CN101345235A - 带静电保护功能的led芯片及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高压静电性能好的带静电保护功能的LED芯片及制造方法。芯片包括LED裸芯片和硅衬底，硅衬底上依次生成有导热绝缘层I(41)、导热绝缘层II(42)，导热绝缘层II(42)上沉积有金属层(6)，各LED裸芯片正装或倒装在金属层(6)上，导热绝缘层I(41)与导热绝缘层II(42)之间设有由掺杂的多晶硅构成静电保护二极管区，静电保护二极管区包括多晶硅环I(9)、多晶硅环II(5)，多晶硅环II(5)位于中心圈及最外圈并与多晶硅环I(9)互相间隔嵌套设置，LED裸芯片、静电保护二极管区通过金属层(6)相连接构成静电保护电路。方法包括形成两个导热绝缘层、静电保护二极管区、金属层及封装的步骤。本发明可广泛应用于LED芯片领域。

Description

带静电保护功能的LED芯片及制造方法

技术领域

本发明涉及一种带静电保护功能的LED芯片；另外，本发明还涉及一种该带静电保护功能的LED芯片的制造方法。

背景技术

正装芯片技术是传统的微电子封装技术，其技术成熟，应用范围广泛。目前绝大多数LED均为正装LED，LED裸芯片的衬底无论是砷化镓还是碳化硅，在衬底外都镀有一层金属层作为N型电极，同时也兼作散热之用，其正装在一个带有反射杯的支架上作为阴极，其上面的P型外延层再通过金属线焊接在阳极引线上，由于此种裸芯片的上面及衬底面各作为电极的一端，故习称为“单电极芯片”，目前，黄光和红光LED较多采用这种单电极芯片。除上述单电极LED裸芯片外(芯片正反面各有一个电极)，近年来有的LED裸芯片的衬底为绝缘材料如氧化铝，所以正(P型)与负(N型)电极均需设置于裸芯片的表面，亦即所谓的“双电极芯片”，目前，蓝光和绿光LED较多采用这种双电极芯片。将多个LED裸芯片集成在一个线路板上称为集成芯片。倒装芯片技术是当今最先进的微电子封装技术之一，它既是一种芯片互连技术，又是一种理想的芯片粘接技术，它将电路组装密度提升到了一个新的高度。在所有表面安装技术中，倒装芯片可以达到最小、最薄的封装，随着电子产品体积的进一步缩小，倒装芯片的应用将会越来越广泛。将LED裸芯片倒扣在衬底上的封装形式称为倒装LED。无论是单电极LED裸芯片还是双电极LED裸芯片均可应用在LED集成芯片上，目前倒装LED也可应用在LED集成芯片上。

从LED本身来讲，其理论寿命很长，但是在生产及使用过程中，由于高压静电的存在使得LED芯片容易因耐高压不足而发生报废。因此，现有的LED芯片的耐高压静电性能不好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种耐高压静电性能好的带静电保护功能的LED芯片。

另外，本发明还提供一种该带静电保护功能的LED芯片的制造方法。

本发明的带静电保护功能的LED芯片所采用的技术方案是：本发明带静电保护功能的LED芯片包括至少一个LED裸芯片和硅衬底，所述LED裸芯片包括衬底和N型外延层、P型外延层，所述硅衬底上生成有导热绝缘层I，所述导热绝缘层I上生成有导热绝缘层II，所述导热绝缘层II上沉积有金属层，各所述LED裸芯片正装或倒装在所述金属层上，所述导热绝缘层I与所述导热绝缘层II之间设有至少一个由掺杂的多晶硅构成的静电保护二极管区，所述静电保护二极管区包括多晶硅环I、多晶硅环II，所述多晶硅环II位于中心圈及最外圈并与所述多晶硅环I互相间隔嵌套设置，位于中心圈及最外圈的所述多晶硅环II分别与两个分离的所述金属层相欧姆连接并由该两个分离的所述金属层分别引出阳极接点和阴极接点，所述LED裸芯片、所述静电保护二极管区通过所述金属层相连接构成静电保护电路。

所述导热绝缘层I与所述导热绝缘层II之间还设有由掺杂的多晶硅构成的电阻区，所述电阻区的一端与所述阳极接点或所述阴极接点相欧姆连接，所述电阻区的另一端与一个所述LED裸芯片所在的所述金属层相欧姆连接，所述LED裸芯片、所述电阻区及所述静电保护二极管区通过所述金属层相连接构成静电保护电路。

所述LED裸芯片为双电极芯片，各所述LED裸芯片对应的所述P型外延层、所述N型外延层分别通过焊球倒装焊接在两个分离的所述金属层上，所述焊球为金球栓或铜球栓或锡球。

或者，所述LED裸芯片为单电极芯片，所述衬底为砷化镓或碳化硅衬底，所述衬底用银浆或锡粘合在所述金属层上，所述LED裸芯片的电极接点通过一根金属线焊接在相邻的一个所述金属层上。

或者，所述LED裸芯片为双电极芯片，所述衬底为氧化铝衬底，所述衬底用银浆或锡粘合在所述金属层上，所述P型外延层、所述N型外延层通过两根金属线分别焊接在相邻的两个分离的所述金属层上。

进一步，所述硅衬底的正面向内扩散有一层N+扩散层，所述N+扩散层上生长有所述导热绝缘层I。

进一步，所述硅衬底的背面还有由一层或多层金属构成的散热层。

各所述LED裸芯片之间串联或并联或串并联组合连接，所述导热绝缘层I由氮化硅层或二氧化硅层或氮化硅层与二氧化硅层组合构成，所述导热绝缘层II由二氧化硅层构成，所述金属层的外表面为反光面，所述硅衬底为P型或N型，所述金属层为铝或铜或硅铝合金。

本发明的带静电保护功能的LED芯片的制造方法所采用的技术方案是：包括以下步骤：

(a)形成导热绝缘层I：采用低压化学气相沉积法在所述硅衬底的正面沉积氮化硅或二氧化硅或二者都沉积，形成厚度为1000～6000埃的氮化硅层或厚度为1500～8000埃的二氧化硅层或先形成400～8000埃的二氧化硅层再形成厚度为1000～6000埃的氮化硅层或先形成1000～6000埃的氮化硅层再形成厚度为1500～8000埃的二氧化硅层；或者，将所述硅衬底在氧化炉管内采用湿氧法热氧化生长出厚度为1500～8000埃的二氧化硅层，即形成所述导热绝缘层I；

(b)形成多晶硅层及第一氧化层：采用低压化学气相沉积法在所述导热绝缘层I上沉积厚度为4000～8000埃的多晶硅层，然后用离子注入机将P型杂质硼离子或二氟化硼离子注入所述多晶硅层或者用离子注入机将N型杂质磷离子或砷离子注入所述多晶硅层，再在氧化炉管内采用湿氧法在高温下驱入，驱入同时热氧化生长出厚度为1000～3000埃的第一氧化层；

(c)形成阻挡层：在光刻机上利用阻挡层掩模版进行光刻，再用含HF的腐蚀液对所述第一氧化层的光刻图形部分进行蚀刻，去除所述光刻图形部分内的所述第一氧化层，剩余的所述第一氧化层构成阻挡层；

(d)形成电阻区及静电保护二极管区：用离子注入机将与所述步骤(b)中注入所述多晶硅层中的离子极性相反的N型杂质砷离子或磷离子注入所述多晶硅层内或在扩散炉管内将磷离子N型重掺杂注入所述多晶硅层内，或者将与所述步骤(b)中注入所述多晶硅层中的离子极性相反的P型杂质硼离子或二氟化硼离子注入所述多晶硅层内，然后在光刻机上利用多晶硅层掩模版进行光刻，再用湿法或干法蚀刻工艺对所述多晶硅层的光刻图形部分进行蚀刻，最终剩余的多晶硅形成所述电阻区及由所述多晶硅环I、多晶硅环II构成的所述静电保护二极管区；

(e)形成导热绝缘层II：在扩散炉管内在高温下采用湿氧法将所述步骤(d)中注入的砷离子或磷离子或硼离子或二氟化硼离子驱入所述多晶硅环II及所述电阻区内，驱入同时热氧化生长出厚度为1000～8000埃的第二氧化层，或者使用化学气象法沉积厚度为6000～15000埃的第二氧化层，使得所述第二氧化层与所述阻挡层结合在一起形成所述导热绝缘层II并将所述电阻区及所述静电保护二极管区包覆在内部；

(f)形成接触孔：在光刻机上利用接触孔光刻版进行光刻，再用干法或湿法蚀刻工艺对所述导热绝缘层II进行蚀刻，形成位于中心圈及最外圈的所述多晶硅环II内的接触孔及位于所述电阻区的两端头的接触孔；

(g)形成金属层：以溅射或蒸镀的方法沉积金属层，然后在光刻机上利用金属光刻掩模版进行光刻，再用湿法或干法蚀刻工艺对金属层进行蚀刻，蚀刻后剩余的金属层构成所述金属层；

(h)LED裸芯片封装：对于各所述LED裸芯片，植金球栓或铜球栓或锡球于两个分离的所述金属层上，再通过超声键合或回流焊将各所述LED裸芯片倒装在金球栓或铜球栓或锡球上；或者，将各所述LED裸芯片的所述衬底用银浆或锡粘合在所述金属层上，再根据串并联的需要将连接所述LED裸芯片的电极接点通过一根金属线焊接在相邻的一个所述金属层上；或者，将所述LED裸芯片的所述衬底用银浆或锡粘合在所述金属层上，再将所述P型外延层、所述N型外延层通过两根金属线分别焊接在相邻的两个分离的所述金属层上。

进一步，在步骤(a)之前还包括以下步骤：

(a0)形成N+扩散层：在高温扩散炉管内对所述硅衬底的正面掺杂N型杂质磷，或者用离子注入法将杂质磷离子或砷离子注入所述硅衬底中再在高温下驱入，形成内阻为10～40Ω/□的所述N+扩散层。

进一步，在步骤(g)与步骤(h)之间还包括以下步骤：

(g′)形成散热层：先将所述硅衬底的背面用研磨的方法减薄，再用金属溅射或蒸镀的方法沉积一层铝金属层或包含钛、镍、银材料的多层金属层于所述硅衬底的背面，形成所述散热层。

本发明的有益效果是：由于本发明的带静电保护功能的LED芯片中所述导热绝缘层I与所述导热绝缘层II之间设有至少一个由掺杂的多晶硅构成的静电保护二极管区，所述静电保护二极管区包括多晶硅环I、多晶硅环II，所述多晶硅环II位于中心圈及最外圈并与所述多晶硅环I互相间隔嵌套设置，位于中心圈及最外圈的所述多晶硅环II分别与两个分离的所述金属层相欧姆连接并由该两个分离的所述金属层分别引出阳极接点和阴极接点，所述LED裸芯片、所述静电保护二极管区通过所述金属层相连接构成静电保护电路，由所述多晶硅环I、多晶硅环II构成的所述静电保护二极管区形成了一个或多个互相串联的稳压二极管，形成的稳压二极管的数量越多，所述LED芯片的耐高压静电性能越好，稳压二极管的个数应视所要保护的所述LED裸芯片总的反向导通电压而定，一般是稳压二极管总的导通电压应低于所要保护的所述LED裸芯片总的反向导通电压，但要大于所要保护的所述LED裸芯片总的正向导通电压，使得所述LED芯片在生产及使用过程中所产生的极性与所述LED裸芯片反向导通电压极性相同的静电能够首先通过所述静电保护二极管区，而不会直接流过所述LED裸芯片，因此能够防止其烧毁，即本发明实质上形成了这样一个静电保护电路：在所述阳极接点与所述阴极接点间设有一个或多个互相串联的稳压二极管，故本发明带静电保护功能的LED芯片的耐高压静电性能好；

由于本发明的带静电保护功能的LED芯片中所述导热绝缘层I与所述导热绝缘层II之间还设有由掺杂的多晶硅构成的电阻区，所述电阻区的一端与所述阳极接点或所述阴极接点相欧姆连接，所述电阻区的另一端与一个所述LED裸芯片所在的所述金属层相欧姆连接，所述LED裸芯片、所述电阻区及所述静电保护二极管区通过所述金属层相连接构成静电保护电路，所述电阻区形成的电阻具有对所述LED芯片延时导通作用，有利于高压静电的泄放，在所述静电保护二极管区的基础上增加所述电阻区，使得本发明的静电保护电路在所述阳极接点与所述阴极接点间设有与各所述LED裸芯片形成的LED组相串联的延时电阻，因此能够使所述LED芯片延时导通而提高耐高压静电的能力，避免LED被烧毁及保证安全性，故本发明带静电保护功能的LED芯片的耐高压静电性能更好；

由于本发明的带静电保护功能的LED芯片所述LED裸芯片、所述电阻区及所述静电保护二极管区通过所述金属层相连接构成静电保护电路，各所述LED裸芯片之间可以串联或并联或串并联组合连接，多个所述LED裸芯片分布面积广，发光效果更好，且制造成本比采用单颗面积较大的功率型LED芯片更低；另外，本发明使用到集成电路的光刻、氧化、蚀刻等技术，所以所述金属层的尺寸比现有在线路板上直接安装各LED的技术的金属层尺寸更小，其占用面积较小，可实现小芯片集成，以达到降低成本的目的，故本发明成本低、易于集成；

由于本发明的带静电保护功能的LED芯片所述硅衬底上生成有导热绝缘层I，所述导热绝缘层I上生成有导热绝缘层II，所述导热绝缘层II上沉积有金属层，各所述LED裸芯片正装或倒装在所述金属层上，所述LED裸芯片通过与其相接的两个所述焊球将热量传到所述金属层或者通过衬底及金属线将热量传到所述金属层，并通过所述导热绝缘层II、所述导热绝缘层I将热量传给所述硅衬底及所述散热层，所述导热绝缘层I由氮化硅层或二氧化硅层或氮化硅层与二氧化硅层组合构成，所述导热绝缘层II由二氧化硅层构成，其导热系数比一般导热胶高数10倍至100多倍，同时所述导热绝缘层I、所述导热绝缘层II的厚度薄，因此导热性好，所述金属层及所述散热层的面积较大，热源较分散，散热效果好，使用寿命长，故本发明的带静电保护功能的LED芯片散热效果好、使用寿命长；

由于本发明的带静电保护功能的LED芯片所述金属层的外表面为反光面，所述LED裸芯片的PN结在底面发出的光线遇到所述金属层会发生反射，反射的光线又从正面射出，这样从所述LED裸芯片的PN结的底面发出的光得到了有效利用，减少了底面光的浪费，提高了发光效率，故本发明的带静电保护功能的LED芯片发光效率高、正面出光强度高；

同理，采用本发明的制造方法制造的带静电保护功能的LED芯片具有上述优点，且该方法工艺简便，产品质量好。

附图说明

图1是本发明实施例一带静电保护功能的LED芯片的正面结构示意图；

图2是本发明实施例一带静电保护功能的LED芯片的电路原理图；

图3是图1所示本发明实施例一带静电保护功能的LED芯片的A-A断面结构示意图；

图4是图3所示本发明实施例一带静电保护功能的LED芯片的B-B断面结构示意图；

图5是本发明实施例二带静电保护功能的LED芯片的正面结构示意图；

图6是本发明实施例二带静电保护功能的LED芯片的电路原理图；

图7是图5所示本发明实施例二带静电保护功能的LED芯片的C-C断面结构示意图；

图8是图7所示本发明实施例二带静电保护功能的LED芯片的D-D断面结构示意图；

图9是本发明实施例三带静电保护功能的LED芯片的正面结构示意图；

图10是本发明实施例三带静电保护功能的LED芯片的电路原理图；

图11是图9所示本发明实施例三带静电保护功能的LED芯片的E-E断面结构示意图；

图12是图11所示本发明实施例三带静电保护功能的LED芯片的F-F断面结构示意图；

图13是本发明实施例一带静电保护功能的LED芯片的制造方法中步骤(a)完成后的断面结构示意图；

图14、图15是本发明实施例一带静电保护功能的LED芯片的制造方法中步骤(b)过程的断面结构示意图；

图16是本发明实施例一带静电保护功能的LED芯片的制造方法中步骤(c)完成后的断面结构示意图；

图17是本发明实施例一带静电保护功能的LED芯片的制造方法中步骤(d)完成后的断面结构示意图；

图18是本发明实施例一带静电保护功能的LED芯片的制造方法中步骤(e)完成后的断面结构示意图；

图19是本发明实施例一带静电保护功能的LED芯片的制造方法中步骤(f)完成后的断面结构示意图；

图20是本发明实施例一带静电保护功能的LED芯片的制造方法中步骤(g)完成后的断面结构示意图；

图21是本发明实施例一带静电保护功能的LED芯片的制造方法中步骤(g′)完成后的断面结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图1～图4所示，本实施例的带静电保护功能的LED芯片包括12个LED裸芯片1和硅衬底2，所述LED裸芯片1为双电极芯片，所述LED裸芯片1包括蓝宝石(Al₂O₃)衬底10和氮化镓(GaN)N型外延层11、P型外延层12，当然，所述衬底10也可以为碳化硅(SiC)等其他材料的衬底，所述硅衬底2为P型硅衬底，所述硅衬底2上生成有导热绝缘层I 41，所述导热绝缘层I 41由氮化硅层构成，氮化硅的导热系数很高，其导热系数比一般导热胶高100多倍，同时所述导热绝缘层I 41的厚度薄，因此导热性好，能够起到良好的导热及散热作用，同时氮化硅的绝缘性好，使得本发明的集成芯片的耐高压性好，所述导热绝缘层I 41上生成有导热绝缘层II 42，所述导热绝缘层II 42由二氧化硅层构成，所述导热绝缘层II 42的二氧化硅的导热系数也较高，其导热系数比一般导热胶高数十倍，同时所述导热绝缘层II 42的厚度薄，因此导热性好，能够起到良好的导热及散热作用，同时二氧化硅的绝缘性好，使得本发明的集成芯片的耐高压性好，所述导热绝缘层II 42上沉积有金属层6，所述金属层6的外表面为反光面，所述金属层6为铝，当然也可以采用铜或硅铝合金，所述金属层6既是电极、导电体，又是LED的散热片，还是底面光线的反光体，所述硅衬底2的背面还有由包含钛、镍、银材料构成的散热层21，当然所述散热层21也可以由一层金属铝构成，各所述LED裸芯片1对应的所述P型外延层12、所述N型外延层11分别通过焊球倒装焊接在两个分离的所述金属层6上，所述焊球为金球栓，当然也可以为铜球栓或锡球，各所述LED裸芯片1之间通过所述金属层6相连接组成全串联的电路，所述导热绝缘层I 41与所述导热绝缘层II 42之间设有由掺杂的多晶硅构成的一个电阻区7及一个静电保护二极管区，所述静电保护二极管区包括一个多晶硅环I 9、两个多晶硅环II 5，两个所述多晶硅环II 5分别位于中心圈及最外圈并将所述多晶硅环I 9夹于中间，两个所述多晶硅环II 5分别与两个分离的所述金属层6相欧姆连接并由该两个分离的所述金属层6分别引出阳极接点80和阴极接点81，所述电阻区7的一端与所述阴极接点81相欧姆连接，当然，也可以与所述阳极接点80相欧姆连接，所述电阻区7的另一端与一个所述LED裸芯片1所在的所述金属层6相欧姆连接，位于中心圈的所述多晶硅环II 5通过与其相欧姆连接的所述金属层6直接引出阴极接点81于与最外圈的所述多晶硅环II 5相欧姆连接的所述金属层6之外，位于最外圈的所述多晶硅环II 5在与其相欧姆连接的所述金属层6上直接设置阳极接点80，各所述LED裸芯片1、所述电阻区7及所述静电保护二极管区通过所述金属层6相连接构成静电保护电路，由所述多晶硅环I 9、多晶硅环II 5构成的所述静电保护二极管区形成了一个稳压二极管，使得通过各所述LED裸芯片1的电流不致于烧毁芯片，所述多晶硅环I 9、多晶硅环II 5的数量越多，则形成的互相串联的稳压二极管的数量越多，LED芯片的耐高压静电性能越好，另外通过所述电阻区7形成的电阻具有对所述LED芯片延时导通作用，有利于高压静电的泄放，即本发明实质上形成了这样一个静电保护电路：在所述阳极接点80与所述阴极接点81间设有一个稳压二极管，且在所述阳极接点80与所述阴极接点81间设有与各所述LED裸芯片1形成的LED组相串联的延时电阻，因此能够耐高压静电，避免LED被烧毁及保证安全性，因此本发明带静电保护功能的LED芯片的耐高压静电性能好，亦能起到在封装过程中静电保护的作用，防止漏电或短路。

当然，所述硅衬底2也可以为N型硅衬底，所述导热绝缘层I 41也可以由沉积的二氧化硅层或二氧化硅层与氮化硅层组合构成，各所述LED裸芯片1之间也可以组成并联或串并联组合连接的电路。

如图13～图21、图3所示，本实施例的带静电保护功能的LED芯片的制造方法包括以下步骤：

(a)形成导热绝缘层I：采用低压化学气相沉积法在所述硅衬底2的正面沉积厚度为3500埃的氮化硅层，即形成所述导热绝缘层I 41，所述氮化硅层的厚度范围可控制在1000～6000埃，所述氮化硅层的厚度随耐压要求的提高而增加，厚度一般是按照每100V耐压需要1000埃的所述氮化硅层进行控制，此步骤最后形成的断面图如图13所示；当然，所述导热绝缘层I 41也可以通过沉积二氧化硅形成，二氧化硅层的厚度范围可控制在1500～8000埃，所述二氧化硅层的厚度随耐压要求的提高而增加，厚度一般是按照每100V耐压需要1500埃的所述二氧化硅层进行控制；同理，所述导热绝缘层I41也可以由氮化硅层与二氧化硅层组合构成，其厚度范围可按照上述规律进行控制，比如先沉积形成400～8000埃的二氧化硅层再沉积形成厚度为1000～6000埃的氮化硅层，或者先形成1000～6000埃的氮化硅层再形成厚度为1500～8000埃的二氧化硅层；

(b)形成多晶硅层及第一氧化层：采用低压化学气相沉积法在所述导热绝缘层I 41上沉积厚度为7000埃的多晶硅层90，所述多晶硅层90的厚度范围可控制在4000～8000埃，如图14所示；然后用离子注入机在50～100keV的能量下将1×10¹¹～5×10¹⁴/cm²剂量的P型杂质硼离子或二氟化硼离子注入所述多晶硅层90，再在氧化炉管内采用湿氧法在900℃～1100℃的高温下驱入，驱入同时热氧化生长出厚度为2000埃的第一氧化层43，所述第一氧化层43的厚度范围可控制在1000～3000埃，此步骤最后形成的断面图如图15所示；

(c)形成阻挡层：在光刻机上利用阻挡层掩模版进行光刻，再用含HF的腐蚀液对所述第一氧化层43的光刻图形部分进行蚀刻，去除所述光刻图形部分内的所述第一氧化层43，剩余的所述第一氧化层43构成阻挡层，此步骤最后形成的断面图如图16所示；

(d)形成电阻区及静电保护二极管区：用离子注入机在50～80keV的能量下将1×10¹⁴～5×10¹⁵/cm²剂量的N型杂质砷离子注入所述多晶硅层90内，当然也可以注入磷离子或者在扩散炉管内将磷离子N型重掺杂注入所述多晶硅层90内，然后在光刻机上利用多晶硅层掩模版进行光刻，再用湿法或干法蚀刻工艺对所述多晶硅层90的光刻图形部分进行蚀刻，最终剩余的多晶硅形成所述电阻区7及由所述多晶硅环I 9、多晶硅环II 5构成的所述静电保护二极管区，由多晶硅形成的所述电阻区7的阻值一般为20～40Ω/□，如果需要100Ω的电阻，则所述电阻区7的长宽比一般为2.5∶1～5∶1，此步骤最后形成的断面图如图17所示；

(e)形成导热绝缘层II：在扩散炉管内在900℃～1100℃高温下采用湿氧法将砷离子或磷离子驱入所述多晶硅区II 5内，驱入同时热氧化生长出厚度为2000埃的第二氧化层，所述第二氧化层的厚度范围可控制在1000～8000埃，使得所述第二氧化层与所述阻挡层结合在一起形成所述导热绝缘层II 42并将所述多晶硅区I 9、所述多晶硅区II 5包覆在内部；当然，也可以采用低压化学气相沉积法沉积厚度为6000～15000埃的第二氧化层，使得所述第二氧化层与所述阻挡层结合在一起形成所述导热绝缘层II 42并将所述电阻区7及所述静电保护二极管区包覆在内部，此步骤最后形成的断面图如图18所示；

(f)形成接触孔：在光刻机上利用接触孔光刻版进行光刻，再用干法或湿法蚀刻工艺对所述导热绝缘层II 42进行蚀刻，形成位于中心圈及最外圈的所述多晶硅环II 5内的接触孔51及位于所述电阻区7的两端头的接触孔71，此步骤最后形成的断面图如图19所示；

(g)形成金属层：以溅射或蒸镀的方法沉积厚度为20000埃的金属层，所述金属层的厚度范围可控制在5000～40000埃，然后在光刻机上利用金属光刻掩模版进行光刻，再用半导体工艺常用的干法蚀刻工艺对金属层进行蚀刻，当然，也可以采用湿法蚀刻对金属层进行蚀刻，蚀刻后剩余的金属层与所述电阻区7、所述静电保护二极管区共同构成静电保护电路，此步骤最后形成的断面图如图20所示；

(g′)形成散热层：先将所述硅衬底2的背面用研磨的方法减薄，将所述硅衬底2的厚度由400～650微米减薄至200～250微米，以提高散热能力，再用金属溅射或蒸镀的方法沉积一层铝金属层或包含钛、镍、银材料的多层金属层于所述硅衬底2的背面，形成所述散热层21，此步骤最后形成的断面图如图21所示；

(h)LED裸芯片封装：对于每个所述LED裸芯片1，植金球栓于两个分离的所述金属层6上，再通过超声键合将各所述LED裸芯片1倒装在金球栓上，当然金球栓也可以采用铜球栓或锡球代替，当采用锡球时，需通过回流焊将各所述LED裸芯片1倒装在锡球上，此步骤最后形成的断面图如图3所示。

实施例二：

如图5～图8所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例的带静电保护功能的LED芯片中所述LED裸芯片1为单电极芯片，所述LED裸芯片1包括砷化镓(GaAs)衬底10和N型外延层11、P型外延层12，当然，所述衬底10也可以为碳化硅(SiC)等其他材料的衬底，各所述LED裸芯片1正装在各所述金属层6上并通过所述金属层6相连接组成全串联的LED电路，所述衬底10用银浆或锡粘合在所述金属层6上，所述LED裸芯片1的电极接点通过一根金属线焊接在相邻的一个所述金属层6上。所述硅衬底2的正面向内扩散有一层N+扩散层3，所述N+扩散层3上生长有所述导热绝缘层I 41。所述静电保护二极管区有两个，每个所述静电保护二极管区包括两个所述多晶硅环I 9、三个多晶硅环II 5，即每个所述静电保护二极管区形成了极性为N⁺PN⁺PN⁺的稳压二极管组，两个所述稳压二极管组分别接于由所述电阻区7形成的延时泄放电阻的两侧的正负极之间，其耐高压性能更好。

本实施例的带静电保护功能的LED芯片的制造方法在步骤(a)之前还包括以下步骤：(a0)形成N+扩散层：在高温扩散炉管内在900℃～1000℃下对所述硅衬底2的正面掺杂N型杂质磷，形成内阻为10～40Ω/□的所述N+扩散层3，当然，也可以用离子注入法将杂质磷离子或砷离子注入所述硅衬底2中，再在高温下驱入所述硅衬底2；

相应的步骤(a)如下：

(a)形成导热绝缘层I：将所述硅衬底2在氧化炉管内在900℃～1100℃高温下采用湿氧法热氧化生长出厚度为5000埃的二氧化硅层，即形成所述导热绝缘层I 41，所述二氧化硅层的厚度范围可控制在3000～8000埃，所述二氧化硅层的厚度随耐压要求的提高而增加，厚度一般是按照每100V耐压需要1500埃的所述二氧化硅层进行控制；同理，所述导热绝缘层I 41也可以由二氧化硅层与氮化硅层组合构成，其厚度范围可参照实施例一进行控制；

相应的步骤(h)如下：

(h)LED裸芯片封装：将各所述LED裸芯片1的所述衬底10用银浆或锡粘合在所述金属层6上，再根据串并联的需要将连接所述LED裸芯片1的电极接点通过一根金属线焊接在相邻的一个所述金属层6上。

本实施例其余特征同实施例一。

实施例三：

如图9～图12所示，本实施例与实施例二的不同之处在于：所述LED裸芯片1为双电极芯片，所述衬底10为氧化铝(蓝宝石，Al₂O₃)衬底，所述P型外延层12、所述N型外延层11通过两根金属线分别焊接在相邻的两个分离的所述金属层6上。所述电阻区7有两个，两个所述电阻区7的一端分别与所述阳极接点80、所述阴极接点81相欧姆连接，两个所述电阻区7的另一端之间接入串联的所述LED裸芯片1，每个所述静电保护二极管区形成了极性为N⁺PN⁺PN⁺的稳压二极管组，两个所述稳压二极管组并联接于由两个所述电阻区7形成的延时导通电阻的两侧的正负极之间，其对所述LED芯片具有延时导通作用，故耐高压性能更好。两个所述静电保护二极管区的位于中心圈的所述多晶硅环II 5通过金属线82、83分别与所述阴极接点81及其对应的所述电阻区7的另一端相欧姆连接，即通过打线将两个位于中心圈的所述多晶硅环II 5对应的所述金属层6与一个所述电阻区7的两端相对应的所述金属层6相短路连接，而使得位于最外圈的所述多晶硅环II 5对应的所述金属层6呈完整的环状。

本实施例的带静电保护功能的LED芯片的制造方法的步骤(h)如下：

(h)LED裸芯片封装：将所述LED裸芯片1的所述衬底10用银浆或锡粘合在所述金属层6上，再将所述P型外延层12、所述N型外延层11通过两根金属线分别焊接在相邻的两个分离的所述金属层6上。

本实施例其余特征同实施例二。

本发明可广泛应用于LED芯片领域。

Claims (12)

1、一种带静电保护功能的LED芯片，包括至少一个LED裸芯片(1)和硅衬底(2)，所述LED裸芯片(1)包括衬底(10)和N型外延层(11)、P型外延层(12)，其特征在于：所述硅衬底(2)上生成有导热绝缘层I(41)，所述导热绝缘层I(41)上生成有导热绝缘层II(42)，所述导热绝缘层II(42)上沉积有金属层(6)，各所述LED裸芯片(1)正装或倒装在所述金属层(6)上，所述导热绝缘层I(41)与所述导热绝缘层II(42)之间设有至少一个由掺杂的多晶硅构成的静电保护二极管区，所述静电保护二极管区包括多晶硅环I(9)、多晶硅环II(5)，所述多晶硅环II(5)位于中心圈及最外圈并与所述多晶硅环I(9)互相间隔嵌套设置，位于中心圈及最外圈的所述多晶硅环II(5)分别与两个分离的所述金属层(6)相欧姆连接并由该两个分离的所述金属层(6)分别引出阳极接点(80)和阴极接点(81)，所述LED裸芯片(1)、所述静电保护二极管区通过所述金属层(6)相连接构成静电保护电路。

2、根据权利要求1所述的带静电保护功能的LED芯片，其特征在于：所述导热绝缘层I(41)与所述导热绝缘层II(42)之间还设有由掺杂的多晶硅构成的电阻区(7)，所述电阻区(7)的一端与所述阳极接点(80)或所述阴极接点(81)相欧姆连接，所述电阻区(7)的另一端与一个所述LED裸芯片(1)所在的所述金属层(6)相欧姆连接，所述LED裸芯片(1)、所述电阻区(7)及所述静电保护二极管区通过所述金属层(6)相连接构成静电保护电路。

3、根据权利要求1所述的带静电保护功能的LED芯片，其特征在于：所述LED裸芯片(1)为双电极芯片，各所述LED裸芯片(1)对应的所述P型外延层(12)、所述N型外延层(11)分别通过焊球倒装焊接在两个分离的所述金属层(6)上，所述焊球为金球栓或铜球栓或锡球。

4、根据权利要求1所述的带静电保护功能的LED芯片，其特征在于：所述LED裸芯片(1)为单电极芯片，所述衬底(10)为砷化镓或碳化硅衬底，所述衬底(10)用银浆或锡粘合在所述金属层(6)上，所述LED裸芯片(1)的电极接点通过一根金属线焊接在相邻的一个所述金属层(6)上。

5、根据权利要求1所述的带静电保护功能的LED芯片，其特征在于：所述LED裸芯片(1)为双电极芯片，所述衬底(10)为氧化铝衬底，所述衬底(10)用银浆或锡粘合在所述金属层(6)上，所述P型外延层(12)、所述N型外延层(11)通过两根金属线分别焊接在相邻的两个分离的所述金属层(6)上。

6、根据权利要求1所述的带静电保护功能的LED芯片，其特征在于：所述硅衬底(2)的正面向内扩散有一层N+扩散层(3)，所述N+扩散层(3)上生长有所述导热绝缘层I(41)。

7、根据权利要求1所述的带静电保护功能的LED芯片，其特征在于：所述硅衬底(2)的背面还有由一层或多层金属构成的散热层(21)。

8、根据权利要求1至7任意一项所述的带静电保护功能的LED芯片，其特征在于：各所述LED裸芯片(1)之间串联或并联或串并联组合连接，所述导热绝缘层I(41)由氮化硅层或二氧化硅层或氮化硅层与二氧化硅层组合构成，所述导热绝缘层II(42)由二氧化硅层构成，所述金属层(6)的外表面为反光面，所述硅衬底(2)为P型或N型，所述金属层(6)为铝或铜或硅铝合金。

9、一种用于制造权利要求1所述的带静电保护功能的LED芯片的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)形成导热绝缘层I：采用低压化学气相沉积法在所述硅衬底(2)的正面沉积氮化硅或二氧化硅或二者都沉积，形成厚度为1000～6000埃的氮化硅层或厚度为1500～8000埃的二氧化硅层或先形成400～8000埃的二氧化硅层再形成厚度为1000～6000埃的氮化硅层或先形成1000～6000埃的氮化硅层再形成厚度为1500～8000埃的二氧化硅层；或者，将所述硅衬底(2)在氧化炉管内采用湿氧法热氧化生长出厚度为1500～8000埃的二氧化硅层，即形成所述导热绝缘层I(41)；

(b)形成多晶硅层及第一氧化层：采用低压化学气相沉积法在所述导热绝缘层I(41)上沉积厚度为4000～8000埃的多晶硅层(90)，然后用离子注入机将P型杂质硼离子或二氟化硼离子注入所述多晶硅层(90)或者用离子注入机将N型杂质磷离子或砷离子注入所述多晶硅层(90)，再在氧化炉管内采用湿氧法在高温下驱入，驱入同时热氧化生长出厚度为1000～3000埃的第一氧化层(43)；

(c)形成阻挡层：在光刻机上利用阻挡层掩模版进行光刻，再用含HF的腐蚀液对所述第一氧化层(43)的光刻图形部分进行蚀刻，去除所述光刻图形部分内的所述第一氧化层(43)，剩余的所述第一氧化层(43)构成阻挡层；

(d)形成静电保护二极管区：用离子注入机将与所述步骤(b)中注入所述多晶硅层(90)中的离子极性相反的N型杂质砷离子或磷离子注入所述多晶硅层(90)内或在扩散炉管内将磷离子N型重掺杂注入所述多晶硅层(90)内，或者将与所述步骤(b)中注入所述多晶硅层(90)中的离子极性相反的P型杂质硼离子或二氟化硼离子注入所述多晶硅层(90)内，然后在光刻机上利用多晶硅层掩模版进行光刻，再用湿法或干法蚀刻工艺对所述多晶硅层(90)的光刻图形部分进行蚀刻，最终剩余的多晶硅形成所述由所述多晶硅环I(9)、多晶硅环II(5)构成的所述静电保护二极管区；

(e)形成导热绝缘层II：在扩散炉管内在高温下采用湿氧法将所述步骤

(d)中注入的砷离子或磷离子或硼离子或二氟化硼离子驱入所述多晶硅环II(5)，驱入同时热氧化生长出厚度为1000～8000埃的第二氧化层，或者使用化学气象法沉积厚度为6000～15000埃的第二氧化层，使得所述第二氧化层与所述阻挡层结合在一起形成所述导热绝缘层II(42)并将所述静电保护二极管区包覆在内部；

(f)形成接触孔：在光刻机上利用接触孔光刻版进行光刻，再用干法或湿法蚀刻工艺对所述导热绝缘层II(42)进行蚀刻，形成位于中心圈及最外圈的所述多晶硅环II(5)内的接触孔(51)；

(g)形成金属层：以溅射或蒸镀的方法沉积金属层，然后在光刻机上利用金属光刻掩模版进行光刻，再用湿法或干法蚀刻工艺对金属层进行蚀刻，蚀刻后剩余的金属层构成所述金属层(6)；

(h)LED裸芯片封装：对于各所述LED裸芯片(1)，植金球栓或铜球栓或锡球于两个分离的所述金属层(6)上，再通过超声键合或回流焊将各所述LED裸芯片(1)倒装在金球栓或铜球栓或锡球上；或者，将各所述LED裸芯片(1)的所述衬底(10)用银浆或锡粘合在所述金属层(6)上，再根据串并联的需要将连接所述LED裸芯片(1)的电极接点通过一根金属线焊接在相邻的一个所述金属层(6)上；或者，将所述LED裸芯片(1)的所述衬底(10)用银浆或锡粘合在所述金属层(6)上，再将所述P型外延层(12)、所述N型外延层(11)通过两根金属线分别焊接在相邻的两个分离的所述金属层(6)上。

10、根据权利要求9所述的带静电保护功能的LED芯片的制造方法，其特征在于：所述导热绝缘层I(41)与所述导热绝缘层II(42)之间还设有由掺杂的多晶硅构成的电阻区(7)，所述电阻区(7)的一端与所述阳极接点(80)或所述阴极接点(81)相欧姆连接，所述电阻区(7)的另一端与一个所述LED裸芯片(1)所在的所述金属层(6)相欧姆连接，所述LED裸芯片(1)、所述电阻区(7)及所述静电保护二极管区通过所述金属层(6)相连接构成静电保护电路，步骤(d)～步骤(f)相应变为：

(d)形成电阻区及静电保护二极管区：用离子注入机将与所述步骤(b)中注入所述多晶硅层(90)中的离子极性相反的N型杂质砷离子或磷离子注入所述多晶硅层(90)内或在扩散炉管内将磷离子N型重掺杂注入所述多晶硅层(90)内，或者将与所述步骤(b)中注入所述多晶硅层(90)中的离子极性相反的P型杂质硼离子或二氟化硼离子注入所述多晶硅层(90)内，然后在光刻机上利用多晶硅层掩模版进行光刻，再用湿法或干法蚀刻工艺对所述多晶硅层(90)的光刻图形部分进行蚀刻，最终剩余的多晶硅形成所述电阻区(7)及由所述多晶硅环I(9)、多晶硅环II(5)构成的所述静电保护二极管区；

(e)形成导热绝缘层II：在扩散炉管内在高温下采用湿氧法将所述步骤

(d)中注入的砷离子或磷离子或硼离子或二氟化硼离子驱入所述多晶硅环II(5)及所述电阻区(7)内，驱入同时热氧化生长出厚度为1000～8000埃的第二氧化层，或者使用化学气象法沉积厚度为6000～15000埃的第二氧化层，使得所述第二氧化层与所述阻挡层结合在一起形成所述导热绝缘层II(42)并将所述电阻区(7)及所述静电保护二极管区包覆在内部；

(f)形成接触孔：在光刻机上利用接触孔光刻版进行光刻，再用干法或湿法蚀刻工艺对所述导热绝缘层II(42)进行蚀刻，形成位于中心圈及最外圈的所述多晶硅环II(5)内的接触孔(51)及位于所述电阻区(7)的两端头的接触孔(71)；

11、根据权利要求9所述的带静电保护功能的LED芯片的制造方法，其特征在于：所述硅衬底(2)的正面向内扩散有一层N+扩散层(3)，在步骤

(a)之前还包括以下步骤：

(a0)形成N+扩散层：在高温扩散炉管内对所述硅衬底(2)的正面掺杂N型杂质磷，或者用离子注入法将杂质磷离子或砷离子注入所述硅衬底(2)中再在高温下驱入，形成内阻为10～40Ω/□的所述N+扩散层(3)。

12、根据权利要求9所述的带静电保护功能的LED芯片的制造方法，其特征在于：所述硅衬底(2)的背面还有由一层或多层金属构成的散热层(21)，在步骤(g)与步骤(h)之间还包括以下步骤：

(g′)形成散热层：先将所述硅衬底(2)的背面用研磨的方法减薄，再用金属溅射或蒸镀的方法沉积一层铝金属层或包含钛、镍、银材料的多层金属层于所述硅衬底(2)的背面，形成所述散热层(21)。

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