專利名稱：一種倒裝焊發(fā)光二極管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種倒裝焊發(fā)光二極管的制造領(lǐng)域，特別涉及用于照明應(yīng)用之經(jīng)III族氮化物倒裝焊接合之發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
最早氮化物L(fēng)ED (發(fā)光二極管)倒裝焊封裝使用金屬突球(Bump)，將晶粒上的金屬突球(Bump)精準(zhǔn)定位在一覆晶轉(zhuǎn)接板(Board)上的導(dǎo)電接點。之后，再以微波等方式加熱金屬突球，使晶粒與覆晶轉(zhuǎn)接板電性連接。最后，利用點膠技術(shù)封裝晶粒與覆晶轉(zhuǎn)接板間的空隙，至此完成一芯片之封裝制作；此外，芯片通常還需要再進(jìn)行一次烘烤，以固化點膠時填充之材料。因為金屬突球接觸面積仍小，不完全符合功率LED的散熱及注入電流均勻性需求。而且需要焊線機(jī)或覆晶植球機(jī)、固晶機(jī)或表面黏著貼片機(jī)(Surface MountingTechnology, SMT)等設(shè)備,乃至于消耗性備料與覆晶轉(zhuǎn)接板的支出。在制造成本及單位時間產(chǎn)能上皆不符需求。也有使用覆晶發(fā)光二極管晶粒的電極金屬裸露面積以供直接涂布一導(dǎo)電接合劑。絕緣層則位于第一電極層與第二電極層間，以電性隔離且支撐第一電極層與第二電極層。當(dāng)導(dǎo)電接合劑選用銀膠時，上述的裸露面積須至少625平方微米，以供直接涂布。當(dāng)導(dǎo)電接合劑選用錫膏時，上述的裸露面積須至少10000平方微米，以供直接涂布。當(dāng)直接接合時，兩個電極的等平面特性對制程的良率是很重要的，但出現(xiàn)的不良是兩個電極其實并未達(dá)到真正的等平面，或兩個電極雖然達(dá)到等平面，但是有浪費發(fā)光面積；11半導(dǎo)體接觸不良；P-電極下無反射層；反射層與奧姆層中隔著絕緣層，所以反射率降低；P_電極面積小，所以不符功率LED的散熱及注入電流均勻性需求。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種倒裝焊發(fā)光二極管的制造方法，在直接接合時，兩個電極的上表面高度相同，提高制程良率，不浪費發(fā)光面積；n半導(dǎo)體接觸良好；反射率高；p_電極面積大，符合功率LED的散熱及注入電流均勻性需求。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種倒裝焊發(fā)光二極管的制造方法，包括如下步驟(I)提供一襯底，并在所述襯底上依次形成氮化鎵緩沖層和氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層，其中氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層包括依次設(shè)置的n型氮化鎵層、發(fā)光層和p型氮化鎵層；(2)在p型氮化鎵層上形成P-電極；(3)對未被P-電極覆蓋的氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層進(jìn)行干蝕刻，到達(dá)n型氮化鎵層；(4)在n型氮化鎵層上形成n-電極；
(5)在P-電極、n型氮化鎵層和n-電極上形成絕緣層，使得該絕緣層覆蓋p_電極和n_電極；(6)干蝕刻絕緣層，露出p_電極和n-電極，但不及于半導(dǎo)體；(7)將P-電極和n-電極焊接在安裝臺上。進(jìn)一步地，在所述步驟￠)中，使用蝕刻屏蔽，使得僅P-電極和n-電極上方部分 區(qū)域的絕緣層被干蝕刻，形成接觸孔。進(jìn)一步地，在所述步驟⑷中，先在n型氮化鎵層上形成n-電極的歐姆接觸層，然后在n-電極的歐姆接觸層上形成第二接合金屬層。進(jìn)一步地，所述P-電極和n-電極均利用微影蝕刻工藝控制形成電極的區(qū)域。進(jìn)一步地,所述p_電極和n-電極的上表面高度相同。進(jìn)一步地，所述P-電極包括依次設(shè)置的第一透明導(dǎo)電層、金屬反射層和第一接合金屬層。更進(jìn)一步地，所述第一透明導(dǎo)電層的材料為氧化鎳和金的合金、氧化銦錫、氧化鋅或氧化鋁鋅，用于與P型氮化鎵層形成歐姆接觸；所述金屬反射層的材料為鎳、鈀、鉻、鉬、鋁或銀，用于反射氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層發(fā)出的光及作為擴(kuò)散阻礙層；所述第一接合金屬層的材料為金或金合金，用于與安裝臺接合。進(jìn)一步地，所述絕緣層包括使用PECVD形成材質(zhì)為Si02或SiN的第一絕緣層和被第一絕緣層包覆的有機(jī)高分子材質(zhì)的第二絕緣層，第二絕緣層通過平坦化工藝使得第二絕緣層的上表面平齊。有益效果本發(fā)明能有效增加氮化物倒裝焊接合LED的出光量與發(fā)光效率。因為發(fā)光二極管的n電極與p電極高度相等，發(fā)光二極管倒裝焊時，電極可以直接連接焊墊，不必使用凸塊，因此可以改善發(fā)光二極管的散熱性與電流分布的均勻性，進(jìn)而增加發(fā)光二極管的發(fā)光效率及使用壽命，并減少光衰。


圖I為實施例I的倒裝焊發(fā)光管的結(jié)構(gòu)示意圖(不含安裝臺)，圖中橫線區(qū)為n-電極，斜線區(qū)為P-電極；圖2為圖I的A-A’剖視示意圖；圖3為實施例I的第一步制程形成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實施例I的第二步制程形成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為實施例I的第三步制程形成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為實施例I的第四步制程形成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為實施例I的第五步制程形成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為實施例I的第六步制程形成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為實施例I的倒裝焊發(fā)光管的結(jié)構(gòu)示意圖(含安裝臺)；圖10為實施例2的倒裝焊發(fā)光管的結(jié)構(gòu)示意圖(不含安裝臺)，圖中橫線區(qū)為n-電極，斜線區(qū)為P-電極；圖11為圖11的B-B’剖視示意圖；圖12為實施例3的倒裝焊發(fā)光管的結(jié)構(gòu)示意圖(不含安裝臺)，圖中橫線區(qū)為n-電極的歐姆接觸層和n-電極的第二接合金屬層，斜線區(qū)為P-電極，實黑區(qū)為n-電極的歐姆接觸層；圖13為圖12的C-C’剖視示意圖；圖14為圖12的D-D’剖視示意圖；圖15為實施例4的倒裝焊發(fā)光管的結(jié)構(gòu)示意圖(不含安裝臺)，圖中橫線區(qū)為n-電極的歐姆接觸層和n-電極的第二接合金屬層，斜線區(qū)為P-電極，實黑區(qū)為n-電極的歐姆接觸層；圖16為圖15的E-E’剖視示意圖；圖17為圖15的F-F’剖視示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。由于p型氮化鎵層的高電阻率，LED的設(shè)計中P-金屬鋪滿發(fā)光區(qū)域，以提供P-端較佳的電流分布。因為藍(lán)寶石襯底絕緣，N-端的電流擴(kuò)散必須藉由N型氮化鎵層。N型氮化鎵層典型的厚度是2微米，片電阻約10-3 Q cm。要忽略不計這部分電阻，需要電流傳導(dǎo)距離小于200微米，因此，發(fā)光二極管比400*400微米2大時(大尺寸發(fā)光二極管)，n-電極需要延伸出去，形成多個須狀，以減少電阻。這種結(jié)構(gòu)增加倒裝焊制程困難，因為發(fā)光二極管倒裝焊在安裝臺時，P-金屬和n-金屬必須保持絕緣。實施例I :小尺寸發(fā)光二極管，無蝕刻屏蔽I、如圖3所示，首先，提供一基板，基板的材質(zhì)于本實施例中可例如為藍(lán)寶石(sapphire)。于襯底30上依序形成氮化鎵緩沖層(GaN buffer layer) 31及氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層。氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層依序包含n型氮化鎵層32、多層量子井主動層(multi-quantum well active layer,MQff active layer,即發(fā)光層)33 以及 p 型氮化嫁層34。2、p_電極利用一微影蝕刻(photolithography)制程于p型氮化鎵層34上形成p-電極。如圖4所示,利用蒸鍍、派鍍或電鍍技術(shù),在p型氮化鎵層(p-type GaN layer) 34上，依序形成第一透明導(dǎo)電層35、金屬反射層36以及第一接合金屬層37,該第一透明導(dǎo)電層35、金屬反射層36以及第一接合金屬層37作為p-電極。于本實施例中，第一透明導(dǎo)電層35之材料可例如為氧化鎳和金的合金(NiO/Au)、氧化銦錫(Indium Tin Oxide, IT0)、氧化鋅(ZnO)或氧化鋁鋅(Aluminum Zinc Oxide, AlZnO)，用以與半導(dǎo)體層形成歐姆接觸(ohmic contact);金屬反射層36之材料于本實施例中可例如為鎳(Ni)、鈕(Pd)、鉻(Cr)、鉬Pt、鋁(Al)或銀(Ag)，用以反射氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層發(fā)出的光及作為擴(kuò)散阻礙層(diffusion barrier layer);第一接合金屬層37之材料于本實施例中可例如為金(Au)或金合金(Au alloy),用以與安裝臺41接合(如圖9所示)。3、做GaN干蝕刻，到達(dá)n_GaN半導(dǎo)體。以p-電極為蝕刻硬屏蔽(hard mask),進(jìn)行干式蝕刻(Dry Etching)又稱電衆(zhòng)蝕刻(Plasma Etching)，系利用氣體為主要的蝕刻媒介，例如C12/BC13，并藉由電漿能量來驅(qū)動反應(yīng)，干蝕刻GaN，到達(dá)n-GaN半導(dǎo)體(即n型氮化鎵層32)，如圖5所示。
另一執(zhí)行方式是首先于晶圓的表面涂布感光材料(光膠)，并于晶圓上方放置光罩，該光罩上設(shè)有相對于蝕刻區(qū)與非蝕刻區(qū)之圖形及數(shù)量的圖案，再進(jìn)行曝光(Exposure)步驟，使平行光經(jīng)過光罩對感光材料進(jìn)行選擇性的感光，于是光罩上的圖案便完整的轉(zhuǎn)移至晶圓上，當(dāng)曝光后再利用顯影(Development)，可使光阻獲得與光罩圖案相同或互補(bǔ)之圖形，再進(jìn)行干式蝕刻(Dry Etching)又稱電衆(zhòng)蝕刻(Plasma Etching),系利用氣體為主要的蝕刻媒介，例如C12/BC13，并藉由電漿能量來驅(qū)動反應(yīng)，干蝕刻GaN，到達(dá)n_GaN半導(dǎo)體，之后，再移除晶圓上的光阻。4、n-電極量蝕刻厚度(從P-電極頂開始)，利用一微影蝕刻(photolithography)制程于n型氮化鎵層32上形成n_電極。如圖6所示,利用蒸鍍、派 鍍或電鍍技術(shù)，在n型氮化鎵層(n-type GaN layer) 32上,鍍n_電極,n-電極的材料為Ti和Al的合金或Cr和Au的合金或Ti和Au的合金或Ti、Al、Cr和Au的合金,讓p-電極和n-電極等高。5、第一絕緣層如圖 7 所不，全面使用 PECVD (Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法)成長SiO2或SiN作為第一絕緣層，厚度為100至300納米。6、第二絕緣層如圖8所示，第一絕緣層包覆苯并環(huán)丁烯(BCB)、過氟環(huán)丁烷(PFBC)、環(huán)氧樹脂(Epoxy)、娃膠(Silicone)或聚酰亞胺(Polyimide)等有機(jī)高分子材質(zhì)做為第二絕緣層，做第二絕緣層平坦化(planarization)工序，使得第二絕緣層的表面變得平整，第一絕緣層和第二絕緣層確保P-電極和n-電極保持絕緣，并固定突出的n-電極的位置。7、電極開窗不使用蝕刻屏蔽，直接干蝕刻第一絕緣層和第二絕緣層，例如采用RIE(Reactive Ion Etching,反應(yīng)離子刻蝕)或 ICP(Inductively Coupled Plasma,反應(yīng)耦合等離子體刻蝕)。P-電極和n-電極表面曝出后，為確保導(dǎo)電效果良好，再過蝕刻(over-etching),但不及于半導(dǎo)體(即n型氮化鎵層32),如圖I和圖2所示。8、倒裝焊如圖9所示，分別在第一接合金屬層37和n_電極的上表面涂覆焊錫(銀膠也可)38，分別通過第一焊墊39和第二焊墊40焊接在安裝臺41上。實施例2 :小尺寸發(fā)光二極管，有蝕刻屏蔽如圖10和11所示，本實施例與實施例I的不同在于7、電極開窗使用蝕刻屏蔽，首先于晶圓的表面涂布感光材料(光膠)，并于晶圓上方放置光罩，該光罩上設(shè)有相對于要蝕刻絕緣層區(qū)域的圖案，再進(jìn)行曝光(Exposure)步驟，使平行光經(jīng)過光罩對感光材料進(jìn)行選擇性的感光，于是光罩上的圖案便完整的轉(zhuǎn)移至晶圓上，當(dāng)曝光后再利用顯影(Development)，可使光阻獲得與光罩圖案相同或互補(bǔ)之圖形，再干蝕刻第一絕緣層和第二絕緣層。實施例3 :大尺寸發(fā)光二極管，無蝕刻屏蔽如圖12、13和14所示，本實施例與實施例I的不同在于4、n-電極先形成n-電極的歐姆接觸層利用一微影蝕刻(photolithography)制程于n型氮化鎵層32上形成n-電極的歐姆接觸層，歐姆接觸層的厚度小于p_電極厚度與蝕刻深度的和，n-電極的歐姆接觸層的材料可以是Cr和Au的合金或Ti和Au的合金或Ti和Al的合金或Ti、Al、Cr和Au的合金；再形成n_電極的第二接合金屬層量厚度(從p-電極頂開始到n-電極的歐姆接觸層頂)，利用一微影蝕刻(photolithography)制程形成n-電極的第二接合金屬層，第二接合金屬層的材料可以是鈦、鎳、金(Au)、銅(Cu)、鋁、鈀、銦(In)或錫(Sn)，第二接合金屬層的頂部與第一接合金屬層37的頂部平齊。7、電極開窗過蝕刻時，不及于n-電極的歐姆接觸層且不及于半導(dǎo)體。實施例4 :大尺寸發(fā)光二極管，有蝕刻屏蔽如圖15、16和17所示，本實施例與實施例3的不同在于7、電極開窗使用蝕刻屏蔽，首先于晶圓的表面涂布感光材料(光膠)，并于晶圓上方放置光罩，該光罩上設(shè)有相對于要蝕刻絕緣層區(qū)域的圖案，再進(jìn)行曝光(Exposure)步 驟，使平行光經(jīng)過光罩對感光材料進(jìn)行選擇性的感光，于是光罩上的圖案便完整的轉(zhuǎn)移至晶圓上，當(dāng)曝光后再利用顯影(Development)，可使光阻獲得與光罩圖案相同或互補(bǔ)之圖形，再干蝕刻第一絕緣層和第二絕緣層。過蝕刻時，不及于n-電極的歐姆接觸層且不及于半導(dǎo)體。
權(quán)利要求
1.ー種倒裝焊發(fā)光二極管的制造方法，包括如下步驟 (1)提供一村底，并在所述襯底上依次形成氮化鎵緩沖層和氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層，其中氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層包括依次設(shè)置的n型氮化鎵層、發(fā)光層和p型氮化鎵層； (2)在p型氮化鎵層上形成P-電極； (3)對未被P-電極覆蓋的氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層進(jìn)行干蝕刻，到達(dá)n型氮化鎵層； (4)在n型氮化鎵層上形成n-電極； (5)在P-電極、n型氮化鎵層和n-電極上形成絕緣層，使得該絕緣層覆蓋P-電極和n-電極； (6)干蝕刻絕緣層，露出p_電極和n-電極，但不及于半導(dǎo)體； (7)將P-電極和n-電極焊接在安裝臺上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種倒裝焊發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于 在所述步驟(6)中，使用蝕刻屏蔽，使得僅P-電極和n-電極上方部分區(qū)域的絕緣層被干蝕刻，形成接觸孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種倒裝焊發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于在所述步驟(4)中，先在n型氮化鎵層上形成n-電極的歐姆接觸層，然后在n-電極的歐姆接觸層上形成第二接合金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種倒裝焊發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于所述P-電極和n-電極均利用微影蝕刻エ藝控制形成電極的區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種倒裝焊發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于所述P-電極和n-電極的上表面高度相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種倒裝焊發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于所述P-電極包括依次設(shè)置的第一透明導(dǎo)電層、金屬反射層和第一接合金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述ー種倒裝焊發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于所述第一透明導(dǎo)電層的材料為氧化鎳和金的合金、氧化銦錫、氧化鋅或氧化鋁鋅，用干與P型氮化鎵層形成歐姆接觸；所述金屬反射層的材料為鎳、鈀、鉻、鉬、鋁或銀，用于反射氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層發(fā)出的光及作為擴(kuò)散阻礙層；所述第一接合金屬層的材料為金或金合金，用干與安裝臺接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種倒裝焊發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于所述絕緣層包括使用PECVD形成材質(zhì)為Si02或SiN的第一絕緣層和被第一絕緣層包覆的有機(jī)高分子材質(zhì)的第二絕緣層，第二絕緣層通過平坦化工藝使得第二絕緣層的上表面平齊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種倒裝焊發(fā)光二極管的制造方法，包括如下步驟提供一襯底，并在所述襯底上依次形成氮化鎵緩沖層和氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層，其中氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層包括依次設(shè)置的n型氮化鎵層、發(fā)光層和p型氮化鎵層；在p型氮化鎵層上形成p-電極；對未被p-電極覆蓋的氮化鎵發(fā)光二極管磊晶層進(jìn)行干蝕刻，到達(dá)n型氮化鎵層；在n型氮化鎵層上形成n-電極；在p-電極、n型氮化鎵層和n-電極上形成絕緣層，使得該絕緣層覆蓋p-電極和n-電極；干蝕刻平坦化的絕緣層，露出p-電極和n-電極，但不及于半導(dǎo)體；將p-電極和n-電極焊接在安裝臺上。本發(fā)明能有效增加氮化物倒裝焊接合LED的出光量與發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/38GK102769077SQ20121024137
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者廖豐標(biāo), 顧玲 申請人:江蘇揚景光電有限公司