專利名稱：半導(dǎo)體復(fù)合裝置及其制造方法、led頭以及成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到半導(dǎo)體復(fù)合裝置、該半導(dǎo)體復(fù)合裝置的制造方法、采用該半導(dǎo)體復(fù)合裝置的LED頭、以及采用該LED頭的成像裝置。
背景技術(shù)：
圖20A和20B示出了“M.Konagai et al.，Journal of CrystalGrowth 45(1978)，PP277-280”所公開的常規(guī)半導(dǎo)體器件的示意圖。參照圖20A，半導(dǎo)體復(fù)合器件具有GaAs/異質(zhì)外延結(jié)構(gòu)，其中，剝離層3002被夾在GaAs基板3001與半導(dǎo)體膜3003之間。剝離層3002是5微米的Ga0.3Al0.7As層。半導(dǎo)體薄膜3003具有GaAs外延結(jié)構(gòu)。參照圖20B，半導(dǎo)體膜3003被浸入在氟化氫(HF)中，以便腐蝕掉剝離層3002，從而將上部半導(dǎo)體膜3003與GaAs基板3001分開。
從GaAs外延結(jié)構(gòu)分離的半導(dǎo)體膜3003然后被鍵合到例如硅基板(未示出)上。待要鍵合的表面的平整度決定了諸如鍵合強(qiáng)度和粘附力之類的鍵合質(zhì)量。于是，重要的是使鍵合表面非常平坦。例如該表面必須具有納米尺度的平整度。
而且，這種鍵合是用作用在待要鍵合的材料的鍵合表面之間的范德瓦爾斯力來實現(xiàn)的。因此，為了使作用在待要鍵合到一起的表面之間的力強(qiáng)度大，所述表面之間的距離必須短到納米。此外，一般地說，材料元件不一定要完全被暴露其表面。
待要鍵合的表面常常被例如有機(jī)物質(zhì)覆蓋。因此，良好的鍵合效果要求對鍵合表面進(jìn)行清洗。此外，為了獲得足夠的鍵合強(qiáng)度，有時還需要對待要鍵合的表面進(jìn)行活化。這種表面處理高度依賴于材料，因而可能很復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體鍵合技術(shù)，其中，能夠?qū)崿F(xiàn)待要鍵合的表面的處理和鍵合工藝，而無須使表面極為平坦或進(jìn)行特殊的表面處理。
本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體鍵合技術(shù)，其中，能夠得到良好的鍵合效果和鍵合強(qiáng)度分布，而無須使表面極為平坦或執(zhí)行特殊的表面處理。
一種半導(dǎo)體復(fù)合裝置包括半導(dǎo)體薄膜層(105，501，806)；以及基板(101，503，801)；其中，利用在所述半導(dǎo)體薄膜層與所述基板之間形成的高熔點金屬(103，403，803)和低熔點金屬(104，404，804)的合金(121+122，511+512，911+912)層，將所述半導(dǎo)體薄膜層(105，501，806)和所述基板(101，503)彼此鍵合。
合金(121+122，511+512，911+912)的熔點高于所述低熔點金屬(104，404，804)的熔點。
合金(121+122，511+512，911+912)層包含低熔點金屬(104，404，804)與所述半導(dǎo)體薄膜層(105，501，806)的材料的反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物(122，511，912)。
合金(121+122)是AuxIny、PdxIny、NixIny和組成該半導(dǎo)體薄膜的元素之一。
合金(121)層包含AuxIny、PdxIny、以及NixIny。
一種半導(dǎo)體復(fù)合裝置包括基板(101，503，801)；半導(dǎo)體薄膜層(105，501，806)；提供在所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)與所述基板之間的高熔點金屬層(103，403)；以及低熔點金屬(104，404)與高熔點金屬層(103，403)的一部分之間的反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)區(qū)(121+122，511+512，911+912)，所述反應(yīng)區(qū)(121+122，511+512，911+912)形成在高熔點金屬層(103，403)與所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)之間。
其中，利用形成在所述基板(101，503，801)與所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)之間的所述高熔點金屬層(103，403)和所述反應(yīng)區(qū)(121+122，511+512，911+912)，將所述基板(101，503，801)和所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)彼此鍵合。
反應(yīng)區(qū)(121+122，511+512，911+912)包含低熔點金屬(104)與形成所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)的材料之間的反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物(122，512，822，912)。
反應(yīng)區(qū)(122)是AuxIny、PdxIny、NixIny之一。
一種半導(dǎo)體復(fù)合裝置，包括基板(801)；半導(dǎo)體薄膜(806)；形成在所述基板(801)與所述半導(dǎo)體薄膜(806)之間的第一金屬層(803+804)，所述第一金屬層(803+804)由低熔點金屬(804)和高熔點金屬(803)形成；形成在所述半導(dǎo)體薄膜(806)與所述第一金屬層(803+804)之間的第二金屬層(805)，該第二金屬層提供與所述半導(dǎo)體薄膜的粘附以最小化該金屬層和該半導(dǎo)體薄膜(806)的表面之間的接觸電阻；以及由所述第一金屬層(803+804)和所述第二金屬層(805)之間的反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)區(qū)(822，912)；其中所述第一金屬層(803+804)包含由低熔點金屬和高熔點金屬之間的反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)區(qū)(821，911)。
第一金屬層(103+104，403+404)包含AuxIny、PdxIny、NixIny之一。
一種半導(dǎo)體復(fù)合裝置，包括包含第一材料的基板(101，503，801)；包含第二材料的半導(dǎo)體薄膜層(105，501，806)；提供在所述基板(101，503，801)與所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)之間的金屬層(121，512，911)，所述金屬層(121，512，911)至少包含低熔點金屬；以及所述第二材料與所述金屬層(121，512，911)之間的反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物(122，511，912)；其中，利用位于所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)與所述基板(101，503，801)之間的所述金屬層(121，512，911)和所述反應(yīng)產(chǎn)物(122，511，912)，將所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)和所述基板(101，503，801)彼此鍵合。
低熔點金屬選自包括In、Sn、Bi、Ce和Tl的組。鉈的熔點約為303℃。
高熔點金屬選自包括Au、Pd、Ni的組。
高第二金屬層(805)選自包括Ti、Ni、Ge的組。
半導(dǎo)體薄膜包含AlGaAs(205，206，207)，并包括由GaAs形成的層(204)，該GaAs層(204)與另一金屬形成的另一層相接觸。
半導(dǎo)體薄膜包含AlGaInP，并包含由GaAs形成的層，該GaAs層與另一金屬形成的另一層相接觸。
半導(dǎo)體薄膜包含氮化物半導(dǎo)體。
包含低熔點金屬的層至少包含一種低熔點金屬。
包含低熔點金屬的層至少包含一個層。
半導(dǎo)體薄膜層包括形成在其中的發(fā)光元件。
結(jié)合了上述半導(dǎo)體復(fù)合裝置的LED頭，還包括對從該半導(dǎo)體復(fù)合裝置發(fā)射的光進(jìn)行調(diào)節(jié)的光學(xué)系統(tǒng)(103)。
結(jié)合了上述LED頭(100，203c)的成像裝置，包括被所述LED頭(100，203c)照射的光電導(dǎo)體(201a)。
一種制造半導(dǎo)體復(fù)合裝置的方法，包含下列步驟形成半導(dǎo)體薄膜層；制備基板，此基板包括其表面上的高熔點金屬層和形成在高熔點金屬層上的低熔點金屬層；將半導(dǎo)體薄膜層置于基板的低熔點金屬層上，使得半導(dǎo)體薄膜層與低熔點金屬層緊密接觸；以及使低熔點金屬層在高于該低熔點金屬層的熔點但低于高熔點金屬層的熔點的溫度下熔化，此溫度不影響半導(dǎo)體薄膜層。
形成半導(dǎo)體薄膜包含形成與基板的低熔點金屬層緊密接觸的高熔點金屬層。
而且，從下列詳細(xì)描述，本發(fā)明的應(yīng)用范圍將變得明顯。但應(yīng)該理解的是，詳細(xì)描述和具體實例雖然指出了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，但僅僅是以說明的方式給出，因為根據(jù)該詳細(xì)描述，對于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說，本發(fā)明構(gòu)思與范圍內(nèi)的各種改變和修正，都是顯而易見的。


從給出的詳細(xì)描述和附圖中，可以更充分地理解本發(fā)明，附圖以說明的方式給出因此并不限制本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明第一實施方案的概略表示；
圖2是半導(dǎo)體薄膜的概略表示；圖3是俯視圖；圖4是沿圖3中A-A線截取的剖面圖；圖5-7示意性表示半導(dǎo)體元件的制造工藝；圖8示出了其上首先制造半導(dǎo)體薄膜的不同于GaAs基板的一種基板；圖9示出了半導(dǎo)體薄膜片(半導(dǎo)體薄膜和半導(dǎo)體薄膜的支持件)被安置在形成在硅基板上的金屬層結(jié)構(gòu)上的工藝；圖10示出了該片半導(dǎo)體薄膜以及與半導(dǎo)體薄膜片緊密接觸的金屬層結(jié)構(gòu)；圖11示出了與支持件分離的半導(dǎo)體薄膜。
圖12示出了在圖11的結(jié)構(gòu)已經(jīng)經(jīng)歷反應(yīng)之后的金屬層和半導(dǎo)體薄膜片；圖13示出了其中采用了圖9-12的半導(dǎo)體復(fù)合裝置的發(fā)光二極管(LED)；圖14是沿圖13中A-A線截取的剖面圖；圖15示出了第二實施方案；圖16和17示出了制造工藝的示意圖；圖18是其上安裝了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的LED頭的剖面圖；圖19示意剖面圖示出了采用配備有根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的LED頭的成像裝置；而圖20A和20B示出了一種常規(guī)半導(dǎo)體裝置。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，低熔點金屬層(In、Sn、Tl、Ce、Bi)被如下定義低熔點金屬層是其熔點在半導(dǎo)體裝置制造工藝中不影響元件(諸如發(fā)光二極管和電路元件)的金屬層。
在本發(fā)明中，用例如電子束蒸發(fā)系統(tǒng)，將金屬材料淀積在基板和半導(dǎo)體薄膜上，并用例如剝離方法在半導(dǎo)體薄膜的表面上形成金屬化圖形(例如圖3中的1014)。半導(dǎo)體器件根據(jù)制造階段而承受不同的溫度。在金屬化工藝和層間電介質(zhì)形成工藝中，半導(dǎo)體基板被加熱。而且，半導(dǎo)體基板在光刻工藝中被烘焙，或被燒結(jié)以形成用于布線的歐姆電極。制造工藝中的最高溫度低于400℃，依賴于應(yīng)用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的類型而變化。上述低熔點金屬的熔點低于制造工藝中半導(dǎo)體基板所經(jīng)歷的最高溫度。
在本發(fā)明中，高熔點金屬層(Au、Pd、Ni、Ag)被如下定義高熔點金屬層是其熔點高于形成半導(dǎo)體元件時的溫度的金屬層。換言之，高熔點金屬是在半導(dǎo)體制造工藝中最高溫度下能夠保持固體狀態(tài)的金屬。高熔點金屬具有例如600℃或以上的熔點。
在本發(fā)明中，粘合金屬層(Cr、Ti)被如下定義粘合金屬層是提供與基板(例如硅基板)的良好粘合和電接觸的金屬層。粘合金屬層的金屬不必具有非常高的熔點。但粘合金屬層在與低熔點金屬基本上相同的溫度下熔化是不可取的。因此，粘合金屬層由熔點相對高的金屬材料形成。粘合金屬層的熔點對于Cr是1890℃，而對于Ti是1675℃，因而粘合金屬層具有高的熔點。
在本發(fā)明中，術(shù)語“反應(yīng)”指的是在化合、固熔體、或低共熔狀態(tài)下產(chǎn)生合金的過程。本發(fā)明中的術(shù)語“合金”指的是半導(dǎo)體合成物和金屬以及不同金屬的合金之間的“反應(yīng)”產(chǎn)生的產(chǎn)物。
第一實施方案圖1是本發(fā)明第一實施方案的示意圖。參照圖1，金屬層(例如Cr)102是粘合層，它確保了高熔點金屬層(例如Au)103與硅基板101的良好粘合。
低熔點金屬層104由例如In形成。半導(dǎo)體薄膜105由AlGaAs異質(zhì)外延半導(dǎo)體層形成。
此半導(dǎo)體薄膜105具有例如GaAs/AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs/AlzGa1-zAs/GaAs的結(jié)構(gòu)，其中，x、y、z有下列關(guān)系1≥x≥0，1≥y≥0，1≥z≥0，x＞y且z＞y。低熔點金屬層的厚度為5-100nm。
高熔點金屬層(Au)103與低熔點金屬層(In)104在它們之間的界面111附近發(fā)生反應(yīng)，從而形成由一種或多種形式為AuxInx的成分構(gòu)成的低共熔層121。半導(dǎo)體薄膜105中的GaAs與低熔點金屬層(In)104在低熔點金屬層(In)104與半導(dǎo)體薄膜105之間的界面112處發(fā)生反應(yīng)，從而形成反應(yīng)層122。非常理想的是，低熔點金屬層(In)104與高熔點金屬層(Au)103和半導(dǎo)體薄膜105徹底地反應(yīng)，使得不存在任何未反應(yīng)的In部分。高熔點金屬層(Au)103的厚度為5-100nm。
圖2是半導(dǎo)體薄膜具體例子的示意圖。
參照圖2，剝離層203被夾在緩沖層202與半導(dǎo)體薄膜211之間。緩沖層202被夾在基板201與剝離層203之間。緩沖層202用作促進(jìn)半導(dǎo)體外延層在基板201上形成的緩沖區(qū)。如稍后所述，剝離層203被腐蝕掉，使得半導(dǎo)體薄膜211與圖2中結(jié)構(gòu)的剩余部分分離開。半導(dǎo)體薄膜211包括例如層204、205、206、207、208，亦即依次逐個堆疊的n-GaAs/n-AlxGa1-xAs/n-AlyGa1-yAs/p-AlzGa1-zAs/p-GaAs層。變量x、y、z可以有下列關(guān)系z＞y，x＞y。換言之，此半導(dǎo)體薄膜可以是雙異質(zhì)外延結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)形成了具有n-AlyGa1-yAs有源層(發(fā)光層)的發(fā)光二極管。
圖3和4示出了應(yīng)用圖1實施方案的半導(dǎo)體復(fù)合裝置。
圖3是俯視圖而圖4是沿圖3中A-A線截取的剖面圖。參照圖3，半導(dǎo)體元件1001(僅僅示出了一個)是例如用來驅(qū)動發(fā)光二極管的集成電路。連接區(qū)1002被提供在集成電路中，并通過單個布線1014被連接到相應(yīng)的半導(dǎo)體元件。附圖標(biāo)記1010表示金屬層區(qū)。公共區(qū)1011被共接到定義在半導(dǎo)體薄膜中的各個元件(僅僅示出了一個)。單個元件區(qū)1012分別包括相應(yīng)的發(fā)光區(qū)。半導(dǎo)體薄膜被選擇性地腐蝕到使臺面腐蝕的溝槽達(dá)到有源層下表面那樣深，從而定義單個元件1012。層間電介質(zhì)膜1013被形成來安排布線的路徑。單個布線1014是例如Ti/Pt/Au的疊層結(jié)構(gòu)。圖3中的示例性半導(dǎo)體膜具有包括多個排列成行的發(fā)光元件的發(fā)光二極管陣列。該集成電路包括驅(qū)動電流源電路及其輸入?yún)^(qū)，并且可包括邏輯信號處理電路。這些電路未示出。驅(qū)動電流源電路驅(qū)動各發(fā)光元件。控制信號通過輸入?yún)^(qū)被提供到發(fā)光元件。
下面來描述此實施方案中實現(xiàn)鍵合的方式。
重新參照圖1，在壓力下使半導(dǎo)體薄膜與高熔點金屬層(Au)103和低熔點金屬層(In)104的疊層緊密接觸，然后在高于In熔點的165℃的溫度下對其加熱。于是，In熔化，從而與半導(dǎo)體薄膜的GaAs層的粘合表面反應(yīng)，形成GaAs/In層(亦即反應(yīng)層122)。In的另一部分與高熔點金屬層(Au)103反應(yīng)，從而形成In/Au層(亦即低共熔層121)。在圖1中，Au的一部分仍然未反應(yīng)。低共熔層121包含反應(yīng)產(chǎn)物AuIn2和AuIn。AuIn2和AuIn的熔點分別約為540℃和510℃，比僅由In形成的層的熔點156℃高得多。當(dāng)Pd或Ni代替In用作低熔點金屬時，In/Pd的熔點為664-709℃，且In/Ni的熔點為462-770℃。
下面來描述此半導(dǎo)體復(fù)合裝置的制造工藝。
圖5-7示意圖示出了半導(dǎo)體元件的制造工藝。參照圖5，附圖標(biāo)記201和202分別表示GaAs基板和GaAs緩沖層。附圖標(biāo)記203和204分別表示剝離層(例如AlAs)和GaAs接觸層。附圖標(biāo)記205和206分別表示AlxGa1-xAs包層和AlyGa1-yAs有源層。附圖標(biāo)記207和208分別表示AlzGa1-zAs包層和GaAs接觸層。保護(hù)層311是厚度為1-100微米的抗蝕劑材料，保護(hù)著半導(dǎo)體薄膜片321。參照圖6，圖5的結(jié)構(gòu)被浸入在腐蝕劑，例如5-10％的HF中，以便僅僅腐蝕掉剝離層203。
圖7示出了借助于徹底腐蝕掉剝離層而已經(jīng)從圖6的結(jié)構(gòu)被分離之后的半導(dǎo)體薄膜321。
圖8示出了其上鍵合了半導(dǎo)體薄膜321的基板。該基板由與GaAs基板不同的材料(例如，Si)形成，并且其上形成有金屬層。圖8中的基板包括逐個形成在硅基板401上的金屬層402-404。參照圖8，粘合金屬層402確保了與硅基板401的良好粘合并由例如Cr制成。高熔點金屬層403是例如熔點相對高的金屬層(例如Au)。低熔點金屬層404由熔點低的金屬材料(例如In)制成。
圖9示出了一種制造工藝，其中，半導(dǎo)體薄膜片(半導(dǎo)體薄膜和該半導(dǎo)體薄膜的保護(hù)層)501被安裝到形成在該硅基板401(或503)上的金屬層結(jié)構(gòu)502上。在半導(dǎo)體薄膜片501被置于金屬層結(jié)構(gòu)502上之后，半導(dǎo)體薄膜片501和金屬層結(jié)構(gòu)502在壓力下被加熱，使得半導(dǎo)體薄膜片501與金屬層結(jié)構(gòu)502緊密接觸。圖9中的結(jié)構(gòu)在支持件311不會被損傷或變性但仍然可從半導(dǎo)體薄膜501取下的溫度下被加熱。此溫度是例如80-200℃。
圖10示出了彼此緊密接觸的半導(dǎo)體薄膜片501和金屬層結(jié)構(gòu)502。然后清除支持件311。亦即，將半導(dǎo)體薄膜片501浸入在加熱到例如80℃的抗蝕劑剝離劑中，以清除支持件311。
圖11示出了保護(hù)層311被分離后的半導(dǎo)體薄膜501、疊置金屬層結(jié)構(gòu)502和基板503。
然后，對圖11的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，使金屬層402-404彼此反應(yīng)，且低熔點金屬層404與GaAs接觸層204反應(yīng)。例如可以在加熱板上完成加熱。
圖12示出了在圖11的結(jié)構(gòu)已經(jīng)經(jīng)受反應(yīng)之后的金屬層402-404和半導(dǎo)體薄膜片501。圖12中的結(jié)構(gòu)基本上與圖1的結(jié)構(gòu)相同，其描述被省略。
圖13示出了應(yīng)用了圖9-12中的半導(dǎo)體復(fù)合裝置的發(fā)光二極管(LED)。參照圖13，附圖標(biāo)記701、702、703分別表示發(fā)光區(qū)、電極盤、以及歐姆電極。附圖標(biāo)記704表示形成在層間電介質(zhì)膜中的孔。圖14是沿圖13中A-A線截取的剖面圖。
參照圖14，圖13中的電極盤702包括接觸703，電極盤702通過該接觸703建立與半導(dǎo)體薄膜(GaAs層)的電連接。層間電介質(zhì)膜601形成在半導(dǎo)體薄膜上。層間電介質(zhì)膜601是例如用等離子體CVD形成的SiN膜。圖12中的結(jié)構(gòu)被選擇性地腐蝕到使分離溝槽達(dá)及未示出的有源層那樣深，由此定義彼此分離開的各個發(fā)光區(qū)?？梢杂冒珹u的薄膜，例如Ti/Pt/Au層，來形成電極。
根據(jù)第一實施方案，低熔點金屬層形成在高熔點金屬層上，且半導(dǎo)體薄膜被置于低熔點金屬層上。然后，整個結(jié)構(gòu)被加熱，使得整個結(jié)構(gòu)密接觸。然后，以低熔點金屬全部被反應(yīng)的方式，使低熔點金屬與高熔點金屬發(fā)生反應(yīng)。于是得到了下列優(yōu)點(1)結(jié)構(gòu)的表面平整度變得不是那么重要了，使得能夠容易地將不同類型的基板鍵合到一起，以及(2)低熔點金屬和高熔點金屬的低共熔合金具有比其組分更高的熔點，從而一旦已經(jīng)形成了低共熔合金，低共熔合金就不會在形成低共熔合金的溫度下熔化。結(jié)果，即使當(dāng)半導(dǎo)體薄膜受到制造工藝中的高溫時，半導(dǎo)體薄膜與硅基板之間的金屬層(低共熔合金)也完全不會熔化。
根據(jù)本發(fā)明低熔點金屬起著重要作用；低熔點金屬在形成于半導(dǎo)體薄膜中的元件不受影響的溫度下，將半導(dǎo)體薄膜105和基板101鍵合在一起。于是，可以從單個元素或合金選擇低熔點金屬，只要此金屬與提供在基板上的高熔點金屬具有良好的浸潤性即可。
根據(jù)本實施方案，高熔點金屬和低熔點金屬的低共熔合金具有比其組分更高的熔點。這意味著在合金形成時合金的組分熔化的溫度下，此合金不會熔化，從而確保了穩(wěn)定的鍵合狀態(tài)。這是理想的。
低熔點金屬和高熔點金屬的組合可以是In/Pd、In/Ni、Sn/Au、Sn/Ni、或Sn/Pd，來代替In/Au。
第二實施方案圖15示出了第二實施方案。
參照圖15，附圖標(biāo)記801和802分別表示例如硅基板和Cr金屬層。Cr金屬層802被用作維持高熔點金屬層803與硅基板801的粘合性的粘合層。高熔點金屬層803是例如Pd層。
低熔點金屬層804是例如In層。金屬層805是例如Ti/Pt/Au層，并與半導(dǎo)體薄膜806的鍵合表面形成歐姆接觸。金屬層805和半導(dǎo)體薄膜806的表面的反應(yīng)或接觸提供了歐姆接觸。或者，金屬層805可以是Ni/Ge、Ni/Ge/Au、AuGeNi、AuGeNi/Au、Al、Ni/Al或Ti/Al，這取決于該半導(dǎo)體薄膜的材料。高熔點金屬層803和低熔點金屬層804彼此反應(yīng)，以形成例如PdIn或PdIn3的低共熔層821。金屬層805和低熔點金屬層804彼此反應(yīng)，形成反應(yīng)層822。低熔點金屬層804應(yīng)該與金屬層805徹底地反應(yīng)，以便不剩余未被反應(yīng)的低熔點金屬。上述半導(dǎo)體元件的具體例子是例如第一實施方案所述的元件。
下面來描述制造工藝。
圖16和17示出了制造工藝的概述。
參照圖16，半導(dǎo)體薄膜片910包括半導(dǎo)體薄膜806、支持和/或保護(hù)其上的半導(dǎo)體薄膜806的保護(hù)層901、以及形成在半導(dǎo)體薄膜806背側(cè)的金屬層805。其上要鍵合半導(dǎo)體薄膜806的基板920包括例如硅基板801、Cr金屬層802、高熔點金屬層(Pd)803、以及低熔點金屬層(In)804。
圖17示出了已經(jīng)被鍵合在一起且支持件901已經(jīng)從半導(dǎo)體薄膜806被清除之后的半導(dǎo)體薄膜片910和基板920。在半導(dǎo)體薄膜片910已經(jīng)被鍵合到基板920上之后，或在半導(dǎo)體薄膜片910已經(jīng)被鍵合到基板920上且已經(jīng)從半導(dǎo)體薄膜806清除了支持件901之后，此結(jié)構(gòu)被加熱，使得金屬層803、804、805在其各自界面處彼此反應(yīng)，直至所有的低熔點金屬層804都被反應(yīng)了為止。為了分別組合高熔點金屬層(Pd)803、低熔點金屬層(In)804、以及金屬層(Au/Pt/Ti)805，圖17中的結(jié)構(gòu)在150℃下被加熱0.5小時。
如上所述，根據(jù)第二實施方案的半導(dǎo)體薄膜上形成有金屬層805，金屬層805與低熔點金屬層804形成歐姆接觸。這樣的有點在于金屬層805與低熔點金屬層804反應(yīng)實現(xiàn)了良好的鍵合效果，并且提供了與半導(dǎo)體薄膜806的良好粘合，從而使得金屬層805與半導(dǎo)體薄膜806的表面之間的接觸電阻小。
下面來描述第二實施方案的各種修正。
雖然已經(jīng)用In描述了低熔點金屬層804，但低熔點金屬層804也可以選自包括Sn、Tl、Ce、Bi的組。雖然已經(jīng)用Pd描述了高熔點金屬層803，但高熔點金屬層803的材料可以選自包括Au、Ag、Ni的組?；蛘撸呷埸c金屬層803可以是包含Au、Ag、Ni之一的層。同樣，雖然已經(jīng)用包含Au的金屬層描述了金屬層805，但金屬層805可以由選自包括Pd、Ag、Ni、Ge、NiGe、AuGeNi和Al的組的材料形成。或者，金屬層805可以是包含Pd、Ag、Ge、NiGe、AuGeNi和Al之一的層。與低熔點金屬層804直接接觸的金屬層805的表面部分可以是In。
已經(jīng)就硅基板和形成在硅基板上的化合物半導(dǎo)體薄膜描述了第二實施方案。但是基板和半導(dǎo)體薄膜的材料不局限于第二實施方案所述的那些材料?？梢杂弥T如玻璃基板、石英基板、或藍(lán)寶石基板的透明基板來代替硅基板?；蛘撸梢杂锰沾苫?、塑料基板、或金屬基板來代替硅基板。雖然半導(dǎo)體薄膜由AlGaAs/GaAs材料制成，但半導(dǎo)體薄膜也可以由AlGaInP/GaAs半導(dǎo)體或GaInAsP/InP半導(dǎo)體制成。而且，半導(dǎo)體薄膜可以是諸如InGaN/GaN半導(dǎo)體的氮化物半導(dǎo)體?；蛘?，半導(dǎo)體薄膜可以由諸如硅的半導(dǎo)體材料形成。而且，代替將半導(dǎo)體薄膜選擇性地腐蝕成為例如多個LED，也可以對半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行選擇性擴(kuò)散，以便形成所需的半導(dǎo)體元件。代替雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)也可以是單異質(zhì)結(jié)構(gòu)或同質(zhì)結(jié)構(gòu)。發(fā)光元件可以是激光器而不是LED。而且，半導(dǎo)體元件不局限于發(fā)光元件，也可以是光接收元件或一些其它半導(dǎo)體元件。
第三實施方案第三實施方案涉及到在將半導(dǎo)體基板鍵合到不同于此半導(dǎo)體基板的另一基板上之前，對低熔點金屬的暴露表面所執(zhí)行的表面處理。低熔點金屬的暴露表面在大氣壓下或真空中被例如N2等離子體或Ar等離子體輻照，以便從表面清除氧化物膜。然后，在真空中或在惰性氣體氣氛(例如N2氣)中使這些表面彼此緊密接觸，在這些氣氛中防止了各材料被氧化。然后，此結(jié)構(gòu)被加熱到高于低熔點金屬熔點的溫度，使各金屬彼此反應(yīng)。可以用活化低熔點金屬表面的材料來活化此表面，從而執(zhí)行鍵合操作。這種材料是例如胺，諸如其中加入了氟硼酸鹽的乙醇胺。諸如鹵化物的其它材料也可以被用來活化該表面。
根據(jù)第三實施方案，覆蓋低熔點金屬表面的氧化物膜被清除，從而提供均勻、良好的鍵合。
圖18是安裝了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的LED頭的剖面圖。參照圖18，LED頭2100包括基底部件2101以及固定在基底部件2101上的LED單元2102。LED單元2102采用了第一和第二實施方案所述的LED/驅(qū)動器復(fù)合芯片中的任何一種。于是，發(fā)光區(qū)2102a對應(yīng)于第一和第二實施方案的LED外延膜。柱狀透鏡陣列2103設(shè)置在光發(fā)射區(qū)2102a上以便聚焦從發(fā)光區(qū)2102a發(fā)射的光。柱狀透鏡陣列2103包括沿發(fā)光區(qū)2102a的直線排列的多個柱狀光學(xué)透鏡。柱狀透鏡陣列2103由透鏡夾具2104支持就位?；撞考?101和夾具2104分別形成有開口2101a和2104a。
基底部件2101、LED單元2102、以及透鏡夾具2104，被延伸通過開口2101a和2104a的夾持器2105一起夾持成為整體結(jié)構(gòu)。
于是，從LED單元2102發(fā)射的光通過柱狀透鏡陣列2103到達(dá)未示出的外部部件。此LED頭2100被用作例如電子照相成像裝置和電子照相復(fù)印機(jī)的曝光單元。
利用上述LED頭2100，LED單元2102采取第一和第二實施方案所述的LED/驅(qū)動器IC復(fù)合芯片之一的形式。于是，LED頭2100是一種緊湊、高質(zhì)量、且低成本的LED頭。
圖19示意剖面圖示出了一種采用配備有根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的LED頭的成像裝置。
參照圖19，成像裝置1200包括分別形成黃色、絳紅色、青色、以及黑色圖象的處理單元1201-1204。處理單元1201-1204沿記錄介質(zhì)1205被傳送的傳送路徑從上游到下游排列。每個處理單元1201-1204可以基本上相同；為了簡單起見，下面僅僅描述用來形成青色圖象的處理單元1203，可以理解的是，其它處理單元1201、1202、以及1204可以以相似的方式工作。
處理單元1203包括沿箭頭A所示方向旋轉(zhuǎn)的光電導(dǎo)鼓1203a。圍繞光電導(dǎo)鼓12038設(shè)置的是相對于光電導(dǎo)鼓1203a的旋轉(zhuǎn)依次排列的充電單元1203b和曝光單元1203c。充電單元1203b對光電導(dǎo)鼓1203a的表面進(jìn)行充電。曝光單元1203c根據(jù)印刷數(shù)據(jù)而選擇性地對光電導(dǎo)鼓1203a的充電表面進(jìn)行照明，以便形成靜電潛象。安置在曝光單元1203c下游的是顯影單元1203d，它將青色調(diào)色劑饋送到形成在光電導(dǎo)鼓1203a上的靜電潛影。安置在顯影單元1203d更下游的是清潔單元1203e，在將調(diào)色劑圖象轉(zhuǎn)印到記錄介質(zhì)1205上之后，清潔單元1203e清除保留在光電導(dǎo)鼓1203a表面上的殘留調(diào)色劑。用于各個單元的鼓和/或輥通過齒輪由未示出的驅(qū)動源來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。
紙盒1206被固定到成像裝置1200的下部區(qū)域，其中裝有一疊諸如紙的記錄介質(zhì)1205。跳躍輥1207被安置在紙盒1206上方，以便將記錄介質(zhì)1205逐頁送到記錄介質(zhì)1205的輸送路徑中。相對于記錄介質(zhì)1205的傳送方向，傳送輥1210和壓送輥1208被提供在跳躍輥1207的下游。傳送輥1210和壓送輥1208在將記錄介質(zhì)1205夾持在其間的同時，來傳送記錄介質(zhì)1205。對位輥1211和壓送輥1209被安置在傳送輥1210和壓送輥1208的下游，并彼此協(xié)同以避免記錄介質(zhì)1205歪斜，然后繼續(xù)傳送記錄介質(zhì)1205。跳躍輥1207、傳送輥1210、以及對位輥1211通過齒輪由未示出的驅(qū)動源來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)移輥1212由導(dǎo)電橡膠材料組成，并被安置成面對處理單元1201-1204的光電導(dǎo)鼓。轉(zhuǎn)移輥1212接收高電壓，以便在光電導(dǎo)鼓1201a-1204a與轉(zhuǎn)移輥1212的表面電位之間產(chǎn)生電位差。
定影單元1213包括熱輥和支持輥，它們將熱和壓力施加到記錄介質(zhì)1205，以便將調(diào)色劑圖象熔融成永久圖象。釋放輥1214和1215與壓送輥1216和1217協(xié)同將記錄介質(zhì)1205以夾在其間的關(guān)系夾持在它們之間，并將記錄介質(zhì)釋放到堆疊機(jī)1218上。固定單元1213和釋放輥1214通過齒輪由未示出的驅(qū)動源來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。曝光單元1203c采取上述圖16中LED頭2100的形式。
下面來描述具有上述構(gòu)造的成像裝置的工作。跳躍輥1207將記錄介質(zhì)1205疊層的頂頁與剩余頁分離，然后將頂頁送到傳送路徑中。記錄介質(zhì)1205隨后以夾在其間的關(guān)系被夾持在傳送輥1210、對位輥1211、以及壓送輥1208和1209之間，并穿過定義在光電導(dǎo)鼓1201a與傳送輥1212之間的轉(zhuǎn)印點。隨著光電導(dǎo)鼓1201a的旋轉(zhuǎn)，記錄介質(zhì)1205前進(jìn)通過轉(zhuǎn)印點，使得調(diào)色劑圖象被轉(zhuǎn)印到記錄介質(zhì)1205上。
曝光單元1201c-1204c形成相應(yīng)顏色的靜電潛象，且顯影單元1201d-1204d將靜電潛象顯影成相應(yīng)顏色的調(diào)色劑圖象。當(dāng)記錄介質(zhì)1205穿過處理單元1202-1204的轉(zhuǎn)移點時，各個顏色的調(diào)色劑圖象就在對準(zhǔn)中被逐個轉(zhuǎn)印。記錄介質(zhì)1205進(jìn)入用來熔融調(diào)色劑圖象的定影單元1213，并在熔融之后離開定影單元1203。然后，記錄介質(zhì)1205在被夾持于釋放輥1214和1215與壓送輥1216和1217之間的情況下前進(jìn)，最后被釋放到成像裝置1200外面的堆疊機(jī)1218上。
利用上述的LED頭2100，本發(fā)明的成像裝置提供了有效的空間利用、高的打印質(zhì)量、以及低的制造成本。
空間的有效利用和低的制造成本的優(yōu)點，不僅可應(yīng)用于全色打印機(jī)和復(fù)印機(jī)，而且還可應(yīng)用于單色打印機(jī)、多色打印機(jī)、以及復(fù)印機(jī)。特別是當(dāng)本發(fā)明被應(yīng)用于采用多個曝光單元的全色打印機(jī)時，這些優(yōu)點是非常突出的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體復(fù)合裝置，包含半導(dǎo)體薄膜層(105，501，806)；以及基板(101，401，503，801)；其中，所述半導(dǎo)體薄膜層(105，501，806)和所述基板(101，401，503，801)被形成在所述半導(dǎo)體薄膜層(105，501，806)與所述基板(101，401，503，801)之間的高熔點金屬(103，403，803)和低熔點金屬(104，404，804)的合金層(121+122，511+512，821+822，911+912)彼此鍵合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，合金(121+122，511+512，821+822，911+912)的熔點高于所述低熔點金屬(104，404，804)的熔點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，合金層(121+122，511+512)包含低熔點金屬(104，404，804)與所述半導(dǎo)體薄膜層(105，501)的材料反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物(122，511)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，合金(121+122)包括制成該半導(dǎo)體薄膜的化學(xué)元素和包含AuxIny、PdxIny、NixIny的組中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，合金層(121)包含AuxIny、PdxIny以及NixIny之一。
6.一種半導(dǎo)體復(fù)合裝置，包含基板(101，503，801)；半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)；提供在所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)與所述基板之間的高熔點金屬層(103，403，803)；以及由低熔點金屬(104，404，804)與所述高熔點金屬層(103，403，803)的一部分反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)區(qū)(121+122，511+512，821+822，911+912)，所述反應(yīng)區(qū)(121+122，511+512，821+822，911+912)形成在高熔點金屬層(103，403，803)與所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)之間。其中，所述基板(101，503，801)和所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)被形成在所述基板(101，503，801)與所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)之間的所述高熔點金屬層(103，403，803)和所述反應(yīng)區(qū)(121+122，511+512，821+822，911+912)彼此鍵合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，所述反應(yīng)區(qū)(121+122，511+512)包含低熔點金屬(104，404)與形成所述半導(dǎo)體薄膜(105，501)的材料反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物(122，511+512)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，所述反應(yīng)區(qū)(121，512，831，911)是AuxIny、PdxIny、NixIny之一。
9.一種半導(dǎo)體復(fù)合裝置，它包含基板(801)；半導(dǎo)體薄膜(806)；形成在所述基板(801)與所述半導(dǎo)體薄膜(806)之間的第一金屬層(803+804)，所述第一金屬層(803+804)由低熔點金屬(804)和高熔點金屬(803)形成；形成在所述半導(dǎo)體薄膜(806)與所述第一金屬層(803+804)之間的第二金屬層(805)，所述第二金屬層提供與所述半導(dǎo)體薄膜的粘接，以最小化該金屬層和該半導(dǎo)體薄膜(806)的表面之間的接觸電阻；以及由所述第一金屬層(803+804)和所述第二金屬層(805)之間的反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)區(qū)(822，912)；其中所述第一金屬層(803+804)包含由低熔點金屬(804)和高熔點金屬(803)之間的反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)區(qū)(821，911)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，所述第一金屬層(804+803)包含AuxIny、PdxIny、NixIny之一。
11.一種半導(dǎo)體復(fù)合裝置，它包含包含第一材料的基板(101，503，801)；包含第二材料的半導(dǎo)體薄膜(105，501，806)；提供在所述基板(101，503，801)與所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，805+806)之間的金屬層(103+104，403+404，803+804)，所述金屬層(103+104，403+404，803+804)至少包含低熔點金屬；以及所述第二材料與所述金屬層(103+104，403+404，803+804)之間的反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物(122，511，822，912)；其中，所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，805+806)和所述基板(101，503，801)被位于所述半導(dǎo)體薄膜(105，501，805+806)與所述基板(101，503，801)之間的所述金屬層(103+104，403+404，803+804)和所述反應(yīng)產(chǎn)物(122，511，822，912)彼此鍵合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，所述低熔點金屬選自包括In、Sn、Bi、Ce和Tl的組。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，所述高熔點金屬選自包括Au、Pd和Ni的組。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，所述高第二金屬層(805)選自包括Ti、Ni、Ge、Al、Au、NiGe和AuGeNi的組。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，所述半導(dǎo)體薄膜包含AlGaAs(205，206，207)，并包含由GaAs形成的層(204)，該GaAs層(204)與另一金屬形成的另一層相接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，所述半導(dǎo)體薄膜包含AlGaInP，并包含由GaAs形成的層，該GaAs層與另一金屬形成的另一層相接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，所述半導(dǎo)體薄膜包含氮化物半導(dǎo)體。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，所述包含低熔點金屬的層至少包含一種低熔點金屬。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，所述包含低熔點金屬的層至少包含一個層。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體復(fù)合裝置，其中，所述半導(dǎo)體薄膜層包括形成在其中的發(fā)光元件。
21.一種結(jié)合了根據(jù)權(quán)利要求1的所述半導(dǎo)體復(fù)合裝置的LED頭，它包含對從半導(dǎo)體復(fù)合裝置發(fā)射的光進(jìn)行調(diào)節(jié)的光學(xué)系統(tǒng)(103)。
22.一種結(jié)合了根據(jù)權(quán)利要求21的所述LED頭(2100，1203c)的成像裝置，它包含被所述LED頭(2100，1203c)照射的光電導(dǎo)體(1201a)。
23.一種制造半導(dǎo)體復(fù)合裝置的方法，它包含下列步驟形成半導(dǎo)體薄膜層；制備基板，此基板包括其表面上的高熔點金屬層和形成在高熔點金屬層上的低熔點金屬層；將半導(dǎo)體薄膜層置于基板的低熔點金屬層上，使半導(dǎo)體薄膜層與低熔點金屬層緊密接觸；以及使低熔點金屬層在高于該低熔點金屬層的熔點但低于高熔點金屬層的熔點的溫度下熔化，此溫度不影響半導(dǎo)體薄膜層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中，所述形成半導(dǎo)體薄膜包含形成與基板的低熔點金屬層緊密接觸的高熔點金屬層。
全文摘要
一種半導(dǎo)體復(fù)合裝置，它包括半導(dǎo)體薄膜層(105，501，806)以及基板(101，503，801)。半導(dǎo)體薄膜層(105，501，806)和基板被形成在半導(dǎo)體薄膜層與基板之間的高熔點金屬和低熔點金屬的合金層(121+122，511+512，911+912)彼此鍵合。此合金的熔點高于低熔點金屬(104，404，804)的熔點。合金層(121+122，511+512，911+912)包含低熔點金屬(104，404，804)與所述半導(dǎo)體薄膜層(105，501，806)的材料反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物(122，511，912)。
文檔編號H01L21/02GK1790682SQ20051011944
公開日2006年6月21日 申請日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者荻原光彥, 藤原博之, 鈴木貴人, 佐久田昌明, 安孫子一松 申請人:沖數(shù)據(jù)株式會社