具有半导体薄膜的组合半导体装置制造方法及图纸

一种组合半导体装置（１００），包括：　　　　衬底（１０１）；　　　　布置并接合在衬底上的第一半导体薄膜（１０３），第一半导体薄膜包括至少一个半导体器件（１０６）；　　　　布置并接合在衬底上的第二半导体薄膜（１０４），第二半导体薄膜包括集成电路和第一端子（１０７ａ）；以及　　　　作为薄膜形成的第一单独互连线（１０５），从第一半导体薄膜（１０３）延伸，越过衬底（１０１）的所述表面，延伸到第二半导体薄膜（１０４），将第一半导体薄膜中的半导体器件（１０６）与第二半导体薄膜中的第一端子（１０７ａ）电连接。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体装置，它可用在例如电子照相打印机的发光二极管(LED)打印头中。
技术介绍
参考图28，常规的LED打印头900包括了一电路板901，其上面装配了具有电极焊盘903的多个LED阵列芯片902，以及具有电极焊盘905的多个驱动器集成电路(IC)芯片904。电极焊盘903，905通过接合线906互连，从驱动IC芯片904经接合线906向形成在LED阵列芯片902中的LED907提供电流。驱动IC芯片904上的其它电极焊盘909通过其它接合线911与电路板901上的接合焊盘910连接。为了得到可靠的引线接合，电极焊盘903，905，909必须相当大，如一百微米见方(100μm×100μm)，并且LED阵列芯片902必须具有与驱动IC芯片904(典型250-300μm)大约相同的厚度，尽管LED阵列芯片902的功能部分(LED907)距离表面仅有约5μm的深度。为了适应引线接合的需要，仅仅为了容纳LED907，LED阵列芯片902就必须比必要量要大许多和厚许多。这些要求提高了LED阵列芯片902的尺寸和材料成本。正如图29中的平面图所示，在每个LED阵列芯片902上电极焊盘903可能必需排成交叉的形式。这种排列进一步增加了芯片面积，并且由于增加了从一些LED907到它们的电极焊盘903的路径长度而增加了相关的电压降。还不得不增加驱动IC芯片904的尺寸来容纳大量的接合焊盘905，驱动IC芯片904通过接合焊盘905与LED阵列芯片902互连。在日本尚未审查的专利申请公布号No10-063807(图3-6，图8和段落0021)中公开了具有薄膜结构的发光元件，但是这些发光元件具有焊料凸点的电极焊盘，经过它来提供电流。一个这种发光元件的阵列占用与常规LED阵列芯片902基本上相同的面积。
技术实现思路
本专利技术的总的目的是减小半导体装置的尺寸和材料成本。更具体的目的是减小包含有发光元件阵列和它们的驱动电路的半导体装置的尺寸和材料成本。本专利技术提供了一种集成半导体装置，其中与衬底分开形成一对半导体薄膜，然后将这对薄膜接合到衬底上。第一半导体薄膜包括至少一个半导体器件。第二半导体薄膜包括了一集成电路和端子以驱动第一半导体膜中的半导体器件。一单独互连线从第一半导体薄膜延伸到第二半导体薄膜，部分地经过衬底并且将第一半导体薄膜中的半导体器件与第二半导体薄膜中的端子电连接。如果需要的话，可以提供电介质膜以使得单独互连线与部分半导体薄膜以及与衬底绝缘。在第一半导体薄膜中的半导体器件可以是LED。该半导体薄膜可以包括由位于第二半导体薄膜中的集成电路所驱动的LED阵列。与包含LED阵列芯片和分离的驱动IC芯片的常规半导体装置相比，本专利技术的半导体装置减少了材料成本，这是因为LED阵列和集成电路简化成薄膜并且由此减小了装置的总体尺寸。因为取消了常规的用于互连LED和它们的驱动电路的大的引线接合焊盘，并且因为减小了LED和它们的驱动电路之间的距离，所以总体尺寸缩小了。附图说明在附图中图1是示意性示出根据本专利技术第一实施例的部分集成LED/驱动IC芯片的透视图；图2是示意性示出图1中的集成LED/驱动IC芯片的平面图；图3是更详细的示意性示出图1中的部分集成LED/驱动IC芯片的平面图；图4是示意性示出图3中的经过线S4-S4剖面部分的剖视图；图5是半导体晶片的平面图，在该晶片上根据本专利技术第一实施例制作了集成LED/驱动IC芯片；图6A到6E是示意性示出制作图1中的集成LED/驱动IC芯片的制作工艺步骤的平面图；图7是示意性示出在LED外延薄膜制作工艺中第一阶段的剖视图；图8是示意性示出在LED外延薄膜制作工艺中第二阶段的剖视图；图9是示意性示出在LED外延薄膜制作工艺中第三阶段的剖视图；图10是示意性示出图9中的经过线S9-S9剖面部分的割视图；图11A，11B和11C是示意性示出制作图1中集成电路薄膜的工艺步骤的剖视图；图12是示意性示出根据本专利技术第二实施例的部分集成LED/驱动IC芯片的平面图；图13是示意性示出根据第三实施例的部分集成LED/驱动IC芯片的平面图；图14是示意性示出图13中的经过线S14-S14剖面部分的剖视图；图15是示意性示出根据本专利技术第四实施例的部分集成LED/驱动IC芯片的平面图；图16是示意性示出图15中的部分集成LED/驱动IC芯片的透视图；图17是示意性示出图15中的经过线S17-S17剖面部分的剖视图；图18是示意性示出根据本专利技术第五实施例的部分集成LED/驱动IC芯片的透视图；图19是示意性示出图18中的部分集成LED/驱动IC芯片的平面图；图20是示意性示出根据本专利技术第六实施例的部分集成LED/驱动IC芯片的平面图；图21是示意性示出根据第七实施例的部分集成LED/驱动IC芯片的平面图；图22是示意性示出根据第八实施例的部分集成LED/驱动IC芯片的平面图；图23是示意性示出图22中的部分集成LED/驱动IC芯片的透视图；图24是举例说明制作第八实施例中的集成电路薄膜的平面图；图25是示意性示出根据本专利技术第九实施例的集成LED/驱动IC芯片的平面图；图26是示意性示出使用本专利技术半导体装置的LED打印头的剖视图；图27是示出使用本专利技术的半导体装置的LED打印头的示意性切去一部分的侧视图；图28是示意性示出常规的LED打印头的一部分的透视图；和图29是示意性示出在常规的LED打印头中的部分LED阵列芯片的平面图。具体实施例方式现在将参考附图说明本专利技术的实施例，其中相同的参考符号表示相同的元件。第一实施例在图1透视图中和图2和3的平面图中示意性示出了的本专利技术半导体装置的第一实施例，它是集成LED/驱动IC芯片100，包括衬底101、金属层102、多个半导体薄膜和集成电路薄膜104，金属层102与衬底101的部分表面紧密接触，下文中称为LED外延膜103的多个半导体薄膜接合到金属层102的表面，集成电路薄膜104接合到衬底101的表面，通过多个单独互连线105与LED外延膜103互连，如图3更清晰所示。衬底101可以是绝缘衬底，如玻璃，树脂或者陶瓷衬底。可选的，衬底101可以是金属衬底或者半导体衬底。在衬底101的表面上与接合集成电路薄膜104的部分相邻但没有覆盖的区域内形成金属层102。金属层102例如是厚度约100纳米(100nm＝0.1μm)的钯或金膜。LED外延膜103接合到金属层102的表面。金属层102的功能既包括与LED外延膜103的接合又包括将位于LED底部表面上的公共端子区(没有示出)与衬底101上的公共端子区(没有示出)的电连接。优选在金属层102和衬底101上的公共端子区之间形成欧姆接触。在这个实施例中，LED外延膜103的公共端子区是占据LED外延薄膜的全部底面的n型GaAs层。衬底101的公共端子区表示与提供在衬底101上的金属层102接触的衬底区。在第一实施例的变化中，衬底101的公共端子区包括衬底101上形成的端子，它使得既与金属层102接触又与集成电路薄膜104接触。在另一个变化中，金属层102覆盖了衬底101的整个表面并且LED外延膜103和集成电路薄膜104都接合到金属层102的表面。如图3所示，在LED外延膜103中以规则的间隔形成多个发光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合半导体装置(100)，包括衬底(101)；布置并接合在衬底上的第一半导体薄膜(103)，第一半导体薄膜包括至少一个半导体器件(106)；布置并接合在衬底上的第二半导体薄膜(104)，第二半导体薄膜包括集成电路和第一端子(107a)；以及作为薄膜形成的第一单独互连线(105)，从第一半导体薄膜(103)延伸，越过衬底(101)的所述表面，延伸到第二半导体薄膜(104)，将第一半导体薄膜中的半导体器件(106)与第二半导体薄膜中的第一端子(107a)电连接。2.权利要求1的组合半导体装置(100)，还包括布置在第一半导体薄膜(103)和衬底(101)之间的导电材料层(102)，该导电材料层(102)接合形成在衬底(101)上且第一半导体薄膜接合于导电材料层(102)，由此该第一半导体薄膜接合在衬底上。3.权利要求2的组合半导体装置(100)，其中导电材料层(102)是金属层或者多晶硅层。4.权利要求1的组合半导体装置(100)，其中作为衬底(101)的主要材料有玻璃、树脂、陶瓷、金属或者半导体。5.权利要求1的组合半导体装置(180)，还包括在衬底(101)上形成的电路图案(182)，该电路图案包括互连线、电阻器和电容器中的至少一种。6.权利要求5的组合半导体装置(180)，还包括作为薄膜形成的第二单独互连线(186)，其中所述第二半导体薄膜(184)具有第二端子(184b)；在衬底(101)上形成的电路图案(182)具有第三端子(182a)；和第二单独互连线(186)从第二半导体薄膜(184)延伸到衬底(181)上的电路图案(182)，它使第二端子(184b)与第三端子(182a)电互连。7.权利要求6的组合半导体装置(180)，其中第二单独互连线(186)是通过光刻形成的。8.权利要求6的组合半导体装置(180)，其中第二单独互连线(186)包括Au层、Ti/Pt/Au多层、Au/Zn多层、AuGeNi/Au多层、Pd层、Pd/Au多层、Al层、Al/Ni多层、多晶硅层、ITO层和ZnO层中的至少一种。9.权利要求1的组合半导体装置(100)，其中作为第一半导体薄膜(103)的主要材料有非晶硅、单晶硅、多晶硅、化合物半导体或者有机半导体。10.权利要求1的组合半导体装置(100)，其中第一半导体薄膜(103)是外延生长的化合物半导体膜。11.权利要求10的组合半导体装置(100)，其中第一半导体薄膜(103)至少包括AlxGa1-xAs(0≤x＜1)，(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x＜1且0≤y＜1)，GaN，AlGaN和InGaN中的一种。12.权利要求1的组合半导体装置(100)，其中在所述第一半导体薄膜(103)中的半导体器件(106)是发光器件、光电探测器、霍尔元件和压电器件中的一种，并且在第二半导体薄膜(104)中的集成电路包括用于驱动半导体器件(106)的驱动器电路(107)。13.权利要求1的组合半导体装置(100)，其中第一半导体薄膜(103)包括以规则间隔布置的多个半导体器件(106)，所述半导体器件(106)是该多个半导体器件中的一个。14.权利要求1的组合半导体装置(100)，其中第一半导体薄膜(103)仅仅包...

【专利技术属性】
技术研发人员：荻原光彦，藤原博之，安孙子一松，佐久田昌明，
申请(专利权)人：冲数据株式会社，
类型：发明
国别省市：