专利名称：具有半导体薄膜的半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用在例如电子照相打印机中的发光二极管(LED)打印头中的半导体装置。
背景技术：
参考图45，常规LED打印头900包括电路板901，其上安装了具有电极焊盘903(electrode pad)的多个LED阵列芯片902，和包括具有电极焊盘905的多个驱动集成电路(IC)芯片904。电极焊盘903、905通过接合线906相互连接，通过接合线906从驱动器IC芯片904提供电流给形成在LED阵列芯片902内的LED907。
为得到可靠的引线接合，电极焊盘903、905必须相当大，即，一百微米见方的正方形(100μm×100μm)，LED阵列芯片902必须具有与驱动器IC芯片904(典型250-300μm)近似相等的厚度，即便是LED阵列芯片902的功能部分(LED907)具有离表面仅约5μm的深度。为满足引线接合的需要，LED阵列芯片902必须远远大于且厚于仅用于容纳LED907所必需的尺寸和厚度。这些要求提高了LED阵列芯片902的材料成本。
如图46的平面图所示，可能需要将电极焊盘903以交错形式布置在每一个LED阵列芯片902上。这种布置进一步增加了芯片面积，并且由于提高了从某些LED907到它们的电极焊盘903的路径长度，因此增加了相关的电压降。
具有薄膜结构的发光元件在日本公开的专利申请公开号NO.10-063807(图3-6，图8，和段落号0021)中公开，但是这些发光元件具有焊接凸点的电极焊盘，电流通过该电极焊盘被提供。这样的发光元件阵列基本上占用与常规LED阵列芯片902相同的面积。
发明内容
本发明的总的目的是减少半导体装置的尺寸和材料成本。
更具体的目的是减少包括有LED阵列和它的驱动电路的半导体装置的尺寸和材料成本。
本发明的半导体装置包括具有至少一个端子的衬底。半导体薄膜包括至少一个半导体器件，该半导体薄膜被布置并接合在衬底上。作为导电薄膜形成的单独互连线从半导体薄膜内的半导体器件延伸至衬底中的端子，因此半导体器件电连接到该端子。
半导体器件可以是LED。半导体薄膜可以包括LED阵列，具有至少一个端子的衬底可以包括驱动LED的集成电路。与包括有LED阵列芯片和不同于LED阵列芯片的驱动IC芯片的常规半导体装置相比，本发明的半导体装置减少了材料成本，因为将LED阵列缩减成薄膜并减少了装置的整个尺寸。由于消除了通常用于互连LED和它们的驱动电路的大的引线接合焊盘，就减小了该装置的整个尺寸。并且，由于大的引线接合焊盘的消除，可以减小在LED和它的驱动电路之间的距离。
在附图中图1是示意性示出根据本发明的第一实施例的集成LED/驱动IC芯片的一部分的透视图；图2是示意性示出图1中的集成LED/驱动IC芯片的一部分的平面图；图3是示意性示出沿图2中的线S3-S3的一个横断面的横断面视图；图4A-4F是示意性示出用于图1中的集成LED/驱动IC芯片的制作工艺的平面图；图5是示意性示出在修改的第一实施例中沿图2中的线S3-S3的一个横断面的横断面视图；图6是示意性示出在另一个修改的第一实施例中沿图2中的线S3-S3的一个横断面的横断面视图；图7是示意性示出LED外延膜制作工艺中第一阶段的横断面视图；图8是示意性示出LED外延膜制作工艺中第二阶段的横断面视图；图9A是示意性示出LED外延膜制作工艺中第三阶段的横断面视图；图9B是示意性示出沿图9A中的线S9b-S9b的一个横断面的横断面视图；
图10是示意性示出LED外延膜制作工艺中第四阶段的横断面视图；图11是示意性示出根据另一个修改的第一实施例的集成LED/驱动IC芯片的横断面视图；图12是示意性示出根据本发明的第二实施例的集成LED/驱动IC芯片的透视图；图13是示意性示出沿图12中的线S13-S13的一个横断面的横断面视图；图14是示意性示出根据本发明的第三实施例的集成LED/驱动IC芯片的一部分的透视图；图15示意性示出图14中的集成LED/驱动IC芯片的平面图；图16示意性示出图14中的集成LED/驱动IC芯片的一部分的平面图；图17是示意性示出根据修改的第三实施例的集成LED/驱动IC芯片的平面图；图18是示意性示出根据第四实施例的集成LED/驱动IC芯片的一部分的透视图；图19是示意性示出图18中的集成LED/驱动IC芯片的一部分的平面图；图20是示意性示出沿图19中的线S20-S20的一个横断面的横断面视图；图21是示意性示出根据本发明的第五实施例的集成LED/驱动IC芯片的一部分的透视图；图22是示意性示出图21中的集成LED/驱动IC芯片的一部分的平面图；图23是示意性示出根据本发明的第六实施例的集成LED/驱动IC芯片的一部分的透视图；图24是示意性示出根据第六实施例的集成LED/驱动IC芯片的一部分的平面图；图25是示意性示出半导体晶片的平面图，根据本发明的第七实施例在该晶片上形成多个集成LED/驱动IC芯片；图26是示意性示出图25中的半导体晶片的一部分的平面图；
图27是示意性示出举例说明第七实施例的另一个半导体晶片的一部分的平面图；图28是示出根据第七实施例的集成LED/驱动IC芯片的一部分的示意性透视图；图29是示意性示出图28中的集成LED/驱动IC芯片的一部分的平面图；图30是示意性示出根据本发明的第八实施例的集成LED/驱动IC芯片的一部分的透视图；图31是示意性示出图30中的集成LED/驱动IC芯片的一部分的平面图；图32是示意性示出根据修改的第八实施例的集成LED/驱动IC芯片的一部分的透视图；图33是示意性示出根据该修改的第八实施例的集成LED/驱动IC芯片的一部分的平面图；图34是示意性示出半导体晶片一部分的平面图，根据本发明的第九实施例在该晶片上形成多个集成LED/驱动IC芯片；图35是示意性示出根据第九实施例的集成LED/驱动IC芯片的一部分的透视图；图36是示意性示出半导体晶片一部分的平面图，根据修改的第九实施例在该晶片上形成多个集成LED/驱动IC芯片；图37是示意性示出根据该修改的第九实施例的集成LED/驱动IC芯片的一部分的透视图；图38是示意性示出根据另一个修改的第九实施例的平面图；图39是示意性示出根据第十实施例的LED单元的一部分的透视图；图40是示意性示出根据第十一实施例的LED单元的一部分的透视图；图41是示意性示出根据本发明第十二实施例的LED单元的一部分的平面图；图42是示意性示出使用本发明的半导体装置的LED打印头的横断面视图；图43是示意性示出使用本发明的半导体装置的LED打印机的切去一部分的侧视图；图44是图解说明存在于前述多个实施例中的金属层的修改的平面图；图45是示意性示出常规LED打印头的一部分的透视图；图46是示意性示出图45中的LED打印头中的LED阵列芯片的一部分的平面图。
具体实施例方式
下面将要结合
本发明的多个实施例，其中相同元件用相同参考符号表示。
第一实施例如在图1的局部透视图中和图2的局部平面图中示意性所示，本发明的半导体装置的第一实施例是一个具有硅(Si)衬底101的集成LED/驱动IC芯片100，集成电路102形成在该衬底101中。以与该硅衬底101的表面的一部分紧密接触的方式形成金属层103，并且该金属层103电连接至例如地电压。在下文中称为LED外延膜104的半导体薄膜接合在金属层103的表面上。在LED外延膜104中以每隔一定间隔的方式形成多个发光二极管105(LED，下文中也称为发光部分或发光区)。LED105通过单独互连线106与集成电路102电连接。
LED105在形成在硅衬底101上的驱动IC电路102的阵列的纵向或X方向上对齐，形成线性阵列，该阵列具有以图2中P1表示的阵列间距。在正交方向或Y方向上，LED外延膜104具有大于发光区或LED105的宽度W2的宽度W1。例如，LED宽度W2可以是20微米(20μm)，LED外延膜104的宽度W1可以是50μm，在LED105的两侧留下15μm的边距。LED外延膜104的宽度W1比具有电极焊盘的常规LED阵列芯片的宽度(典型约400μm)小很多。
本发明并不局限于单一一行LED配置。可以在Y方向偏移的两个或多个线性阵列内布置LED105，在相邻LED105之间的间隔不需要全都是相同的。图1和图2示出了六个LED，它们是LED阵列的一部分；本发明不限于具体数目的LED情况。LED外延膜104的宽度W1和发光区105的宽度W2不限于上面提到的数值。
LED外延膜104优选由外延半导体层构成。在与衬底101分离的衬底上生长外延生长的半导体层，然后半导体层被转移到金属层103的上面。LED外延膜104的厚度可以是大约2μm，这足以得到稳定的LED工作特性(例如，发光特性和电特性)。该厚度比具有电极焊盘的LED阵列芯片的常规厚度(典型约300-400μm)薄很多。在单独互连线106中的断路故障的概率随LED外延膜104的厚度和在它的边缘处的最后的台阶高度的增加而增加。为避免这种类型的缺陷的出现，LED外延膜104的厚度优选小于约10μm。然而，这并不是绝对的限制；如果需要的话，LED外延膜104的厚度可以大于10μm。
硅衬底101是其中制作集成电路102的单片硅晶体。集成电路102包括驱动单个LED105的多个驱动电路107，驱动电路107在集成电路102中形成重复的电路单元。以每隔一定间隔、面对着多个LED105来布置驱动电路107。除了驱动电路107以外，集成电路102还包括用于LED105照明控制的共享电路。硅衬底101的厚度是例如大约300μm。
金属层103形成在与集成电路102邻近但不与之重叠的区域内的硅衬底101表面上。金属层103是例如具有大约100纳米(100nm＝0.1μm)厚度的钯或金膜。LED外延膜104附着于金属层103的表面。为了在将LED外延膜104接合到衬底101上时能获得良好的接合性，并且为了将外延层111的底表面(或者是LED外延膜104中的第一导电类型区域的底表面)连接至形成在衬底101上的公共电压电极层102a，形成金属层103。LED外延膜104在接合界面104a处优选形成欧姆接触或具有低电阻率的电接触。公共电压是例如地电平电压。欧姆接触优选形成在金属层103和公共电压电极层102a之间。在该实施例中，第一导电类型是n型；LED外延膜104中的外延层111是例如n型GaAs层。n型GaAs接合在其上的金属层103是所有LED105的公共n电极。公共电极区可以形成在衬底101的整个表面或部分表面上。衬底101上的公共电极区是用于控制LED105的n型电极。
在后面将要描述的修改的第一实施例中，金属层103部分或全部与硅衬底101的导电表面绝缘，在这样情况下，金属层103可以连接至驱动集成电路102(驱动IC102)的公共电极区。用于驱动IC的公共电压可以有多个变量。当用于驱动IC的公共电压中的变量会影响LED的公共电压时，衬底111上的公共电极103或公共电极区102a不与用于驱动IC的公共电极连接。
当在具有阵列间距P1的单一一行中布置LED105时，如图1和图2所示，一行LED优选与一行驱动电路107对准；该行LED的方向平行于该行驱动IC的方向。该驱动IC的阵列间距优选大体等于阵列间距P2，使用于控制LED的驱动电路107与LED以一一对应的关系相互面对。
单独互连线106在硅衬底101上面的驱动电路107内的单独输出端子107a处电互连至LED外延膜104中的发光区105的上表面。单独互连线106可以通过对导电薄膜构图来形成。合适的膜的具体例子包括(1)包含金(Au)的膜，例如单层金膜，具有钛，铂，金层(Ti/Pt/Au膜)的多层膜，具有金和锌层(An/Zn膜)的多层膜，或者具有金层和金-锗-镍层(AuGeNi/Au膜)的多层膜；(2)包含钯(Pd)的膜，例如，单层钯膜或具有钯和金层(Pd/Au膜)的多层膜；(3)包含铝(Al)的膜，例如，单层铝膜或具有铝和镍层(Al/Ni膜)的多层膜；(4)多晶硅膜；(5)薄的导电氧化膜，例如氧化铟锡(ITO)膜或氧化锌(ZnO)膜。与单独互连线连接的驱动IC输出电极焊盘材料可以不同于上面描述的单独互连线106的材料。当该焊盘材料不同于互连线材料时，应该选择合适的材料组合；在某些不适当的材料组合中，会出现不同材料之间原子的相互扩散，这引起在连接区处的缺陷。正如下面将要描述的，可以同时形成所有的单独互连线106。
当单独互连线106由薄膜形成时，由于LED105的阵列间距P1限制了互连线106的宽度，所以如果单独互连线106太长，就会出现显著的电压降。当通过5μm宽和0.5μm厚的单独互连线106提供几个毫安培的驱动电流时，例如单独互连线的长度优选小于约200μm。
如图3和4所示的电介质间薄膜117阻止了单独互连线与LED外延膜104的顶表面和侧表面、与金属层103、与硅衬底101的表面和与驱动IC107中的金属布线的短路。单独互连层106必须越过台阶，例如在金属层103的边缘处的台阶和在层间电介质膜中的开口边缘处的台阶。为了防止在这些台阶处的单独互连线106中的短路和断路故障，层间电介质膜优选通过可以提供良好的台阶覆盖的工艺，例如等离子体化学汽相淀积(P-CVD)来形成。也可以利用聚酰亚胺膜或玻璃上旋涂薄膜对这些台阶平面化。
参考图3，LED外延膜104包括从底向上的顺序，一个n型砷化镓(GaAs)层111和三个n型砷化铝镓(AlGaAs)层AlxGa1-xAs下部覆层(lower cladding layer)112(0≤x≤1)，AlyGa1-yAs有源层113(0≤y≤1)，和AlzGa1-zAs上部覆层(upper cladding layer)114(0≤z≤1)。第二n型GaAs接触层115(图7所示)形成在n型AlzGa1-zAs层114上面，然后选择地扩散p型杂质锌进入外延层，使得Zn扩散前沿位于有源层113内。通过腐蚀除去在上部GaAs层中形成的pn结区。形成绝缘薄膜117以覆盖衬底的上表面，并且在p型(扩散Zn的)接触层115a上面形成单个电极106。当在p型区和n型区之间的pn结上提供正向电流时，光被发射出去。上面提到的电介质膜117可以形成在n型AlzGa1-zAs上部覆层114上(如图3所示)，并且形成在GaAs层115上(如图8-10所示)。n型GaAs层111大约10nm(0.01μm)厚，n型AlxGa1-xAs下部覆层112大约0.5μm厚，n型AlyGa1-yAs有源层113大约1μm厚，n型AlzGa1-zAs上部覆层114大约0.5μm，并且p型GaAs接触层115a大约10nm(0.01μm)厚。LED外延膜104的总厚度大约2.02μm。
这些AlGaAs层中的铝成分比例x，y，z优选选择为x＞y且z＞y(例如，x＝z＝0.4，y＝0.1)，锌扩散区116的扩散前沿优选位于n型AlyGa1-yAs有源层113之内。在该结构中，经过pn结注入的少数载流子被限制在n型AlyGa1-yAs有源层113和其中由锌扩散建立的p型AlyGa1-yAs区之内，这样可以获得高的发光效率。图3所示的结构能够使用大约2μm薄的LED外延膜104来得到高的发光效率。
LED外延膜104不限制于上面给定的厚度或材料。其它材料，例如铝镓铟磷化物((AlxGa1-x)yIn1-yP)，其中0≤x≤1和0≤y≤1)，氮化镓(GaN)，氮化铝镓(AlGaN)和氮化铟镓(InGaN)同样可以使用。除了图3所示的双异质外延结构之外，还可以在LED中使用单异质外延结构和同质外延结构。
接下来，将要结合图4A-4F来描述制作集成LED/驱动IC芯片100的方法。
在该制作过程中，首先，在图4A中所示的半导体晶片400上的芯片形成区域118的一部分中形成集成电路102。接着，如图4B所示，在与芯片形成区域118中的集成电路102靠近的区域内形成金属层103。接下来的步骤是接合LED外延膜104，如图4C所示。为了在LED外延膜104与金属层103之间获得足够大的接合强度，在外延膜接合工艺之后，它们在例如200℃-250℃的温度下烧结。
接着，如图4D所示，层间电介质膜117被淀积在将要形成单独互连线106的区域上。层间电介质膜117至少覆盖部分LED外延膜104、部分集成电路102以及LED外延膜104和集成电路102之间的区域，在该区域上形成互连线106。在层间电介质膜117中形成开口以便在单独互连线和LED以及驱动电路输出焊盘之间形成电接触；然后形成单独互连线106。通过取下(liftoff)工艺或光刻/腐蚀工艺形成互连线图形。
然后如图4E所示，形成单独互连线106，这些单独互连线将LED连接到驱动电路中的单独输出电极焊盘。需要的话可以执行烧结以减小单独互连线106和LED的p型GaAs接触层115a之间的电接触电阻。适当的烧结温度取决于用于单独互连线的材料，但是烧结温度近似等于用于接合LED外延膜104至金属层103的烧结温度是优选的。这是因为如果执行烧结的温度太高的话，由于硅衬底101和LED外延膜104之间的热膨胀系数不同，则在LED外延膜104内施加了非常大的应力，有可能在LED外延膜中引起缺陷。
接着，沿图4E中的箭头表示的切割线403和404切割半导体晶片400以便将该晶片分成多个芯片。图4F示出了切割之后的一个集成LED/驱动IC芯片100。
在上述的过程中，集成电路102的形成可以包括形成上面提到的公共导电区，金属层103通过该公共导电区电耦接至地或n侧电势，集成电路102使用地或n侧电势来驱动LED。
图5示出了修改的第一实施例，其中在金属层103的下面的衬底101上形成公共电极区102a，产生与金属层103的整个下表面的欧姆接触。同样在金属层103和LED外延膜104的底表面104a之间制备欧姆接触。金属层103用作LED的公共电极区。地电势或n侧电势通过公共电极区102a被提供给金属层103。
图6示出另一个修改的第一实施例，其中在金属层103和硅衬底101之间形成电介质膜119，例如二氧化硅(SiO2)层。在该电介质层119中产生开口119a以允许金属层103与公共导电区102a电接触并且提供用于驱动LED的公共地电势或n侧电势。开口119a优选位于靠近LED外延膜104但不在它的下面，因为如果开口119a位于LED外延膜104的下面，这就可能在金属膜103中产生地形(topographic)表面分布，使得很难在LED外延膜104和金属层103之间得到均匀紧密的接合。金属层103可以通过图6所示的开口119a直接连接至形成在硅衬底101上的公共导电区102a，或者金属层103也可以通过从金属层103到达开口119a的互连线连接。
接着，将结合图7，8，9A，9B和10来描述LED外延膜104的制作工艺。举例说明的工艺同时产生多个LED外延膜104，然后可以将它们附着于多个集成LED/驱动IC芯片100。
参考图7，制作过程以在制作衬底120上形成LED外延层104b开始，形成LED外延层104b可以通过公知的技术，例如金属有机化学汽相淀积(MOCVD)或分子束外延(MBE)。图7中的LED外延膜制作衬底120包括GaAs衬底121，GaAs缓冲层122，铝镓铟磷化物((AlGa)InP)腐蚀停止层123，和砷化铝(AlAs)牺牲层124。在AlAs牺牲层124上以此顺序形成n型GaAs接触层111，n型AlxGa1-xAs下部覆层112，n型AlyGa1-yAs有源层113，n型AlzGa1-zAs上部覆层114，和n型GaAs接触层115，产生LED外延层104b。
参考图8，现在形成层间电介质膜117a，在其中产生开口，通过例如固相扩散方法，经过适当的开口扩散包含锌(Zn)的p型杂质，产生锌扩散区116。然后除去用于固相扩散工艺的扩散源膜(未示出)以露出锌扩散区116中的GaAs接触层115的表面。由于p型杂质扩散，n型GaAs接触层115在这些扩散区中变成p型GaAs接触层。如图8所示，通过腐蚀优选除去包括pn结的GaAs接触层115的一部分。
参考图9A和9B，淀积LED外延膜支持填充料104c以有助于在从衬底120除去外延膜之后处理薄的LED外延膜。LED外延膜支持填充料104c可以包括任何适合的材料，因为最后要除去它。通过光刻和腐蚀在LED外延膜支持填充料104c和LED外延层104b中形成平行槽131。出于简单目的，在这些工艺中使用的光致抗蚀掩模在图中没有示出，仅一个槽131被示出(图9B)。腐蚀剂是磷酸和过氧化氢溶液，它腐蚀AlGaAs层(112、113和114)和GaAs层(111和115)的速度比腐蚀(AlGa)InP腐蚀停止层123快很多。磷酸/过氧化氢溶液不能容易地腐蚀层间电介质膜117a。因此在形成槽131之前，例如利用使用CF4+O2等离子体的干法腐蚀方法除去在将要形成槽的区域上的层间电介质膜117a。然后，通过在层间电介质膜中的开口，例如利用使用磷酸/过氧化氢溶液的湿法腐蚀方法腐蚀LED外延膜。(AlGa)InP腐蚀停止层123确保对槽的腐蚀不会继续到达GaAs衬底121。
图9A示出了沿图9B中的线S9A-S9A的横断面视图，给出了在一个LED外延膜104中的LED(扩散区和层间电介质膜层的结构)的侧视图。图9B显示在两个单独LED外延膜之间的槽区域处的横断面视图。槽131之间的间隔决定了在图2中用W1表示的LED外延膜的宽度。从材料成本的角度看，宽度W1优选小于300μm；更优选的，宽度W1小于100μm，例如前面提到的50μm宽。牺牲层的表面或侧面的一部分应该通过形成槽131至少暴露给牺牲层腐蚀溶液，以便通过选择性地腐蚀牺牲层124从衬底120取下LED外延膜104b。腐蚀溶液(例如，10％的氢氟酸)通过槽抵达牺牲层，宽度W1太窄可能影响到腐蚀牺牲层的腐蚀速度；宽度W1优选大于10μm。
参考图10，在形成槽131之后，由合适的装置支撑LED外延膜支持填充料104c，用10％的氢氟酸(HF)溶液选择性地腐蚀AlAs牺牲层124。用于形成槽的抗腐蚀剂掩模也可以作为支持填充料104来使用。因为HF对AlAs层124的腐蚀速率比对AlGaAs层112-114、GaAs层111、115、121和122以及(AlGa)InP腐蚀停止层123的腐蚀速率快很多，所以能够腐蚀AlAs牺牲层124而不对其它层产生显著损伤。图10示出了在牺牲层腐蚀过程中的中间阶段，其中仍然保留部分AlAs牺牲层124。在腐蚀过程的结尾，完全除去AlAs牺牲层124，使得LED外延膜104与制作衬底120分离。
在通过腐蚀完全除去AlAs牺牲层124之后，将LED外延膜104浸入去离子水中，使得没有腐蚀溶液残余物留下。然后通过例如真空吸取夹具(vacuum suction jig)从制作衬底120提起LED外延膜104，转移到硅衬底101上的金属层103，并按上面解释的那样与金属层103接合。现在除去LED外延膜支持填充料104c，形成另一个层间电介质膜117a，并形成单独互连线106。
如图4D所示，层间电介质膜117必须形成在硅衬底101的一部分上以及LED外延膜104上。因此，在LED外延膜104与金属层103接合之后，可以部分地或完整地形成层间电介质膜117。
第一实施例的第一个效果是，因为LED外延膜104通过金属层103电连接至硅衬底101中的公共地或n侧电极，并通过单独互连线106电连接至驱动电路107的单独驱动IC输出电极焊盘107a，在LED外延膜104和它的驱动电路107之间不需要进行引线接合连接。由此减少了装配成本。
第二个效果是，因为无需为LED外延膜104上的引线接合提供电极焊盘，可以节省空间，并且由LED外延膜104占据的面积比由常规LED阵列芯片占据的面积小很多。此外，因为LED外延膜104由硅衬底101支持并且不需要加厚以便为引线接合提供强度，它能够比常规LED阵列芯片薄很多。这些效果使得材料成本大量减少。在取下LED外延膜之后，能够重新使用制作衬底120。因此，和常规的LED阵列芯片相比较，大幅度减少了相对昂贵的化合物半导体材料的必要量，例如砷化镓。
其它效果是，因为LED外延膜104中的LED105靠近它们的驱动电路107，所以单独互连线106就相应地短了，使得电阻减小，更不用说包括LED和它们的驱动电路的装置的集成宽度的全面减小。由此，和常规的成对LED阵列芯片和驱动器IC芯片相比，集成LED/驱动IC芯片100占据更小的空间并且能够以更小的功率运行。
而且，在第一实施例的集成LED/驱动IC芯片100中，金属层103布置在外延膜104的下面，外延膜104具有非常薄的厚度，例如约2μm的厚度。相应的，不仅光从LED105直接向上发射，而且从LED105向下发射的光被金属层103的表面反射，向上穿过外延膜104传播。因此，能够提高集成LED/驱动IC芯片100的发光强度。
参考图11，在另一个修改的第一实施例中，集成LED/驱动IC芯片150包括布置在硅衬底101和金属层103之间的电介质膜151。在电介质膜151内提供开口(未示出)，使得金属膜103能够连接硅衬底101中的地端子或n侧端子，如图6所示。图6和图11之间的不同是，在图11中，金属层103覆盖其中形成有集成电路102的硅衬底101的一部分，使得集成LED/驱动IC芯片150的整个宽度进一步减小。在其它方面，图11中所示的修改与图1-10中说明的集成LED/驱动IC芯片100相似。
第二实施例本发明的半导体装置的第二实施例在图12的局部透视图和图13的局部横断面视图中示意性示出。该集成LED/驱动IC芯片160不同于第一实施例中的集成LED/驱动IC芯片100，其中在LED外延膜104和硅衬底101之间没有金属层。通过适当的化学方法对硅衬底101的上表面和LED外延膜104的下表面进行处理以除去沾染物并提供平面化，例如平面化到一个原子层的量级，在这之后通过加压和加热将这两个表面紧密接触放置并接合在一起。
尽管获得安全接合所必需的加热温度在第二实施例中高于在第一实施例中的加热温度，但是第二实施例消除了由在第一实施例中是插入在LED外延膜和硅衬底之间的金属层中的缺陷引起的接合缺陷的可能性。
此外，由于在第一实施例中的插入金属层103，所以必须执行两个接合过程和两个对准过程，LED外延膜104在一次对准过程中关于金属层103对准，金属层103在另一次对准过程中关于驱动电路107的阵列对准。引起在LED外延膜104和驱动电路图形之间的未对准的可能因素的数量相应增加。在第二实施例中，LED外延膜104直接对准驱动电路图形，因此，和第一实施例相比，可以减少对准容限。单独互连线106与LED105和驱动电路107的单独驱动端子107a的对准容限也减少了。
除了没有金属层之外，第二实施例与第一实施例一致。
第三实施例本发明的半导体装置的第三实施例在图14的局部透视图、图15的平面图和图16的放大的局部平面图中示意性示出。在该集成LED/驱动IC芯片170中，第一实施例的单个LED外延膜被分成多个LED外延膜171，它们分开地附着在硅衬底101的金属层103上。在其它方面，第三实施例的集成LED/驱动IC芯片170与第一实施例的集成LED/驱动IC芯片100相似。
在第三实施例的一个例子中，集成LED/驱动IC芯片170被设计成在打印机中使用，该打印机具有每英寸600点(600点每英寸)的分辨率，因此LED105的阵列间距是42.4μm。当每一个LED外延膜171包括二十四个LED105时，一个LED外延膜171的长度大约是1毫米(42.4μm×24＝1.0176mm)。当这个集成LED/驱动IC芯片170包括八个LED外延膜171时，因此包括192个LED。集成LED/驱动IC芯片的总长度是大约八毫米(1.0176mm×8＝8.1408mm)。
根据第三实施例的集成LED/驱动IC芯片170，因为即使在一个集成LED/驱动IC芯片170中包括了大量的LED105，使LED外延膜171的长度做得短也是可行的，因此在制作工艺中对LED外延膜171的处理变得更容易。LED外延膜171的短长度(short length)也有助于均匀和安全地接合它们的整个下表面至金属层103的上表面，能够得到高的制作产量。
由于获得了均匀接合，因此改善了LED外延膜171中的LED105的电特性和发光特性的一致性。
此外，因为将LED外延膜分成多个短长度，减少了由于温度变化在LED外延膜内产生的内部应力，由此减少了LED失败的一个因素并提高了LED105的可靠性。
在图17的平面图所示的修改的第三实施例中，集成LED/驱动IC芯片180没有金属层103；LED外延膜181直接与硅衬底101接合，如同第二实施例那样。在其它方面，图17中所示的修改与图14-16所示的集成LED/驱动IC芯片170一致。
第四实施例本发明的半导体装置的第四实施例在图18的局部透视图、图19的局部平面图和图20的局部横断面视图中示意性示出。在该实施例中的集成LED/驱动IC芯片190不同于第一实施例中的集成LED/驱动IC芯片100，其中每一个LED105是作为分离的LED外延膜191形成的。这些LED外延膜191以行的方式接合在金属层103上并且以每隔一定间隔分隔开。
每一个LED外延膜191具有图20所示的结构，包括p型GaAs下部的接触层192，p型AlxGa1-xAs下部覆层193，p型AlyGa1-yAs有源层194，n型AlzGa1-zAs上部覆层195，和n型GaAs上部的接触层196。Al成分比例x、y、z可以满足条件x＞y且z＞y(例如，x＝z＝0.4，y＝0.1)。
LED外延膜191不限于双异质结结构和上面描述的成分比例。例如，可以使用单异质结或同质结结构。即使对于双异质结结构，做出一些修改是可能的，例如非掺杂的有源层，量子阱有源层等等。作为另一种修改，上层可以是p型层，而下层是n型层。
电介质膜197形成在n型GaAs层196上。在电介质膜197中形成一个开口以允许单独互连线106与n型GaAs上部的接触层196的表面接触。单独互连线106延伸至相对应的驱动电路107的端子区107a，如图18所示。
第四实施例的一个效果是，因为每一个LED外延膜191极其小，在LED外延膜中由温度引起的内部应力大幅度减小，而如果LED外延膜的热膨胀系数远远不同于硅衬底的热膨胀系数，则由温度引起的内部应力非常大，以及基本消除了导致LED故障的各种因素之一。相应的提高了集成LED/驱动IC芯片190的可靠性。
另一个效果是，因为LED外延膜191不包括除发光区以外的任何部分，这能够减小LED外延膜的宽度并相应地减小单独互连线106的长度。
除了上面提到各点之外，第四实施例与第一实施例相同。
在修改的第四实施例中，省略了金属层103，如同第二实施例中的那样。
第五实施例本发明的半导体装置的第五实施例在图21的局部透视图和图22的局部平面图中示意性示出。在第五实施例的集成LED/驱动IC芯片200不同于在第一实施例中的集成LED/驱动IC芯片100，其中LED外延膜201在X和Y方向上都小于金属层103，因此LED外延膜201的四个边缘都位于金属层103的边缘之内。这种结构有助于在LED外延膜201与金属层103的接合过程中进行对准。
除了这些不同以外，第五实施例与第一实施例相一致。
在修改的第五实施例中，LED外延膜201被分成多个部分，如第三实施例中的那样。
第六实施例本发明的半导体装置的第六实施例在图23的局部透视图和图24的局部平面图中示意性示出。在第六实施例的集成LED/驱动IC芯片210不同于在第五实施例的集成LED/驱动IC芯片200，其中每一个LED105作为分离的LED外延膜211被形成，如第四实施例中的那样。
在单独互连线106和LED外延膜211之间的接触区域可以延伸至LED外延膜211的上表面的边缘，如图24所示，或者也可以不延伸至LED外延膜211的上表面的边缘，如图23所示。
在其它方面，第六实施例与第五实施例相一致。
第七实施例图25、26和27是半导体晶片的示意性平面图，在半导体晶片上制作根据本发明的第七实施例的多个集成LED/驱动IC芯片。图25示出了整个半导体晶片400，指示区域401，在该区域内形成单独的集成LED/驱动IC芯片。图26和27示出了图25中的区域402的放大图，包括六个这些芯片区401。一个单一集成LED/驱动IC芯片220在图28的局部透视图和图19的局部平面图中示意性示出。
参考图25，在形成集成LED/驱动IC芯片之后，沿切割线403和404切割半导体晶片400，由此将晶片分离成一个一个的集成LED/驱动IC芯片。图25中仅示意性表示了集成LED/驱动IC芯片的数量和它们在半导体晶片400上的布局。
参考图27，切割线403(和404)可以包括对准标记区405，该对准标记区405为LED外延膜对准和光掩模对准提供了位置参考，光掩模对准用于例如驱动电路的形成、将驱动电路与LED外延膜内的LED互连的互连图形的形成等。对准标记区405包括光学可检测标记，例如淀积在半导体晶片400上的薄膜图形或在半导体晶片400内形成的凹口。标记区405在形成有集成LED/驱动IC芯片的区域401的外部的不用空间内形成。
集成LED/驱动IC芯片在半导体晶片400上的这样的位置内形成使得从LED外延膜221的末端221a到面对着这些末端的切割线403的距离不超过LED阵列间距P1的一半。在图29中，在LED外延膜221的末端221a和集成LED/驱动IC芯片220的相邻边缘220a之间的距离d1小于LED105的阵列间距P1的一半。这个特征能够使LED之间的恒定间隔在线性阵列中保持，该线性阵列包括端对端放置的多个集成LED/驱动IC芯片。
然而，考虑切割精确性和在切割过程中碎裂的可能性，在LED外延膜221的末端221a和集成LED/驱动IC芯片220的边缘220a之间的距离d1优选不小于约3μm。更精确的，从切割线403到LED外延膜221的末端221a之间的距离至少是大约3μm。因此，LED外延膜221的边缘充分远离于切割线403，使得对LED外延膜221的损伤，例如破裂或剥落损伤，在将半导体晶片400切割成单个的芯片时很少出现。第七实施例的这个特征保证了保持集成LED/驱动IC芯片220的优良的光学特性和电学特性和高可靠性。
考虑到在LED外延膜221的末端221a和集成LED/驱动IC芯片的边缘220a之间的距离d1，LED外延膜221的发光部分105的宽度优选等于或小于阵列间距(图2中的P1)的大约一半。
除在LED外延膜221的末端221a和集成LED/驱动IC芯片的边缘220a之间提供的额外距离d1之外，第七实施例中的集成LED/驱动IC芯片220与第二实施例中的集成LED/驱动IC芯片160相似。LED外延膜221直接接合至无插入金属层的硅衬底101。
第八实施例本发明的半导体装置的第八实施例在图30中的局部透视图和图31的局部平面图中示意性示出。第八实施例中的集成LED/驱动IC芯片230不同于第七实施例中的集成LED/驱动IC芯片220，其中金属层232被提供在硅衬底101和LED外延膜231之间。金属层232和单独互连线106通过电介质膜(未示出)相互隔离。金属层232的功能与第一实施例中的金属层103的功能相同，但是考虑了切割期间的碎裂效应，金属层232的末端232a位于离芯片边缘231a的距离d2处。该距离d2优选至少是大约3μm。
在第八实施例中，金属层232的末端232a充分远离于切割线，使得LED外延膜231不受到损伤，举例来说，当将其上形成有集成LED/驱动IC芯片230的晶片分离成一个一个的芯片时，没有破裂或剥落。由此可以得到具有优良光学特性和电特性以及高可靠性的集成LED/驱动IC芯片。
金属层232的边缘232a和集成LED/驱动IC芯片230的边缘230a之间的距离d2优选充分小，使得当在一行内端对端放置多个集成LED/驱动IC芯片230时，在阵列内的所有LED之间的间隔近似相等。在一个芯片中，在芯片边缘230a与阵列末端处的LED中心之间的距离，该距离在图31中定义为d2a，优选小于LED105的阵列间距P1的一半。
在其它方面，第八实施例与第七实施例相似。
在修改的第八实施例中，每一个LED105包括分离的LED外延膜241，如图32所示。LED外延膜241与金属层242接合，金属层242的末端242a位于离集成LED/驱动IC芯片240的边缘的距离d3处，如图33所示。距离d3优选至少是3μm，使得金属层242末端处的LED外延膜241在切割期间不会受到损伤，但优选充分小以使能够端对端放置多个集成LED/驱动IC芯片240以形成在所有LED105之间具有基本相等间隔的一行LED。在图33中定义距离d3a，如同在图31中定义d2a一样。距离d3a优选小于LED105的阵列间距P1的一半。
第九实施例图34是示意性示出半导体晶片410的一部分的平面图，在该晶片上根据本发明的第九实施例制作多个集成LED/驱动IC芯片。图35是示意性示出第九实施例中的一个集成LED/驱动IC芯片250的一部分的透视图。
在第九实施例中，在半导体晶片410上形成包括驱动电路和其它电路的集成LED/驱动IC芯片的集成电路102之后，形成预定深度的槽411图形。槽411跟随图34中的垂直切割线403，但是比这些切割线403宽。(这里，当切割线403的宽度与槽411的宽度相比较时，切割线被定义为这样的线切割锯在该线上实际切割衬底；切割线的宽度大致等于在切割工艺中使用的切割锯的宽度。)接着，接合LED外延膜261；然后，沿切割线403和404切割半导体晶片410。这样，集成LED/驱动IC芯片250具有图35中所示的外貌，在每一个芯片的每一个末端处保留槽411的一部分。槽411趋向禁止碎裂和其它切割效应扩展进入到芯片的内部，由此提高了分离的芯片的制造产量。
从切割线403的边缘到槽411的相邻边缘的距离、和从槽411的边缘到LED外延膜261的末端的距离优选被设计为能够端对端放置多个集成LED/驱动IC芯片250以形成成单个线性阵列，该线性阵列在所有LED105之间具有基本相等的间隔。这两个距离的和应该相应的小于LED105的阵列间距P1的一半。考虑到碎裂和其它切割的危害，槽411的边缘到LED外延膜261的末端之间的距离优选至少是大约3μm。
在其它方面，第九实施例中的集成LED/驱动IC芯片250与前述的实施例的任何一个中的集成LED/驱动IC芯片相似。
图36是示意性示出半导体晶片420的一部分的平面图，在该晶片上形成根据修改的第九实施例的多个集成LED/驱动IC芯片。图37是示意性示出在该修改的第九实施例中的集成LED/驱动IC芯片260的一部分的透视图。
在该修改中，在形成集成LED/驱动IC芯片260的集成电路102之后的半导体晶片420中形成的槽图形包括在图36中跟随在垂直方向上延伸的切割线403的上述槽411，和跟随在水平方向上延伸的切割线404的槽412。这两组槽411、412都比它们所跟随的切割线403、404宽。(这里，当切割线403和404的宽度与槽411的宽度相比较时，切割线被定义为这样的线切割锯在该线上实际切割衬底；切割线的宽度大致等于在切割工艺中使用的切割锯的宽度。)在形成槽411、412之后，附着LED外延膜261；然后沿位于槽411、412内的切割线403、404切割半导体晶片420。
对从切割线403的边缘到沿图36的垂直方向延伸的槽411的边缘的距离和从这些槽411的边缘到LED外延膜261的末端261a的距离的优选约束也适用在该修改的第九实施例；从切割线403的边缘到槽411的相邻边缘的距离和从槽411的边缘到LED外延膜261的末端的距离优选被设计成可以端对端放置多个集成LED/驱动IC芯片250以形成在所有LED105之间具有基本相同间隔的一单行。此外，从沿图36中的水平方向延伸的槽412的边缘和LED外延膜261的纵向边缘261b的距离优选至少是大约3μm，以防止在切割过程期间由于碎裂等损伤LED外延膜261。
在修改的第九实施例中的槽411、412在切割工艺的过程中保护集成LED/驱动IC芯片260的内部，由此进一步提高了分离的芯片的制造产量。
除了附加的槽412之外，图36和37所示的修改与图34和35所示的第九实施例相同。
在另一个修改的第九实施例中，如图38的平面图所示，槽图形415的边缘415a包括非沟槽区的切割划片监视器(dicing-cut-monitor)415b。切割划片监视器指示一个标记以用于确定或对准切割线403a的位置，并且用于易于推导出在实际切割位置403a或晶片边缘与槽边缘415a之间的精确距离。这些切割划片监视器415b优选位于邻近集成电路102处而不是邻近LED外延膜261，如图38所示。切割划片监视器415b具有阶梯类的剖面(staircase like profile)，以便易于推导出切割线和槽边缘之间的距离。
第十实施例如图39的局部透视图所示，在本发明的第十实施例中的半导体装置是LED单元300，其包括板上芯片(COB)电路板301和其上安装的多个集成LED/驱动IC芯片302。集成LED/驱动IC芯片302具有例如第一实施例中的集成LED/驱动IC芯片100的结构。集成LED/驱动IC芯片302通过例如绝缘膏或导电膏的粘合剂以每隔一定间隔被安装在COB电路板301上，并且被布置成使得例如LED外延膜104的发光部分形成以每隔一定间隔隔开的一单行LED105，在纵向上(X方向)延伸LED单元300的整个长度。
COB电路板301具有印刷电路图形，该图形包括电极焊盘303，该电极焊盘303为集成LED/驱动IC芯片302中的集成电路102提供功率和控制信号(包括照明数据)，这些功率和控制信号是对LED105的照明控制所必需的。集成LED/驱动IC芯片302的硅衬底101具有用于接收这些功率和控制信号的电极焊盘108。LED单元300具有接合线304，该接合线304电连接COB电路板301上的电极焊盘303和集成LED/驱动IC芯片302的硅衬底101上的电极焊盘108。
尽管引线接合用于集成LED/驱动IC芯片302和COB电路板301之间的电连接，但是，和常规LED单元相比，引线接合的数目大幅度减少，这是因为在用于LED外延膜104中的LED的单独电极和用于硅衬底101上的驱动IC的输出电极焊盘之间不需要引线接合。
此外，和其中分开安装LED阵列芯片和驱动器IC芯片的常规单元相比，安装在COB电路板301上的芯片数量减少了一半。因此，引线接合和芯片安装的数量的减少大大简化了第十实施例中的LED单元300的装配过程，并且提高了装配过程中的速度。这样，减少了装配成本。装配可靠性部分取决于芯片安装和引线接合的数量。在这个意义上，提高了LED单元300的可靠性。
此外，因为集成LED/驱动IC芯片302在Y方向上(垂直于LED阵列的方向)比作为在COB上分开安装LED阵列芯片和驱动IC芯片的常规配置窄，所以COB电路板301的宽度减少了，使得板材料的成本也减少了。这是在第一实施例中提到的半导体材料成本减少之外的减少。
第十一实施例如图40的局部透视图所示，在本发明的第十一实施例中的半导体装置是LED单元310，它包括COB电路板311和安装在其上的多个集成LED/驱动IC芯片322。集成LED/驱动IC芯片312具有例如第三实施例中的集成LED/驱动IC芯片100的结构，每一个芯片包括多个LED外延膜313。正如在第十实施例中的那样，集成LED/驱动IC芯片312通过例如绝缘膏或导电膏的粘合剂以每隔一定间隔被安装在COB电路板311上，并且被布置成使得例如LED外延膜313的发光部分形成以每隔一定间隔隔开的一单行LED105，在纵向上(X方向)延伸LED单元310的整个长度。
正如在第十实施例中的那样，COB电路板311上的电极焊盘303通过接合线314连接至集成LED/驱动IC芯片312上的电极焊盘108，用于为集成LED/驱动IC芯片312中的集成电路102提供功率和控制信号。
第十一实施例提供了与第十实施例相同的效果引线接合的数量大幅度减少；安装在COB电路板311上的芯片数量减少一半；提高了LED单元310的可靠性；减少了它的装配成本；减小了C0B电路板301的宽度；以及减少了材料成本。
第十二实施例如图41的局部平面图所示，本发明第十二实施例中的半导体装置是LED单元320，它包括其上安装有多个集成LED/驱动IC芯片322的COB电路板321。集成LED/驱动IC芯片322的基本结构可以是例如第一实施例中所示的结构。通过例如绝缘膏或导电膏的粘合剂，以交错方式、以每隔一定间隔将多个集成LED/驱动IC芯片322安装在COB电路板321上，使得相邻的集成LED/驱动IC芯片312的短边在Y方向上偏移，并且甚至一部分没有彼此相对。集成LED/驱动IC芯片322通过接合线(未示出)电连接至C0B电路板321，如第十实施例中解释的那样。
第十二实施例中的集成LED/驱动IC芯片322不同于第一实施例中所示的集成LED/驱动IC芯片100，其中，它们包括基本的切割余量M1，也就是，在芯片的边缘周围留下基本量的材料以提供切割不精确的公差。不管该切割余量M1，交错排列使得将集成LED/驱动IC芯片322布置成使LED105在X方向上以每隔一定间隔隔开成为可能，该间隔包括在两个相邻的集成LED/驱动IC芯片322的末端处的LED105之间的X方向间隔。额外的切割余量M1简化了切割过程的控制，因此减少了集成LED/驱动IC芯片的制造成本，提高了制造产量。制造产量的提高也归功于成本的减少。
除了额外的切割余量M1和集成LED/驱动IC芯片322的交错排列以外，第十二实施例中的LED单元320与第十实施例中所述的LED单元300相同。当第十二实施例中的LED单元320用在例如电子照相打印机时，可选的集成LED/驱动IC芯片322可以以不同的时序被驱动，使得所有的集成LED/驱动IC芯片322照明在旋转感光鼓上的单行的点。
第十二实施例可以通过使用在第二至第九实施例的任何一个中所示类型的集成LED/驱动IC芯片来修改。
LED打印头图42示出了利用本发明的LED打印头700的一个例子。LED打印头700包括基座701，其上安装了例如在第十、第十一或第十二实施例中所描述类型的LED单元702。LED单元702包括在第一九个实施例中的任何一个中所描述类型的多个集成LED/驱动IC芯片702a，其被安装成使得它们的发光部分位于棒形透镜阵列703的下面。棒形透镜阵列703得到支架704的支撑。基座701、LED单元702和支架704利用夹具705固定在一起。LED单元702内的发光元件所发射的光通过棒形透镜阵列703中的棒形透镜被聚焦在例如电子照相打印机或复印机中的感光鼓(未示出)上。
LED打印机图43示出了其中使用了本发明的全色LED打印机800的一个例子。打印机800具有黄色(Y)处理单元801，深红色(M)处理单元802，蓝绿色(C)处理单元803和黑色(K)处理单元804，它们以级联方式一个接一个地安装。例如，蓝绿色处理单元803包括按箭头所示方向旋转的感光鼓803a，提供电流给感光鼓803a以便给它的表面充电的充电单元803b，选择性照明感光鼓803a的充电表面以形成静电潜像的LED打印头803c，提供蓝绿色调色剂颗粒给感光鼓803a的表面以显影静电潜像的显影单元803d，和清洗单元803e，在已显影的图像被转移到纸上之后，该清洗单元803e除去感光鼓803a的剩余调色剂。LED打印头803c有例如图42所示的结构，包括在第一九个实施例中的任何一个中所述类型的集成LED/驱动IC芯片702a。其它处理单元801、802、804在结构上与蓝绿色处理单元803相似，只是使用不同颜色的调色剂。
纸805(或其它媒介)在盒子806中被一页一页地堆起。跳跃辊807一次供给一页纸805给成对的运输辊810和压紧辊808。纸805在这些辊之间传递后，输送到记录辊811和压紧辊809，它们将所述纸提供给黄色处理单元801。
纸810依次经过处理单元801、802、803、804，在感光鼓和转印辊812之间的每一个处理单元内行进，其中转印辊812由例如半导电的橡胶制成。转印辊812被充电，使得在它和感光鼓之间产生电势差。电势差将感光鼓的调色剂图像吸引到纸805上面。经过四个阶段——打印黄色图像的黄色处理单元801、打印深红色图像的深红色处理单元802、打印蓝绿色图像的蓝绿色处理单元803和打印黑色图像的黑色处理单元804，在纸805上建立全色图像。
从黑色处理单元804处纸805行进经过熔凝器813，其中加热辊和垫辊施加热和压力以便将转印的调色剂图像熔融到纸上。然后第一输送辊814和压紧辊816向上提供纸805至第二输送辊815和压紧辊817，它们将打印的纸输送到位于打印机顶部的集纸箱818上。
由发动机和传动装置(图中没有示出)来驱动这些感光鼓和不同的辊。发动机由控制单元(没有示出)控制，该控制单元例如驱动运输辊810和暂停记录辊811直至一页纸805的前沿保持靠着记录辊811齐平，然后驱动记录辊811，由此确保纸805在经过处理单元801、802、803、804行进的过程中被正确对准。运输辊810、记录辊811、输送辊814、815和压紧辊808、809、816、817也都具有改变纸805的行走方向的功能。
LED打印头是这种类型的LED打印机800的生产成本的重要部分。通过使用高可靠和节省空间的集成LED/驱动IC芯片，并且通过使LED打印头中的这些芯片和LED单元由具有降低材料成本的简化的制作工艺来生产，本发明能够以相对低的成本来生产高质量的打印机。
在将本发明应用于全色复印机的情况下也能够得到相似的优点。本发明同样能够有利地应用在单色打印机或复印机或多色打印机或复印机中，但是其效果在全色图像形成装置(打印机或复印机)中尤其显著，这是因为在这样的装置中要求大量的曝光器件(打印头)。
本发明不限于前面的实施例。例如，在多个实施例中使用的金属层103可以用多晶硅、ITO、ZnO或其它非金属导电材料的薄膜层替换。
在上面的实施例中的导电薄膜被画成矩形，但是如图44所示，例如金属层103的矩形可以被修改成包括切去角103a和边曲折(sidemeander)103b。切去角103a用作确定芯片定向的参考。曲折103b用作确定LED位置的参考。这些标记也用作使LED外延膜和金属图形对准的对准标记。
硅衬底101可以由化合物半导体衬底、有机半导体衬底或例如玻璃或蓝宝石衬底的绝缘衬底替换。该衬底可以是单晶、多晶或非晶。
集成电路102不需要在其上安装有金属膜或LED外延膜的衬底内形成。互连图形和端子可以形成在该衬底的表面上，并且集成电路102可以单独形成，然后安装在衬底上。
LED外延膜可以用半导体薄膜替换，在该薄膜内形成半导体器件而不是LED。这些其它半导体器件的可行例子包括半导体激光器、光电探测器、霍尔元件和压电器件。
不需要在制作衬底上作为外延层生长LED外延膜或其它半导体薄膜。可以使用任何可用的制作方法。
LED外延膜或其它半导体薄膜不需要被安装在衬底上的集成电路区的上方或邻近处；它也可以以任意距离与集成电路分隔开。
本领域的技术人员可以理解，在由附属权利要求书限定的本发明的范围内的其它修改也是可能的。
权利要求
1.一种半导体装置(100)，包括衬底(101)，其具有至少一个端子(107a)；包括至少一个半导体器件(105)的半导体薄膜(104)，该半导体薄膜(104)被布置并接合在衬底(101)上；和作为导电薄膜形成的单独互连线(106)，其从半导体薄膜(104)内的半导体器件(105)延伸至衬底(101)内的端子(107a)，电连接半导体器件(105)至端子(107a)。
2.根据权利要求1的半导体装置(100)，进一步包括布置在半导体薄膜(104)和衬底(101)之间的导电材料层(103)，该导电材料层(103)形成在衬底(101)上，该半导体薄膜(104)与导电材料层(103)接合，由此该半导体薄膜(103)与该衬底接合。
3.根据权利要求2的半导体装置(100)，其中导电材料层(103)是金属层或多晶硅层。
4.根据权利要求2的半导体装置(100)，进一步包括布置在导电材料层(103)和衬底(101)之间的电介质薄膜(119)，该电介质薄膜接触导电材料层和衬底，由此该导电材料层与该衬底接合。
5.根据权利要求2的半导体装置(170)，包括与导电材料层(103)接合的多个半导体薄膜(171)。
6.根据权利要求2的半导体装置(100)，其中衬底(101)具有第一公共端子(102a)，半导体薄膜(104)具有电连接到第一公共端子(102a)的半导体层(104a)。
7.根据权利要求2的半导体装置(200)，其中导电材料层(103)的长和宽都大于半导体薄膜(201)。
8.根据权利要求1的半导体装置(100)，其中衬底(101)是其内形成有集成电路(102)的半导体衬底，端子(107a)电连接到集成电路(102)。
9.根据权利要求8的半导体装置(100)，其中所述半导体薄膜(104)布置在集成电路(102)外部的衬底(101)的区域上。
10.根据权利要求8的半导体装置(150)，其中半导体薄膜(104)与集成电路(102)重叠。
11.根据权利要求8的半导体装置(100)，其中半导体薄膜(104)包括布置在第一阵列中的多个半导体器件(105)，所述半导体器件是该多个半导体器件之一；集成电路(102)包括布置在第二阵列中的多个驱动电路(107)，该多个驱动电路用于驱动多个半导体器件(105)；第一阵列和第二阵列具有基本相等的阵列间距；驱动电路(107)和半导体器件(105)是以面对面且成对布置的；和半导体装置(100)包括多个单独互连线(106)，该单独互连线电互连面对面且成对的半导体器件(105)和驱动电路(107)，所述单独互连线是多个单独互连线之一。
12.根据权利要求11的半导体装置(100)，其中布置在第一阵列中的多个半导体器件(105)的行的方向基本上平行于布置在第二阵列中的多个驱动电路(107)的行方向。
13.根据权利要求1的半导体装置(100)，其中衬底(101)包括非晶硅、单晶硅、多晶硅、化合物半导体材料、有机半导体材料和绝缘材料中的至少一种。
14.根据权利要求1的半导体装置(100)，其中半导体薄膜(104)是外延生长的化合物半导体膜。
15.根据权利要求14的半导体装置(100)，其中半导体薄膜(104)包括AlxGa1-xAs(0≤x≤1)、(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x≤1且0≤y≤1)、GaN、AlGaN和InGaN中的至少一个。
16.根据权利要求1的半导体装置(100)，其中半导体器件(105)是发光器件、光电探测器、霍尔元件和压电器件之一，集成电路(102)包括用于驱动半导体器件的驱动电路(107)。
17.根据权利要求1的半导体装置(100)，其中半导体薄膜(104)包括以每隔一定间隔布置的多个半导体器件(105)。
18.根据权利要求1的半导体装置(190)，其中多个半导体薄膜(191)都布置在衬底(101)上的阵列中，每一个半导体薄膜包括一个半导体器件(105)，所述半导体薄膜是多个半导体薄膜之一。
19.根据权利要求1的半导体装置(220)，其中半导体器件(105)是布置在一行中的多个半导体器件之一，衬底(101)是半导体芯片的一部分，半导体薄膜(221)有一个相邻于半导体芯片边缘(220a)的末端(221a)，和半导体薄膜(221)的所述末端位于一位置，在所述位置和半导体芯片的所述边缘之间的距离小于半导体器件(105)的阵列间距的一半。
20.根据权利要求1的半导体装置(220)，其中半导体器件(105)是布置在一行中的多个发光器件之一，该发光器件具有发光部分，该发光部分的宽度等于或小于线性阵列的阵列间距的大体一半。
21.根据权利要求1的半导体装置(170)，其中多个半导体薄膜(171)布置在衬底(101)上的阵列中，每一个半导体薄膜包括多个半导体器件(105)，所述半导体薄膜是多个半导体薄膜之一，这些半导体器件布置在单行里，布置在不同的半导体薄膜上的相互邻近的半导体器件分隔开一间隔，该间隔等于布置在单一一个半导体薄膜上的相互邻近的半导体器件之间的间隔。
22.根据权利要求1的半导体装置(100)，其中通过光刻法形成单独互连线(106)。
23.根据权利要求1的半导体装置(100)，其中单独互连线(106)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。
24.根据权利要求1的半导体装置(100)，其中半导体薄膜(104)小于10微米厚。
25.根据权利要求1的半导体装置(100)，其中单独互连线(106)小于200微米长。
26.一种包括电路板(301)和其上安装的半导体芯片(302)的半导体装置(300)，所述半导体芯片包括衬底(101)，其具有至少一个端子(107a)；包括至少一个半导体器件(105)的半导体薄膜(104)，该半导体薄膜(104)被布置并接合在衬底(101)上；和作为导电薄膜形成的单独互连线(106)，其从半导体薄膜(104)内的半导体器件(105)延伸至衬底(101)内的端子(107a)，电连接半导体器件(105)至端子(107a)。
27.根据权利要求26的半导体装置(300)，其中半导体芯片(302)进一步包括布置在半导体薄膜(104)和衬底(101)之间的导电材料层(103)，该导电材料层(103)形成在衬底(101)上，该半导体薄膜(104)与导电材料层(103)接合，由此该半导体薄膜(103)与该衬底接合。
28.根据权利要求26的半导体装置(300)，其中电路板(301)有第一电极焊盘(303)，半导体芯片(302)的衬底(101)有第二电极焊盘(108)，还包括将第一电极焊盘电耦合到第二电极焊盘的接合线(304)。
29.根据权利要求26的半导体装置(300)，其中半导体芯片(302)的衬底(101)是其内形成有集成电路(102)的半导体衬底，端子(107a)电连接集成电路(102)。
30.根据权利要求26的半导体装置(300)，包括与所述半导体芯片相一致的多个半导体芯片(302)，所述半导体芯片是多个所述半导体芯片之一，所述半导体芯片布置在电路板(301)上，使它们的半导体器件(105)在单行中以相同的间隔对准。
31.根据权利要求26的半导体装置(320)，包括与所述半导体芯片相一致的多个半导体芯片(322)，所述半导体芯片是多个所述半导体芯片之一，所述半导体芯片布置在交错的线性阵列内的电路板(321)上，半导体芯片中的所有半导体器件(105)在平行于交错的线性阵列的方向上以相同的间隔对准。
32.包括权利要求1的半导体装置(100)的光学打印头(700)。
33.根据权利要求32的光学打印头(700)，其中在半导体装置(100)中的半导体薄膜(104)内的半导体器件(105)是发光元件，进一步包括用于支持半导体装置(100)的基座(701)；棒形透镜阵列(703)，用于聚焦由半导体装置(100)内的发光元件发射的光；用于固定棒形透镜阵列(703)的支架(704)；和至少一个夹具(705)，用于把基座(701)和支架(704)固定在一起。
34.包括至少一个光学打印头(803c)的图像形成装置(800)，该光学打印头包括权利要求1的半导体装置(100)。
35.根据权利要求34的图像形成装置(800)，进一步包括感光鼓(803a)，光学打印头(803c)对该感光鼓有选择地照明以形成静电潜像；显影单元(803d)，用于提供调色剂以便将静电潜像显影到感光鼓(803a)上；和转印辊(812)，用于将来自感光鼓(803a)的显影图像转印到打印媒介(805)上。
全文摘要
半导体装置包括具有至少一个端子的衬底、包括至少一个半导体器件的半导体薄膜，半导体薄膜被布置并接合在衬底上，以及作为导电薄膜形成的从半导体薄膜内的半导体器件延伸至衬底上的端子的单独互连线，将半导体器件电连接到该端子。和常规的半导体装置相比，本发明的装置较小且减少了材料成本。
文档编号H01L33/08GK1501187SQ20031011487
公开日2004年6月2日 申请日期2003年11月11日 优先权日2002年11月11日
发明者荻原光彦, 之, 藤原博之, 佐久田昌明, 昌明, 一松, 安孙子一松 申请人:冲数据株式会社