CN101452978A

CN101452978A - 半导体光电组件

Info

Publication number: CN101452978A
Application number: CNA2007101955359A
Authority: CN
Inventors: 李明顺
Original assignee: ZHOULEI YAOFU TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHOULEI YAOFU TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-06-10

Abstract

有机介电层作为保护半导体光电组件的钝化层，其中的半导体光电组件可为半导体发光组件或是半导体光侦测组件。使用有机介电材料具有制程温度低，不容易在之后的制程被剥离等优点。

Description

半导体光电组件

技术领域

本发明有关于一种使用有机介电材料保护半导体光电组件，特别是有关于一种使用有机钝化层保护发光二极管。

背景技术

目前的消费性电子产品，除了许多用来处理讯号或是信息的处理器以外，另外一种大量用在日常生活中的就是光电组件。所谓光电组件，就是将光讯号转换成电讯号或是反过来将电讯号转换成光讯号。前者如电合耦合装置(CCD；Charge-Coupled Device)光传感器，互补式金属氧化物半导体(CMOS)光传感器，或是光驱的雷射读取头等；后者如液晶显示器，发光二极管，或是雷射二极管等。上述的光电组件中，有许多是使用半导体制程以及半导体材料制造而成的，而这些组件在制造完成之后需要一层钝化层(passivationlayer)去保护这些组件。目前钝化层所使用的材料一般为无机的介电材料，例如氧化铝(aluminum oxide)，氮化硅(siliconnitride)，氧化硅(silicon oxide)，氮氧化硅(silicon oxynitride)，氧化钽(tantalum oxide)，氧化钛(titanium oxide)，氯化钙(calcium fluoride)，氧化铪(hafnium oxide)，硫化锌(zincsulfide)，或是氧化锌(zinc oxide)等。这些材料，一般而言，需要使用标准的磊晶制程，例如化学气像磊晶法，或是分子束磊晶法等。然而，这些标准的半导体制程需要较高的温度进行磊晶，而较高的温度需要较高的热预算(thermalbudget)。这在制程上是属于比较不经济的方式。再者，上述制程需要在反应室(chamber)中进行薄膜沉积，这附带的引起诸多的问题，例如反应室的洁净度，需要在接近真空或是大于一大气压下进行薄膜沉积。另外，上述这些材料在后段的制程，会有剥离(lift-off)的问题。对于这些容易受到湿气与氧化攻击的半导体组件而言，钝化层就无法达到它的功能。

因此，需要一种解决方式以避免上述的诸多问题。

发明内容

鉴于上述的发明背景中，传统的无机材料的钝化层所产生的诸多问题与缺点，本发明的目的在于提供一种以有机材料作为钝化层以保护半导体光电组件。在本发明中，有机介电材料可以使用一般的低温制程，例如旋涂(spin-on coating)。另外，本发明不需要使用真空的反应室，直接在一大气压下即可进行薄膜沉积。再者，沉积之后的有机介电层可以使用一般的光学微影制程将需要的开口暴露出来。

本发明的另一目的在于使用有机介电材料作为钝化层，在后端的制程中钝化层不会发生剥离的显像。

根据以上所述的目的，本发明提供了一种半导体光电组件，其包含一底材，一位于底材上的半导体层，复数个位于半导体层上的电极，与一覆盖半导体层的有机钝化层。上述数复数个电极连接到半导体层。上述有机钝化层露出该复数个电极，并用以保护该半导体光电组件。上述的半导体层可将电能转换成光能或是将光能转换成电能。上述的有机钝化层的材质为树脂(ABS resin)，环氧树脂(epoxy)，压克力树脂(PMMA)，丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物(acrylonitrile butadienestyrene copolymer)，聚甲基丙烯酸甲脂(polymerethylmethacrylate)，聚砜物(polysulfones)，聚醚砜物(polyethersulfone)，聚醚醯亚胺(polyetherimides)，聚醯亚胺(polyimide)，聚醯胺醯亚胺(polyamideimide)，聚甲苯硫化物(polyphenylene sulfide)，碳硅热固型化合物(silicon-carbon thermosets)其中之一。

本发明亦提供了一种发光二极管，其包含一底材，一位于底材上的半导体二极管结构，以及一覆盖住半导体二极管结构的有机钝化层。上述的底材为金属，蓝宝石，硅锗，碳化硅，磷化镓，砷化镓，或是以氮化镓为主的三五族半导体化合物的其中之一。上述的有机钝化层的材质为树脂(ABS resin)，环氧树脂(epoxy)，压克力树脂(PMMA)，丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物(acrylonitrile butadiene styrenecopolymer)，聚甲基丙烯酸甲脂(polymerethylmethacrylate)，聚砜物(polysulfones)，聚醚砜物(polyethersulfone)，聚醚醯亚胺(polyetherimides)，聚醯亚胺(polyimide)，聚醯胺醯亚胺(polyamideimide)，聚甲苯硫化物(polyphenylene sulfide)，碳硅热固型化合物(silicon-carbon thermosets)其中之一。上述的有机钝化层的折射数约在1-2.33之间。

附图说明

图1显示一发光二极管的结构；

图2显示形成一有机介电层涂布在发光二极管结构上作为钝化层的结构示意图；以及

图3显示在有机介电层上形成开口用以暴露出发光二极管的电极。

【图号说明】

10 发光二极管 12 底材

14 n型导通的半导体层 15 主动层

16 p型导通的半导体层 17 电流分散层

18 n电极 19p 电极

20 钝化层 22 开口

具体实施方式

本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述的实施例外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行，且本发明的范围不受限定，其以之后的申请专利范围为准。

再者，为提供更清楚的描述及更易理解本发明，图标内各部分并没有依照其相对尺寸绘图，某些尺寸与其它相关尺度相比已经被夸张；不相关的细节部分也未完全绘出，以求图标的简洁。

本发明主要是以有机介电材料作为光电组件的钝化层(passivationlayer)，而这里的光电组件可以为半导体的光电组件，例如发光二极管，雷射二极管，电荷耦合装置光传感器，互补式金属氧化物半导体光传感器，或是液晶显示器等。特别是在液晶显示器的制造上，由于玻璃基板不能承受过高的温度，一般的薄膜磊晶制程的温度是无法成长硅单晶或是良好结晶的氧化硅或是氮化硅。本发明的制程因而非常适用于液晶显示器上的薄膜晶体管或是彩色滤镜的钝化层的形成。

钝化层用以保护光电组件，特别是半导体材料，不受湿气或是氧化等的攻击影响。一般会是在组件形成之后才形成钝化层，然后在适当的地方将钝化层打开以暴露出组件的电极。导线接脚(lead)可以使用打线接合(wire bonding)或是覆晶(flip chip)的方式电性地连接到电极并完成组件的封装。

在本发明中，有机介电材料可以为树脂(ABS resin)，环氧树脂(epoxy)，压克力树脂(PMMA)，丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物(acrylonitrile butadiene styrene copolymer)，聚甲基丙烯酸甲脂(polymerethylmethacrylate)，聚砜物(polysulfones)，聚醚砜物(polyethersulfone)，聚醚醯亚胺(polyetherimides)，聚醯亚胺(polyimide)，聚醯胺醯亚胺(polyamideimide)，聚甲苯硫化物(polyphenylene sulfide)，或是碳硅热固型化合物(silicon-carbonthermosets)等的其中一种，或是上述材料的组合。

上述材料可以直接旋涂(spin-on coating)在光电组件上。形成薄膜的制程可以在低温以及一大气压之下。所谓的低温制程与一般的化学气像沉积法相比。一般的化学气像沉积法的制程温度约在500-1000℃，而在本发明中有机介电材料的制程温度约在室温到450℃之间。薄膜形成的时间约为20分钟到一小时左右。反应室的压力约为一大气压。制程的温度与时间取决于所欲沉积的有机介电材料以及温度与时间的关系。例如环境的温度愈低，所需薄膜沉积的时间也就愈长。

形成好的有机介电层，可以使用一般的微影与蚀刻制程在该有机介电层上形成开口，将开口底下的电极暴露出来，而使利于进行之后的打线封装或是覆晶封装的后端制程。一般的微影与蚀刻制程包含光阻涂布，软烤，曝光，显影，硬烤，蚀刻，去光阻等步骤。在蚀刻的步骤中，可以选择湿蚀刻或是干蚀刻，而蚀刻剂的选择取决于有机介电材料的选取。

接下来，以发光二极管作为本发明的一应用实施例，然而，本发明并非只限定于应用在发光二极管上。任何知悉本发明特征者皆应了解亦可以应用在其它的光电组件上。

如图1所示，显示一种发光二极管10，其依序具有一底材12，一p型导通的半导体层14，一主动层15，一n型导通的半导体层16，一电流分散层17，在前述p型导通的半导体层14上的p型电极18，以及在前述n型导通的半导体层16上的n型电极19。底材10可以为半导体底材或是半导体化合物底材，例如硅锗(SiGe)，碳化硅(SiC)，磷化镓(GaP)，磷化铟(InP)，或是砷化镓(GaAs)，或是所谓的四元半导体化合物，例如氮化铝镓铟(AlGaInN)，或是以氮化镓为主(GaN-based)的半导体化合物，或是非半导体的透明材料，例如蓝宝石(sapphire)，或是金属等皆可。

在底材12上面上的半导体层一般会有为p型导通的半导体层14，主动层15，以及n型导通的半导体层16。p型导通的半导体层14主要是在半导体层中掺入三族元素使得半导体层是以带正电的电洞导通，而n型导通的半导体层16主要是在半导体层中掺入五族元素使得半导体层是以带负电的电子导通。这里半导体层的材料可以为碳化硅(SiC)，磷化镓(GaP)，磷化铟(InP)，或是砷化镓(GaAs)，或是所谓的四元半导体化合物，例如氮化铝镓铟(AlGaInN)，或是其它以氮化镓为主(GaN-based)的半导体化合物。材料的选择需要考虑晶格结构，能阶，制程上磊晶的适应性，以及其它的问题。主动层15可以为双异质接面(Double Hetero-Junction)结构，单量子井结构(single quantumwell structure)，或是多量子井结构(multiple quantum well structure)。

电流分散层17主要是以阻值较低的导体为主。当发光面是从此出发射时，电流分散层17必须是透明导电的材质，例如铟锡氧化物(ITO)，铟锌氧化物(IZO)或是其它透明导电材质等。p型电极18一般需要选择与p型导通的半导体层14相互欧姆接触的材质，而n型电极19需要选择与n型导通的半导体层16相互欧姆接触的材质

如图2所示，在发光二极管10上形成一有机介电层20。可以为树脂(ABS resin)，环氧树脂(epoxy)，压克力树脂(PMMA)，丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物(acrylonitrile butadiene styrene copolymer)，聚甲基丙烯酸甲脂(polymerethylmethacrylate)，聚砜物(polysulfones)，聚醚砜物(polyethersulfone)，聚醚醯亚胺(polyetherimides)，聚醯亚胺(polyimide)，聚醯胺醯亚胺(polyamideimide)，聚甲苯硫化物(polyphenylene sulfide)，或是碳硅热固型化合物(silicon-carbonthermosets)等的其中一种，或是上述材料的组合。

上述这些材料可以直接旋涂(spin-on coating)在发光二极管10上。所谓的旋涂，就是先将材料形成至液体状态，例如使用溶剂或是将材料加热成液态。然后，将晶圆旋转并且将液态的材料到在晶圆上。利用晶圆高速旋转的离心力使得材料可以均匀的分布在晶圆上。这里的制程可以使用光阻涂布的制程。形成有机介电层20的制程可以在低温以及一大气压之下。所谓的低温制程与一般的化学气像沉积法相比。一般的化学气像沉积法的制程温度约在500-1000℃，而在本发明中有机介电材料的制程温度约在室温到450℃之间，比较建议的制程温度约为80-250℃之间，较佳的制程温度约在150-250℃之间。薄膜形成的时间约为20小时到一小时左右。形成有机介电层20的环境压力约为一大气压。制程的温度与时间取决于所欲沉积的有机介电材料以及温度与时间的关系。例如制程环境的温度愈低，所需薄膜沉积的时间也就愈长。

另外，有机介电层20的折射数约为1-2.33之间，可以使发光二极管10有较佳的出光效率。

如图3所示，以微影及蚀刻制程在有机介电层20上形成两个开口22，分别将p型电极18与n型电极19暴露出来。一般的微影与蚀刻制程在该有机介电层上形成开口，将开口底下的电极暴露出来，而使利于进行之后的打线封装或是覆晶封装的后端制程。一般的微影与蚀刻制程包含光阻涂布，软烤，曝光，显影，硬烤，蚀刻，去光阻等步骤。在蚀刻的步骤中，可以选择湿蚀刻或是干蚀刻，而蚀刻剂的选择取决于有机介电材料的选取。

雷射二极管与发光二极管之间的主要差异在于雷射二极管有共振腔，可以选择将某一频率的单一偏向的光束放大后激发辐射出来。本发明应用在发光二极管的方式与应用在雷射二极管的方式是类似的。

在薄膜晶体管液晶显示器中，薄膜晶体管形成之后也会形成一钝化层将薄膜晶体管与彩色滤镜包覆。同样地，这层钝化层亦可以使用本发明的有机介电材料。主要选择在可见光频谱范围的透光性佳，适合液晶显示器面板之后端制程均可。

至于其它的光电组件，例如接收光讯号以产生电讯号的电荷耦合装置光传感器或是互补式金属氧化物光传感器，基本上在半导体制程结束之后都会有钝化层与以保护之。本发明的有机介电材料中，亦可选择对某些频率通透性较佳的材料作为钝化层。

本发明提供的有机材料作为保护半导体光电组件的钝化层。由于有机介电材料的形成可以使用低温制程，例如旋涂(spin-oncoating)。除了有较少的热预算之外并不需要使用真空的反应室进行薄膜沉积。再者，沉积之后的有机介电层可以使用一般的光学微影制程将需要的开口暴露出来，与现行的制程皆兼容。另外，使用有机介电材料作为钝化层，在后端的制程中钝化层不会发生剥离的现像。

对熟悉此领域技艺者，本发明虽以一较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神。在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改与类似的安排，均应包含在下述的申请专利范围内，这样的范围应该与覆盖在所有修改与类似结构的最宽广的诠释一致。因此，阐明如上的本发明一较佳实例，可用来鉴别不脱离本发明的精神与范围内所作的各种改变。

Claims

1.一种半导体光电组件，包含：

一底材；

一半导体层位于该底材上；

复数个电极位于该半导体层上并连接到该半导体层；以及一有机钝化层覆盖该半导体层并露出该复数个电极，该有机钝化层用以保护该半导体光电组件。

2.如权利要求1所述的半导体光电组件，其中上述的半导体层将电能转换成光能；或者光能转换成电能。

3.如权利要求1所述的半导体光电组件，其中上述的底材为金属，蓝宝石，硅，碳化硅，砷化镓，或是以氮化镓为主的三五族半导体化合物的其中之一。

4.如权利要求1所述的半导体光电组件，其中上述的有机钝化层的材质为树脂，环氧树脂，压克力树脂，丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物，聚甲基丙烯酸甲脂，聚砜物，聚醚砜物，聚醚醯亚胺，聚醯亚胺，聚醯胺醯亚胺，聚甲苯硫化物，碳硅热固型化合物其中之一。

5.如权利要求1所述的半导体光电组件，其中上述的有机钝化层的形成温度为室温到450℃。

6.如权利要求1所述的半导体光电组件，其中上述的有机钝化层的形成时间为二十小时到一小时。

7.如权利要求1所述的半导体光电组件，其中上述的有机钝化层的形成温度为80℃到250℃。

8.如权利要求1所述的半导体光电组件，其中上述的有机钝化层的折射系数约在1-2.33之间。

9.如权利要求1所述的半导体光电组件，其中上述的半导体层为半导体二极管结构。

10.如权利要求1所述的半导体光电组件，其中上述的半导体层包含有：

一p型导通的半导体层位于该底材上；

一主动层位于该p型导通的半导体层上；

一n型导通的半导体层位于该主动层上。