TW201314959A - 使用載體晶圓之發光二極體晶圓層次處理 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種發光二極體(LED)晶圓,其包括半導體層及該LED晶圓之一底面上之LED電極。一載體晶圓(諸如矽)具有在結合至該LED晶圓之前形成於該載體晶圓中之介層孔。接著,使用聚合物結合層來將該LED晶圓結合至該載體晶圓,其中該等介層孔與該等LED電極對準。接著,由該等介層孔暴露之該結合層被蝕除。接著,一晶種層沈積在該載體晶圓上,該晶種層通過該等介層孔而電接觸該等LED電極。接著,該晶種層被鍍銅,且該銅經圖案化以形成n型及p型電極。接著,一阻焊劑形成於該金屬層上,且結合墊形成於該暴露金屬層上以表面安裝結合至一導熱電路板。
Description
本發明係關於發光二極體(LED),且特定言之,本發明係關於一種採用一載體晶圓來晶圓層次處理LED之方法。
在一典型LED製程中,含有諸多半導體LED之一晶圓被切割且個別LED晶粒係安裝在一基台晶圓上。LED上之電極係結合至該基台晶圓之頂面上之金屬墊。頂面上之該等金屬墊通常導致該基台晶圓之底面之穩固金屬墊最終結合至一電路板。在LED係安裝在該基台晶圓上之前,該基台晶圓經完全處理以併入其各種電互連件。
接著,使用晶圓層次處理來進一步處理基台晶圓上之LED晶粒。此晶圓層次處理通常包含移除生長基板(例如GaN LED之藍寶石)、粗糙化暴露半導體層以增加光提取及在LED上形成囊封透鏡。接著,切割基台晶圓以使個別LED/基台隔開。
處置個別LED晶粒及將個別LED晶粒電結合至基台晶圓既耗時又易使LED受損。另外,經切割基台之所得尺寸大於LED晶粒,且可期望在某一情況中減小完成的表面安裝LED之尺寸。上述處理存在其他缺點。
可期望提供一改良晶圓層次處理以形成更簡單更可靠LED。
在以下所給出實例中,LED為覆晶,其具有在LED之底
面上之兩個電極。本發明亦適用於其他類型之LED。
在一實施例中,提供一種載體晶圓,其含有穿過或部分穿過該晶圓而形成之孔(介層孔)。在一實施例中,該晶圓為矽。接著,一介電層(例如二氧化矽或氮化矽)形成於該晶圓表面上,其包含形成於該等孔之側壁上。若該等孔未完全延伸穿過該晶圓,則該晶圓被薄化使得該等孔變為通孔。
接著,LED晶圓在切割之前與載體晶圓對準且使用聚合物或其他黏著劑材料來將該LED晶圓貼附至該載體晶圓。LED之底面上之金屬電極與載體晶圓中之孔對準。
透過孔而暴露之聚合物被蝕除以暴露LED之金屬電極。接著,一晶種層(諸如銅)形成於孔中及載體晶圓之底面上。
接著,晶種層被電鍍銅。該鍍銅至少部分填充孔以便與LED電極電接觸且亦在載體晶圓之底面上形成一銅層。可藉由在電鍍處理之後蝕刻該銅而圖案化該鍍銅及銅晶種層(以隔離p型與n型金屬電極)。在另一實施例中,光阻劑係圖案化在晶種層上以界定不被電鍍之區,且在電鍍處理之後,該光阻劑被移除且下伏晶種層被蝕除。
接著,阻焊劑材料係圖案化在載體之底面上以界定之銅層之抗焊區。接著,金屬墊(諸如由Ni及Au形成)形成於暴露金屬層上以保護銅免受氧化且在表面安裝LED最終焊接至一印刷電路板時實現焊料之良好潤濕。
LED晶圓之頂面可在鍍銅處理後之任何時候經受晶圓層
次處理。此晶圓層次處理包含移除生長基板(例如GaN LED之藍寶石)、粗糙化暴露半導體層以增加光提取及在LED上形成囊封透鏡。
接著,切割載體晶圓及LED晶圓以形成個別LED。因為載體晶粒具有與LED晶粒相同之尺寸,所以捨棄極少載體晶圓材料。所得LED可表面安裝至一導熱印刷電路板(PCB)上。半導體層、LED電極、載體上之鍍銅層及PCB之間存在一直接金屬熱路徑。載體晶圓可被製成極薄以提供一極短熱路徑。
可形成含有各LED之整合式電子器件(諸如ESD保護裝置、控制器、感測器或其他電路)之載體晶圓。
本發明亦描述其他實施例。
用相同元件符號標記相同或等效元件。
圖式繪示本發明之諸多可能實施例之一者。
圖1係一載體晶圓10之一簡化俯視圖。載體晶圓10可為矽、陶瓷或任何其他適合材料。較佳為矽,此係因為其可被製成極薄且將被用在實例中。使用習知微影技術來使介層孔12蝕刻至晶圓10之表面中。在一實施例中,晶圓10具有一6英寸直徑且約為650微米厚。介層孔12被蝕刻為具有大於200微米之一深度之盲孔。接著,(諸如)藉由化學機械拋光(CMP)而使晶圓10薄化至約200微米以導致盲孔12完全延伸穿過晶圓10。因為一單一LED晶粒為約1平方毫米,所以可存在形成於一單一晶圓10中之數千介層孔12。
雖然介層孔係展示為呈矩形,但其他形狀(諸如圓形、三角形等等)亦可考量且被包含在本發明之範疇內。
接著,使用習知技術來氧化Si載體晶圓10,或氮化物層可形成於Si載體晶圓10之暴露表面上。此在晶圓10之表面上(包含在介層孔12之側壁上)形成一薄介電層。若載體晶圓材料為一介電質,則無需形成介電層。
在一實施例中,載體晶圓10為矽且已在其中形成各LED之整合式電子器件,諸如ESD保護裝置、控制器、感測器或其他電路。可形成包圍介層孔12之電路且可使用習知IC製程來形成該電路。
圖2係一LED晶圓16之一簡化俯視圖。LED晶圓16通常將具有與載體晶圓10相同之尺寸。晶圓16上之區18對應於與圖1中之數組介層孔12對準之個別LED。
在所使用實例中,LED為用於產生藍光之GaN基LED(諸如AlInGaN或InGaN LED)。通常,使用習知技術來使一相對較厚n型GaN層生長在一藍寶石生長基板上。該相對較厚GaN層通常包含一低溫成核層及一或多個額外層以便提供一低缺陷晶格結構給n型包覆層及作用層。接著,一或多個n型包覆層形成於較厚n型層上,隨後形成一作用層、一或多個p型包覆層及一p型接觸層(用於鍍金屬)。
對於一覆晶,p型層及作用層之部分被蝕除以暴露用於鍍金屬之n型層。此方式中,p型接點與n型接點位於該晶片之相同側上。最初,電流自n型金屬接點側向流動通過n型層。LED之底部電極通常由一反射金屬形成。
可用在本發明中之其他類型LED包含可產生紅色至黃色範圍內之光之AlInGaP LED。亦可使用非覆晶LED。
圖3係沿圖1中之線3-3之載體晶圓10之一部分之一橫截面圖,其繪示一單一LED之兩個介層孔12。圖中展示矽20之表面以及介層孔12之內表面覆蓋有一介電層22(諸如氧化物或氮化物)。
圖4係在晶圓結合前對準之沿圖1中之線3-3之載體晶圓10之一部分與沿圖2中之線4-4之LED晶圓16之一部分之一橫截面圖。生長基板24可為用以生長磊晶層以形成一GaN基LED之藍寶石、SiC、GaN或其他材料。圖中亦展示LED之n型層26、作用層28、p型層30、p型接觸層32、用於電絕緣及機械支撐之介電層34及分別電接觸p型層30與n型層26之金屬電極36與38。存在適合於本發明之諸多其他LED組態。吾人已熟知用於形成圖4中之LED晶圓16之各種技術。
在圖5中,將一薄聚合物結合層50施加至LED晶圓16之底面或載體晶圓10之頂面。聚合物結合層50可為旋塗式(spun on)。接著,使晶圓10與16對準。在一高溫處將晶圓10與16壓制在一起以固化結合層50。所得結合層50可具有約10微米之一厚度。結合層材料50之CTE及其他特性應經選擇使得在LED之常見高操作溫度處不存在層離。
在一實施例中,結合層50為一BCB(雙苯并環丁烯)樹脂或可為其他適合黏著劑。BCB使用高於200℃之一固化溫度。其他適合黏著劑包含2K聚矽氧或2K環氧材料以僅需
低溫固化。可藉由使用低溫固化黏著劑而減少堆疊中之翹曲效應。
在圖6中,使用介層孔12作為遮罩且使用習知技術來蝕除透過介層孔12而暴露之結合層50。在一實施例中,使用乾式蝕刻。因此,結合層50中之開口將具有與介層孔12相同之尺寸。
接著,清潔載體晶圓10之底面。
在圖7中,接著將一極薄晶種層54沈積在載體晶圓10上以覆蓋LED晶圓16之暴露電極36/38、介層孔12之側壁及載體10之表面。可藉由濺鍍、蒸鍍或其他技術而沈積晶種層54。晶種層54可包括:一第一層之TiW或TiN,其用於改良黏著性且充當Cu原子遷移之一障壁層;(及一第二層之銅)。
圖8繪示被電鍍銅以形成一相對較厚銅層56之晶種層54。接著,使用習知微影及蝕刻處理來圖案化銅層56及下伏晶種層54(如圖8中所展示)以使p型電極57與n型電極58隔離。一晶種層被鍍銅為一熟知處理。銅層56之厚度經選擇以運送所需LED電流及可忽略電壓降。在一實施例中,銅層56厚於10微米。
可以各種其他方式圖案化銅層56。可以此一替代方式在晶種層54上形成一圖案化光阻層。接著,將僅使晶種層54之暴露部分鍍上銅層56。接著,剝除光阻層,且接著蝕除暴露晶種層54以電隔離圖8中所展示之銅層56之部分。
圖9繪示經圖案化以使銅層56之部分暴露之一阻焊劑材
料60。阻焊劑材料60阻止焊接且為吾人所熟知。若未在電鍍處理期間填充介層孔12,則阻焊劑材料60可填充介層孔12。
接著,在暴露銅層56上形成一金屬保護層(其形成結合墊64及66)以防止銅氧化且在表面安裝LED最終焊接至一印刷電路板時實現焊料之良好潤濕。可代以在形成阻焊劑之前形成結合墊64/66。可由一Ni層以及一Au層形成結合墊64/66。一無電鍍處理、一濺鍍處理或其他沈積處理可用以形成結合墊64/66。可根據期望而形成任何其他金屬互連圖案以(諸如)互連LED。
可在形成銅層56後之任何時候晶圓處理LED晶圓16,如圖9中所展示。一些適合晶圓處理包含藉由CMP或雷射剝離而移除藍寶石生長基板、粗糙化暴露n型層26以改良光提取、在LED上模製一磷光體及/或囊封透鏡等等。在晶圓層次處理期間,載體晶圓10提供機械支撐給薄LED晶圓16。
在全部晶圓層次處理之後,(諸如)由鋸切割載體晶圓10及LED晶圓16以形成個別表面安裝封裝。
圖10繪示一單一LED,其係在已切割載體晶圓10及LED晶圓16之後焊接至一印刷電路板(PCB)78上之金屬墊74及76。在一實施例中,板78為用於使熱傳導遠離LED之一金屬核心板。可藉由回焊、或使用一焊膏或另一技術而執行焊接。在另一實施例中,使用超音波結合。
經由結合墊64及66、LED金屬電極36/38及銅層56而將由
LED產生之熱自半導體層有效率地傳遞至板78。銅層56與LED電極36/38自動對準以最大化熱傳遞。載體晶圓10可被製成較薄,使得自半導體層至PCB 78僅存在一較短的直接金屬熱路徑。
雖然已展示及描述本發明之特定實施例,但熟習技術者將明白可在不背離本發明之情況下在本發明之更廣態樣中作出改變及修改,因此,隨附申請專利範圍將使其範疇內涵蓋落在本發明之真實精神及範疇內之此等全部改變及修改。
10‧‧‧載體晶圓
12‧‧‧介層孔
16‧‧‧發光二極體(LED)晶圓
20‧‧‧矽
22‧‧‧介電層
24‧‧‧生長基板
26‧‧‧n型層
28‧‧‧作用層
30‧‧‧p型層
32‧‧‧p型接觸層
34‧‧‧介電層
36‧‧‧金屬電極
38‧‧‧金屬電極
50‧‧‧結合層
54‧‧‧晶種層
56‧‧‧銅層
57‧‧‧p型電極
58‧‧‧n型電極
60‧‧‧阻焊劑材料
64‧‧‧結合墊
66‧‧‧結合墊
74‧‧‧金屬墊
76‧‧‧金屬墊
78‧‧‧印刷電路板(PCB)
圖1係一載體晶圓(其具有形成於其中之複數個孔(介層孔))之一簡化俯視圖。該等介層孔可為盲孔或通孔。
圖2係一LED晶圓(其具有形成於其中之複數個LED)之一簡化俯視圖。該等LED之底部電極與載體晶圓中之介層孔對準。
圖3係沿圖1中之線3-3之載體晶圓之一部分之一橫截面圖,其繪示一單一LED之兩個介層孔。
圖4係在晶圓結合前對準之沿線3-3(圖1)之載體晶圓之一部分與沿線4-4(圖2)之LED晶圓之一部分之一橫截面圖。
圖5繪示使用一薄聚合物層或其他適合黏著劑而結合在一起之兩個晶圓。
圖6繪示透過介層孔而暴露之聚合物層,其被蝕除以暴露LED之金屬電極。
圖7繪示沈積在LED電極、介層孔之側壁及載體晶圓之
底面上之一晶種層。
圖8繪示被鍍銅且接著經圖案化以使p型電極與n型電極隔離之晶種層。可以各種其他方式圖案化銅層。
圖9繪示經圖案化以暴露銅層(用於定位結合墊)之部分之一阻焊劑材料且繪示電接觸銅層之結合墊。
圖10繪示一單一LED,其係在載體晶圓及LED晶圓已被切割之後焊接至一印刷電路板上之金屬墊。
10‧‧‧載體晶圓
16‧‧‧發光二極體(LED)晶圓
20‧‧‧矽
26‧‧‧n型層
36‧‧‧金屬電極
38‧‧‧金屬電極
56‧‧‧銅層
64‧‧‧結合墊
66‧‧‧結合墊
74‧‧‧金屬墊
76‧‧‧金屬墊
78‧‧‧印刷電路板(PCB)
Claims (15)
- 一種製造一發光二極體(LED)結構之方法,其包括:提供一LED晶圓,該LED晶圓包括半導體層及暴露在該LED晶圓之一底面上之LED電極;提供一載體晶圓,該載體晶圓具有在結合至該LED晶圓之前形成於該載體晶圓中之介層孔;將該LED晶圓結合至該載體晶圓使得該等LED電極之至少部分與該等介層孔對準;用電接觸該等LED電極之一金屬層至少部分填充該等介層孔,該金屬層亦形成於該載體晶圓之一底面上且經圖案化以形成電接觸該等LED電極之n型電極及p型電極;及在該載體晶圓之該底面上之該金屬層上形成結合墊。
- 如請求項1之方法,其進一步包括在形成結合墊之該步驟後切割該載體晶圓及該LED晶圓。
- 如請求項1之方法,其進一步包括以下步驟:在該結合步驟之前沈積一黏著層於該載體晶圓與該LED晶圓之間。
- 如請求項3之方法,其中該黏著層為聚合物層。
- 如請求項1之方法,其中該載體晶圓包括矽,該方法進一步包括以下步驟:形成一介電層於該載體晶圓之一表面上,包含在該等介層孔之側壁上。
- 如請求項1之方法,其中用該金屬層至少部分填充該等介層孔之該步驟包括:在該等LED電極及該載體晶圓之 該底面上形成一晶種層及電鍍該晶種層之暴露部分以形成該金屬層。
- 如請求項1之方法,其中該金屬層為一鍍銅層。
- 如請求項1之方法,其進一步包括在該結合步驟之後執行該LED晶圓之晶圓層次處理。
- 如請求項1之方法,其進一步包括:在該結合步驟之前沈積一黏著層於該載體晶圓與該LED晶圓之間;及在用一金屬層至少部分填充該等介層孔之該步驟之前移除透過該等介層孔而暴露之該黏著層。
- 如請求項1之方法,其中形成於該LED晶圓中之該等LED為覆晶且全部LED電極形成於該LED晶圓之一底面上。
- 如請求項1之方法,其進一步包括在該金屬層上形成一阻焊劑及在透過該阻焊劑而暴露之該金屬層上提供結合墊。
- 如請求項1之方法,其進一步包括在該載體晶圓中形成整合式電子器件。
- 一種發光裝置,其包括:一發光二極體(LED)晶粒,其具有底部電極;一載體晶粒,其包括形成於該載體晶粒中之介層孔,該等介層孔與該LED晶粒之該等底部電極對準;一黏著結合層,其將該載體晶粒結合至該LED晶粒;一金屬層,其沈積在該等介層孔中及該載體晶粒之一底面上,該金屬層電接觸該LED晶粒之該等底部電極;及 結合墊,其等形成於該載體晶粒之該底面上之該金屬層上,該等結合墊電接觸該LED晶粒之該等底部電極,其中熱係透過該金屬層而自該等LED晶粒底部電極直接傳遞至該等結合墊。
- 如請求項13之裝置,其中該載體晶粒係由矽形成,且一介電層形成於該載體晶粒之一表面及該等介層孔之側壁上。
- 如請求項13之裝置,其中該金屬層被鍍銅。
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