
【００２３】
図４において、フォトレジスト層３４はストリップされ、コンプライアントな金属マイクロバンプ３２を残す。マイクロバンプ３２は、例えば、側方限界において６ミクロンと２５ミクロンとの間であることができる。これらは、円形断面を有するが、フォトレジスト層３４においてパターニングされることができる如何なる断面も使用されることができる。マイクロバンプは、６〜２５ミクロンの高さであることができ、６〜２５ミクロン離間されている。マイクロバンプは、およそ同じ高さ及び幅を有することができる。幾つかの実施例において、マイクロバンプ３２の大きさ、高さ及び間隔は、フォトレジスト層３４の厚さによって決定される。内部でマイクロバンプ３２がメッキされているフォトレジスト層３４の空間は、前記フォトレジスト層が厚い限り、およそ広くかつ離間されて作られることができる。例えば、１０ミクロン厚のフォトレジスト層が使用される場合、パターニングされる最小のマイクロバンプは、約１０ミクロン幅であり得て、約１０ミクロン離間されていても良い。幾つかの実施例において、マイクロバンプ３２の大きさ、高さ及び間隔は、フォトレジスト層３４の厚さとは無関係である。前記マイクロバンプは、フォトレジスト層３４より厚くされることができるが、マッシュルーム状の頭部が前記フォトレジスト層の上方に形成される。前記ＬＥＤダイがマウントに取り付けられる場合、前記ＬＥＤダイと前記マウントとの間の殆どの又は全ての領域がマイクロバンプ材料によって充填されて前記ＬＥＤダイと前記マウントとの間には非常に小さい間隙が残る又は間隙は残らないよう前記マイクロバンプが変形するように、マイクロバンプ３２の大きさ及び間隔が、選択される。例えば、前記ＬＥＤダイをマウントに取り付けた後、前記マイクロバンプが形成されている領域（例えば、幾つかの実施例におけるｎ型及びｐ型ボンディングパッドの領域）、前記ＬＥＤダイと前記マウントとの間の空間は、幾つかの実施例においては変形されたマイクロバンプによって少なくとも５０％充填される、幾つかの実施例においては変形されたマイクロバンプによって少なくとも７５％充填される、幾つかの実施例においては変形されたマイクロバンプによって少なくとも８５％充填される。ボンディングの後、隣接するマイクロバンプ間の間隙は、幾つかの実施例においては２ミクロン未満であり得て、幾つかの実施例においては１ミクロン未満であり得る。ボンディング後のマイクロバンプの高さは、幾つかの実施例においては元の高さの５０％未満であり得て、幾つかの実施例においては元の高さの２０％未満であり得て、幾つかの実施例においては元の高さの１０％未満であり得る。
【００２４】
図４に示されている処理の後、装置のウェハは、ダイシングされることができる。
【００２５】
図５において、図４に示される装置は、反転されてマウント４０に取り付けられる。マイクロバンプ４２は、ＬＥＤダイ５上に形成されるマイクロバンプ３２と位置合わせするようにマウント４０上に形成されることができる。マイクロバンプは、ＬＥＤダイ５及びマウント４０の一方のみ又は両方の上に形成されることがでる、ＬＥＤダイ５は、ＬＥＤダイ５とマウント４０との間に圧力を加えることによってマウント４０に取り付けられることができる。圧力は、超音波エネルギ、熱又は両方ともを伴っても良い。超音波エネルギ及び熱の一方又は両方の付加は、ボンディングを形成するのに必要な圧力を減少することができる。前記マウント上に形成されるマイクロバンプ４２及び／又は前記ＬＥＤダイ上に形成されるマイクロバンプ３２は、ボンディングの間、塑性変形（即ち、これらは、これらの最初の形状に戻らない）を経て、ＬＥＤダイとマウント４０との間の連続的な又は殆ど連続的な金属支持を形成する。例えば、幾つかの実施例において、ボンディングの後、マイクロバンプは、ｎ型及びｐ型ボンディングパッド２８及び２４の領域に対応する前記ＬＥＤダイとマウント４０との間のほとんど全ての空間を充填する。
【００２６】
超音波ボンディングの間、ＬＥＤダイ５は、マウント４０上に位置決めされる。ボンディングの頭部は、ＬＥＤダイ５の上面に位置決めされ、しばしば、サファイア上で成長されたＩＩＩ族窒化物装置の場合にはサファイア成長基板１０上に位置決めされる。このボンディングの頭部は、超音波トランスデューサに接続されている。前記超音波トランスデューサは、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）層のスタックであっても良い。電圧が、当該システムを調和して共振させる周波数（しばしば、十又は数百ｋＨｚのオーダの周波数）において前記トランスデューサに印加される場合、前記トランスデューサは、振動し始め、前記ボンディングの頭部及びＬＥＤダイ５を、しばしば、マイクロメートルのオーダにおける振幅において振動させる。この振動は、マイクロバンプ３２及び４２の金属格子における原子を相互拡散させ、冶金学上連続的な接合を得る。熱及び／又は圧力は、ボンディングの間に、加えられることができる。超音波ボンディングの間、マイクロバンプ３２及び４２のような、コンプライアントなボンディング構造は、崩壊し、還流する。
【００２７】
幾つかの実施例において、当該装置の異なる部分に位置されているマイクロバンプの特性又は配置は、異なる特性を有することができる。例えば、マイクロバンプは、基板除去の間、更なる支持を必要とする当該装置の領域において一緒により密に離間されても良く及び／又はより大きくても良い。例えば、前記メサがｎ型領域を露出させるようにエッチングされる所の近くの領域において、前記メサのエッチングにより、残存しているｐ型材料は、前記メサのエッチングにより、僅かに薄くされ得る。これらの領域において、マイクロバンプは、当該薄い半導体材料への更なる支持を提供するために、更に密に離間されていても良く及び／又は大きくても良い。
【００２８】
マイクロバンプ３２は、他の技術によって（例えば、フォトレジストマスク及び金属リフトオフの方法を使用して）、又は堆積された又はメッキされた広い領域（厚いボンディングパッド）を機械的にパターニングすることによって形成されることができる。機械的なパターニング技術は、例えば、スタンピング、レーザー機械加工、化学若しくはドライエッチング、又は力学的な粗化を含んでいる。幾つかの実施例において、互いからオフセットされている複数の、積層のマイクロバンプが、使用されることができる。マイクロバンプの複数の層は、結果として、横及び縦の両方向におけるボンディングコンプライアンスをもたらすことができる。
【００２９】
幾つかの実施例において、マイクロバンプ３２及び４２は、異なるコンプライアントな、電気的及び熱的な伝導構造と交換される。図６は、代替的な実施例の一例を示している。マイクロバンプの代わりに、多孔性金属構造４６が、ＬＥＤダイ５とマウント４０との間に配される。多孔質金属構造４６は、ＬＥＤダイ５のボンディングパッド２４及び２８上に、マウント４０のボンディングパッド上４４に、又は前記ＬＥＤのボンディングパッド及び前記マウントのボンディングパッドの両方の上に形成されることができる。多孔質金属構造４６は、例えば、工程の下の柔軟な金属は、性質において前記メッキされた表面の多孔性、粗さ、又は樹枝状を作った工程条件の下での軟質金属のメッキによって、又は融着された多孔質構造を作る金属の小さい粒子の焼結によって、形成されることができる。次いで、ＬＥＤダイ５及びマウント４０が、上述のようにボンディングされることができる。多孔性金属構造４６は、ボンディングの間、塑性変形を経る。ハンダ（ボンディングの間に液体になる）と異なって、本願明細書に記載される前記マイクロバンプ及び多孔性金属構造のような、コンプライアントなボンディング構造は、一般に、固相において崩壊する。前記コンプライアントなボンディング構造をより柔軟になる又は溶融し始めさせることができる熱が、ボンディングの間に加えられることができるが、幾つかの実施例において、コンプライアントなボンディング構造は、完全に液相になるのに十分には熱くはならない。
【００３０】
マイクロバンプ又は多孔性金属構造のようなコンプライアントな構造は、ボンディングの間の高圧又は温度を必要とせずに、前記ＬＥＤダイ上の前記ボンディングパッドと、前記ＬＥＤダイが上部に取り付けられている前記マウントの表面との間の僅かな表面非平面性を補償することができる。マイクロバンプの変形する能力は、堅牢な熱的、機械的及び電気的接続によってボンディングを形成するために必要な圧力及び／又は温度を低減することができ、前記マウントへのボンディングの間のクラッククラッキング又は他の損傷の発生を低減することができる。
【００３１】
マウント４０へのＬＥＤダイ５のボンディングの後、成長基板１０は、例えば、レーザーリフトオフ、エッチング、又は特定の成長基板に適切な他の何らかの技術によって除去されることができる。前記成長基板を除去した後、前記半導体構造は、例えば、光電気化学エッチングによって薄くされることができる、及び／又は、前記表面は、例えば、フォトニック結晶構造によって粗くされる又はパターニングされることができる。従来技術において知られているレンズ、波長変換材料又は他の構造は、基板除去の後、ＬＥＤ５上に配されることができる。
【００３２】
幾つかの実施例において、ＬＥＤダイ５のエッジに沿った前記マイクロバンプは、ボンディングの間に封止を形成するように構成される。図４に示されている装置において、前記装置の縁におけるマイクロバンプ５０は、封止を形成するように構成される。前記封止は、当該装置のエッジに追加の力学的な支持を提供することができ、例えば、湿度又はシリコーンカプセルの材料のような、異質な材料が、ＬＥＤダイ５とマウント４０との間の何らかの空間に入るのを防止することができる。
【００３３】
図７は、エッジ封止の第１の例による装置の平面図である。図７に示されている装置において、連続的な、線形のバンプ封止５０は、マイクロバンプ３２を包囲している。例えば、エッジ封止は、ダイ５の縁におけるｐ型ボンディングパッド領域２４内のマイクロバンプを囲んでおり、ｐ型ボンディングパッドとｎ型ボンディングパッドとの間の間隙３０を囲んでいる。他の封止は、前記ｎ型ボンディングパッド領域２８上に形成された前記マイクロバンプを囲んでいる。図８は、図７に示されているような線形の周囲のバンプ封止５０ａを有する装置の部分を示している。線形のバンプ封止５０ａの部分のみが示されており、マイクロバンプ３２は、明確さのために省略されている。圧力５２がバンプ封止５０ａに印加される場合、例えば、マウント（図８において図示略）への装置５のボンディングの間、バンプ封止５０ａは、矢印５４によって示されているように、一方向のみにおいて変形することができる。図９は、ボンディングの間の塑性変形を経た後の、図８のエッジ封止を示している。エッジ封止５０ｂは、図８に示されている方向５４において広がっている。
【００３４】
図７及び８において示されている連続的な線形のエッジ封止５０ａは、一方向において変形することができるのみであるので、マイクロバンプ３２よりもコンプライアンスではなく、２つ以上の方向において変形することができる。結果として、ボンディングの間、マイクロバンプ３２の下にある前記ＬＥＤ装置の部分に及ぼされる力よりも大きい力が、エッジ封止５０ａの下にある前記ＬＥＤ装置の部分に及ぼされることができる。
【００３５】
幾つかの実施例において、エッジ封止５０は、ボンディングの間、２つ以上の方向において変形するように構成されている。幾つかの実施例において、エッジ封止５０の形状は、エッジ封止５０のコンプライアンスがマイクロバンプ３２のコンプライアンスに整合するように、選択される。
【００３６】
図１０は、２つ以上の方向において変形することができるエッジ封止５０ｃを備えている装置の部分を示している。エッジ封止５０ｃは、マイクロバンプ３２を囲んでいる、連続的で、非線形のバンプ封止である。封止の部分５０ｃのみが示されており、マイクロバンプ３２は、明確さのために省略されている。エッジ封止５０ｃは、波形の形状を有する。デバイス５のマウント（図１０の図示略）へのボンディングの間のように、圧力５２がバンプ封止５０ｃに印加される場合、バンプ封止５０ｃは、矢印５５及び５６によって指示されているように、２つ以上の方向において変形することができる。図１１は、ボンディングの間、塑性変形を経た後の、図１０のエッジ封止を示している。エッジ封止５０ｄは、図１０に示されている方向５５及び５６に広がっている。
【００３７】
図１２は、２つ以上の方向において変形することができるエッジ封止５０ｅの他の例による装置の部分を示している。エッジ封止５０ｅは、マイクロバンプ３２を囲むオフセットマイクロバンプの２つの線５０ｆ及び５０ｇである。エッジ封止５０ｅの一部のみが示されており、マイクロバンプ３２は、明確さのために両略されている。線５０ｆ及び５０ｇにおけるマイクロバンプは、互いと接触している必要はないが、互いと接触していても良い。マウント（図１２において図示略）への装置５のボンディングの間のように、圧力５２がバンプ封止５０ｅに印加される場合、バンプ封止５０ｅは、矢印５５及び５６によって示されているように２つ以上の方向において変形することができる。図１３は、ボンディングの間、塑性変形を経た後の図１２のエッジ封止を示している。エッジ封止５０ｅにおけるマイクロバンプの２つの線５０ｆ及びの５０ｇは、連続的な封止５０ｈを形成するために、図１２に示されている方向５５及び５６に広がっている。
【００３８】
上述した、超音波ボンディングの間、前記トランスデューサは、一般に、単一の方向において振動する。例えば、前記トランスデューサは、（図１０及び１２において示されている）軸５６に沿って振動することができ、軸５５に沿ってほとんど運動を生じない又は運動しない。コンプライアントなボンディング構造は、この振動軸に沿って優先的に崩壊する傾向がある。従って、幾つかの実施例において、エッジ封止５０は、前記振動軸に対して垂直な軸に沿って広く、前記振動軸に平行な軸に沿って狭い。
【００３９】
上述の例及び実施例は、フリップクリップＩＩＩ族窒化物発光装置を参照しているが、本願明細書において記載されているコンプライアントなボンディング構造及びエッジ封止は、如何なる適切な装置によっても使用されることができ、フリップチップ、ＩＩＩ族窒化物装置、ＬＥＤ又は発光装置である必要もない。
【００４０】
本発明を詳細に記載したが、当業者は、本開示を与えられ、本発明に対する変形が、願明細書において記載されている発明の概念の精神を逸脱することなく、なされることができることを理解するであろう。従って、本発明の範囲は、示されている及び記載されている特定の実施例に限定されるものではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置とマウントとの間にコンプライアントなボンディング構造を配するステップと、
前記半導体装置を前記マウントにボンディングするステップであって、このボンディングは、前記コンプライアントなボンディング構造が前記半導体装置を前記マウントに電気的に機械的に接続するように、前記コンプライアントなボンディング構造を崩壊させ、前記コンプライアントなボンディング構造は、ボンディングの間、固相に留まる、ステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記半導体装置は、
ｎ型領域とｐ型領域との間に配されている発光領域を有する半導体構造と、
前記ｎ型領域の一部に配されているｎ型金属構造と、
前記ｐ型領域の一部に配されているｐ型金属構造と、
を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コンプライアントなボンディング構造が複数の金属バンプを含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の金属バンプは、１５０ＧＰａ未満のヤング率を有する金属を含んでいる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の金属バンプは、金のバンプである、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ｎ型金属構造は、少なくとも１０ミクロンの厚さにおいて金の層を有しており、
前記複数の金属バンプの一部は、前記ｎ型金属構造上に形成され、
前記ｐ型金属構造は、少なくとも１０ミクロンの厚さにおいて金の層を有しており、
前記複数の金属バンプの一部は、前記ｐ型金属構造の上に形成される、
請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体構造の第１の領域において、最隣接のバンプが、前記半導体構造の第２の領域における最隣接のバンプよりも密に離間されている、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
ボンディングの後、前記ｐ型金属構造の領域に対応する前記半導体発光装置と前記マウントとの間の領域は、間隙によって分離されている崩壊された金属バンプによって占有される、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
崩壊された前記金属バンプは、前記複数の金属バンプの少なくとも１つの高さの２０％未満の高さを有している、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記コンプライアントなボンディング構造が、少なくとも１つの多孔性金属層を有している、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記半導体発光装置が、成長基板を更に有しており、当該方法が、ボンディングの後に前記成長基板を除去するステップを更に有している、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記コンプライアントなボンディング構造の前記半導体発光装置の縁に近接する部分は、ボンディングの間、前記コンプライアントなボンディング構造の前記部分が前記半導体発光装置と前記マウントとの間の封止を形成するように崩壊するように、構成されている、請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記コンプライアントなボンディング構造の前記半導体発光装置の縁に近接する部分は、連続的な、線形の金属バンプを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記コンプライアントなボンディング構造の前記半導体発光装置の縁に近接する部分は、連続的な、湾曲された金属バンプを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記コンプライアントなボンディング構造の前記半導体発光装置の縁に近接する部分は、前記金属バンプの少なくとも２つの線を有しており、前記少なくとも２つの線は、ボンディングの間、金属バンプの前記少なくとも２つの線が連続的な封止を形成するように崩壊するようにオフセットされている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１】
半導体装置とマウントとの間にコンプライアントなボンディング構造を配するステップと、
前記半導体装置を前記マウントにボンディングするステップであって、このボンディングは、前記コンプライアントなボンディング構造が前記半導体装置を前記マウントに電気的に機械的に接続するように、前記コンプライアントなボンディング構造を崩壊させ、前記コンプライアントなボンディング構造は、ボンディングの間、固相に留まる、ステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記半導体装置は、
ｎ型領域とｐ型領域との間に配されている発光領域を有する半導体構造と、
前記ｎ型領域の一部に配されているｎ型金属構造と、
前記ｐ型領域の一部に配されているｐ型金属構造と、
を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コンプライアントなボンディング構造が複数の金属バンプを含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の金属バンプは、１５０ＧＰａ未満のヤング率を有する金属を含んでいる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の金属バンプは、金のバンプである、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ｎ型金属構造は、少なくとも１０ミクロンの厚さにおいて金の層を有しており、
前記複数の金属バンプの一部は、前記ｎ型金属構造上に形成され、
前記ｐ型金属構造は、少なくとも１０ミクロンの厚さにおいて金の層を有しており、
前記複数の金属バンプの一部は、前記ｐ型金属構造の上に形成される、
請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体構造の第１の領域において、最隣接のバンプが、前記半導体構造の第２の領域における最隣接のバンプよりも密に離間されている、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
ボンディングの後、前記ｐ型金属構造の領域に対応する前記半導体発光装置と前記マウントとの間の領域は、間隙によって分離されている崩壊された金属バンプによって占有される、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
崩壊された前記金属バンプは、前記複数の金属バンプの少なくとも１つの高さの２０％未満の高さを有している、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記コンプライアントなボンディング構造が、少なくとも１つの多孔性金属層を有している、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記半導体発光装置が、成長基板を更に有しており、当該方法が、ボンディングの後に前記成長基板を除去するステップを更に有している、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記コンプライアントなボンディング構造の前記半導体発光装置の縁に近接する部分は、ボンディングの間、前記コンプライアントなボンディング構造の前記部分が前記半導体発光装置と前記マウントとの間の封止を形成するように崩壊するように、構成されている、請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記コンプライアントなボンディング構造の前記半導体発光装置の縁に近接する部分は、連続的な、線形の金属バンプを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記コンプライアントなボンディング構造の前記半導体発光装置の縁に近接する部分は、連続的な、湾曲された金属バンプを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記コンプライアントなボンディング構造の前記半導体発光装置の縁に近接する部分は、前記金属バンプの少なくとも２つの線を有しており、前記少なくとも２つの線は、ボンディングの間、金属バンプの前記少なくとも２つの線が連続的な封止を形成するように崩壊するようにオフセットされている、請求項１２に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８−９】
【図１０−１１】
【図１２−１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８−９】
【図１０−１１】
【図１２−１３】
【公表番号】特表２０１２−５１９９５４（Ｐ２０１２−５１９９５４Ａ）
【公表日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５２５４２（Ｐ２０１１−５５２５４２）
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１０／０５０７４８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１００５７７
【国際公開日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（５００５０７００９）フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー (197)
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１０／０５０７４８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１００５７７
【国際公開日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（５００５０７００９）フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー (197)
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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