CN101621048A - 复合半导体器件、印头以及图像形成装置 - Google Patents

复合半导体器件、印头以及图像形成装置 Download PDF

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Abstract

一种复合半导体器件，该复合半导体器件形成于具有多个器件形成区域和多个切割区域的半导体晶片，并且通过在所述多个切割区域切割所述半导体晶片而形成，其中，半导体元件形成在所述多个器件形成区域内，并且所述切割区域被限定在所述器件形成区域之间。该复合半导体器件包括半导体基板，和多个布线层，所述多个布线层层叠在所述半导体基板上。布线层至少包括导电薄膜。连接部分被形成以便将所述布线层在层叠方向上彼此连接，每个所述连接部分被布置在所述器件形成区域上相对于切割位置一侧，其中，所述切割位置被限定在切割区域内。

Description

复合半导体器件、印头以及图像形成装置
技术领域
本发明涉及复合半导体器件，诸如由切割方式制造的LED(发光二极管)阵列，并且还涉及印头以及使用所述复合半导体器件的图像形成装置。
背景技术
复合半导体器件是通过如下方法而被制造的：即在半导体晶片的器件形成区域上形成多个半导体元件，并且在切割区域(在器件形成区域之间)上切割所述半导体晶片以便将该半导体晶片分割成多个半导体芯片(即复合半导体器件)。
通常，以高速旋转的切割刀片被用于切割半导体晶片。当使用该切割刀片切割所述半导体晶片时，在半导体芯片上可能会由于切割刀片所施加的外力而产生裂纹或碎片。
为了防止在半导体芯片上产生裂纹和碎片以便因此而提高良品率，如下方法被建议：即为了防止在切割过程中外力传播到器件形成区域，在半导体晶片的切割区域内提供独立的图案部分(参见公开号为2008-010571的日本专利)。
近来，高精度切割过程被使用以保持与半导体器件的尺寸减小以及品质提升的趋势相一致。在高精度切割过程中，半导体晶片在靠近器件形成区域的位置处被切割。在这种情况下，独立图案部分的效果被降低，并且可能在半导体芯片上产生裂纹。因此，存在如下需求：即使在高精度切割过程中，也要防止在半导体芯片(即复合半导体器件)上产生裂纹。
发明内容
本发明意在提供一种能够通过防止在高精度切割过程中产生裂纹而提高良品率的复合半导体器件，并且提供一种印头以及使用这种复合半导体器件的图像形成装置。
本发明提供了一种形成于半导体晶片的复合半导体器件，所述半导体晶片具有多个器件形成区域和被限定在所述器件形成区域之间的切割区域，其中，在所述器件形成区域内形成半导体元件，并且所述复合半导体器件是通过在切割区域内切割半导体晶片而形成的。复合半导体晶片包括半导体基板和多个层叠在半导体基板上的布线层。所述布线层至少包括导电薄膜。连接部分被形成以便在布线层的层叠方向上将布线层彼此连接。每一个连接部分均被布置在器件形成区域相对于定义在切割区域里的切割位置的一侧。
由于具有这种结构，甚至当由于切割刀片施加的外力而在切割位置上产生裂纹时，所述连接部分可以防止裂纹扩散到器件形成区域的内部。因此，可以防止在复合半导体器件上产生裂纹，从而良品率可以被提高。
本发明的更进一步的适用范围将会通过下文中的详细描述而变得更清晰。然而，应该理解所述指示出本发明的优选实施方式的详细的描述和特定实施例仅以示例的方式给出，因为通过这些详细的描述，在本发明的精神和范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员而言是显而易见的。
附图说明
在附图中：
图1A为根据本发明的第一实施方式的复合半导体器件的俯视图；
图1B为沿图1A中线IB-IB的剖面图；
图2为用于示意性展示根据本发明的第一实施方式的半导体晶片在切割过程中的状态的剖面图；
图3A为显示了根据对比实施例的复合半导体器件的俯视图；
图3B为沿图3A中线IIIB-IIIB的剖面图；
图4为用于示意性展示根据对比实施例的半导体晶片在切割过程中的状态的剖面图；
图5A至图5F为用于展示根据第一实施方式的复合半导体器件的一种制造过程的剖面图；
图6A至图6F为用于展示根据第一实施方式的复合半导体器件的所述制造过程的剖面图；
图7为用于示意性展示本发明的第一实施方式的变化形式的剖面图；
图8为用于示意性的展示另一个对比实施例的剖面图；
图9为显示了根据本发明的第二实施方式的复合半导体器件的剖面图；
图10为用于示意性展示本发明第二实施方式的变化形式的剖面图；
图11为显示了使用了根据本发明的实施方式的复合半导体器件的LED头的剖面图；
图12为显示了图11中所示的LED头的LED单元的实施例的俯视图；和
图13示意性的显示了使用根据本发明的实施方式的复合半导体器件的图像形成装置的主要部分。
具体实施方式
随后，本发明的实施方式将会参考附图而被描述。
实施方式1
图1A为显示了根据本发明的第一实施方式的复合半导体器件100在复合半导体器件100被从半导体晶片上分割之前的俯视图。图1B为沿图1A中的线IB-IB的剖面图。
如图1A和1B所示，复合半导体器件100包括半导体基板3(例如，Si基板)和多个(在此实施例中为四个)层叠在半导体基板3上的布线层2。布线层2至少由导电薄膜(即布线图)组成。绝缘薄膜2b形成在布线层2上。关于此点，如果必要，在布线层2上或者旁边可以有除非绝缘层2b之外的其它部件(未示出)。
半导体薄膜层15形成在半导体晶片(即基板3、布线层2和绝缘薄膜2b)的表面上。半导体薄膜层15具有多个半导体元件1作为LED元件。
器件形成区域10被限定在半导体晶片的上表面上。具有多个半导体元件1的半导体薄膜层15被布置在器件形成区域10内。切割区域11被限定在半导体晶片的上表面上，并且在相邻的器件形成区域10之间沿Y方向(图1A)延伸。切割线12(即切割位置)被限定在切割区域10内，并且在紧邻器件形成区域10处沿Y方向延伸。
例如，布线层2可以由诸如AlSiCu、AlSi、AlTi和AlCr等铝基材料、铜或类似物构成。绝缘薄膜2b可以由SiO2、SOG或类似物构成。未示出的驱动电路形成在布线层2上，用于驱动半导体元件1。半导体薄膜层15可以由III-V化合物半导体(例如GaAs、AlGaAs或类似物)、III-V氮化物半导体(例如GaN、AlGaN或类似物)或类似物构成。
在此实施方式中，布线层2也延伸而穿过切割区域11。在切割区域11中，每个布线层2被分割为多个小部分，以便形成独立的图案部分7，该独立的图案部分7不涉及电路操作。由于布线层2也延伸而穿过切割区域11，所以切割区域11和器件形成区域10(由于布线层2的存在)之间的高度差异被降低，从而可以保持半导体晶片的上表面的平整度。
在此实施方式中，独立的图案部分7在布线层2形成的同时被形成，所述布线层2构成驱动电路。然而，只要半导体晶片表面的平整度可以被保持，则使用不同于布线层2的金属层形成独立的图案部分7也是也是可能的。
邻近的布线层2在布线层2的层叠方向上(即图1B中的Z方向)通过连接部分8而被彼此连接。连接部分8由诸如钨材料形成，所述钨材料具有极好的粘连特性、高的硬度和高的防侵蚀特性。每个连接部分8被布置在器件形成区域10相对于被定义在切割区域11内的切割位置(即切割线12)的一侧。在此实施例中，每个连接部分8在器件形成区域10的至少一端上形成，以便朝向切割区域11。例如，连接部件8可以环绕器件形成区域10来形成。关于此点，最上面的布线层2通过未示出的具有极好的粘连特性的材料(例如，具有高的硬度和高的防侵蚀特性的钨)被连接到半导体薄膜层15上。
在切割线12和最靠近切割线12的末端半导体元件1的端部1a之间的至少一个位置上，布线层2需要通过连接部分8而被彼此连接(图1A)。然而，每个连接部分8在器件形成区域10的向内方向上的宽度没有被限制。尽管在图1A中在每个器件形成区域10的相对于切割位置一侧上提供了一个连接部分8，两个或更多的连接部分8可以被提供在每个器件形成区域10的相对于切割位置一侧上。
在具有上面描述的结构的复合半导体器件10的制造过程中，高精度切割被使用以保持与复合半导体器件10的尺寸减小以及品质提升相一致。在高精度切割中，沿着切割线12执行切割，其中，如图1A所示，所述切割线12被限定在切割区域11内的紧邻器件形成区域10处。
图2为用于示意性展示半导体晶片在切割过程中的状态剖面图。附图标记6指示出由切割刀片形成的切槽。附图标记5指示出粘结在半导体基板3的背部上的带，以便防止分割出的半导体芯片飞散。例如，防紫外线切割带可以被用作带5。
根据本发明的第一实施方式，即使从切槽5处产生裂纹4时，连接部分8可以防止裂纹4扩散到器件形成区域10的内部。由于连接部分8的极好的粘连特性，因而可以防止裂纹4到达器件形成区域10的内部。
对比实施例将在此处被描述。图3A为显示了根据对比实施例的复合半导体器件的俯视图。图3B为沿图3A中的线IIIB-IIIB的剖面图。图4为用于示意性的展示根据对比实施例的半导体晶片在切割过程中的状态的剖面图。在图3A、3B和4中，与图1A、1B和2中示出的部件相同的部件被分配相同的附图标记。
在对比实施例中，在布线层2之间没有提供连接部分8。替代地，独立图案部分7也被形成在半导体晶片的上表面上。
当在切割区域11的中心沿切割线12′执行切割时，独立图案部分7可以有效地防止力扩散到器件形成区域10。然而，如图4所示，当在紧邻器件形成区域10处沿切割线12执行切割时，从切槽6处产生的裂纹4可能扩散到布线层2紧邻切槽6的地方。在这种情况下，裂纹4可能导致布线层2的分离，并且可能沿布线层2扩散到器件形成区域10的内部。
相对照地，根据本发明的第一实施方式，连接部分8被形成在器件形成区域10上相对于切割位置一侧，并且因此，由于连接部分8的极好的粘连特性，连接部分8可以防止裂纹4扩散到器件形成区域10的内部。因此，裂纹4不会影响半导体芯片(即复合半导体器件100)，从而带来如下结果：即复合半导体器件100在制造过程中的良品率可以被提高。
结下来，根据本发明第一实施方式的复合半导体器件100的制造方法将被描述。
图5A至图5F和图6A至图6F显示了根据本发明的第一实施方式的复合半导体器件100的制造方法。
首先，如图5A所示，例如，由Si构成的半导体基板3被准备好。
接下来，如图5B所示，诸如AlSiCu、AlSi、AlNi、AlTi、AlCr和Cu的导电层20被形成在半导体基板3上。
随后，如图5C所示，导电层20通过使用常规的光刻法而被形成图案，以便形成布线层2和独立的图案部分7。
接下来，如图5D所示，绝缘薄膜2b被形成在半导体基板3上的布线层2和独立图案部分7上。
随后，如图5E所示，孔8H被形成并在邻近器件形成区域10的末端处穿过绝缘薄膜2b，这样孔8H就可以到达布线层2的表面。
接下来，如图5F所示，由钨或类似物构成的连接部分8被形成在孔8H内。
图5A至图5F的过程被重复以便多个布线层2和绝缘薄膜2b如图1B所示被层叠。
通过图5A至图5F的过程所获得的半导体晶片如图6A所示被表示为“半导体晶片21”。半导体晶片21的细节在图6A至6F中被忽略。
接下来，如图6B所示，用于形成半导体元件1(即被驱动元件)的半导体薄膜层22和半导体薄膜层15被粘结到半导体晶片21的上表面上。半导体薄膜层22由诸如III-V化合物半导体(例如GaAs、AlGaAs或类似物)的化合物半导体构成。
随后，如图6C所示，半导体薄膜层22通过使用常规的光刻法而被形成图案，以便在器件形成区域10内形成多个半导体元件1和半导体薄膜层15(在图6C中被忽略)。进一步，用于电连接半导体元件1和驱动电路(未示出)的布线被形成。
接下来，如图6D所示，通过使用切割刀片而将半导体晶片21分割为多个芯片，切槽6被形成在半导体晶片21上的切割区域11(半导体元件1之间)处，以便获得多个复合半导体器件100，如参考图1A和1B所描述的那样。
在此切割过程中，防紫外线切割带5被粘结在半导体晶片21的背部上，以便防止各个芯片(即复合半导体器件100)飞散。
通过使用如图6E所示的切割粘结胶28或类似物，多个复合半导体器件100被粘结在由玻璃环氧基板构成的安装基板27上，用于制造LED阵列头(array head)。复合半导体器件100被置于一条线上。通过这种切割粘结过程，可以获得如图6F所示的使用复合半导体器件100的LED阵列头。如上所述，根据本发明的第一实施方式，连接部分8(连接布线层2)被布置在器件形成区域10上相对于切割位置一侧，并且连接部分8具有极好的粘连特性可以防止裂纹4扩散到器件形成区域10的内部。因此，在复合半导体器件100的制造过程中的良品率可以被提高。
变化形式
图7为根据本发明的第一实施方式的变化形式的复合半导体器件100的剖面图。
如图7所示，存在如下情况：相对于半导体基板3(即布线层2的层叠方向)的厚度方向成一定角度进行切割。这种切被称作“斜向切割”。
在此变化形式中，布线层2(在器件形成区域10内)的末端2a被沿斜向切槽6布置。因此，可以防止切割刀片直接接触并损坏器件形成区域10内的布线层2。因此，防止在布线层2上由于切割刀片的撞击而产生裂纹4是可能的。
每个连接部分8被布置在器件形成区域10上相对于切割位置一侧。换句话说，连接部分8也被沿斜向切槽6布置。因此，连接部分8不会受到切割刀片的影响，并且具有防止裂纹扩散到器件形成区域10内的功能。
该变化形式的其他结构与第一实施例(参见图1A、1B和2)中的那些结构相同。
为了使邻近的LED芯片的最末端的LED元件(即最末端半导体元件1)之间的间隔与同一个LED芯片的邻近LED元件之间的间隔(即发光部分之间的间隔)相同，上面所描述的斜向切割经常被用在LED芯片(所述复合半导体器件100)之间的高精度切割中。
在此处，对比实施例将会被描述。图8为根据对比实施例的复合半导体器件的剖面图。在图8中，与图7中所示的那些部件相同的部件被分配相同的附图标记。
在对比实施例中，布线层2的末端被垂直布置(即垂直于半导体基板3的表面)。当在紧邻器件形成区域10处进行斜向切割时，切割刀片(参见切槽6)直接接触器件形成区域10内的布线层2，并且因此，在器件形成区域10内的布线层2上由于切割刀片的撞击而产生裂纹4。
相对照地，根据本发明第一实施方式的变化形式(图7)，可以防止切割刀片接触器件形成区域10内的布线层2，并且因此，可以防止在器件形成区域10内的布线层2上产生裂纹4。
第二实施方式
图9为显示了根据本发明的第二实施方式的复合半导体器件100的剖面图。在图9中，与第一实施方式的那些部件相同的部件被分配相同的附图标记。
在本发明的第二实施方式中，分割部分9被形成在器件形成区域10上相对于连接部分8一侧。每个分割部分9被形成以便分割布线层2。关于此点，进一步在每个器件形成区域10上相对于连接部分8一侧提供分割部分9也是可能的。
第二实施方式的其他结构与第一实施方式相同。
第二实施方式的复合半导体器件的制造过程基本上与第一实施方式(参见图5A至6F)的制造过程相同。关于此点，分割部分9在形成布线层2和独立图案部分7(参见图5C)的同时被形成。
如在第一实施方式中所描述的，在紧邻器件形成区域10处沿切割线12(参见图1A)进行切割。当从切槽6处由于切割而产生裂纹时，连接部分8(具有极好的粘连特性)可以防止裂纹扩散到器件形成区域10的内部。进一步，邻近连接部分8的分割部分9可以防止压力(由于切割所导致的外力而在布线层2上产生的)扩散到器件形成区域10的内部。
因此，根据本发明的第二实施方式，良品率可以被进一步提高。
变化形式
图10为根据本发明的第二实施方式的变化形式的复合半导体器件的剖面图。
在此变化形式中，斜向切割(如参考图7所描述的)被执行，并且器件形成区域10内的布线层2的末端2a被沿着由切割刀片形成的斜向切槽6布置。因此，可以防止切割刀片直接接触和损坏器件形成区域10内的布线层2。因此，防止由于切割刀片的撞击而在布线层2上产生裂纹4是可能的。
每个连接部件8被布置在器件形成区域上相对于切割位置一侧，并且每个分割部分9被布置在器件形成区域10上相对于连接部分8一侧。换句话说，连接部分8和分割部分9也沿切槽6而被布置。因此，连接部分8和分割部分9不会受到切割刀片的影响，并且各自具有防止裂纹和压力扩散到器件形成区域10内的功能。
尽管已经描述了在Y方向(参见图1A)上的切割，第一和第二实施方式以及其变化形式可以被应用于X方向(参见图1A)上的切割。
印头
接下来，参考图11和12，使用根据本发明的第一和第二实施方式的复合半导体器件100的LED头(即印头)500将会被描述。
图11为显示了根据本发明的实施方式的LED头500的剖面图。图12为显示了图11所示的LED头500的LED单元502的实施例的俯视图。
如图11所示，LED头500包括基底501和安装在基底501上的LED单元502。
如图12所示，LED单元502包括具有细长形状的安装基板502e(对应于图6F所示的安装基板27)，多个安装在安装基板502e上的LED阵列502a(对应于图6F所示的复合半导体器件100)。LED阵列502a包括在安装基板502e的纵向方向上直线排列的发光部分(对应于半导体元件1)，和用于驱动发光部分的驱动电路(未示出)。另外，安装基板502e还包括电子部件安装区域502b和502c，以及用于从外部提供控制信号和电力的连接器502d或者类似物。其中，电子部件被安装在所述电子部件安装区域中，并且布线也被形成在所述电子部件安装区域中。
进一步，如图11所示，在LED阵列502a的上方设置有用于聚焦由发光部分发射的光线的杆状透镜(rod lens)阵列503。该杆状透镜阵列503由多个光学透镜以沿LED阵列502a的发光部分排列的纵列的形式组成。杆状透镜阵列503由透镜支架504支撑在LED阵列502a的发光部分的上方的位置。
透镜支架504被提供，以便覆盖基底501和LED单元502。基底501、LED单元502和透镜支架504由夹持器505支撑。夹持器505被设置以便可以穿透形成在基底501和透镜支架504上的开口501a和502a。由LED单元502发射的光线通过杆状透镜阵列503照射预定的外部部件。例如，LED头(即印头)500被用作图像形成装置(诸如电子照相印刷机、电子照相复印机(或类似物)的曝光器件。
图像形成装置
接下来，参考图13，使用上面描述的曝光器件(即LED头500)的图像形成装置将被描述。
图13为图解使用根据本发明的实施方式的复合半导体器件的图像形成装置的印刷机600的主要部分的侧视图。如图13所示，印刷机600包括四个处理单元601、602、603和604，所述四个处理单元以如下次序布置：即沿着纪录媒介605的进给路径620从上游到下游。处理单元601、602、603和604各自形成黄色、洋红色、青色和黑色图像。处理单元601、602、603和604具有共同的内部结构，并且因此将描述青色处理单元603的结构。
处理单元603包括作为图像承载体的感光鼓603a，其中，所述感光鼓可以沿着图13中的箭头所示的方向旋转。沿着感光鼓603a的周围，充电装置603b、曝光装置603c(即图11所示的LED头500)、显影装置603d、清洁装置或类似物依此顺序沿感光鼓603a的旋转方向，其中，所述充电装置均匀地向感光鼓603a的表面充电，所述曝光装置选择性地曝光感光鼓603a的表面以形成潜像，所述显影装置通过使用预定颜色(青色)的墨粉而显影感光鼓603a表面上的潜像，所述清洁装置从感光鼓603a的表面上除去残留的墨粉。未示出的驱动源通过齿轮分别旋转这些辊子和鼓。
纸张盒606被安装在印刷机600的较低的部位上。纪录媒介605(诸如纸张)被堆叠在纸张盒606内。跳辊607被布置在纸张盒606的上侧。跳辊607一个接一个地将纪录媒介605输送出纸张盒606。配准辊610和611沿在跳辊607的下游侧的输送路径布置。夹送辊608和609被分别布置而朝向配准辊610和611。配准辊610和611以及夹送辊608和609支撑纪录媒介605，纠正纪录媒介605的偏移，并且沿输送路径620将纪录媒介605向处理单元601、602、603和604输送。跳辊607和配准辊610和611分别被未示出的驱动源通过齿轮旋转。
转印辊612被布置以便朝向处理单元601、602、603和604的感光鼓601a、602a、603a和604a。转印辊612由半导体橡胶或类似物组成。在感光鼓601a、602a、603a和604a的表面和转印辊612的表面之间存在电位差，以便将感光鼓601a、602a、603a和604a上的墨粉图像转印到纪录媒介605上。
定影装置613包括热辊和垫辊，所述热辊和垫辊可以对纪录媒介605上的墨粉图像进行加热和施压，以便将墨粉图像定影到纪录媒介605上。抛射辊614和615被布置在定影装置613的下游侧上，并且夹送辊616和617被分别朝向抛射辊614和615布置着。抛射辊614和615以及夹送辊616和617支撑纪录媒介605并将纪录媒介605抛射到堆积部分618。抛射辊614和615被未示出的驱动源通过齿轮连续旋转。
接下来，印刷机600的操作过程将被描述。
首先，纸张盒606内的纪录媒介堆的最上面的纪录媒介605被跳辊607输送出纸张盒606。纪录媒介605被配准辊610和611以及夹送辊608和609进一步输送而到达处理单元601的感光鼓601a和转印辊612之间的部分。在纪录媒介605被夹在感光鼓601a和转印辊612之间的情况下，墨粉图像(由曝光装置601c形成并由显影装置601d显影)被从感光鼓601a转印到纪录媒介605的纪录表面上，并且纪录媒介605被输送到下游侧。
纪录媒介605进一步通过处理单元602、603和604。在此过程中，由曝光装置602c、603c和604c形成的各自颜色的潜像被显影装置602d、603d和604d显影，并且显影的墨粉图像以重叠的方式被分别转印到纪录媒介605的纪录表面上。纪录媒介605上的各自颜色的墨粉图像被定影装置613定影到纪录媒介605上。此后，纪录媒介605被抛射辊614和615以及夹送辊616和617抛射到印刷机600的外边，并且被置于堆积部分618上。
通过这种过程，高品质的彩色图像被形成在纪录媒介605上。
在上面的描述中，将印刷机描述为图像形成装置的例子。然而，本发明也可以应用于复印机、传真机、多功能外设或类似物。
而且，在上面的描述中，将具有LED元件1的复合半导体器件100描述为复合半导体器件100的例子。然而，复合半导体器件也有可能具有除了LED元件之外的其他元件。
虽然本发明的优选实施方式已经被详细的展示，如下事实应该是显而易见的：即可以对本发明进行修改或改进而不会脱离如在随后的权利要求中所描述的本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种复合半导体器件，所述复合半导体器件形成于具有多个器件形成区域和多个切割区域的半导体晶片，并且通过在所述多个切割区域切割所述半导体晶片而形成，其中，半导体元件形成在所述多个器件形成区域内，并且所述切割区域被限定在所述器件形成区域之间，
所述复合半导体器件包括：
半导体基板，和
多个布线层，所述多个布线层层叠在所述半导体基板上，并且所述多个布线层至少包括导电薄膜，
其中，连接部分被形成以便将所述布线层在所述布线层的层叠方向上彼此连接，每个所述连接部分被布置在所述器件形成区域上相对于切割位置一侧，其中，所述切割位置被限定在所述切割区域内。
2.根据权利要求1所述的复合半导体器件，其特征在于，所述布线层在所述器件形成区域上相对于所述连接部分一侧具有分割部分。
3.根据权利要求1所述的复合半导体器件，其特征在于，所述布线层的末端被布置以与所述半导体晶片被切割的角度相一致，每个所述末端被布置在所述器件形成区域上相对于所述切割部分一侧。
4.一种印头，所述印头包括：
安装基板，根据权利要求1所述的复合半导体器件被直线排列在所述安装基板上；
透镜阵列，所述透镜阵列被布置以便朝向所述复合半导体器件，所述透镜阵列被构造以便聚焦由所述复合半导体器件的所述半导体元件发射出的光线。
5.一种图像形成装置，所述图像形成装置包括：
根据权利要求4所述的印头；和
图像承载体，所述图像承载体具有被所述印头曝光的表面，以便形成在所述表面上的潜像。
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