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技術 半導体発光素子の製法

出願人 ローム株式会社
発明者 園部雅之
出願日 1999年4月30日 (20年2ヶ月経過) 出願番号 1999-124409
公開日 2000年11月14日 (18年8ヶ月経過) 公開番号 2000-315819
状態 特許登録済
技術分野 発光ダイオード LED素子(パッケージ以外)
主要キーワード 工程断面説明図 電気メッキ液 両パッド 導電形半導体層 電極用金属膜 LEDチップ表面 薄膜金属 発光ランプ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年11月14日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

側パッド電極を形成する際にレジスト膜などにより透明電極汚れないようにすると共に、パッド電極を簡単な方法で厚く形成し、ワイヤボンディングなどの信頼性を向上させることができる半導体発光素子製法を提供する。

解決手段

(a)ウェハ状基板上にn形層3およびp形層5を含み発光層を形成する半導体層を積層し、(b)前記積層される半導体層の表面側のp形層5上に透明電極6を形成すると共に、積層される半導体層の一部を除去して露出するn形層3上にn側電極金属膜9aを設け、(c)透明電極6およびn側電極用金属膜9aが設けられたウェハの表面にパシベーション膜7を設け、(d)パシベーション膜7の前記n側電極用金属膜の部分および透明電極6上のパッド電極の形成場所を開口し、(e)開口されて露出するn側電極用金属膜9aの部分および透明電極6上にそれぞれパッド電極8、9を形成する。

概要

背景

従来、青色系の光を発光する半導体発光素子チップ(以下、LEDチップという)の製法は、つぎのように行われる。すなわち、図4に示されるように、サファイア基板21上にたとえばn形のGaNからなるn形層クラッド層)23と、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さく発光波長を定める材料、たとえばInGaN系(InとGaの比率が種々変わり得ることを意味する、以下同じ)化合物半導体からなる活性層発光層)24と、p形のGaNからなるp形層(クラッド層)25とを順次エピタキシャル成長し、その表面にITOなどからなる透明電極26を介してp側パッド電極28を設け、積層された半導体層の一部をエッチングして露出するn形層23の表面にn側パッド電極29を設ける。そして、電極28、29が露出するように、たとえばSiO2 などのパシベーション膜27を表面に設けてからダイシングをしてチップ化する。

概要

p側パッド電極を形成する際にレジスト膜などにより透明電極が汚れないようにすると共に、パッド電極を簡単な方法で厚く形成し、ワイヤボンディングなどの信頼性を向上させることができる半導体発光素子の製法を提供する。

(a)ウェハ状基板上にn形層3およびp形層5を含み発光層を形成する半導体層を積層し、(b)前記積層される半導体層の表面側のp形層5上に透明電極6を形成すると共に、積層される半導体層の一部を除去して露出するn形層3上にn側電極金属膜9aを設け、(c)透明電極6およびn側電極用金属膜9aが設けられたウェハの表面にパシベーション膜7を設け、(d)パシベーション膜7の前記n側電極用金属膜の部分および透明電極6上のパッド電極の形成場所を開口し、(e)開口されて露出するn側電極用金属膜9aの部分および透明電極6上にそれぞれパッド電極8、9を形成する。

目的

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、p側パッド電極を形成する際にレジスト膜などにより透明電極が汚れないようにパッド電極を形成することができる半導体発光素子の製法を提供することにある。

本発明の他の目的は、パッド電極を簡単な方法で厚く形成し、ワイヤボンディングなどの信頼性を向上することができる半導体発光素子の製法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
7件

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請求項1

(a)ウェハ状基板上に第1導電形半導体層および第2導電形半導体層を含み発光層を形成する半導体層を積層し、(b)前記積層される半導体層の表面側の第2導電形半導体層上に透明電極を形成すると共に、前記積層される半導体層の一部を除去して露出する第1導電形半導体層上に第1の電極用金属膜を設け、(c)前記透明電極および第1の電極用金属膜が設けられたウェハの表面にパシベーション膜を設け、(d)該パシベーション膜の前記第1の電極用金属膜の部分および前記透明電極上のパッド電極の形成場所を開口し、(e)前記開口されて露出する第1の電極用金属膜の部分および透明電極上にそれぞれパッド電極を形成することを特徴とする半導体発光素子製法

請求項2

前記(e)工程で、ウェハを電気メッキ液に浸漬し、電気メッキ液と前記積層された半導体層との間に電圧印加することにより、前記パッド電極を電気メッキ法により形成する請求項1記載の製法。

請求項3

前記第1の電極をTi-Al合金とTi/Au積層体との積層により形成する請求項1または2記載の製法。

技術分野

0001

本発明はウェハ状基板上に、p形層およびn形層を含む半導体層を積層した後に、p形層およびn形層にそれぞれパッド電極を形成する半導体発光素子製法に関する。さらに詳しくは、パッド電極の形成時に光の取出し面を汚すことなく、また、ワイヤボンディング時などに剥れなどが生じにくいような厚いパッド電極を形成することができる半導体発光素子の製法に関する。

背景技術

0002

従来、青色系の光を発光する半導体発光素子のチップ(以下、LEDチップという)の製法は、つぎのように行われる。すなわち、図4に示されるように、サファイア基板21上にたとえばn形のGaNからなるn形層(クラッド層)23と、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さく発光波長を定める材料、たとえばInGaN系(InとGaの比率が種々変わり得ることを意味する、以下同じ)化合物半導体からなる活性層発光層)24と、p形のGaNからなるp形層(クラッド層)25とを順次エピタキシャル成長し、その表面にITOなどからなる透明電極26を介してp側パッド電極28を設け、積層された半導体層の一部をエッチングして露出するn形層23の表面にn側パッド電極29を設ける。そして、電極28、29が露出するように、たとえばSiO2 などのパシベーション膜27を表面に設けてからダイシングをしてチップ化する。

発明が解決しようとする課題

0003

前述のように、両パッド電極を設けた後に、そのパッド電極が露出するようにLEDチップの表面の全面にパシベーション膜が設けられている。このように最終的にパシベーション膜が設けられることにより、LEDチップ表面のほぼ全面をパシベーション膜により被覆するため、その後の取扱などにより表面を汚すことなく発光ランプなどに組み込まれるため好ましい。

0004

しかし、パッド電極を形成する際、リフトオフ法によるためレジスト膜を塗布したり、レジスト膜を剥離する処理が必要となる。この際、ITOまたはNi-Au合金、Co-Au合金などの薄膜金属などからなる透明電極の表面に異物が付着しやすく、透明電極の表面が汚れると透明電極を透過する光を減衰させ、発光効率を低下させるという問題がある。とくに、p側パッド電極を形成する場合、ITOなどの透明電極上に形成するため、パターニングをすることができず、リフトオフ法などにより形成しなければならず、汚れが顕著となる。さらに、汚れた表面にそのままSiO2 などの保護膜を設けると、保護膜のクラックや剥れなどが生じやすいという問題もある。

0005

また、従来はパッド電極もスパッタリングまたは真空蒸着法により設けられているため、厚く形成することが困難で、1μm程度の厚さに形成されている。そのため、ワイヤボンディングなどの際に力が加わると、パッド電極の接着面などにクラックが入ったりしてパッド電極の剥れなどが生じるという問題がある。

0006

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、p側パッド電極を形成する際にレジスト膜などにより透明電極が汚れないようにパッド電極を形成することができる半導体発光素子の製法を提供することにある。

0007

本発明の他の目的は、パッド電極を簡単な方法で厚く形成し、ワイヤボンディングなどの信頼性を向上することができる半導体発光素子の製法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明による半導体発光素子の製法は、(a)ウェハ状の基板上に第1導電形半導体層および第2導電形半導体層を含み発光層を形成する半導体層を積層し、(b)前記積層される半導体層の表面側の第2導電形半導体層上に透明電極を形成すると共に、前記積層される半導体層の一部を除去して露出する第1導電形半導体層上に第1の電極用金属膜を設け、(c)前記透明電極および第1の電極用金属膜が設けられたウェハの表面にパシベーション膜を設け、(d)該パシベーション膜の前記第1の電極用金属膜の部分および前記透明電極上のパッド電極の形成場所を開口し、(e)前記開口されて露出する第1の電極用金属膜の部分および透明電極上にそれぞれパッド電極を形成することを特徴とする。

0009

ここにパッド電極とは、ワイヤボンディングをしたり、直接またはバンプなどを介してリードなどの電極端子と接続する電極部分を意味する。

0010

この方法で行うことにより、透明電極上に設けるパッド電極を、透明電極上にパシベーション膜が設けられた状態で形成することができるため、透明電極を汚すことなく形成することができる。しかも、清浄な透明電極上にパシベーション膜が設けられているため、その密着力もよく、パシベーション膜の信頼性も向上する。

0011

前記(e)工程で、ウェハを電気メッキ液に浸漬し、電気メッキ液と前記積層された半導体層との間に電圧印加することにより、前記パッド電極を電気メッキ法により形成すれば、パシベーション膜から露出する部分のみに金属膜堆積され、材料の無駄がなく、効率よくパッド電極を厚く形成することができる。その結果、ワイヤボンディングなどの信頼性が非常に向上する。

0012

前記第1の電極をTi-Al合金とTi/Au積層体との積層により形成することにより、Ti-Al合金層の表面の酸化防止という利点がある。

発明を実施するための最良の形態

0013

つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体発光素子の製法について説明をする。図1には、青色系の発光に適したチッ化ガリウム系化合物半導体層をウェハ状のサファイア基板上に積層し、電極を設ける製造工程が1チップ分で示されている。ここにチッ化ガリウム系化合物半導体とは、III族元素のGaとV族元素のNとの化合物またはIII 族元素のGaの一部または全部がAl、Inなどの他のIII 族元素と置換したものおよび/またはV族元素のNの一部がP、Asなどの他のV族元素と置換した化合物からなる半導体をいう。

0014

まず、図1(a)に示されるように、ウェハ状の基板1上に第1導電形半導体層(n形層3)および第2導電形半導体層(p形層5)を含み発光層を形成する半導体層を積層する。そして、積層される半導体層の表面側のp形層5上にITOまたはNi-Au合金、Co-Au合金などの薄膜金属などからなる透明電極6を形成すると共に、積層される半導体層の一部を除去して露出するn形層3上に第1の電極用金属膜(n側電極)9aを設ける。

0015

具体的に説明すると、半導体層を積層するため、たとえば有機金属化学気相成長法(MOCVD法)により反応ガスおよび必要なドーパントガスを導入して、サファイア(Al2 O3 単結晶)などからなる基板1の表面に図示しないGaNからなる低温バッファ層と、クラッド層となるn形のGaNおよび/またはAlGaN系(AlとGaの比率が種々変わり得ることを意味する、以下同じ)の積層構造からなるn形層3を1〜5μm程度堆積し、さらに、バンドギャップエネルギーがクラッド層のそれよりも小さくなる材料、たとえばInGaN系化合物半導体層からなる活性層4を0.002〜0.3μm程度、p形のAlGaN系化合物半導体層および/またはGaN層からなるp形層(クラッド層)5を0.02〜0.5μm程度、それぞれ順次積層する。なお、積層後にp形層5の活性化のため、アニール処理を行うこともある。ついで、その表面に、たとえばNi-Au膜またはCo-Au膜またはITO膜を0.01〜0.05μm程度成膜し、エッチングまたはリフトオフ法により透明電極6を形成する。

0016

ついで、n側電極用金属膜(n側電極)9aを形成するため、積層される半導体層の一部を除去してn形層3を露出させる。すなわち、積層された半導体層の表面にレジスト膜などを設けてパターニングをし、積層された半導体層3〜5の一部をエッチングしてn形層3を露出させる。この際、各チップに分割する境界部の近傍の半導体層もエッチングすることがあるが、エッチングしなくてもよい。そして、図2にパシベーション膜を省略した状態の1チップの平面説明図が示されるように、n形層3を露出させる。このエッチングは、塩素ガスなどによる反応性イオンエッチングにより行うことができ、SiO2 、SiN、Ti、Niなどをマスクとして用いることにより、エッチングをすることができる。そして、n形層3の露出面に、TiおよびAlをそれぞれ0.1μm程度と0.3μm程度づつ真空蒸着などにより成膜してシンターすることにより合金化してn側電極9aを形成する。この電極9aの形状は、リフトオフ法または全面に成膜してからパターニングする方法により、形成される。この合金からなる電極により、優れたオーミックコンタクトが得られるが、さらにこの上にTi/Auの積層膜をそれぞれ0.1μm程度と0.4μm程度づつ真空蒸着などにより成膜することが、電極表面の酸化防止のため好ましい。

0017

つぎに、図1(b)に示されるように、透明電極6およびn側電極9aが設けられたウェハの表面に、SiO2 などからなるパシベーション膜7を設ける。具体的には、たとえばCVD法により、ウェハ表面の全面にSiO2 膜を0.5μm程度の厚さに成膜する。

0018

つぎに、図1(c)に示されるように、パシベーション膜7のn側電極9aの部分および透明電極6上のパッド電極の形成場所を開口し、開口部7a、7bを形成する。この開口部7a、7bは、半導体装置の製造工程のコンタクト孔を開口するのと同様に、開口する部分のみを除いたレジスト膜(図示せず)などのマスクを形成して、反応性イオンエッチング(RIE)法により、またはフッ酸によるウェットエッチング法によりパシベーション膜7をエッチングすることにより形成され、透明電極6およびn側電極9aが部分的に露出する。

0019

つぎに、図1(d)に示されるように、たとえば電解メッキ法により、パシベーション膜7の開口部7b、7aから露出する透明電極6およびn側電極9aの上に、Auを成膜してp側およびn側のパッド電極8、9をそれぞれ形成する。このパッド電極8、9は、それぞれ1〜7.5μm程度の厚さ、さらに好ましくは3〜5μm程度、たとえば3μm程度の厚さに形成される。従来の厚さに比べると3倍程度の厚さになるが、真空蒸着法などのように余計なところには付着しないで必要な場所のみに析出するため、短時間で効率よくパッド電極8、9を形成することができる。

0020

電気メッキ法により電極を形成するには、図3メッキ液に浸漬した説明図および半導体ウェハの一部の断面説明図が示されるように、ウェハ13の端部のn形層3にオーミック接触させた電極14を形成しておき、その部分にリード15を接続してメッキ液16中に浸漬してリード15を負電極17と接続し、正の電極18との間に電流を流すことにより、パシベーション膜7から露出した透明電極6およびn側電極9a上にAuを析出させることができる。この場合、p形層5は各チップごとに分離されているが、n形層3から積層された半導体層を介してメッキ用の電流が流れる。なお、図3で13aは各チップを指す。

0021

この例では、パッド電極8、9を電気メッキ法により設けたが、電気メッキ法によれば短時間で厚く電極膜を形成することができると共に、無駄なところには金属が付着しないで効率的に設けることができる。しかし、真空蒸着法やスパッタリング法などの他の方法で設けても、時間は掛かるものの、p側パッド電極8を形成する部分以外の透明電極6はパシベーション膜により被覆されているため、透明電極上の汚れの問題は発生せず、発光効率を向上させることができる。

0022

さらに、前述の例では、透明電極を設けてから、n側電極を設けるためのエッチングおよびn側電極の形成を行ったが、n側電極を設けた後に透明電極を形成し、その上にパシベーション膜を設けてもよく、順序は別に問わない。

0023

チッ化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体発光素子では、とくに透明電極上の一部にパッド電極を形成する際に、透明電極が汚れて透過する光が低下し、外部微分量子効率が低下しやすいという問題があるが、本発明によれば、パッド電極を形成する前に透明電極の表面にパシベーション膜が形成されているため、全然汚れの問題がなく、しかもパシベーション膜の異物による剥れや割れなどの発生がなくなり、信頼性が大幅に向上する。

0024

さらに、パッド電極を電気メッキ法により形成することにより、短時間で材料の無駄なく厚く形成することができる。その結果、パッド電極などの衝撃が加わりやすい電極でもその強度が向上し、ボンディングの信頼性が非常に向上する。また、従来ワイヤボンディングなどの衝撃に耐えやすくするため、Auの下にTiなどを成膜していたが、本発明によれば、充分に厚く形成することができるため、Tiなどの固い金属を途中に介在させる必要がなく、金属膜の形成工程を簡略化することもできる。

発明の効果

0025

本発明によれば、透明電極の汚れを抑制することができるため、外部微分量子効率が向上すると共に、パシベーション膜の被膜の信頼性が大幅に向上する。さらに、電気メッキ法によりパッド電極を形成することにより、材料の無駄がなく短時間で厚いパッド電極を形成することができるため、コストの削減を図ることができると共に、ワイヤボンディング時の歩留り向上および信頼性の向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

0026

図1本発明の製法の一実施形態の工程断面説明図である。
図2図1発光素子チップを上から見た平面説明図である。
図3電気メッキをするときのメッキ液への浸漬およびウェハの一部の断面説明図である。
図4従来の半導体発光素子の製法を説明する断面説明図である。

--

0027

1基板
3 n形層
5 p形層
6透明電極
7パシベーション膜
8 p側パッド電極
9 n側パッド電極

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