特表 2022-545976 基板から受板へのレーザリフトオフを用いた（ＬＥＤ）ダイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-01

(54)【発明の名称】基板から受板へのレーザリフトオフを用いた（ＬＥＤ）ダイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/48 20100101AFI20221025BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20221025BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20221025BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20221025BHJP

   B23K 26/57 20140101ALI20221025BHJP

【ＦＩ】

H01L33/48

H01L33/32

H01L21/304 611Z

H01L21/78 V

H01L21/78 Y

H01L21/78 S

B23K26/57

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022513980

(86)(22)【出願日】2020-08-20

(85)【翻訳文提出日】2022-02-28

(86)【国際出願番号】 US2020047137

(87)【国際公開番号】W WO2021041138

(87)【国際公開日】2021-03-04

(31)【優先権主張番号】62/892,644

(32)【優先日】2019-08-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/987,478

(32)【優先日】2020-08-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522078347

【氏名又は名称】セミエルイーディーズ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＳＥＭＩＬＥＤＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】１Ｆ， Ｎｏ． １１， Ｋｅ Ｊｕｎｇ Ｒｄ．， Ｃｈｕ－Ｎａｎ Ｓｉｔｅ， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ Ｃｈｕ－Ｎａｎ ３５０， Ｍｉａｏ－ｌｉ Ｃｏｕｎｔｙ（ＴＷ）

(71)【出願人】

【識別番号】000002060

【氏名又は名称】信越化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】チュ、チォンフ

(72)【発明者】

【氏名】チャン、シンカイ

(72)【発明者】

【氏名】スー、イフォン

(72)【発明者】

【氏名】ドォアン、デビッド チュング

(72)【発明者】

【氏名】ドォアン、チュング トゥリ

(72)【発明者】

【氏名】小川 敬典

(72)【発明者】

【氏名】大竹 滉平

(72)【発明者】

【氏名】近藤 和紀

(72)【発明者】

【氏名】大堀 敬司

(72)【発明者】

【氏名】北川 太一

(72)【発明者】

【氏名】松本 展明

(72)【発明者】

【氏名】小材 利之

(72)【発明者】

【氏名】上田 修平

【テーマコード（参考）】

4E168

5F057

5F063

5F142

5F241

【Ｆターム（参考）】

4E168AE05

4E168DA04

4E168DA25

4E168DA37

4E168DA45

4E168JA13

4E168JA17

5F057AA05

5F057BA15

5F057BB11

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5F063DG11

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5F142AA86

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5F241AA41

5F241AA42

5F241CA05

5F241CA40

5F241CA77

5F241CB11

(57)【要約】

発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイス［３２］の製造方法は、基板［３０］を用意するステップ、および基板［３０］上に複数のダイサイズの半導体構造［３２］を形成するステップを含む。この方法はまた、エラストマー性ポリマー層［４４］を有する受板［４２］を用意するステップ、エラストマー性ポリマー層［４４］によって加えられる接着力を用いて基板［３０］および受板［４２］を物理的に接触させて配置するステップ、ならびに均一なレーザビーム［４０］を、基板［３０］を通して半導体層［５０］に向かって、基板［３０］との界面に照射することにより、半導体構造［３２］をエラストマー性ポリマー層［４４］上にリフトオフするレーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスを行うステップを含む。レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセス中に、エラストマー性ポリマー層［４４］は、運動量移動を低減するショックアブソーバとして、および半導体構造［３２］を受板［４２］上の定位置に保持するための粘着面として機能する。
【選択図】図９Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスの製造方法であって、
基板を用意するステップ、
前記基板上に複数のダイサイズの半導体構造を形成するステップ、
エラストマー性ポリマー層を有する受板を用意するステップ、
前記エラストマー性ポリマー層によって加えられる接着力を用いて前記基板と前記受板を物理的に接触させて配置するステップ、および
均一なレーザビームを、前記基板を通して前記半導体層に向かって、前記基板との界面に照射することにより、前記半導体構造を前記エラストマー性ポリマー層上にリフトオフするレーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスを行うステップを含む、方法。

【請求項2】

前記レーザビームが、前記基板を透過し、前記基板との界面で前記半導体層によって吸収され得るように、レーザの波長およびパワーを選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセス中に、前記レーザビームを、前記複数の半導体構造の少なくとも１つずつに順に集光し、全ての前記半導体構造、または前記基板上の選択された半導体構造のみを除去する、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記基板がサファイアウエハーを備え、前記受板が前記ウエハーより大きな板を備える、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記受板上の前記エラストマー性ポリマー層が硬化型シリコーン粘着剤を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記半導体構造が、複数のＧａＮ層を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスにエキシマレーザを使用する、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記半導体構造が、縦型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイスまたはフリップチップ発光ダイオードダイス（ＦＣＬＥＤ）を備える、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスの製造方法であって、
サファイアを含む基板を用意するステップ、
各半導体構造がＧａＮ層を含むエピタキシャルスタックを備え、前記基板上に複数のダイサイズの半導体構造を形成するステップ、
硬化型シリコーン粘着剤を含むエラストマー性ポリマー層を有する受板を用意するステップ、
前記エラストマー性ポリマー層によって加えられる接着力を用いて前記基板と前記受板を物理的に接触させて配置するステップ、および
均一なレーザビームを、前記基板を通して前記半導体層に向かって、前記基板上のサファイア／ＧａＮ界面に照射することにより、前記半導体構造を前記エラストマー性ポリマー層上にリフトオフし、前記レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスの後に前記エラストマー性ポリマー層が前記半導体構造を前記受板上の定位置に保持するレーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスを行うステップを含む、方法。

【請求項10】

前記エラストマー性ポリマー層がスピンオンポリマーを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセス中に、前記レーザビームが前記基板を透過し、前記基板との界面で前記半導体層によって吸収され得るように、レーザの波長およびパワーを選択するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記半導体構造がフリップチップ発光ダイオード（ＦＣＬＥＤ）ダイスを備え、各（ＦＣＬＥＤ）ダイが、ｐ型閉じ込め層、ｎ型閉じ込め層、閉じ込め層間にある発光するように構成された活性層、ｐ型閉じ込め層に接触するＰ金属層、およびｎ型閉じ込め層に接触するＮ電極を備える、請求項９に記載の方法。

【請求項13】

前記基板と受板を物理的に接触させるステップが、前記受板に重りを置くステップおよび前記エラストマー性ポリマー層を硬化させるステップを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項14】

前記基板がウエハーを備え、前記受板が前記ウエハーより大きい円形板を備える、請求項９に記載の方法。

【請求項15】

前記基板がウエハーを備え、前記受板が前記ウエハーより大きい正方形または長方形の板を備える、請求項９に記載の方法。

【請求項16】

発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスの製造方法であって、
基板を用意するステップ、
化合物半導体材料のエピタキシャルスタックからなる前記基板上に複数のダイサイズの半導体構造を形成するステップ、
受板上に、スピンコートされた硬化型シリコーンエラストマー性ポリマー層を有する受板を用意するステップ、
前記エラストマー性ポリマー層によって加えられる接着力を用いて前記基板と前記受板を物理的に接触させて配置するステップ、
前記エラストマー性ポリマー層がショックアブソーバおよび前記半導体構造を保持するための接着面として機能する状態で、均一なレーザビームを、前記基板を通して前記半導体層に向かって、前記基板との界面に照射することによって、前記エラストマー性ポリマー層上に前記半導体構造をリフトオフするレーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスを行うステップ、ならびに
前記レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスの間、前記レーザビームが前記基板を透過し、前記基板との界面で前記半導体層に吸収され得るように、レーザの波長とパワーを選択するステップを含む、方法。

【請求項17】

前記半導体構造は、縦型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイスまたはフリップチップ発光ダイオード（ＦＣＬＥＤ）ダイスを備える、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスにエキシマレーザを使用する、請求項１６に記載の方法。

【請求項19】

前記エピタキシャルスタックがＧａＮを含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項20】

前記基板がサファイアウエハーを備え、前記受板が前記ウエハーよりも大きな板を備える、請求項１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に援用される２０１９年８月２８日に出願された米国仮出願第６２／８９２６４４からの優先権を主張する。

【0002】

本開示は、半導体の製造に関し、特に半導体製造技術を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスの製造に関する。

【背景技術】

【0003】

発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスの製造では、サファイアなどの基板を用いてＧａＮエピタキシャルスタックを製造することができる。例えば、縦型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイスは、共晶金属を用いて２次基板を接合するか、電気めっき技術を用いてエピタキシャルスタック上に２次基板を成膜することによって形成された連続２次基板とともに、サファイア基板上に製造される。

【0004】

図１Ａ～１Ｃは、基板１２上の発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイス１０（図１Ｃ）の製造方法の先行技術を図示している。図１Ａは、ｐ－ＧａＮ層１６、多重量子井戸（ＭＱＷ）層１８およびｎ－ＧａＮ層２０からなる半導体構造１４の形成を図示している。図１Ｂは、（ＬＥＤ）ダイス１０を画定するための開口部２２のエッチングを図示している。図１Ｃは、開口部２２に絶縁層２６を形成するステップ、および（ＬＥＤ）ダイス１０上に連続接続２次基板２４を形成するステップを図示している。また図１Ｃは、基板１２のレーザリフトオフ（ＬＬＯ）後の製造プロセスを図示し、（ＬＥＤ）ダイス１０の粗化面２８を図示している。

【0005】

レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスで発生する問題の一つに、基板１２との界面（例えば、ＧａＮ／サファイア界面）におけるｎ－ＧａＮ層２０（図１Ｃ）の熱分解がある。この熱分解は爆発的な力を発生させ、（ＬＥＤ）ダイス１０にクラックやマイクロクラックを形成するおそれがある。また、これらのクラックやマイクロクラックは、予測できない方向に広がり、使用不可能な（ＬＥＤ）ダイス１０を生成するおそれがある。さらに、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）中の運動量移動による損傷は、デバイスのリークと信頼性の問題を引き起こす。先行技術では、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスの前に、連続２次基板２４（図１Ｃ）を半導体構造１４上に接合、蒸着、または成長させ、（ＬＥＤ）ダイス１０を定位置に保持することができる。しかし、２次基板２４が除去されると、２次基板２４が（ＬＥＤ）ダイス１０をともに保持できなくなるために、爆発的な力はエピタキシャル層にもダメージをもたらすおそれがある。また、単一の（ＬＥＤ）ダイ１０をピックする前に、隣接するダイスから各単一の（ＬＥＤ）ダイ１０を分離するために、追加ステップとしてダイシングも必要である。ダイシングソーやレーザ切断を用いたダイシングプロセスは、設備コストや歩留まり損失のため、コストがかかる。

【0006】

本開示は、２次基板を形成または接合する必要なく、かつ半導体構造に損傷を与えることなく、基板から半導体構造をレーザリフトオフ（ＬＬＯ）する方法を対象とする。また、本方法は、ダイシングを行うことなくピックアップできるように半導体構造を受板上に配置する。

【発明の概要】

【0007】

発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスの製造方法は、基板を用意する初期ステップ、および基板上に複数のダイサイズの半導体構造を形成するステップを含む。半導体構造の構成は、製造される（ＬＥＤ）ダイスのタイプに依存する。例えば、本方法は、縦型発光ダイス（ＶＬＥＤ）またはフリップチップ発光ダイス（ＦＣＬＥＤ）を製造するために使用することができる。

【0008】

また本方法は、接着特性を有するエラストマー性ポリマー層を有する受板を用意するステップ、およびエラストマー性ポリマー層によって加えられた接着力を用いて基板と受板を物理的に接触させて配置するステップを含む。例示的実施形態では、エラストマー性ポリマー層は、硬化型粘着剤を含む。

【0009】

また本方法は、均一なレーザビームを、基板を通して半導体層に向かって、基板との界面に照射することにより、半導体構造をエラストマー性ポリマー層上にリフトオフするレーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスを行うステップも含む。レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセス中に、レーザビームを半導体構造の１つずつに順に集光し、全ての半導体構造、または基板上の選択された半導体構造のみを除去する。さらに、レーザビームは単一の半導体構造のフットプリントよりも大きな外形を有し、半導体構造の領域よりも大きなレーザリフトオフ（ＬＬＯ）領域を形成する。さらに、リフトオフ（ＬＬＯ）プロセス中は、受板上のエラストマー性ポリマー層がショックアブソーバとして機能し、運動量エネルギー移動によって半導体構造から運動エネルギーを吸収する。

【0010】

また、本方法は、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセス中に、レーザビームが基板を透過し、基板との界面で半導体層によって吸収され得るように、レーザの波長およびパワーを選択するステップも含むことができる。さらに、レーザの波長とパワーを選択するステップによって、レーザビームのエネルギー密度が基板の吸収閾値より十分に低くなり、レーザビームが基板を透過することが可能になる。これに対し、レーザのエネルギー密度を、基板との界面での半導体層の光誘起分解を引き起こすのに十分なように高くすることで、界面において半導体層を剥離させることが可能である。しかし、受板が運動量移動による半導体構造の任意の損傷を防ぎ、およびエラストマー性ポリマー材料が、ダイサイズの半導体構造を受板上の定位置に保持する。本方法は、２次基板が不要であるため、エピタキシャル層および金属層の厚さと同程度の薄さである所望の厚さを有する（ＬＥＤ）ダイスを製造することができる。この結果、厚さは５０μｍ未満および１０μｍ程度に薄くすることができる。本方法は、２００μｍ未満の幅と長さを有するミニＬＥＤダイスまたはマイクロＬＥＤダイスに特に有用である。

【0011】

レーザリフトオフ（ＬＬＯ）ステップの後、本方法はまた、ダイサイズの半導体構造を受板から除去するステップも含むことができる。このステップは、半導体ダイス用のピックアンドプレース機構、または半導体ダイスを受板上の定位置に保持するエラストマー性ポリマー層よりも高い接着力を有するスタンプなどの従来の技術を用いて行うことができる。ダイサイズの半導体構造はＬＬＯ前に隣接する半導体構造から分離され、２次基板は不要である。そのため、レーザダイシングのダイソーを用いて各単一の半導体構造を隣接する構造から分離するステップが取り除かれ、より低いコストおよびより高い歩留りをもたらす。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1A-1C】図１Ａ～１Ｃは、接続基板を用いて行われる先行技術のリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスを図示する拡大模式断面図である。

【0013】

【図2】図２Ａは、基板および基板上に形成された半導体構造の模式的な平面図である。

【0014】

【図2B】図２Ｂは、図２Ａの区切り線２Ｂに沿って取り出した基板の拡大部分である。

【0015】

【図2C】図２Ｃは、図２Ｂと同等であるが、基板の反対側から見た下面図である。

【0016】

【図2D】図２Ｄは、本方法のレーザリフトオフ（ＬＬＯ）ステップ中に半導体構造の１つに集光したレーザビームを図示する模式的な平面図である。

【0017】

【図2E】図２Ｅは、基板上の半導体構造を図示する拡大模式断面図である。

【0018】

【図3】図３は、物理的に接触させて配置する前の受板および基板を図示する模式的な透視図である。

【0019】

【図4】図４は、エラストマー性ポリマー層によって加えられる接着力を用いて基板および受板が物理的に接触している状態を図示する拡大模式断面図である。

【0020】

【図5】図５は、基板および受板を物理的に接触させて配置するための例示的なシーケンスを図示する模式的なフロー図である。

【0021】

【図6】図６は、基板および受板が物理的に接触している状態を図示する模式的な断面図である。

【0022】

【図7】図７は、本方法のレーザリフトオフ（ＬＬＯ）ステップを図示する模式的な断面図である。

【0023】

【図8】図８は、スピンオンエラストマー性ポリマー層を有するレーザリフトオフ（ＬＬＯ）用受板の例示的な特性を図示する模式的な断面図である。

【0024】

【図9A】図９Ａは、半導体構造を受板から選択的にリフトオフすることができる方法のレーザリフトオフ（ＬＬＯ）ステップの特性を図示する模式的な断面図である。

【0025】

【図9B】図９Ｂは、基板が非レーザリフトオフ（ＬＬＯ）領域（ダイサイズの半導体構造が基板に取り付けられている）とレーザリフトオフ（ＬＬＯ）領域（ダイサイズの半導体構造が受板のエラストマー層上にリフトされている）を含む方法のレーザリフトオフ（ＬＬＯ）ステップ後の模式的な断面図である。

【0026】

【図10】図１０は、フリップチップ発光ダイオード（ＦＣＬＥＤ）ダイの形態で完成した半導体構造の模式的な断面図である。詳細な説明

【0027】

図２Ａ～２Ｅを参照すると、発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスの製造方法の第１のステップは、基板３０（図２Ａ）を用意するステップおよび基板３０上に複数のダイサイズの半導体構造３２（図２Ｅ）を形成するステップを含む。例示的実施形態では、基板３０はサファイアウエハーを含み、半導体構造３２は、ダイサイズを有し、基板３０上に形成された化合物半導体材料の異なる層を含む。

【0028】

ダイサイズの半導体構造３２は、従来の半導体製造技術を用いて形成することができ、基板３０の表面に十字の開口パターン３８（図２Ｂ）をエッチングによって物理的に分離することができる。しかしながら、半導体構造３２の正確な構造は、製造される（ＬＥＤ）ダイスのタイプに依存することになる。

【0029】

当技術分野で既知である技術を用いて、ＧａＮ層３４（図２Ｅ）を、基板３０（図２Ｅ）上にヘテロエピタキシャル成長させることができる。エッチングプロセスの後、開口部３８にはＧａＮ材料がないことに留意されたい。ＧａＮ結晶成長を促進するために、初期ＧａＮ層を８００℃未満の比較的低い温度で成膜することができるが、格子不整合が大きいために初期ＧａＮ層は様々な欠陥を高密度で含むようになる。転位、ナノパイプおよび反転ドメインなどの結晶欠陥は、表面エネルギーを上昇させ、これによりレーザビームをより高く吸収することになる。この後のレーザリフトオフ（ＬＬＯ）ステップ中で、ＧａＮはガリウム金属蒸気と窒素ガスに速やかに分解され、半導体構造３２と基板３０上に爆発的な力が作用することになる。ダイサイズの半導体構造３２は、基板３０と比較して、質量もサイズもはるかに小さいので、各半導体構造３２に、大きな力が作用することになる。例示的実施形態では、半導体構造３２はミクロン単位の寸法であり、基板３０はミリメートル単位の寸法である。図２Ｅにも示すように、この後のレーザリフトオフ（ＬＬＯ）ステップに用いられるレーザビーム４０は、リフトオフ（ＬＬＯ）されるダイサイズの半導体構造３２のフットプリントよりも大きな外形を有する。さらに、図９Ａ～９Ｂに示すように、レーザビーム４０のサイズを変えることによって、一度に２つ以上のダイサイズの半導体構造をリフトオフすることができる。

【0030】

図３を参照すると、発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスの製造方法はまた、エラストマー性ポリマー層４４でコートされた受板４２を用意するステップも含む。受板に好ましい材料は、石英を含む。エラストマー性ポリマー層４４用の例示的な材料は、シリコーン、シロキサン、ゴム、または他のエラストマーベースの材料を含む。図３に示すように、受板４２は、基板３０のサイズおよび形状に対応するが、それよりもわずかに大きいサイズおよび形状を有することができる。例えば、基板３０が円形ウエハーを備える場合、受板４２は、円形ウエハーよりもわずかに大きい円形板を備えることができる。

【0031】

図４を参照すると、発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスの製造方法はまた、エラストマー性ポリマー層４４によって加えられる接着力を用いて基板３０と受板４２を物理的に接触させて配置するステップも含む。図４に示すように、半導体構造３２は、パッド電極３６が半導体構造３２とエラストマー性ポリマー層４４との間にＺ１の間隔を設けるような縦型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイスの構成を有することができる。さらに、エラストマー性ポリマー層４４によって、パッド電極３６に接着力Ｆが加えられている。ダイサイズの半導体構造３２は、依然として基板３０に物理的に接続されているが、隣接する半導体構造から物理的に分離されている。

【0032】

例１：図５および図６を参照すると、例示的な接触させて配置するステップでは、４インチ径の円形基板３０と、６インチ角の受板４２Ｓを使用する。この例では、エラストマー性ポリマー層４４は、接着力を加えるように構成された硬化型シリコーン粘着剤を含む。エラストマー性ポリマー層４４用の他の適当な材料は、ソルボセイン（登録商標）およびネオプレン（登録商標）を含む。１つの適当な接着剤は、２０２０年２月３日に出願された、「付加硬化型シリコーン粘着剤組成物およびこの硬化物」と題する日本国特許出願番号２０２０－０１６２００に開示されており、これは参照により組み込まれる。

【0033】

図５に示すように、接触させて配置するステップは、基板３０および受板４２Ｓを物理的に接触させて配置する第１のステップと、重り４８を加えて重り４８を用いてエラストマー性ポリマー層４４を硬化させる第２のステップと、重り４８を除去する第３のステップとを含むことができる。例として、エラストマー性ポリマー層４４は、接着力０．０８ＭＰａ超、硬度＜７０（タイプＡ）、引張強さ＞．０１ＭＰａを有することができる。

【0034】

表１は、シリコーン製のスピンオンエラストマー性ポリマー層４４のいくつかの特性を特定するものである。

【0035】

図７および図８を参照すると、発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスの製造方法はまた、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスを行うステップも含む。レーザリフトオフプロセス中に、均一なレーザビーム４０を、基板３０を通して界面半導体層５０に向かって、基板３０との界面に照射し、ダイサイズの半導体構造３２を受板４２上にリフトオフする。レーザリフトオフ（ＬＬＯ）ステップ中に、各半導体構造３２は、界面半導体層５０の分解により、受板４２の方へ個別に押し出される。例えば、界面半導体層５０がＧａＮからなる場合、分解は、ガス状のガリウム（Ｇ）および窒素（Ｎ２）になる。図７において、この爆発的な力は、爆発的な力の矢印５２によって表されている。これは、半導体構造３２を通過し、受板４２上のエラストマー性ポリマー層４４に吸収される。エラストマー性ポリマー層４４は、ソフトクッションまたはショックアブソーバとして機能し、運動量エネルギー移動によって半導体構造３２から運動エネルギーを吸収する。半導体構造３２は、損傷することなくエラストマー性ポリマー層４４に載ることになり、受板４２上の所望の位置に留まる。

【0036】

例２：例示的なレーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスは、波長λ＝２４８ｎｍ、パルス幅２５ｎｓのＫｒＦエキシマレーザなどの２４８ｎｍのレーザビーム４０を使用する。レーザ出力エネルギーは、１０ｎＪから５０ｍＪまで変化させることができる。レーザビームは、均一なビームプロファイル（好ましくはＲＭＳ１０％未満）を形成するために、特殊な光学系を用いて再形成および均質化される。ＬＬＯ処理ビームは投影システムを透過した後、０．９ｘ０．９ｍｍ^２などのスポットサイズでウエハー／サンプル上に集光する。他のサイズや形状のレーザビームを使用することも可能である。エキシマレーザは、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）に限定されない。例えば、エキシマレーザは、Ｆ２エキシマレーザ（１５５ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザ（１９８ｎｍ）であってよい。エキシマレーザは、通常、貴ガス（アルゴン、クリプトン、またはキセノン）と反応性ガス（フッ素、塩素）を組み合わせて使用する。受板４２は、基板３０よりも大きいことが好ましい。さらに、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセス後の半導体構造３２の反転、チルティング、回転およびクラックを防止するために、受板４２はＴＴＶ（ｔｏｔａｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）が好ましくは＜５μｍ、より好ましくは＜２μｍの、平板である。さらに、受板４２は、基板３０上に半導体構造３２を位置合わせするための１つまたは複数のアライメントマークを含むことができる。また適切なアライメントは、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセス後の、受板４２上の半導体構造３２の適切な配置（すなわち、受板４２上の所望の座標）を保証する。さらに、受板４２は、プレアライメントのための１つまたは複数のノッチまたはフラットを含むことができる。

【0037】

例３：図９Ａおよび９Ｂを参照すると、この例では、受板４２は、硬化型シリコーン粘着剤組成物からなるスピンオンエラストマー性ポリマー層４４を含んでいる。また、この例では、基板３０は４インチ径のウエハーを備え、受板４２は６インチ径の円形板を備える。さらに、受板４２は、ＴＴＶ（ｔｏｔａｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）が＜５μｍである。エラストマー性ポリマー層４４を形成するために、スピンコータを用いて受板４２の中心上にエラストマーを分配し、選択された厚さＴ（例えば、～２０μｍ）を提供することができる。スピンオンプロセスの場合、エラストマー性ポリマー層４４の厚さＴは、スピン速度、スピンオン液体粘度および他の係数の関数となる。標準的に、厚さＴは半径方向に依存する。最適な厚さを均一に提供するために、より大きな直径の受板４２を使用することになる。スピンコートの代わりに、蒸着、ドクターブレード、またはスクリーン印刷によってエラストマー性ポリマー層４４を塗布することもできる。

【0038】

図９Ａに示すように、レーザビーム４０の適切な集光によってレーザリフトオフ領域５４を選択的に設置し、選択された半導体構造３２を受板４２上にリフトすることができる。受板４２を用いることで、先行技術の２次基板２４（図１Ｃ）のように基板３０全体にレーザリフトオフ（ＬＬＯ）を行わずに、特定の半導体構造３２を選択的に除去することができる。レーザリフトオフ（ＬＬＯ）ステップの後、本方法はまた、受板４２上の半導体構造３２の表面を洗浄するステップ、またはエッチングするステップを含むこともできる。受板４２上の半導体構造３２をエッチングし、光抽出、出力、ハンドリングなどの性能を向上させる粗面を作製することができる。

【0039】

ダイサイズの半導体構造３２が受板４２のエラストマー性ポリマー層４４の表面に載っている状態で、本方法はまた、受板４２から半導体構造３２を除去するステップを含むこともできる。このステップは、半導体ダイス用のピックアンドプレース機構などの従来技術を使用して行うことができる。

【0040】

図１０を参照すると、受板４２から分離され完成した半導体構造は、フリップチップ発光ダイオード（ＦＣＬＥＤ）ダイ３２ＦＣＬＥＤを備える。フリップチップ発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ３２ＦＣＬＥＤは、ｐ型閉じ込め層（Ｐ層）６４、ｎ型閉じ込め層（Ｎ層）６０、閉じ込め層間にある発光するように構成された活性層（多重量子井戸（ＭＱＷ）層）６２、ｐ型閉じ込め層（Ｐ層）６４に接触するＰ金属層６６、反射層６８、分離層７２、およびｎ型閉じ込め層（Ｎ層）６０に接触するＮ電極７０からなるエピタキシャルスタック５７を含む。

【0041】

いくつかの例示的な態様および実施形態を上述してきたが、当業者は、これらの特定の修正、並び替え、追加およびサブコンビネーションを理解されよう。したがって、以下の添付の特許請求の範囲およびこの後導入される請求項は、この真の趣旨および範囲内であるような全ての修正、並び替え、追加およびサブコンビネーションを含むと解釈されると意図される。

【図1A-1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2022-07-04

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスの製造方法であって、
基板上に複数のダイサイズの半導体構造を用意するステップ、
エラストマー性ポリマー層を有する受板を用意するステップ、
前記基板上の前記半導体構造に接着力を加えるために、前記基板と前記受板を物理的に接触させて配置するステップ、
均一なレーザビームを、前記基板を通して前記半導体層に向かって、前記基板との前記半導体構造の界面に照射することにより、前記半導体構造を前記エラストマー性ポリマー層上にリフトオフするレーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスを行うステップ、および
前記半導体構造を前記受板から除去するステップを含む、方法。

【請求項2】

前記レーザビームが、前記基板を透過し、前記基板との界面で前記半導体層によって吸収され得るように、レーザの波長およびパワーを選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセス中に、前記レーザビームを、前記複数の半導体構造の少なくとも１つずつに順に集光し、全ての前記半導体構造、または前記基板上の選択された半導体構造のみを除去する、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

発光ダイオード（LED）ダイスの製造方法であって、
サファイア基板上に複数のダイサイズの半導体構造を用意するステップ、
エラストマー性ポリマー層を有する受板を用意するステップ、
前記エラストマー性ポリマー層によって加えられる接着力を用いて前記基板と前記受板を物理的に接触させて配置するステップ、および
均一なレーザビームを、前記基板を通して前記半導体層に向かって、前記基板との界面に照射することによって、前記エラストマー性ポリマー層上に前記半導体構造をリフトオフするレーザリフトオフ（LLO）プロセスを行うステップを含み、
前記受板がウエハーより大きな板を備える、方法。

【請求項5】

前記受板上の前記エラストマー性ポリマー層が硬化済シリコーン粘着剤を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記受板を用意するステップが、前記受板に前記エラストマー性ポリマー層を塗布するステップを含む、請求項４に記載の方法。

【請求項7】

前記レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスにエキシマレーザを使用する、請求項４に記載の方法。

【請求項8】

前記半導体構造が、縦型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイスまたはフリップチップ発光ダイオードダイス（ＦＣＬＥＤ）を備える、請求項４に記載の方法。

【請求項9】

発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスの製造方法であって、
各半導体構造がＧａＮ層を含むエピタキシャルスタックを備え、基板上に複数のダイサイズの半導体構造を用意するステップ、
硬化済シリコーン粘着剤を含むエラストマー性ポリマー層を有する受板を用意するステップ、
前記エラストマー性ポリマー層によって前記半導体構造に接着力が加わるように、前記基板と前記受板を物理的に接触させて配置し、重りを加えるステップ、
均一なレーザビームを、前記基板を通して前記半導体層に向かって、前記基板上の前記半導体構造のサファイア／ＧａＮ界面に照射することにより、前記半導体構造を前記エラストマー性ポリマー層上にリフトオフし、前記レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスの後に前記エラストマー性ポリマー層が前記半導体構造を前記受板上の定位置に保持するレーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスを行うステップ、および
前記半導体構造を前記受板から除去するステップを含む、方法。

【請求項10】

発光ダイオード（LED）ダイスの製造方法であって、
サファイアを含む基板を用意するステップ、
各半導体構造がGaN層を含むエピタキシャルスタックを備え、前記基板上に複数のダイサイズの半導体構造を形成するステップ、
硬化済スピンオンポリマーを含むエラストマー性ポリマー層を有する受板を用意するステップ、
前記エラストマー性ポリマー層によって加えられる接着力を用いて前記基板と前記受板を物理的に接触させて配置するステップ、および
均一なレーザビームを、前記基板を通して前記半導体層に向かって、前記基板上のサファイア／GaN界面に照射することにより、前記半導体構造を前記エラストマー性ポリマー層上にリフトオフし、前記レーザリフトオフ（LLO）プロセスの後に前記エラストマー性ポリマー層が前記半導体構造を前記受板上の定位置に保持するレーザリフトオフ（LLO）プロセスを行うステップを含む、方法。

【請求項11】

前記レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセス中に、前記レーザビームが前記基板を透過し、前記基板との界面で前記半導体層によって吸収され得るように、レーザの波長およびパワーを選択するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

発光ダイオード（LED）ダイスの製造方法であって、
サファイアを含む基板を用意するステップ、
各半導体構造がGaN層を含むエピタキシャルスタックを備え、前記基板上に複数のダイサイズの半導体構造を形成するステップ、
硬化済シリコーン粘着剤を含むエラストマー性ポリマー層を有する受板を用意するステップ、
前記エラストマー性ポリマー層によって加えられる接着力を用いて前記基板と前記受板を物理的に接触させて配置するステップ、および
均一なレーザビームを、前記基板を通して前記半導体層に向かって、前記基板上のサファイア／GaN界面に照射することにより、前記半導体構造を前記エラストマー性ポリマー層上にリフトオフし、前記レーザリフトオフ（LLO）プロセスの後に前記エラストマー性ポリマー層が前記半導体構造を前記受板上の定位置に保持するレーザリフトオフ（LLO）プロセスを行うステップを含み、
前記半導体構造がフリップチップ発光ダイオード（ＦＣＬＥＤ）ダイスを備え、各（ＦＣＬＥＤ）ダイが、ｐ型閉じ込め層、ｎ型閉じ込め層、閉じ込め層間にある発光するように構成された活性層、ｐ型閉じ込め層に接触するＰ金属層、およびｎ型閉じ込め層に接触するＮ電極を備える、方法。

【請求項13】

発光ダイオード（LED）ダイスの製造方法であって、
サファイアを含む基板を用意するステップ、
各半導体構造がGaN層を含むエピタキシャルスタックを備え、前記基板上に複数のダイサイズの半導体構造を形成するステップ、
硬化済シリコーン粘着剤を含むエラストマー性ポリマー層を有する受板を用意するステップ、
前記受板に重りを置くステップおよび前記エラストマー性ポリマー層を硬化させるステップによって、前記エラストマー性ポリマー層によって加えられる接着力を用いて前記基板と前記受板を物理的に接触させて配置するステップ、ならびに
均一なレーザビームを、前記基板を通して前記半導体層に向かって、前記基板上のサファイア／GaN界面に照射することにより、前記半導体構造を前記エラストマー性ポリマー層上にリフトオフし、前記レーザリフトオフ（LLO）プロセスの後に前記エラストマー性ポリマー層が前記半導体構造を前記受板上の定位置に保持するレーザリフトオフ（LLO）プロセスを行うステップを含む、方法。

【請求項14】

発光ダイオード（LED）ダイスの製造方法であって、
各半導体構造がＧａＮ層を含むエピタキシャルスタックを備え、基板上に複数のダイサイズの半導体構造を用意するステップ、
硬化済シリコーン粘着剤を含むエラストマー性ポリマー層を有する受板を用意するステップ、
前記エラストマー性ポリマー層によって加えられる接着力を用いて前記基板と前記受板を物理的に接触させて配置するステップ、および
レーザビームを、前記基板を通して前記半導体層に向かって、前記基板上のサファイア／GaN界面に照射することにより、前記半導体構造を前記エラストマー性ポリマー層上にリフトオフし、前記レーザリフトオフ（LLO）プロセスの後に前記エラストマー性ポリマー層が前記半導体構造を前記受板上の定位置に保持するレーザリフトオフ（LLO）プロセスを行うステップを含み、
前記基板がウエハーを備え、前記受板が前記ウエハーより大きい円形板を備える、方法。

【請求項15】

発光ダイオード（LED）ダイスの製造方法であって、
各半導体構造がＧａＮ層を含むエピタキシャルスタックを備え、基板上に複数のダイサイズの半導体構造を用意するステップ、
硬化済シリコーン粘着剤を含むエラストマー性ポリマー層を有する受板を用意するステップ、
前記エラストマー性ポリマー層によって加えられる接着力を用いて前記基板と前記受板を物理的に接触させて配置するステップ、および
均一なレーザビームを、前記基板を通して前記半導体層に向かって、前記基板上のサファイア／GaN界面に照射することにより、前記半導体構造を前記エラストマー性ポリマー層上にリフトオフし、前記レーザリフトオフ（LLO）プロセスの後に前記エラストマー性ポリマー層が前記半導体構造を前記受板上の定位置に保持するレーザリフトオフ（LLO）プロセスを行うステップを含み、
前記受板が前記ウエハーより大きい正方形または長方形の板を備える、方法。

【請求項16】

発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイスの製造方法であって、
化合物半導体材料のエピタキシャルスタックからなる基板上に複数のダイサイズの半導体構造を用意するステップ、
受板上に、スピンコートされた硬化済シリコーンエラストマー性ポリマー層を有する受板を用意するステップ、
前記エラストマー性ポリマー層によって加えられる接着力を用いて前記基板と前記受板を物理的に接触させて配置するステップ、
前記エラストマー性ポリマー層がショックアブソーバおよび前記半導体構造を保持するための接着面として機能する状態で、均一なレーザビームを、前記基板を通して前記半導体層に向かって、前記基板との界面に照射することによって、前記エラストマー性ポリマー層上に前記半導体構造をリフトオフするレーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスを行うステップ、ならびに
前記レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスの間、前記レーザビームが前記基板を透過し、前記基板との界面で前記半導体層に吸収され得るように、レーザの波長とパワーを選択するステップを含む、方法。

【国際調査報告】