KR101279225B1 - 발광 다이오드용 마이크로 배선 - Google Patents

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Abstract

본 개시물은 발광 다이오드(LED) 패키지를 제조하는 방법을 제공한다. 방법은 복수의 개별 LED 다이를 기판에 본딩하는 단계 - 상기 복수의 개별 LED 다이의 각각은 n 도핑층, 양자 우물 액티브층 및 p 도핑층을 포함함 -, 상기 복수의 개별 LED 다이 및 기판 상에 분리층을 증착하는 단계, 상기 분리층을 에칭하여 각각의 LED 다이의 일부 및 기판의 일부를 노출하는 복수의 비아(via) 개구를 형성하는 단계, 각각의 LED 다이의 도핑층 중의 하나와 기판을 전기적으로 접속하기 위하여 상기 분리층 상 및 상기 복수의 비아 개구 내에 전기 배선을 형성하는 단계, 및 상기 복수의 개별 LED 다이 및 기판을 복수의 LED 패키지로 분리하는 단계를 포함한다.

Description

발광 다이오드용 마이크로 배선{MICRO-INTERCONNECTS FOR LIGHT-EMITTING DIODES}
상호 참조
본 개시물은 발명자 치 슈안 첸(Chyi Shyuan Chern)에 의한 발명의 명칭이 "LIGHT EMITING DIODE EMITTER SUBSTRATE WITH HIGHLY REFLECTIVE METAL BONDING"인 2011년 1월 XX일에 제출된 미국 출원 번호 XXX에 관한 것이며, 여기에 참고로 기재된다 (TSMC2010-0331/24061.1486).
본 발명은 발광 다이오드(LED) 패키지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 P/N 접합 양단에 전압이 인가될 때 발광한다. LED 장치는 지시기, 사인(sign), 광원 및 다양한 타입의 조명 등의 다양한 애플리케이션에 널리 이용된다. LED 장치는 애플리케이션을 위해 제조되어 패키징된다. LED를 패키징하는 전통적인 방법은 LED 다이(die)를 패키지 기판에 개별적으로 본딩하는 것을 포함하는데, 이는 비용면에서 효율적이지 않고, LED 다이를 더 작은 크기로 감소시킬 때 더 많은 제조 도전이 도입된다. 예를 들어, LED 다이와 대응 패키지 기판 간의 와이어 본딩에 의한 전기 접속은 LED 다이의 크기가 점진적으로 작아짐에 따라 점차 적용하기 어렵게 된다. 이것은 작은 형태 인자를 갖는 LED 다이에 대한 와이어 본딩의 사용을 제한한다. 또한, 배선의 와이어 본딩은 본딩 와이어의 수가 증가함에 따라 조립 시간이 증가하는 순차적 프로세스이다. 또한, 본딩 와이어의 길이는 패키징된 LED의 전기적 및 광학적 특정을 저하시킬 수 있다. 따라서, 제조 시간 및 비용을 감소시키면서 작은 형태 인자를 갖는 LED에 대한 전기적 접속을 제공할 수 있는 LED 패키징 구조 및 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 제조 시간 및 비용을 감소시키면서 작은 형태 인자를 갖는 LED에 대한 전기적 접속을 제공할 수 있는 LED 패키징 구조 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 형태에 따르면, 복수의 발광 다이오드(LED) 패키지를 제조하는 방법으로서, 복수의 개별 LED 다이를 기판에 본딩하는 단계 - 상기 복수의 개별 LED 다이의 각각은 n 도핑층, 양자 우물 액티브층 및 p 도핑층을 포함함 -; 상기 복수의 개별 LED 다이 및 기판 상에 분리층을 증착하는 단계; 상기 분리층을 에칭하여 각각의 LED 다이의 일부 및 기판의 일부를 노출하는 복수의 비아(via) 개구를 형성하는 단계; 각각의 LED 다이의 도핑층 중의 하나와 기판을 전기적으로 접속하기 위하여 상기 분리층 상 및 상기 복수의 비아 개구 내에 전기 배선(interconnects)을 형성하는 단계; 및 상기 복수의 개별 LED 다이 및 기판을 복수의 LED 패키지로 다이싱(dice)하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 레벨에서 패키징된 LED 다이를 갖는 반도체 구조물 및 그 제조 방법이 제공된다.
본 개시물의 형태는 첨부된 도면과 함께 읽을 때 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다. 산업에서의 표준 실행에 따라, 다양한 특징은 일정한 비율로 그려지지 않는다. 다양한 형태의 치수는 설명의 명료화를 위해 임의로 증가 또는 감소될 수 있다.
도 1 내지 5는 본 개시물의 하나 이상의 실시예에 따라 구성되는 다양한 웨이퍼 레벨 패키징 스테이지에서 발광 다이오드(LED) 다이를 갖는 반도체 구조물의 단면도.
도 6은 본 개시물의 하나 이상의 실시예에 따라 도 1 내지 5의 반도체 구조물에 포함되는 LED의 단면도.
도 7 내지 8은 다양한 웨이퍼 레벨 패키징 스테이지에서 LED 다이를 갖는 반도체 구조물의 다른 실시예의 단면도.
다음의 개시물은 다양한 실시예의 상이한 특징을 구현하기 위해 많은 상이한 실시예 또는 예를 제공하는 것을 이해해야 한다. 본 개시물을 간략화하기 위하여 구성요소 및 배치의 특정예가 이하에 기재된다. 물론, 이들은 단지 예이며 제한적이지 않다. 본 개시물은 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이 반복은 간략화와 명료화를 위한 것이며 기재된 다양한 실시예 및/또는 구성 간의 관계에 영향을 주지 않는다.
도 1 내지 5는 하나 이상의 실시예에서 본 개시물의 다양한 형태에 따라 구성된 다양한 웨이퍼 레벨 패키징 스테이지에서 LED 다이를 갖는 반도체 구조물(100)의 단면도이다. 도 6은 LED 에미터의 일 실시예의 단면도이다. 도 1 내지 6을 참조하면, 반도체 구조물(100) 및 그 제조 방법이 총괄적으로 기재된다.
도 1을 참조하면, 반도체 구조물(100)은 웨이퍼 레벨에서 패키징 기판(106)에 본딩된 복수의 LED 다이(102)를 포함한다. 본 예에서, 2개의 본딩 다이(102a 및 102b)가 제공된다. LED 다이(102)의 각각은 LED(112) 및 캐리어 기판(114)을 포함한다.
LED(112)는 동작시 발광하기 위하여 설계된 PN 접합으로서 구성되는 n형 도핑 반도체 층 및 p형 도핑 반도체 층을 포함한다. 본 실시예에서, LED(112)는 조정된 특성 및 향상된 성능을 위해 PN 접합에 끼워진 다수의 양자 우물(MQW)을 더 포함한다. LED 다이(102)의 각각은 n형 및 p형 도핑 반도체 층에 각각 접속되는 상부 전극(116)(예를 들어, n 콘택) 및 하부 전극(예를 들어, p 콘택)(118)을 더 포함한다.
캐리어 기판(114)은 하부 전극(118)에 인접한다. 일 실시예에서, 캐리어 기판(114)은 LED 다이에 기계적 강도, 전기적 결합 및 열적 도전 경로를 제공하기 위하여 설계된 고농도로 도핑된 실리콘 기판이다. LED 다이(102)는, 웨이퍼 레벨 패키징에서 패키징 기판(106)에 대하여 콘택 저항을 감소시키고 본딩 효과를 향상시키기 위하여, 금속 등의 추가의 도전층(120)(제2 p 콘택이라 함)을 더 포함할 수 있다.
패키징 기판(106)은 실리콘 웨이퍼(126)를 포함한다. 패키징 기판(106)은 실리콘 웨이퍼(126)의 상면 및 하면 상에 각각 형성된 얇은 유전체막(128 및 130)을 더 포함한다. 얇은 유전체막(128 및 130)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 카바이드, DLC(diamond-like carbon), 또는 임의의 적절한 유전체 물질을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 얇은 유전체막(128 및 130)은 실리콘 산화물을 포함하고, 열산화, 화학적 기상 증착(CVD) 또는 다른 적절한 기술에 의해 형성된다.
다양한 스루-실리콘 비아(TSV; through-silicon via)(132)가 실리콘 웨이퍼(126)에 형성되고 LED 다이(102)의 전극으로의 전기적 접속을 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, TSV(132)는 구리 또는 다른 적절한 금속/금속 합금 등의 도전 물질을 포함한다. TSV(132)는 에칭 및 증착을 포함하는 절차에 의해 형성될 수 있다. 증착은 물리적 기상 증착(PVD; physical vapor deposition), 도금, 조합, 또는 다른 적절한 기술을 포함할 수 있다.
TSV(132)는 비아의 측벽상에 형성된 얇은 유전체 물질층(134)을 더 포함하여 전기적 분리를 위해 실리콘 웨이퍼(126)로부터 TSV(132)를 분리한다. 얇은 유전체 물질층(134)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 카바이드, DLC 또는 다른 적절한 유전체 물질을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 얇은 유전체 물질층(134)은 실리콘 산화물을 포함하고 열산화, CVD 또는 다른 적절한 기술에 의해 형성된다.
다른 실시예에서, 실리콘 웨이퍼(126)가 에칭되어 트렌치/비아를 형성하고, 얇은 유전체 물질층(134)이 트렌치/비아의 측벽 상에 형성되고, 구리 시드(seed)층이 얇은 유전체 물질층(134) 상에 형성되고, 그 후 도금 처리가 수행되어 TSV(132)를 형성한다. 다른 실시예에서, 얇은 유전체막(128/130) 및 얇은 유전체 물질층(134)은 유사한 물질을 포함하고 열산화 또는 CVD 등의 동일한 프로세스에 의해 동시에 형성된다.
패키징 기판(106)은 또한 실리콘 웨이퍼(126)의 상면 및 하면 상에 위치지정된 다양한 금속 부분(136 및 138)을 포함한다. 금속 부분(136 및 138)은 각각 얇은 유전첵막(128 및 130) 상에 증착된다. 금속 부분(136 및 138)은 TSV(132) 중의 하나를 통해 서로 결합되도록 설계된다. 금속 부분(138)은 패키징 레벨에서 LED 다이(102)의 전극으로서 기능한다. 특히, 하부 전극(118)은 도전층(120), 금속 부분(136) 중의 하나 및 TSV(132) 중의 하나를 통해 대응하는 금속 부분(138)에 전기적으로 결합된다.
LED 다이(102)는 도전층(120) 및 금속 부분(136)의 서브세트를 통해 실리콘 웨이퍼(126)에 본딩된다. 그러므로, 금속 부분(136)의 서브세트는 또한 패키징 기판 상의 본딩 콘택이라 한다. 도전층(120) 및 금속 부분(136)은 적절히 선택되어 공융(eutectic) 본딩 또는 다른 적절한 본딩 메카니즘을 가능하게 한다. 다양한 실시예에서, 금속 부분(136 및 138)은, 금, 금 합금, 구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금, 백금, 백금 합금, 티타늄, 티타늄 합금 또는 그 조합 등의, 양호한 도전성, 전기적 및 열적 특성, 및 양호한 본딩 특성을 갖는 금속 또는 금속 합금을 포함한다.
다른 실시예에서, 금속 부분(136 및 138)은 동일한 절차에서 TSV(132)와 동시에 형성된다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼(126)가 에칭되어 트렌티/비아를 형성하고, 얇은 유전체 물질층이 트렌치/비아의 측벽 및 실리콘 웨이퍼(126)의 표면 상에 형성되어, 얇은 유전체 물질층(134) 및 얇은 유전체막(128 및 130)을 형성하고, 구리 시드층이 트렌치/비아의 측벽 및 실리콘 웨이퍼(126)의 표면 상에 PVD에 의해 형성되고, 패터닝된 포토레지스트층이 형성되어 금속 부분(136 및 138)에 대한 영역을 정의하고, 구리 도금 프로세스가 구현되어 TSV(132) 및 금속 부분(136 및 138)을 규정한다. 패터닝된 포토레지스트층은 그 후 제거된다.
도 2를 참조하면, 분리층(140)이 LED 다이(102) 및 패키징 기판(106) 상에 증착된다. 특히, 분리층(140)은 분리 및 패시베이션을 위해 LED 다이(102)의 상부 전극(116) 및 패키징 기판(106)의 금속 부분(136)을 덮는다. 일 실시에에서, 분리층(140)은 등각(conformal)이며 균일한 두께를 갖는다. 다른 실시예에서, 분리층(140)은 CVD 또는 다른 기술에 의해 형성된 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물 또는 (LED 장치(112)에 의해 방출된 광에 투명한 유전체 물질 등의) 다른 적절한 유전체 물질을 포함한다.
도 3을 참조하면, 분리층(140)은 패터닝되어 전기적 경로를 위해 상부 전극(116) 및 금속 부분(136)을 노출하는 다양한 비아 개구(또는 개구)(142)를 형성한다. 일 실시예에서, 분리층(140)의 패터닝은 리소그래피 프로세스 및 에칭을 포함한다. 분리층(140)은 임의의 적절한 방법의 리소그래피 및 에칭 프로세스를 이용하여 패터닝된다. 예를 들어, 하나의 방법은 포토레지스트 패터닝, 에칭 및 포토레지스트 스트리핑(stripping)을 포함하는 순차적인 프로세스로 분리층(140)의 표면을 패터닝하는 것을 포함한다. 예를 증진하기 위해, 포토레지스트 패터닝은 포토레지스트 코팅, 소프트 베이킹, 패턴 노출, 노출후 베이킹, 포토레지스트 현상, 하드 베이킹의 프로세싱 단계를 포함한다. 에칭 프로세스는 플루오르 함유 플라즈마 에칭 등의 건식 에칭을 포함할 수 있다. 대안으로, 분리층(140)이 실리콘 산화물이면 에칭 프로세스는 하이드로플루오라이드(HF) 용액 등의 습식 에칭을 포함한다. 다른 실시예에서, 리소그래피 패터닝은 마스크없는 포토리소그래피(maskless photolithography), 전자 빔 기록(electron-beam writing), 이온 빔 기록(ion-beam writing) 및 분자 인쇄(molecular imprint) 등의 다른 적절한 방법에 의해 구현되거나 대체될 수 있다.
도 4를 참조하면, 배선 부분(144)은 분리층(140) 상 및 개구(142) 내에 형성되어 상부 전극(116) 및 금속 부분(136)을 접촉한다. 배선 부분(144)은 각각의 금속 부분(136) 및 TSV(132)를 통해 상부 전극(116)을 대응하는 금속 부분(138)에 결합한다. 배선 부분(144)은 패키징 기판 상에서 LED 다이(102)의 전극으로부터 금속 부분(138)으로의 도전 경로를 제공하며, 재분배 라인(RDL; redistribution line) 또는 마이크로 배선이라 한다. 따라서, 다양한 금속 부분(138)은 패키징 레벨에서 전극으로서 동작한다. 배선 부분(144)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZnO(indium zinc oxide) 등의 투명 도전층 또는 금속층일 수 있다. 배선 부분(144)을 형성하는 프로세스에서, 티타늄 등의 배리어층 및 구리 등의 시드 금속층이 분리층(140) 상에 증착될 수 있다. 포토레지스트층이 리소그래피 프로세스에서 시드 금속층 상에 적층되고 패터닝된 후, 패터닝된 포토레지스트층 및 금속 도금을 통해 시드층을 에칭하여 마이크로 배선을 위한 재분배 라인을 규정한다. 금속 부분(144)은 분리층을 균일한 두께로 덮을 수 있다.
도 5를 참조하면, 인(146)이 LED 다이(102) 주변에 분포되어 방출된 광의 파장을 변경한다. 일 실시예에서, 코팅 물질에 삽입된 인은 배선 부분(144) 및 분리 층(140) 상에 형성된다. 인 코딩부는 마스크를 이용하거나 스크린 프린팅을 통해 증착되어 표면 인층을 형성함으로써 LED 다이(102)의 상면 상의 배선 부분(144) 및 분리층(140) 만을 덮는다. 대안으로, 인 코딩부는 스프레이 프로세스를 통해 증착되어 등각의 인층을 형성함으로써 LED 다이의 상면 및 측벽 상에서 배선 부분 및 분리층을 균일한 두께로 덮는다.
도 5를 여전히 참조하면, 렌즈(148)가 인 코팅부 상에 형성되어 발광 효과가 향상된 방출된 광의 방출 패턴을 형성한다. 일 실시예에서, 렌즈(148)는 에폭시, 실리콘 또는 다른 적절한 물질을 포함한다. 일 예에서, 렌즈는, LED 다이 상에 렌즈 몰딩을 배치하고 실리콘을 렌즈 몰딩에 주입하고 주입된 실리콘을 경화함으로써 형성될 수 있다.
실리콘 기판과 함께 LED 다이는 개별 패키지로 다이싱되어 웨이퍼 레벨 패키징 프로세스를 완료한다. 다이싱된 LED 패키지는 분리된 패키징 기판(106)에 본딩된 개별 LED 다이(102)를 포함한다.
도 6은 본 실시예의 하나의 실시예에 따라 반도체 구조물(100)에 패키징된 LED(112)의 단면도이다. LED(112)는 동작시 발광하도록 설계된 PN 접합으로서 구성되는 p형 도핑 반도체층(152) 및 n형 도핑 반도체층(154)을 포함한다. 일 실시예에서, p형 및 n형 도핑 반도체층(152 및 154)은 각각 도핑된 갈륨 질화물(GaN)층을 포함한다.
LED(112)는 조정된 LED 특성 및 향상된 성능을 위해 n형 및 p형 도핑 반도체층 사이에 끼워진 다수의 양자 우물(MQW)(156)을 더 포함한다. MQW(156)는 2개의 교호 반도체 물질막(158 및 160)의 스택을 포함한다. 일 예에서, 2개의 반도체 물질막(158 및 160)은 인듐 갈륨 질화물(InGaN) 및 갈륨 질화물(GaN)을 각각 포함한다. 다양한 반도체층은 적절한 에피택시 성장 기술로 성장될 수 있다. 일 예에서, 에피택셜 반도체층은 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD; metal organic chemical vapor deposition)에 의해 증착된다.
LED 다이(102)를 형성하는 일 실시예는 또한 아래에서 제공되고 v-플로우(v-flow)라 한다. v-플로우에서, LED(112)는 사파이어 등의 성장 기판 상에 형성된다. 다른 성장 기판은 실리콘 카바이드, 실리콘 또는 다른 물질을 포함한다. LED(112)는 MOCVD 또는 다른 증착 프로세스 등의 프로세스에 의해 성장 기판 상에 증착된 다양한 에피택셜 반도체층을 포함한다. 증착된 에피택셜층은 도핑되지 않은 GaN층(un-GaN), n 도핑 GaN층(n-GaN), 다수의 양자 우물(MQW) 액티브층, 및 p 도핑 GaN층(p-GaN)을 포함할 수 있다.
LED는 에피택셜층이 전기적으로 액세스되는 방법에 기초하여 상이한 구성 및 상이한 프로세싱 단계를 가질 수 있다. 본 실시예에서, p-GaN 및 n-GaN층에 대한 콘택 금속피복부(contact metallization)는 LED의 반대측에 배치된다. 대응하는 LED 다이는 수직 다이라 한다. 또한, 성장 기판은 통상 LED가 개별 다이로 분리되기 전에 제거된다. 다이싱될 LED를 준비하기 위하여, 고농도로 도핑된 실리콘 기판이 p 콘택 금속 층 상에 배치되어 캐리어 기판(114)로서 작용한다. 도전층(제2 p 콘택 금속층)(120)이 고농도로 도핑된 실리콘 기판 상에 증착되고 그 후에 성장 기판이 제거될 수 있다. 사파이어 성장 기판에 대해서는, 성장 기판 제거는 레이저 리프트오프(laser lift-off; LLO) 기술로 수행될 수 있다. 실리콘 기반 성장 기판에 대해서는, 건식 또는 습식 에칭 기술에 의해 제거될 수 있다. 마찬가지로, un-GaN층이 제거된다. 성장 기판 및 un-GaN층의 제거는 n-GaN층을 노출시킨다. 그 후, 상부 전극(n 콘택 금속층)(116)이 노출된 n-GaN층 상에 증착된다. LED 및 고농도로 도핑된 실리콘층은 개별 LED 다이(102)로 다이싱된다.
도 7 및 8은 다른 실시예에서 본 개시물의 형태에 따라 구성된 웨이퍼 레벨 패키징의 다양한 스테이지에서 LED 다이를 갖는 반도체 구조물(166)의 단면도이다. 도 7 및 8을 참조하여, 반도체 구조물(166) 및 그 제조 방법이 총괄적으로 기재된다.
도 7을 참조하면, 반도체 구조물(166)은 반도체 구조물(166)의 LED 다이(102)에 캐리어 기판이 없다는 것을 제외하고 반도체 기판(100)과 유사하다. 특히, 반도체 구조물(166)의 LED 다이(102)의 각각은 LED(112), 상부 전극(116) 및 하부 전극(118)을 포함한다. 본 실시에에서, 상부 전극(116)은 LED(112)의 n형 도핑 반도체층을 접촉하고, 하부 전극(118)은 LED(112)의 p형 도핑 반도체층을 접촉한다. LED 다이(102)는 하부 전극(118) 및 금속 부분(본딩 콘택)(136)을 통해 패키징 기판(106)에 본딩된다. LED 다이(102)는 i-플로우라 불리우는 절차에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 수직 다이를 형성하는 i-플로우에서, 성장 기판 상의 LED의 에피택셜층은 p 콘택 금속 층이 증착된 후 및 성장 기판이 제거되기 전에 개별 다이로 다이싱된다. 성장 기판은 개별 다이가 패키징 기판(106)에 본딩된 후에만 제거된다. 상부 전극(n 콘택 금속층)(116)은 LED(112)의 n-GaN층 상에 증착되어 성장 기판 및 n-GaN층의 제거 후에 LED 다이에 대한 n 콘택을 형성한다.
도 8을 참조하면, RDL(144)를 형성하는 후속 프로세스 단계는 도 2 내지 5의 대응하는 프로세싱 단계와 유사하다. 특히, 분리층(140)은 LED 다이(102) 및 패키징 기판(106) 상에 증착된다. 분리층(140)은 분리 및 패시베이션을 위해 LED 다이(102) 및 패키징 기판(106)을 덮는다. 일 실시예에서, 분리층(140)은 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 산화물(SiO2) 또는 코팅 또는 프린팅 프로세스에서 증착되는 다른 적절한 유전체 물질을 포함한다.
분리층(140)은 패터닝되어 전기적 경로를 위해 상부 전극(116) 및 금속 부분(136)을 노출하는 다양한 비아 개구를 형성한다. 일 실시예에서, 분리층(140)의 패터닝은 리소그래피 프로세스 및 에칭을 포함한다.
배선 부분(144)은 분리층(140) 상 및 개구 내에 형성되어 상부 전극(116) 및 금속 부분(136)을 덮는다. 배선 부분(144)은 각각의 금속 부분(136) 및 TSV(132)를 통해 상부 전극(116)을 대응하는 금속 부분(138)에 결합한다. 배선 부분(144)은 패키징 기판 상에서 LED 다이(102)의 전극으로부터 전극(138)로 도전 경로를 제공한다. 배선 부분(144)은 ITO 또는 IZnO 등의 투명 도전층 또는 금속층일 수 있다.
인(146)이 LED 다이(102) 주변에 분포되어 방출된 광의 파장을 변경한다. 일 실시예에서, 코팅 물질에 삽입된 인은 배선 부분(144) 및 분리층(140) 상에 형성된다. 인 코팅부는 마스크를 이용하거나 스크린 프린팅을 통해 증착되어 표면 인층을 형성함으로써 LED 다이(102)의 상면 상의 배선 부분(144) 및 분리층(140) 만을 덮는다. 대안으로, 인 코딩부는 스프레이 프로세스를 통해 증착되어 등각의 인층을 형성함으로써 LED 다이의 상면 및 측벽 상에서 배선 부분 및 분리층을 덮는다.
렌즈(148)가 발광 효과를 향상시키는 형상으로 인 코팅부 상에 형성된다. 렌즈(148)는, LED 다이 상에 렌즈 몰딩을 배치하고 실리콘을 렌즈 몰딩에 주입하고 주입된 실리콘을 경화함으로써 형성될 수 있다.
패키징 기판(106)과 함께 LED 다이(102)는 개별 패키지로 다이싱되어 웨이퍼 레벨 패키징 프로세스를 완료한다. 분리된 LED 패키지는 패키징 기판(106)에 본딩된 개별 LED 다이(102)를 포함한다.
웨이퍼 레벨에서 패키징된 LED 다이를 갖는 반도체 구조물 및 그 제조 방법은 본 개시물의 다양한 실시예에 따라 기재했지만, 본 개시물의 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서 다른 대안, 대체 또는 변경이 가능하다. 다른 실시예에서, LED 다이의 다른 구성은 페이스업(face-up) LED로 알려진 수평 다이를 포함한다. 페이스업 LED(예로서 GaN LED를 이용), p-GaN 층 및 n-GaN 층에 대한 콘택 금속피복부는 LED의 동일 측상에 있다. 일 예에서, n-GaN 층 및 MQW 층은 포토리소그래피 프로세스에서 패터닝되고 에칭되어 부분적으로 p-GaN 층을 노출시킨다. 금속 플러그가 형성되어 p-GaN 층에 접촉하고 p 콘택 또는 p 전극을 제공한다. n 전극이 또한 LED의 동일 측 상에 형성되어 n-GaN 층을 접속한다. 또한, 분리층(140) 및 배선 부분(144)이 패터닝되어 패키징 기판(106)의 각각의 금속 부분(138)에 p 콘택 및 n 콘택에 대한 전기적 경로를 제공한다.
다른 실시예에서, LED 다이를 패키징 기판에 본딩하는 단계는 개별 LED 다이의 각각으로부터 열이 멀어지도록 하는 열적 도전 경로를 형성하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 패키징 기판(106)은 복수의 개별 LED 다이(102)를 복수의 LED 패키지로 다이싱되기 전에 제거된다. 또 다른 실시예에서, 금속 부분(136 및 138)의 각 쌍은 하나 이상의 TSV(132)로 결합된다. LED 다이의 다른 실시예에서, n형 도핑층 및 p형 도핑층은 스위칭되어 상부 전극은 p형 도핑층에 접촉하고 하부 전극은 n형 도핑층에 접촉할 수 있다.
따라서, 본 개시물은 LED 패키지를 제조하는 방법을 제공한다. 방법은 기판에 복수의 개별 LED 다이를 본딩하는 단계를 포함하고, 복수의 개별 LED 다이의 각각은 n 도핑층, 양자 우물 액티브층 및 p 도핑층을 포함한다. 방법은 복수의 개별 LED 다이 및 기판 상에 분리층을 증착하고 분리층을 에칭하여 각각의 LED 다이의 일부 및 기판의 일부를 노출하는 복수의 비아 개구를 형성하는 단계를 더 포함한다. 방법은 분리층 상 및 복수의 비아 개구 내에 전기 배선을 형성하여 각각의 LED 다이의 도핑층 중의 하나 및 기판 사이를 전기적으로 접속하는 단계를 더 포함한다. 복수의 개별 LED 다이 및 기판은 복수의 LED 패키지로 다이싱된다.
본 실시예에서, 본딩하는 단계는 개별 LED 다이 중의 하나의 p 콘택 금속층을 기판 상에 배치된 본딩 콘택을 본딩하는 단계를 포함하고, p 콘택 금속 층은 개별 LED 다이(들)의 p 도핑층에 전기적으로 접속된다. 본딩은 개별 LED 다이(들)의 p 도핑층을 본딩 콘택에 전기적으로 접속한다. 본딩하는 단계는 개별 LED 다이 중의 하나의 전극을 기판 상에 배치된 본딩 콘택으로 본딩하는 단계를 포함할 수 있다. 기판은 n 도핑층 및 p 도핑층 중의 하나와 결합하는 복수의 스루 실리콘 비아(TSV)를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본딩하는 단계는 개별 LED 다이 중의 하나로부터 열이 멀어지도록 하는 열적 도전 경로를 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 본딩하는 단계는 기판 상에 배치된 본딩 콘택에 개별 LED 다이 중의 하나의 성장 기판을 본딩하는 단계를 포함한다. 전기 배선의 형성하는 단계는 배선층을 증착하고 복수의 비아 개구를 배선층으로 채워 각각의 LED 다이의 노출 부분 및 기판의 노출 부분으로의 복수의 전기적 비아를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 배선층을 증착하는 단계는 분리층 상에 배리어층을 증착하고 배리어층 상에 시드 금속층을 증착하는 단계를 포함한다. 포토레지스트층은 시드 금속층 상에 적층되고 패터닝되어 하나 이상의 재분배 라인에 대한 하나 이상의 채널을 규정한다. 채널은 금속도금되어 하나 이상의 금속 재분배 라인을 형성하고 복수의 비아 개구를 금속으로 채우고, 포토레지스트층은 제거된다. 다른 실시예에서, 배선층을 증착하는 단계는 분리층 상에 투명 도전층을 증착하고 복수의 비아 개구를 투명 도전층으로 채우는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 개별 다이 중의 하나의 노출 부분은 n 콘택 금속피복부을 포함하고, 기판의 노출 부분은 기판 상에 배치된 콘택 전극을 포함하고, 배선층을 증착하는 단계는 n 콘택 금속피복부 및 콘택 전극 사이의 전기 배선을 형성하는 단계를 포함한다. 개별 다이 중의 하나의 노출 부분은 p 콘택 금속피복부를 포함하고, 기판의 노출 부분은 기판 상에 배치되는 콘택 전극을 포함하고, 배선층을 증착하는 단계는 콘택 금속피복부 및 콘택 전극 사이에 전기 배선을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 본딩 후 및 증착 전에 개별 LED 다이 중의 하나로부터 성장 기판을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 복수의 개별 LED 다이를 복수의 LED 패키지로 다이싱하기 전에 기판을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 전기적 배선을 형성한 후 및 다이싱 전에 각각의 LED 다이 상에 인층 및 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 개시물은 또한 LED 패키지를 제조하는 방법의 다른 실시예를 제공한다. 방법은 복수의 개별 LED 다이를 제공하는 단계를 포함하고, 복수의 개별 다이의 각각은 성장 기판 상의 n 도핑층, 양자 우물 액티브층, p 도핑층 및 p 콘택 금속층을 포함한다. 방법은 복수의 개별 LED 다이의 p 콘택 금속층을 기판에 본딩하는 단계; 복수의 개별 LED 다이로부터 성장 기판을 제거하는 단계; 및 복수의 개별 LED 다이 및 기판 상에 분리층을 증착하는 단계를 더 포함한다. 분리층은 에칭되어 복수의 개별 LED 다이의 각각의 일부 및 기판의 일부를 노출하는 복수의 비아 개구를 형성한다. 배선층은 분리층 및 복수의 비아 개구 상에 증착되어 복수의 개별 LED 다이의 각각의 n 도핑층과 기판 사이에 전기 배선을 형성한다. 방법은 복수의 개별 LED 다이의 각각의 위에 인층 및 렌즈를 형성하는 단계 및 복수의 개별 LED 다이 및 기판을 복수의 LED 패키지로 다이싱하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 본딩은 복수의 개별 다이의 p 도핑층을 기판에 전기적으로 접속한다. 분리층을 에칭하는 단계는 복수의 비아 개구를 형성하여 복수의 개별 다이의 n 도핑층을 노출하는 단계를 포함한다. 배선층을 증착하는 단계는 금속층으로 금속 도금하여 복수의 비아 개구를 충전하고 기판 상의 전극 및 n 도핑층 사이에 전기 배선을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 배선층을 증착하는 단계는 분리층 상에 투명 도전층을 증착하고 복수의 비아 개구를 충전하여 기판 상의 전극 및 n 도핑층 사이에 전기 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
본 개시물은 또한 반도체 구조물의 실시예를 제공한다. 반도체 구조물은 본딩 콘택 및 전극을 포함하는 기판; 본딩 콘택을 통해 기판에 본딩된 LED 다이, LED 다이 및 기판 상에 배치된 분리층 - 분리층은 기판의 전극 및 LED 다이의 일부를 노출하는 복수의 비아 개구를 포함함 -; 및 분리층 및 복수의 비k 개구 상에 증착되어 LED 다이를 기판의 전극에 전기적으로 접속하는 배선층을 포함한다. 본 실시예에서, 본딩 콘택 및 전극은 기판에 내장(embedded)된 스루 실리콘 비아(TSV)를 통해 전기적으로 결합되도록 구성된다.
상기 설명은 몇 가지 실시예의 특징을 나타내어 당업자가 상세한 설명을 더 잘 이해할 수 있게 한다. 당업자는 동일한 목적을 달성하는 다른 프로세스 및 구조물을 설계하거나 변경하고 및/또는 여기에 도입된 실시예의 동일한 이점을 달성하기 위한 기초로서 본 개시물을 용이하게 사용할 수 있다. 당업자는 또한 본 개시물의 사상과 범위를 벗어나지 않고 동등 구성을 실현해야 하고, 본 개시물의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형, 대체 및 변경이 가능하다.
100: 반도체 구조물
102: 복수의 LED 다이
106: 패키징 기판
112: LED
114: 캐리어 기판
126: 실리콘 웨이퍼

Claims (10)

  1. 복수의 발광 다이오드(LED) 패키지를 제조하는 방법으로서,
    복수의 개별 LED 다이를 기판에 본딩하는 단계 - 상기 복수의 개별 LED 다이의 각각은 n 도핑층, 양자 우물 액티브층 및 p 도핑층을 포함함 -;
    상기 복수의 개별 LED 다이 및 상기 기판 상에 분리층을 증착하는 단계;
    상기 분리층을 에칭하여 각각의 LED 다이의 일부 및 상기 기판의 일부를 노출하는 복수의 비아(via) 개구를 형성하는 단계;
    각각의 LED 다이의 도핑층 중의 하나와 상기 기판을 전기적으로 접속하기 위하여 상기 분리층 상 및 상기 복수의 비아 개구 내에 전기 배선(interconnects)을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 개별 LED 다이 및 상기 기판을 복수의 LED 패키지로 다이싱(dice)하는 단계
    를 포함하는 복수의 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 본딩하는 단계는 상기 개별 LED 다이 중의 하나의 전극을 상기 기판 상에 배치된 본딩 콘택에 본딩하는 단계를 포함하는 복수의 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판은 복수의 스루 실리콘 비아(through silicon via; TSV)를 포함하고, 상기 복수의 TSV의 각각은 n 도핑층 및 p 도핑층 중의 하나와 결합되는 복수의 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전기 배선을 형성하는 단계는 배선층을 증착하고 상기 복수의 비아 개구를 상기 배선층으로 채워 각각의 LED 다이의 노출 부분 및 상기 기판의 노출 부분에 대해 복수의 전기적 비아를 형성하는 단계를 포함하는 복수의 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 배선층을 증착하는 단계는,
    상기 분리층 상에 배리어층을 증착하는 단계;
    상기 배리어층 상에 시드(seed) 금속층을 증착하는 단계;
    상기 시드 금속층 상에 포토레지스트층을 적층하는 단계;
    상기 포토레지스트층을 패터닝하여 하나 이상의 재분배 라인에 대한 하나 이상의 채널을 규정(define)하는 단계;
    상기 채널을 금속으로 금속 도금하여 상기 하나 이상의 금속 재분배 라인을 형성하고 상기 복수의 비아 개구를 상기 금속으로 채우는 단계; 및
    상기 포토레지스트층을 제거하는 단계
    를 포함하는 복수의 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 배선층을 증착하는 단계는 상기 분리층 상에 투명 도전층을 증착하고 상기 복수의 비아 개구를 상기 투명 도전층으로 채우는 단계를 포함하는 복수의 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 본딩 단계 후 및 상기 증착 단계 후에 상기 개별 LED 다이 중의 하나로부터 성장 기판을 제거하는 단계를 더 포함하는 복수의 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  8. 복수의 발광 다이오드(LED) 패키지를 제조하는 방법으로서,
    복수의 개별 LED 다이를 제공하는 단계 - 상기 복수의 개별 다이의 각각은 성장 기판 상에 n 도핑층, 양자 우물 액티브층, p 도핑층 및 p 콘택 금속층을 포함함 -;
    상기 복수의 개별 LED 다이의 p 콘택 금속층을 기판에 본딩하는 단계;
    상기 성장 기판을 상기 복수의 개별 LED 다이로부터 제거하는 단계;
    분리층을 상기 복수의 개별 LED 다이 및 상기 기판 상에 증착하는 단계;
    상기 복수의 개별 LED 다이의 각각의 일부 및 상기 기판의 일부를 노출하는 복수의 비아 개구를 형성하기 위하여 상기 분리층을 에칭하는 단계;
    상기 복수의 개별 LED 다이의 각각의 n 도핑층 및 상기 기판 사이에 전기 배선을 형성하기 위하여 상기 분리층 및 상기 복수의 비아 개구 상에 배선층을 증착하는 단계;
    상기 복수의 개별 LED 다이의 각각의 위에 인층 및 렌즈를 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 개별 LED 다이 및 상기 기판을 복수의 LED 패키지로 다이싱하는 단계
    를 포함하는 복수의 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  9. 발광 다이오드(LED) 장치로서,
    본딩 콘택 및 전극을 갖는 기판;
    상기 본딩 콘택을 통해 상기 기판에 본딩되는 LED 다이;
    상기 LED 다이 및 상기 기판 상에 배치되고 상기 LED 다이의 일부 및 상기 기판의 전극을 노출하는 복수의 비아 개구를 포함하는 분리층; 및
    상기 분리층 및 상기 복수의 비아 개구 상에 증착되어 상기 LED 다이와 상기 기판의 전극을 전기적으로 접속하는 배선층
    을 포함하는 발광 다이오드 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 본딩 콘택 및 상기 전극은 상기 기판에 내장된(embedded) 스루 실리콘 비아(through silicon via; TSV)를 통해 전기적으로 접속되도록 구성되는 발광 다이오드 장치.
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