CN100590901C - 倒装焊发光二极管硅基板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种倒装焊发光二极管硅基板及其制造方法，通过N型硅基板(19)背面金属层(20)导电，使用第一绝缘层(14)和第二绝缘层(21)，实现围墙下金属层(8)和凸点下金属层(18)的分步电镀，解决N型硅基板围墙和凸点的制造问题，在电镀过程中，不必要求芯片之间及芯片内部凸点下金属层互连，就可在围墙或凸点区域沉淀金属，并易于控制围墙和凸点的高度，保证产品的良率。

Description

倒装焊发光二极管硅基板及其制造方法

技术领域

本发明涉及了一种倒装焊发光二极管硅基板及其制造方法，包括硅基板表面围墙、凸点金属层的形成，特别是采用硅基板背面金属单向导电的电镀方法，解决硅基板围墙和凸点的制造问题。

背景技术

大功率发光二极管主要目标是取代目前的白炽灯、荧光灯，成为照明市场的主流，但由于正装结构的大功率发光二极管工作时发热量大、出光效率低。目前业内普遍采用倒装结构的发光二极管，采用导热性能良好的硅基板作为支持衬底芯片。常规倒装焊采用金或铅锡焊料等作为凸点材料，金可以通过金丝球焊机或电镀等方法获得，铅锡可通过焊膏模板漏印、金属喷射技术或电镀等方法加工，但由于受到欧盟有害物质禁令ROHS的限制，电子产品中禁止使用铅，因此原先广泛使用的铅锡合金不能再作为凸点的材料。金凸点也由于成本高，与LED热膨胀失配率高，会产生热应力，破坏LED芯片晶格，产生晶格缺陷，使芯片发光效率效率降低，缩短LED芯片的寿命。因此金作为凸点材料也存在一定风险。

自从1997年IBM推出大马士革工艺，将传统的电镀铜工艺配合厚光刻胶用于微电子行业，电镀在微电子行业铜互连和电子封装凸点制作方面发挥的很大作用。

厚光刻胶作为选择性电镀的阻挡层，厚胶涂布时，由于厚度的黏度较大，硅晶圆外沿与中心的胶层厚度相差较大，从而影响光刻的分辨率，因此需要多次匀胶或密封匀胶；在厚胶曝光时，曝光时间越长，衍射现象就越严重，这就必须尽量采用短波长光线曝光，必须更换新型曝光机，这必然涉及到设备投资，以及使用较为昂贵的光刻胶；厚胶作为阻挡层，形成电镀凹槽，这对镀液的深镀能力也提出较高要求。

但电镀制造成本相对较低、可以沉积较厚镀层、易于批量化生产、设备投资相对较低，也使其在凸点制作方面占有得天独厚的优势；如果舍弃厚光刻胶，更能凸显电镀在制造凸点方面的优势。

常规电镀，一个芯片上的两个分立区的凸点下金属层间必须实现互连，才能通过互连金属导电在凸点沉积金属，当多个芯片同在一个硅基板上加工时，每个芯片间也要通过互连金属连接，这些互连金属在晶圆上会形成网状分布，最后在晶圆边缘形成电镀恒流负极接入区域，也就是电镀恒流源负极是从硅基板的沉积镀层一侧接入的，但这一方面使硅基板的光刻版版图设计趋于复杂，更为重要的是硅基板在划成单芯片投入实际使用时，也就是倒装焊LED工作时，这些互连金属是不能相互连接的，必须增加一道把互连金属腐蚀掉的工序，增加了直接导致LED短路的风险。

电镀正面使用互连金属的问题如图1所示。

图1中基本给出常规方式正面互连电镀的版面布置，图1中所示为2inch硅晶圆，单个芯片大小为1600＊1600(mm)(我们实际使用为4inch)，图中每个重复单元为一个芯片，芯片之间为了电镀需要，有互连金属，这些互连金属在电镀完成以后，必须去除，互连金属在电镀时不能沉积镀层，如有镀层，后续难以去除。就去除互连金属这一工序而言，会造成产品质量的隐患；就目前这种情况，一个4inch晶圆上将2800多颗芯片，必须确保相邻芯片之间的互连金属完整，才能完成电镀导电的需要。另外还必须注意到由于电流是从接入点局部导入的，接入点附近电流将会很大，互连金属必须有足够的导电面积，这包括增加互连金属的宽度和厚度；因此正面接入要考虑的问题是很多的，这增加光刻版版图的设计难度，同时对控制产品的良率也有很大的问题。

发明内容

本发明的目的是，针对上述现有技术存在的缺陷，提出一种倒装焊发光二极管硅基板及其制造方法，不必要求芯片之间及芯片内部凸点下金属层互连，就可在围墙或凸点区域沉淀金属。

本发明的技术方案是：一种倒装焊发光二极管硅基板，其特征在于：在N型硅基板的P型掺杂区布置围墙下金属层及凸点下金属层，围墙下金属层与凸点下金属层之间电不导通，并在N型硅基板背面沉淀金属，形成N型硅基板背面金属层。这样，容纳多块芯片的大面积的N型硅基板，其表面的多块芯片之间的区域及单块芯片内部的待电镀区域，不再需要金属互连，就能进行电镀。

如上所述的倒装焊发光二极管硅基板，其特征在于：在N型硅基板的背面金属层表面，沉淀有背面金属电镀层。背面金属电镀层可以作为焊接元件的良基体。

一种倒装焊发光二极管硅基板制造方法，其特征在于：在N型硅基板的P型掺杂区布置围墙下金属层及凸点下金属层，并在N型硅基板背面沉淀金属，形成N型硅基板背面金属层；通过N型硅基板背面金属层导电，先在N型硅基板上电镀围墙第一电镀层，然后再同时电镀围墙第二电镀层和P凸点区域及N凸点区域内的凸点电镀层。

如上所述的倒装焊发光二极管硅基板制造方法，其特征在于：分布电镀的步骤为：

第一步：在N型硅基板的待电镀区一侧，沉淀第一绝缘层以覆盖整个平面区域，并刻蚀掉第一绝缘层中覆盖围墙下金属层部分和覆盖凸点下金属层部分；在第一绝缘层的基础上沉淀第二绝缘层，其覆盖面积同刻蚀前的第一绝缘层，并刻蚀掉第二绝缘层中覆盖围墙下金属层部分；在N型硅基板的另一侧，蒸镀背面金属层；

第二步：在N型硅基板的背面金属层上接入电镀恒流源负极，并确保围墙下金属层与电镀液接触，通入电流，电镀形成围墙第一电镀层；

第三步：刻蚀掉第二绝缘层中覆盖凸点下金属层部分，在N型硅基板的背面金属层上接入电镀恒流源负极，并确保第一电镀层及凸点下金属层与电镀液接触，通入电流，电镀形成围墙第二电镀层、P凸点区域和N凸点区域中的凸点电镀层。

如上所述的倒装焊发光二极管硅基板制造方法，其特征在于：N型硅基板背面通过蒸镀得到背面金属层。

如上所述的倒装焊发光二极管硅基板制造方法，其特征在于：在N型硅基板的背面金属层表面，沉淀背面金属电镀层。背面金属电镀层可以作为焊接元件的良基体。

如上所述的倒装焊发光二极管硅基板制造方法，其特征在于：在镀围墙第一电镀层时，N型硅基板的背面金属层与电镀溶液隔离，在镀围墙第二电镀层时，N型硅基板背面金属层与电镀溶液接触，在N型硅基板背面金属层的表面沉淀背面金属电镀层。

本发明在电镀时，通过N型硅基板的背面金属层导电，实现分步电镀，使N型硅基板的光刻版版图设计简化，易于控制围墙和凸点的高度，保证产品的良率，具有良好的生产前景和市场前景。

附图说明

图1是常规方式正面互连电镀的版面布置图。

图2是现有技术的硅基板凸点下的金属电极剖面示意图。

图3是现有技术的硅基板经涂覆光刻胶的剖面示意图。

图4是现有技术的硅基板经电镀形成凸点剖面示意图。

图5是现有技术的硅基板电镀后去除光刻胶剖面示意图。

图6是现有技术的硅基板凸点回流后剖面示意图。

图7是本发明实施例的一个芯片的N型硅基板围墙和凸点平面示意图。

图8是本发明实施例的N型硅基板围墙和凸点剖面示意图。

图9是本发明实施例的N型硅基板围墙电镀后剖面示意图。

图10是本发明实施例的N型硅基板去除凸点上绝缘层剖面示意图。

图11是本发明实施例的N型硅基板围墙、凸点上电镀后剖面示意图。

图12是本发明实施例的N型硅基板围墙、凸点电镀时电子流向示意图。

具体实施方式

以下结合现有技术的电镀凸点流程和本发明实施例对本发明做一详细流程说明。

图2中标记的说明：1-硅基板，2-绝缘层，3-凸点下金属层；

图3中标记的说明：4-光刻胶，5-光刻胶开口；

图4中标记的说明：6-电镀焊料凸点；

图6中标记的说明：7-回流后凸点；

图7中标记的说明：8-围墙下金属层，9-第一金属区，10-P凸点区域，11-第二金属区，12-N凸点区域；

图8中标记的说明：14-第一绝缘层，15-P型掺杂区，16-围墙开口，17-N型掺杂区，18-凸点下金属层，19-N型硅基板：20-背面金属层，21-第二绝缘层；

图9中标记的说明：22-围墙第一电镀层；

图10中标记的说明：23-凸点开口；

图11中标记的说明：24-凸点电镀层，25-背面金属电镀层，26-围墙第二电镀层。

图12中标记的说明：13-阳极，27-晶圆。图中箭头方向为电子流动方向。

现有技术的硅基板电镀凸点流程：

步骤1：如图2所示，在硅基板1上通过蒸镀、光刻、蚀刻、沉积，在硅基板1上形成绝缘层2及凸点下金属层3，硅基板1上芯片内部的凸点下金属层3之间、芯片之间的凸点下金属层3之间，必须实现互连；

步骤2：如图3所示，在硅基板1使用专用光刻设备和光刻胶，光刻制作一层与欲镀金属层厚度相当的光刻胶4，并在凸点处形成光刻胶开口5；

步骤3：如图4所示，将硅基板1的凸点下金属层3接入电路，电镀形成电镀焊料凸点6；

步骤4：如图5所示，去除光刻胶4；

步骤5：如图6所示，回流形成回流后凸点7；

步骤6：将芯片内部凸点下金属层18之间和芯片之间的互连金属去除，以免使用时发生短路。

本发明实施例的N型硅基板围墙、凸点电镀流程：

步骤1：在N型硅基板19，通过P型扩散形成P型掺杂区15；在硅表面设置凸点下金属层18和围墙下金属层8，下金属层18与围墙下金属层8之间电不导通；通过N型注入，形成N型掺杂区17，如图8所示；

步骤2：在N型硅基板19的待电镀区一侧，沉淀第一绝缘层14以覆盖整个平面区域，并刻蚀掉第一绝缘层14中覆盖围墙下金属层8部分和覆盖凸点下金属层18部分；在第一绝缘层14的基础上沉淀第二绝缘层21，其覆盖面积同刻蚀前的第一绝缘层14，并刻蚀掉第二绝缘层21中覆盖围墙下金属层8部分；在N型硅基板19的另一侧，蒸镀背面金属层20；如图8所示；

步骤3：在N型硅基板19的背面金属层20上接入电镀恒流源负极，并确保围墙下金属层8与电镀液接触，但将背面金属层20与电镀液隔断，通入电流，电镀形成围墙第一电镀层22，如图12和图9所示；

步骤4：刻蚀掉第二绝缘层21中覆盖凸点下金属层18部分，在N型硅基板19的背面金属层20上接入电镀恒流源负极，并确保围墙第一电镀层22、凸点下金属层18以及背面金属层20与电镀液接触，通入电流，电镀形成围墙第二电镀层26、P凸点区域10和N凸点区域12中的凸点电镀层24，同时形成背面金属电镀层25，如图10、图11所示。

由于N型硅基板19只有P凸点区域10、N凸点区域12及围墙下金属层8区域需要电镀，围墙下金属层8和N凸点区域12可以位于第一金属区9上，P凸点区域12位于第二金属区11上(见图7)。围墙与凸点(P和N凸点)有不同的厚度、镀层种类要求，所以有必要进行分步电镀。在P凸点区域10、N凸点区域12、围墙下金属层8区域沉淀多层不同类型的绝缘层，保证在电镀围墙时，P凸点区域10、N凸点区域12不沉积镀层；当围墙第一电镀层22厚度满足要求时，蚀刻去除P凸点上的第二绝缘层21中覆盖凸点下金属层18区域的部分，这时通过背面给电，在背面金属层20、围墙第一电镀层22、凸点下金属层18上同时沉积锡基可焊性合金镀层，即背面金属电镀层25、围墙第二电镀层26和凸点电镀层24，直到镀层金属厚度满足规定的要求。

由于N型硅基板19背面也沉积有锡基可焊性镀层，便于N型硅基板与铜、铝等热沉的连接。

电镀时，电路中电子的流向为：背面金属层20-N型硅基板19-P型掺杂区15-围墙下金属层8或凸点下金属层18-电镀溶液-阳极13-背面金属层20。电路利用了电子从N型硅基板19向P型掺杂区15的单向流动，电子只能由N型硅基板19流向P型掺杂区15，不能从P型掺杂区15流向N型硅基板19。这样，N型硅基板表面的单块芯片内部的待电镀区域及芯片之间的待电镀区域，不再需要金属互连，就能进行电镀。

Claims (6)

1.一种倒装焊发光二极管硅基板，其特征在于：在N型硅基板的P型掺杂区布置围墙下金属层及凸点下金属层，围墙下金属层与凸点下金属层之间电不导通，并在N型硅基板背面沉淀金属，形成N型硅基板背面金属层。

2、如权利要求1所述的倒装焊发光二极管硅基板，其特征在于：在N型硅基板的背面金属层表面，沉淀有背面金属电镀层。

3、一种倒装焊发光二极管硅基板制造方法，其特征在于：在N型硅基板(19)的P型掺杂区布置围墙下金属层(8)及凸点下金属层(18)，并在N型硅基板(19)背面沉淀金属，形成N型硅基板背面金属层(20)；通过N型硅基板背面金属层(20)导电，先在N型硅基板(19)上电镀围墙第一电镀层(22)，然后再同时电镀围墙第二电镀层(26)和P凸点区域及N凸点区域内的凸点电镀层(24)。

4、根据权利要求3所述的倒装焊发光二极管硅基板制造方法，其特征在于：

分步电镀的步骤为：

第一步：在N型硅基板(19)的待电镀区一侧，沉淀第一绝缘层(14)以覆盖整个平面区域，并刻蚀掉第一绝缘层(14)中覆盖围墙下金属层(8)部分和覆盖凸点下金属层(18)部分；在第一绝缘层(14)的基础上沉淀第二绝缘层(21)，其覆盖面积同刻蚀前的第一绝缘层(14)，并刻蚀掉第二绝缘层(21)中覆盖围墙下金属层(8)部分；在N型硅基板(19)的另一侧，蒸镀背面金属层(20)；

第二步：在N型硅基板(19)的背面金属层(20)上接入电镀恒流源负极，并确保围墙下金属层(8)与电镀液接触，通入电流，电镀形成围墙第一电镀层(22)；

第三步：刻蚀掉第二绝缘层(21)中覆盖凸点下金属层(18)部分，在N型硅基板(19)的背面金属层(20)上接入电镀恒流源负极，并确保第一电镀层(22)及凸点下金属层(18)与电镀液接触，通入电流，电镀形成围墙第二电镀层(26)、P凸点区域(10)和N凸点区域(12)中的凸点电镀层(24)。

5、根据权利要求3或4所述的倒装焊发光二极管硅基板制造方法，其特征在于：N型硅基板(19)背面通过蒸镀得到背面金属层(20)。

6、根据权利要求3或4所述的倒装焊发光二极管硅基板制造方法，其特征在于：在镀围墙第一电镀层(22)时，N型硅基板(19)的背面金属层(20)与电镀溶液隔离，在镀围墙第二电镀层(26)时，N型硅基板背面金属层(20)与电镀溶液接触，在N型硅基板背面金属层(20)的表面沉淀背面金属电镀层(25)。

Images