TWI527268B - 半導體元件及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種半導體元件，特別係關於半導體元件之電極構造。
先前以來，就半導體元件而言，為了保護半導體層不受外部環境影響，往往由包含SiO2等透光性材料之絕緣層而被覆。更具體而言，如圖6所示，於設於半導體層120上之電極130之上表面周緣，設有用以使與絕緣層160之密接性提高之金屬層140，且自該金屬層140之上表面連續至半導體層120為止由絕緣層160被覆(參照專利文獻1)。
[專利文獻1]日本專利特開平11-150301號公報
但是，於安裝半導體元件時，因為包含Au等金屬材料之接合部件於與金屬層相接之狀態下被加熱，所以特別係於使用高溫之共晶接合時，接合部件容易向金屬層擴散，從而金屬層之密接性降低。藉此，絕緣層自電極剝離，最壞之情形時，自剝離之部分有接合部件浸入，藉此，半導體元件可能出現不良。
因此，本發明係鑒於如此之情況而作成者，其課題在於，提供一種半導體元件，能夠將於安裝半導體元件時所使用之接合部件向密接層擴散減輕。
根據本發明，上述課題藉由以下發明而解決。
本發明之半導體元件具備：半導體層；電極，其設於上述半導體層上且具有第一上表面及比第一上表面更突出之第二上表面；密接層，其設於上述電極之第一上表面且其上表面位於比上述電極之第二上表面更靠上述半導體層側；自上述密接層之上表面至上述半導體層為止被覆之絕緣層。
藉此，由於密接層自與接合部件相接之第二上表面隔離開地設於第一上表面，因此，能夠將接合部件向密接層擴散減輕。
進而，較佳為以使上述電極之第二上表面露出之方式於其周圍被覆上述絕緣層。藉此，可以使電極之第二上表面為與接合部件之主要之接面。因此，能夠防止接合部件自第一上表面向電極內部擴散、且進而擴散到附近之密接層為止。
另外，較佳為上述電極至少自第二上表面至第一上表面為止由連續之同一部件構成。藉此，即使接合部件自第二上表面向電極內部擴散，亦能夠防止比第一上表面更突出之第二上表面側之電極自第一上表面側之電極剝離。
另外，上述電極按照於俯視下上述第一上表面包圍上述第二上表面之周圍之方式配置，能夠防止絕緣層自電極剝離。
本發明之半導體元件之製造方法中，上述半導體元件具備：半導體層；電極，其設於上述半導體層上且具有第一上表面及比上述第一上表面更突出之第二上表面；密接層，其設於上述電極之第一上表面；及絕緣層，其被覆上述密接層及上述半導體層；上述半導體元件之製造方法至少具有以下步驟：將於電極之上表面依次積層之密接層及絕緣層按照上述電極之上表面局部地露出之方式除去；於藉由除去所形成之開口部內進一步積層上述電極。
藉此，由於自除去密接層及絕緣層到進一步積層電極為止於連續之步驟下進行，因此，能夠容易地構成具有比第一上表面更突出之第二上表面之電極。
進而，較佳為上述所露出之電極及於上述開口部內積層之電極包含同一材料。藉此，可以容易地使電極由第一上表面及比該第一上表面更突出之第二上表面連續之同一材料而構成。
另外，作為上述本發明之半導體元件之製造方法，還可以如下實現，即具有將設於半導體層之電極之上表面周緣除去而形成第一面之步驟。
根據本發明之半導體元件及其製造方法，可以提供一種能夠使於安裝半導體元件時使用之接合部件向密接層擴散得以減輕之半導體元件。
以下，作為用以實施本發明之半導體元件及其製造方法之形態，與圖一同進行詳細說明。再者，各圖所表示之部件之大小及位置關係有時為了明確說明而誇張表示。進而，於以下之說明中，對於同一名稱、符號於原則上表示相同或同質之部件，適宜省略詳細說明。
圖1係模式性地表示第一實施形態之半導體元件之平面圖。圖2係模式性地表示第一實施形態之半導體元件之圖1之A-A'線之剖面線。圖4係模式性地表示第一實施形態之半導體元件之製造方法之剖面圖。圖5係模式性地表示第一實施形態之半導體元件之其他製造方法之剖面圖。
如圖1及圖2所示，第一實施形態之半導體元件至少具備：基板10；設於基板10之半導體層20；設於半導體層20上且具有第一上表面32a、32b及比第一上表面32a、32b更突出之第二上表面34a、34b之電極30(30a、30b)；設於電極30之第一上表面32a、32b且其上表面位於比電極30之第二上表面之34a、34b更靠半導體層20側之密接層40；自密接層40之上表面至半導體層20為止被覆之絕緣層60。另外，本說明書中之「上」係指對於半導體層20積層了電極30之一側，為圖2中之上方向。
更具體而言，本實施形態之半導體元件係發光元件，於基板10上，作為半導體層20依次積層有n型半導體層22、活性層26、p型半導體層24。進而，於半導體元件之上表面側設有一對電極30a、30b，且具備與n型半導體層22電性連接之n側電極30a、及與p型半導體層24電性連接之p側電極30b。此時，n側電極30a被設置於藉由使p型半導體層24及活性層26之一部分除去而露出之n型半導體層22之表面。另一方面，p側電極30b以與p型半導體層24上之大致整個面所形成之透光性電極50之表面相接之方式設置。n側電極30a及p側電極30b均具有第一上表面32a、32b、及比第一上表面32a、32b更突出之第二上表面34a、34b，以於俯視下第一上表面32a、32b包圍第二上表面34a、34b之周圍之方式配置。進而，p側電極30b之第一上表面32b之一部分31b朝向n側電極30a延伸，可以向透光性電極50均勻供給電流。另外，於各電極之第一上表面32a、32b上設置有密接層40，相比密接層40之上表面，第二上表面34a、34b更突出。藉此，密接層40成為自第二上表面34a、34b隔離開，設置於第一上表面32a、32b上。進而，於密接層40之上表面設有絕緣層60，該絕緣層60自密接層40之上表面連續設置至半導體層20為止。第二上表面34a、34b以露出之方式其周圍由絕緣層60被覆，且以安裝半導體元件時所使用之接合部件(未圖示)不與第一上表面32a、32b直接相接之方式構成。藉此，可以防止自第二上表面34a、34b向電極30之內部擴散之接合部件擴散至電極30附近之密接層40。進而，第二上表面34a、34b處於比密接層40上所設置之絕緣層60之上表面更低之位置。即，第二上表面34a、34b構成於絕緣層60所形成之開口部70之底面，因此，藉由於開口部70內使接合部件充分駐留，可以提高接合強度。另外，各電極30a、30b至少由自第二上表面34a、34b至第一上表面32a、32b連續之同一部件構成。藉此，即使接合部件自第二上表面34a、34b向電極內部擴散，亦能夠防止比第一上表面更突出之第二上表面側之電極(突出部)自第一上表面側之電極剝離。另外，密接層40較好如圖1及圖2所示，設於各電極之第一上表面32a、32b之整面，但若為與各電極之比第一上表面32a、32b更突出之第二上表面34a、34b連結之部分相連，則亦設於各電極之第一上表面32a、32b之一部分。
具有以上構成之第一實施形態之半導體元件，可以減輕於安裝時使用之接合部件向密接層40擴散。
以下，詳細說明本發明之實施形態之各構成。
基板只要係可以使氮化物半導體磊晶成長之部件即可，大小及厚度等無特別限定。作為如此之基板之材料，列舉如藍寶石(Al2O3)及尖晶石(MgAl2O4)般之絕緣性基板、還有碳化矽(SiC)、ZnS、ZnO、Si、GaAs、金剛石、及與氮化物半導體晶格接合之鈮酸鋰、鎵酸釹等氧化物基板。
半導體層至少由n型半導體層、活性層、p型半導體層構成，其種類、材料無特別限定，但較佳為使用例如InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等氮化稼系之半導體材料。
電極係連接在安裝半導體元件時使用之焊錫等接合部件、且用於自外部向半導體層供給電流之部件。n側電極與n型半導體層電性連接，p側電極與p型半導體層電性連接。作為如此之電極之材料，可使用Ag、Al、Pt、Au、Ni、Ti、Cr、W、Rh、Ru、Ir、Hf、Mo、Ta等金屬材料，尤其，較佳為含有選自可使以Au為主成分之接合部件之擴散減輕之Pt、Rh、Ir、Ru之至少一種。例如，電極可以使用複數種該等金屬材料予以積層，較好使用Pt、Rh、Ir、Ru等金屬材料作為主要與接合部件相接之上表面側之層。另一方面，與半導體層及透光性電極之密接性優異之Ti、Ni、Cr、W、Mo、Ta等金屬材料、及能夠高效地反射來自半導體層之光之Ag、Al、Pt、Rh等金屬材料較佳使用作為與半導體層及後述之透光性電極相接之層。更具體而言，自半導體層側依次如Ti/Pt、或Ti/Rh/Pt、Cr/Rh/Pt、Ag/Ti/Pt等般積層金屬材料，可以將最表面之Pt層形成為具有第一上表面及第二上表面之凸狀層。藉此，由於可藉由減輕接合部件向電極內部及密接層之擴散之Pt層及其之外之層(Ti、Cr、Rh、Ag層)分離功能，故可以根據要求選擇最佳之金屬材料。
另外，於電極之第二上表面，為了提高與接合部件之接合性，亦可以進一步積層由接合部件中包含之材料構成之接合層。例如，於使用AnSn作為接合部件之材料之情形時，較佳為使用Au作為接合層之材料。
透光性電極係於p型半導體層之上表面之大致全面上所設置之、用於使自p側電極供給之電流於p型半導體層之整個面內均勻流動之部件。透光性電極配置於半導體元件之光取出面一側，較佳為以導電性氧化物作為材料使用。雖然亦可以使用金屬薄膜作為透光性電極，但由於導電性氧化物與金屬薄膜相比透光性優異，所以可以將半導體元件製成發光效率高之發光元件。作為如此之導電性氧化物，可列舉包含選自Zn、In、Sn、Mg中至少一種之氧化物、具體而言ZnO、In2O3、SnO2、ITO等。尤其，由於ITO為於可視光(可視區域)中具有較高之透光性、且導電率較高之材料，所以適合使用。
密接層係以絕緣層不自電極剝離之方式用於使絕緣層及電極之密接性提高之部件。作為如此之密接層之材料，只要係相對於絕緣層及電極密接性優異之材料即可，尤其，較佳為使用包含選自Ti、Ni、Cr、W、Mo、Ta中至少一種之材料，且密接層係金屬層。又，密接層亦可以使用Ti、Ni、Cr、W、Mo、Ta等氧化物。藉此，與絕緣層及電極之密接性優異，進而能夠減輕接合部件向密接層之擴散。
絕緣層係用於主要保護半導體層不受外部環境影響之部件，除接合部件相接之第二上表面外，將半導體元件之整個上表面被覆。作為如此之絕緣層之材料，使用具有透光性之Si、Ti、Ta、Zr等之氧化物、例如SiO2或ZrO2。
關於本發明之半導體之製造方法，參照圖4說明一例。圖4係模式性地表示第一實施形態之半導體元件之製造方法之剖面圖。再者，因為關於第一實施形態之半導體元件之構成如上述已說明，所以省略說明。
本發明之半導體元件之製造方法至少包括：於基板10上積層半導體層20之第一步驟(參照圖4(a))；於半導體層20上積層電極30(30a、30b)之第二步驟(參照圖4(b))；於電極30之上表面積層密接層40之第三步驟(參照圖4(c))；以將半導體層20及電極30、密接層40連續被覆之方式積層絕緣層60之第四步驟(參照圖4(d))；將於電極30之上表面依次積層之密接層40及絕緣層60以電極30之上表面局部地露出之方式除去(參照圖4(e))；及於藉由除去所形成之開口部70內進一步積層電極之第五步驟(參照圖4(f))。
藉此，由於自除去密接層40及絕緣層60到進一步積層電極為止於連續之步驟下進行，所以可以容易地構成具有比第一上表面32a、32b更突出之第二上表面之34a、34b之電極30。
此時，所露出之電極及於開口部內所積層之電極較佳為包含相同之材料，且半導體元件之電極30可以由第一上表面32a、32b及比該第一上表面32a、32b更突出之第二上表面34a、34b連續之同一部件容易地形成。
第一步驟係於基板10上積層包含n型半導體層22及發光層26、p型半導體層24之半導體層20之步驟。具體而言，向洗淨之包含藍寶石等之異種基板上之表面供給含有特定之半導體材料、摻雜物等之氣體，使用MOVPE(有機金屬氣相沈積法)、HVPE(氫化物氣相磊晶法)、MBE(分子束磊晶法)、MOMBE(有機金屬分子束磊晶法)等氣相沈積裝置，使n型半導體層22、發光層26、p型半導體層24依次氣相沈積。
第二步驟係於n型半導體層22上積層n側電極30a、於p型半導體層24上積層p側電極30b之步驟。第二步驟中，首先，於構成半導體層20之p型半導體層24上形成特定形狀之抗蝕劑掩膜(未圖示)。繼而，自掩膜上藉由RIE(反應性離子蝕刻)裝置進行蝕刻直到n型半導體層22之表面露出為止，除去抗蝕劑。
其次，使用濺鍍裝置於半導體層20上成膜ITO膜。繼而，於p型半導體層24上之大致全面以殘留ITO膜之方式形成抗蝕劑掩膜(未圖示)，之後進行蝕刻，除去抗蝕劑。然後，為了提高ITO膜之歐姆接觸性而進行退火，製成透光性電極50。
其次，形成空出所露出之n型半導體層22上、及透光性電極50上之各自特定之區域之抗蝕劑掩膜(未圖示)。自該掩膜上利用濺鍍裝置成膜構成電極30之Ti、Pt等金屬材料。此時，藉由將複數種金屬材料連續地成膜，而能夠容易地構成包含複數層之電極(例如Ti/Pt等)。
第三步驟係於經積層之電極30之上表面積層使與後述之絕緣層60之密接性提高之密接層40之步驟。第三步驟中，自第二步驟中積層電極時使用之掩膜上，繼而利用濺鍍裝置將構成密接層40之Ni等金屬材料成膜。然後，將抗蝕劑按其上成膜之金屬材料(Ti、Pt、Ni等)除去。藉此，成為於上述特定之區域積層n側電極30a及p側電極30b，且於其上以與各電極30呈相同之平面視形狀積層了密接層40之狀態。
第四步驟係以被覆半導體元件上之整個面之方式積層絕緣層60之步驟。於第四步驟中，自半導體元件上利用濺鍍裝置成膜SiO2膜作為絕緣層60。
第五步驟係以自第一上表面32a、32b突出之方式積層具有第二上表面34a、34b之電極30之步驟。於第五步驟中，首先，形成將密接層40上之特定區域局部地空出之抗蝕劑掩膜(未圖示)，對絕緣層60及密接層40進行蝕刻，使電極30之上表面露出。繼而，使用相同之掩膜，於藉由蝕刻形成之開口部70內由濺鍍裝置成膜與露出之電極30相同之金屬材料，除去抗蝕劑。藉此，由於自除去絕緣層60及密接層40到進一步積層電極為止可以連續之步驟進行，所以能夠縮短步驟。
另外，本發明之半導體元件之製造方法中，為了容易理解說明，使用一個半導體元件進行了說明，但即使係晶圓(分割為各半導體元件之前)之狀態亦可係同樣的。
例如，第四步驟中，於晶圓狀態下，對分割成各半導體元件之預定線上之半導體層20進行蝕刻，使基板10露出後，積層絕緣層60。藉此，與使用一個半導體元件之情況相同，可以絕緣層60被覆至半導體層20之側面為止。另外，不限於此，亦可以於積層絕緣體60之後(例如第五步驟之後)將晶圓分割成各半導體元件。於該情形時，雖然半導體層之側面自絕緣層60露出，但接合部件未繞至半導體層之側面為止，能夠降低材料費用，故而較佳。
如圖5所示，亦可以使用上述第三~第五步驟以外之方法。再者，圖5係模式性地表示第一實施形態之半導體元件之其他製造方法之剖面圖。
首先，形成將與電極30之上表面周緣對應之區域空出之抗蝕劑掩膜80，自該掩膜80上利用RIE裝置除去電極30之上表面周緣(參照圖5(a))。繼而，利用濺鍍裝置將構成密接層40之Ni等金屬材料成膜，除去抗蝕劑80(參照圖5(b))。藉此，成為能夠形成具有第一上表面32a、32b及比第一上表面32a、32b更突出之第二上表面之34a、34b之電極30，進而於電極30之第一上表面32a、32b積層有密接層40之狀態。
其次，藉由自半導體元件上利用濺鍍裝置將SiO2膜作為絕緣體60成膜，以將半導體元件上之整個面被覆之方式積層絕緣層60(參照圖5(c))。
最後，將與電極30之第二上表面34a、34b相對應之區域空出了之抗蝕劑掩膜80形成，自該掩膜上利用RIE裝置，以電極30之第二上表面34a、34b露出之方式除去絕緣層60(參照圖5(d))。之後，除去抗蝕劑80。
圖3係模式性地表示第二實施形態之半導體元件之剖面圖。
第二實施形態之半導體元件，除電極30係具有擴散減輕層37a、37b之多層構造之外，具有與第一實施形態實質上相同之構造。再者，對於相同之構造，亦有省略說明之部分。
本實施形態之半導體元件至少具備基板10、半導體層20、電極30、密接層40、及絕緣層60。
於設於基板10上之半導體層20之上表面設有電極30。電極30具有第一上表面32a、32b及比該第一上表面32a、32b更突出之第二上表面之34a、34b。於電極之第一上表面32a、32b上積層有密接層40，進而於密接層40之上表面積層有絕緣層60。該絕緣層60以使電極之第二上表面34a、34b露出之方式包圍其周圍，連續地被覆自密接層40之上表面至半導體層20為止。藉此，與第一實施形態相同，能夠減輕於安裝時使用之接合部件向密接層40擴散。
進而，電極30由複數層構成，具體而言自半導體層20側開始依次至少積層擴散減輕層37a、37b及具有第一上表面之及第二上表面之凸狀之層36a、36b。藉此，即使接合部件自第二上表面34a、34b向電極內部擴散，亦能夠藉由其下之擴散減輕層37a、37b防止接合部件擴散至與半導體層20或透光性電極50之接面為止。因此，能夠防止電極30、及半導體層20或透光性電極50之歐姆接觸性損害、或者最差之情況即電極30自半導體層20或透光性電極50剝離。
另外，本實施形態之電極30可以於擴散減輕層37a、37b、及半導體層20或透光性電極50之間進一步積層反光層38a、38b。作為如此之反光層38a、38b，可以使用能夠高效地反射來自半導體層20之光之Ag、Al、Pt、Rh等金屬材料。
另外，於電極30之第二上表面34a、34b，為了提高與接合部件之接合性，亦可以進一步積層由包含於接合部件之材料構成之接合層(未圖示)。例如，於使用AnSn作為接合部件之材料之情形時，較佳為使用Au作為接合層之材料。
擴散減輕層係構成電極之一個層，且係用於以於安裝半導體元件時使用之接合部件於電極內部不擴散之方式減輕擴散之部件。本實施形態之擴散減輕層積層於比具有第一上表面及第二上表面之凸狀之層更靠半導體層側，但不限於此，例如亦可以積層於比凸狀層更靠上表面側。
作為如此之擴散減輕層之材料，可以使用選自Ti、Ni、Cr、W、Mo、Ta等中至少一種之金屬材料。
(A)於上述實施形態中，於n側電極30a之第一上表面32a上設置密接層40，並且於p側電極30b之第一上表面32b上設置密接層40，但並不限定於此。密接層僅於第一上表面32a及第一上表面32b之一方設置亦可。
(B)於上述實施形態中，第二上表面34a、34b位於比絕緣層60之上表面更靠半導體層20側，但並不限定於此。絕緣層60之上表面位於比第二上表面34a、34b更靠半導體層20側亦可，係與第二上表面34a、34b為同一面亦可。
本發明之半導體元件除了用於一般照明外，還可以用於導航系統之背光燈、汽車之頭燈、信號機、大型顯示器等各種光源。
10、110．．．基板
20、120．．．半導體層
22．．．n型半導體層
24．．．p型半導體層
26．．．活性層
30、130．．．電極
30a．．．n側電極
30b．．．p側電極
31b．．．p側電極之延伸部
32a．．．n側電極之第一上表面
32b．．．p側電極之第一上表面
34a．．．n側電極之第二上表面
34b．．．p側電極之第二上表面
40、140．．．密接層
50．．．透光性電極
60．．．絕緣層
70．．．開口部
80．．．抗蝕劑掩膜
圖1係模式性地表示第一實施形態之半導體元件之平面圖。
圖2係模式性地表示第一實施形態之半導體元件之圖之A-A'線之剖面圖。
圖3係模式性地表示第二實施形態之半導體元件之剖面圖。
圖4(a)-(f)係模式性地表示第一實施形態之半導體元件之製造方法之剖面圖。
圖5(a)-(d)係模式性地表示第一實施形態之半導體元件之其他製造方法之剖面圖。
圖6係模式性地表示先前之半導體元件之剖面圖。
10．．．基板
20．．．半導體層
22．．．n型半導體層
24．．．p型半導體層
26．．．活性層
30．．．電極
30a．．．n側電極
30b．．．p側電極
32a．．．n側電極之第一上表面
32b．．．p側電極之第一上表面
34a．．．n側電極之第二上表面
34b．．．p側電極之第二上表面
40．．．密接層
50．．．透光性電極
60．．．絕緣層
70．．．開口部
Claims (8)
- 一種半導體元件，其包括：半導體層；電極，其設置於上述半導體層上，且具有第一上表面及比上述第一上表面更突出之第二上表面；密接層，其設置於上述電極之第一上表面；及絕緣層，其被覆上述密接層之上表面至上述半導體層為止，上述電極之第二上表面比上述密接層之上表面更突出，且上述電極之第二上表面位於比上述絕緣層之上表面更靠上述半導體層側。
- 如請求項1之半導體元件，其中以使上述電極之第二上表面露出之方式於其周圍被覆上述絕緣層。
- 如請求項1之半導體元件，其中上述電極至少自第二上表面至第一上表面為止由連續之同一部件構成。
- 如請求項2之半導體元件，其中上述電極至少自第二上表面至第一上表面為止由連續之同一部件構成。
- 如請求項1至4中任一項之半導體元件，其中上述電極按照於俯視下上述第一上表面包圍上述第二上表面之周圍之方式配置。
- 一種半導體元件之製造方法，上述半導體元件包括：半導體層、設於上述半導體層上且具有第一上表面及比上述第一上表面更突出之第二上表面之電極、設於上述電極之第一上表面之密接層、及被覆上述密接層及上述半 導體層之絕緣層；上述半導體元件之製造方法具有以下步驟：將於電極之上表面依次積層之密接層及絕緣層以使上述電極之上表面局部地露出之方式除去，於藉由除去所形成之開口部內進一步積層上述電極。
- 如請求項6之半導體元件之製造方法，其中上述露出之電極及上述開口部內積層之電極包含相同之材料。
- 一種半導體元件之製造方法，上述半導體元件包括：半導體層、設於上述半導體層上且具有第一上表面及比上述第一上表面更突出之第二上表面之電極、設於上述電極之第一上表面之密接層、及被覆上述密接層及上述半導體層之絕緣層；上述半導體元件之製造方法包括將設置於半導體層之電極之上表面周緣除去而形成第一面之步驟。
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