TWI344711B - Surface mountable chip - Google Patents

Description

1344711 100年5月5 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種發光元件；特別是有關於一 面朝下安裝之發光元件。 、 【先前技術】 發光二極體(L E D s)的發展使得由該等元 源成為傳統光源例如螢光燈及白熾燈有吸 == ::光體ΐ源之能量轉換效率係接近或超過這i傳 。此外，發光二極體光源的生命期係遠超過這此傳 命期約—Ο小時。此外，勞二= 逐=在:=全=二:Γ二極體光源會 預知。 WH全㈣之前，使用者會 但不幸地，以發光二極體元件代替傳統光 ΐ缺Ξ為第：’發光二極體的發光範圍係在相當窄：光-並 二ϊ 色的光源。因此，必須將發出 體發光二極體封裝在-起或該發光二極 奸所層可被該發光二極體激發的螢光声，以 獲付所希望的輸出光譜。 冤亢層以 的發光二極體最佳比即使高功率 多㈣光=二=== 右要提供一具任意光譜帶的光 凡 幾瓦，則多個發光二極 原而:、輸出大於 欲提供此種多個笋光二：：士為早-個單元。 夕们毛先一極體的發光元件，多個發光二 5 100年5月5 極體晶粒係被連接至某一型態的基板上。連接方法可分為 兩種。第一種係以打線方式(wire bonding)將晶粒的一或多 個電極連接至該基板上對應的電極。此種作法會有一些問 題。第一’打線必須各自獨立完成。第二，打線本身脆弱 必須被保護。一般保護的作法係將該晶粒及打線以透明的 包膠(encapsulant)包覆。不幸地，這種包膠可能老化而造成 光吸收。此外’這種包膠會施加應力在打線上，導致元件 提早損壞。再者，此種包覆作法係一額外的組裝步驟會產 生額外的費用。該包膠亦可能施加應力在該等發光二極體 材料層上，而增加所需要的操作電壓。第三，打線通常阻 擋該等發光二極體的出射光，因而降低光源效率。最後， 打線失敗是造成元件損壞的一個主要原因。 第一種連接方法原則上避免打線，以避免伴隨產 問題。第二種連接方法稱做覆晶式連接方法(fli卜咖 schemes)。此種連接方法係藉由沈積複數層於一透光基P 上’以將該發光二極體製作在該基板上。製作 體的該等層係為習知技術，在此不再詳細討論該等 發光-極體主要具有三層，其中—Ν型層 一基板上，—主動層以產生光，及-ρ型層。電子 =層流人該域層並與從該流人該絲層的= -電位差必須針在該Ν型層及該ρ型層 點亮該發t極體。但是該Ν型層係埋在該多層堆心才^ 内。有兩種基本結構用來解決此—連接的問題。在 電極來實現。此種型態的元件於下面討論中稱做垂 (vertical d-icer 〇 # ^ g ^ ^ ^ ^ # ^ 1344711 I ' . * 100年5月5 (lateral device)”。在一側向元件中，被埋入層的連接係藉 由姓刻該被埋入層上方層以曝露該被埋入層來實現。在上 面討論的例子中，該P型層及主動層係部份被移除，以曝 露出下方的該N型層。藉由沈積一金屬層在該被曝露層上 以提供連接至該N型層。以打線連接之元件，其中的一條 打線係固定到該金屬層。該元件稱做侧向元件是由於電流 . 必須從曝露的平臺（mesa)侧向流出抵達該主動層。覆晶式 (flip-chip)發光二極體係此種側向元件的一個例子。 在覆晶式發光二極體中，係藉由蝕刻部份該P型層及 主動層曝露出該N型層，以提供連接至該N型層。然後， 一導電層沈積在被曝露的N型層平臺（mesa)上，以形成連 接在該層上。當要安置該晶片在一個載體上例如印刷電路 板，該晶片係正面朝下，以使得在該發光二極體頂面的接 觸配接在該印刷電路板上的焊墊。 雖然覆晶式發光二極體可避免打線伴隨產生的問題， 但覆晶式發光二極體也引進一些新問題。第一，這些晶片 必須被放置在一印刷電路板上或其類似物。由於接觸 (contacts)非常小並且彼此靠近在一起，此一放置晶片過程 要求高的精確度。終端產品製造商可能沒有設備可以有經 濟效益地操做此種精確晶片放置步驟。因此，這些元件經 常被封裝在單獨的載體上，係類似於一個小型的印刷電路 板。此種小型印刷電路板具有相隔較遠的焊墊，因此可降 低該終端產品製造商若必須執行該發光二極體元件放置步 驟的精確度。不幸地，此種作法增加該封裝元件的大小， 而限制終端產品中發光二極體的密度。此外，由於這些發 光二極體必須獨立地連接至該載體，此種作法增加發光二 極體終端產品的費用。 7 1344711 I , ' > 100年5月5 第二，該覆晶式晶粒接合至該載體時，無論是終端的 印刷電路板或上述中間載體，係面臨製程步驟可能導致該 發光二極體各層間的短路。在接合過程或該發光二極體元 件生命期間可能發生短路。短路現象使得產率降低因而提 高該等發光二極體的製造費用。 第三，經蝕刻以形成該N型接觸的平臺（mesa)係佔據 該晶粒表面積一大部份。由於前述平臺必須被独刻穿過該 主動層，此一平臺面積不會產生光。因此，離開該發光二 極體元件的單位面積的總光量明顯降低。 【發明内容】 本發明包括具有一電路元件及一基底部的一種發光 元件。該電路元件包括複數個半導體層係包含一頂層及一 底層。該頂層包含一頂表面具有一頂部接觸於其上，及該 底層包含一底表面及一底部接觸於該底表面上。該電路元 件需在該頂部接觸及該底部接觸之間具有一電位差才能操 作。該基底部包含一基底具有一基底頂面及一基底底面。 該基底頂面係接合至該底層及該基底底面包含第一及第二 底部電極係彼此電性隔離。該底部接觸經由一第一導體連 接至該第一底部電極及該第二底部電極經由一第二導體連 接至該頂部接觸。該底層包含一絕緣層接合至其表面，及 該第二導體包含一金屬層係接合至該絕緣層，該絕緣層防 止該第二導體及該底層之間接觸。 本發明可被使用以製造一覆晶式發光元件（surface mountable light emitting device)，其中該發光元件包括一主 動層，及第一與第二半導體層，該主動層係位於該第一及 第二半導體層之間。該第一半導體層具有一頂部表面包含 8 1344711 . · ‘ 100年5月5 該頂部接觸，及該第二半導體層具有一底部表面包含該底 部接觸。當一電位差施予在該頂部接觸與該底部接觸之間 時，電洞及電子會結合，使該發光元件產生光。 【實施方式】 本發明對應至一發光二極體將可更易於瞭解。然而， 如以下所詳述者，本發明可被使用以製造多個不同的電路 元件。該等電路元件具有基底部係大致上與該積體電路晶 片具有相同大小。該基底部的功能類似於上面討論的次基 部（sub-mount)但並沒有上述的限制。 參第一圖，可更容易了解根據本發明的一個發光二極 體提供的優點。第一圖係放置於一印刷電路板31上方的一 覆晶式發光二極體(flip-chip LED)20的截面示意圖。該發 光二極體20係藉由沈積如前述的一 N型層22、一主動層 23，及一 P型層24於一透光基板21，而將該發光二極體 20製造於該透光基板21。一反射電極29係沈積在該P型 層24上並供做一電性接觸以將電流擴散至該P型層24及 一鏡面以反射該主動層23朝向該反射電極29的發光。該 反射電極2 9係經由一錫球2 7連接至該印刷電路板31上的 一對應電極3 2。 承如上述，為提供電性連接至該N型層22，一平臺 25係經银刻前述堆疊層而形成。一電極26係沈積在該平 臺25上方並經由電極28及錫球30連接至在該印刷電路板 31上的一對應電極3 3。 在該平臺25上方的面積34不會產生任何光，從產生 光的觀點來看，係為被浪費的空間，因此該平臺25的大小 儘可能地小。另一方面，該平臺25又必須足夠大以容納錫 9 1344711 * · , 100年5月5 球30。結果是，該平臺25 —般佔該晶粒表面積的百分之 二十’而降低最大的光輸出。 須注意的是’從該N型層22巾的電流擴散觀點來 看，第一圖所示的結構配置並非最佳化。理想上，該N型 接觸要提供均勾的電流流職主動層23。然而，第-圖的 結構配置會產生不均㈣電流，其中最靠近該平臺25的面 積相較於遠離該平臺25的面積接收更多的電流。 此外，该發光二極體20產生的光必須經由該透光基 板21離開。該透光基板21的材質選擇受限於使用於該n 型層22白勺材質晶格常數，而該N㉟層22的材質又視該發 光二極體20所欲產生光的光譜而定。 ^第二圖至第四圖，係顯示根據本發明的一發光二極 體。第二圖係發光二極體40的頂面示意圖，第三圖係第二 ，化線3-3的發光二極體4〇的截面示意圖，及第四圖係發 光二極體40的底面示意圖。該發光二極體4〇可被看做包 括兩個主要部份，一為發光部58及另一為基底部59，兩 者係接合在一起。須注意的是’該發光二極體4〇為一垂直 元件，因此可避免上述側向元件產生的問題。 該發光部58包括一 N型層41及一 P型層42,而兩 者間夾有一主動層43 ’當電洞及電子分別從該p型層42 及°亥N型層41射出並且在該主動層43結合時，該主動層 43產生光。如上述，這些層之每一層可包含一些副層 (sub-layers);然而因為這些副層非本發明重點，在此將不 詳述它們的功能。電壓係分別經由電極45及電極44作用 在該N型層41及該P型層42。為了保護該發光部％免 於文到外在環境不利影響，一透明絕緣層係被施予形成該 發光部58的一包膠層49(encapsulation)。 1344711 100年5月5 該基底部59可被視為提供複數條金屬線路於一絕緣 基板48上方或通過該絕緣基板48。該基底部％提 ，能。第一，該基底部59提供該電極44及電極45$別斑 在該發光二極體40底部的共平面接觸51及 ； 電極44與接觸51之間的連接係由一垂直 供。該垂直金屬線路46係連接—k 該金制53係接合至該電極44。^層53至雜觸51。 該電極45與該接觸52之間的連接係由 性通路(metal filled via) 47提供。須注咅 亦可以是-金屬填塞電性通路。此!该電極45 兮政Μ M CO、，丄 L 電性通路係延伸通過 «先部58亚經由-絕緣層57而與該 型層42絕緣。 "曰wγ 該基底部59亦對該發光二極 樓。該發光部58 -般具有一厚度小 二厂構上的支 當需要將該發光二極體40黏附到許多產品時；^發光部 58因太脆弱而無法在處理及接合 ζ 底部59 —般厚度為1〇〇微米Um)。 仔下木〜基 士此外，該基底部59提供接合塾(m0unting pads)係足夠 路板或其類似構件上。承如下文到—印刷電 性通路47的對齊需要一些精確J電f 45及該，填塞電 藉由使用-獨立的基底部來提供需了 ^要°羊述的’可 部係以較低的精確度貼附到該印刷電路=上度’而5亥基底 45的〜、較佳儘可能地小。該發 部份衫會產生大量光從該 極肢頂祕開。因此，將該電極45的截面積最 100年5月5 = = 而，該電極必須大於依某 4 ’、 斤'、疋的最小戴面積。第一，通過該等層 ^的該電性通路㈣直徑具有—最小尺寸，係由 系統所決定。通常在電性通路開孔製 =二到：最大的高寬比(aspect rati0)。此一高寬比一般小 m也就是，該電性通路不會有一深度 Λ—、Γ子中，該電性通路的深度係該等層 路:二‘米:…般係小於5微米。因此’該等電性通 -朽：：個f董因素係該電極45的電阻。在高功率發光 極體中，在沒有引人—明顯的電位降賴況下，= 雨5、令需要1導一大於350毫安培(mA)的電流。由於該電性導 於該電性通路的截面積，所需要的電i :電極45的截面積上。就某種程度 高導電性的金屬例如銅或金來克服此 ^ &而5彡電性祕的截面積 。 電流應用上，該電性通路—般大於5G微米（㈣制在问 面』據ff、:月一實施例的發光二極體製造方法將於下 二、j述’本發明之一發光二極體可視為係由接合 -起卜㉝光部及-基底部製造而得。參第五圖及第二 圖^例不說明該發光部的製造步驟。第五圖係且有複^ Γ二ΐ;極=一 ί圓的部份頂面示意圖。68及69為例 極體。㈣係第五圖沿線“的部份晶圓的 首先，一 Ν型層73、一 ρ型a 7〗芬士击上& 穑龙一美柘r生層71及一主動層72係沈 ,.^ 之後，一金屬層係沈積在該P型層71 上並，，生圖_刻以提供p型電極64。此—金屬層可包括 12 1344711 100年5月5 數層副層係提供各種功能例如焊接（s〇lderability)及貼合 (adhesion)。此外，適當選擇該等副層材料可提供一電極係 可供做一高度反射鏡面。由於此等結構為習知且並非本發 明重點，將不在此詳細討論。讀者可參考美國專利第 6,552,359 號、第 5,585,648 號、第 6,492,661 號及第 6,797,987 號來詳細暸解此一功能。 該等半導體層係被蝕刻以提供邊界區域61及通孔(via) 62。這些邊界區域61將各種發光二極體分隔開來並且包含 切割線係在最後被使用來分離每一單顆終產品。該等電性 3 = 成有一絕緣襯墊層％ °該等邊界區域61亦可形 的絕^同樣絕緣體的一絕緣襯墊層67。該等邊界區域61 化製r概勢層係一選擇性作法。加入此一絕緣概塾層可簡 的上=印可減少為防止絕緣材料進入該等邊界區所需要 若步领(masking step)。在該絕緣體被沈積之後’假 二接合製程需要一較平坦的表面，該發光部的頂部表 化與L平垣化，以利於接合至該基底部。在需要的情況下， 磨製程(CMP)可被使用以提供一較平坦表面。 法。第七圖及第八圖，係例示說明上述基底部的製造方 / 。弟七圖係—基底部8〇的部份頂面示意圖，及第八圖係

弟七圖中JJL 和 者〜線8-8的截面示意圖。該基底部8〇可製造在任 基底81上。在上面例子中，該基底部除了前述導體 底部Ϊ括体何電子元件，該等導體係形成連接至該基底部 供一^面的電極。因此，任何可提供需要的結構強度及提 然^，面可製造該等導體於其上的絕緣基板皆可被使用。 — 亥基底部具有電路元件的實施例亦可被製造。在此 該&^中]讀基板將與所包含的電子元件性質及用以製造 “子元件的製程有關。例如，就石夕電路元件的應用而 13 1344711 丄 100年5月5 ’ S，矽基底係一具吸引力的候選者。 :亥基底畜"0包括位於其頂部表面及底部表面的電 ^ ’係經由垂直導體連接在—起。該等垂直導體通常藉由 ♦ 性通孔㈣基底81頂部延伸至其底部並以適 材料填塞這些電性通孔製造而得。該基底部80 舻。二面^的電極係提供連接至該發光部的對應電極。一 又而σ母發光二極體對應兩個這類型電極，即電 與電極心如下面詳賴，電極83提供連接至該發光二 極體的該Ν型層，及電極82提供連接至該ρ型層。該基 部及表等電極之間的面積可選擇性填塞-絕i f塞絕緣體，那麼在87的面積亦填塞絕緣體係可輕易= 積係在相同步驟中被填塞絕緣體。在該絕 十二積之後，係可選擇性地以例如化學機械研磨製程 “平坦化該基底部80的頂部表面。是否前述表面需要平坦 化係視將該基底部接合线發糾所執行製程對不 面的容忍程度而定。 ^ ^ 如上述，該基底部係從一磨薄至所要厚度的一片傳 製造而得。在此—實施射，首紐用反應性離 氧化g方法㈣該晶圓⑽成電性通孔(士。使用熱 表面= 絕緣層於該石夕晶圓整個被曝露 ... 寺電1^通孔表面。少量金屬沈積在該等電性通 孔導㈣沾可使用電鍍方法(Plating)以增加此—垂直電性通 塞，度。雖然該電性通孔並不需要被金屬完全填 二。Γ二3以如此。用來電鑛這些電性通孔的典型金屬為 i面，/刖述電鍍製程會在該等電性通孔周圍造成不均勻 ^ ，因此，前述晶圓的兩面使用化學機械研磨製程平坦 1344711 100年5月5 化。此化學賴研磨製料會移除該二氧⑽

後’該頂部及底部圖案化金屬層係沈積在該丄氧I 須注㈣是’料紐魏μ衫全被 形成於該等電性通孔㈣並具有足夠厚度的—金屬層 ΐΐ=基底部頂部及底部表面上該等金屬層之間二垂直 該發光部及基底部係以晶圓級方式製備。之後， 2及基底部係接合在—起，並進—步加玉處㈣發光^ /元成與該基底部的連接。 參第九圖，係上述該發光部與該基底部接合之前部份 ，面示意圖。該發光部係正面朝下並定位以使得該等通孔 2位於該等電極83 —端上方。該發光部6〇上方的該等電 極6 4係定位鄰接該基底部8 0上方對應的該等電極^ 2。电 參第十圖’係該基底部與該發光部接合在一起後的截 $示思圖。该基底部及發光部上的該等電極係彼此對應接 =。可使用任何適當的接合製程。此一接合步驟較佳在晶 圓級完成。晶圓級接合技術為習知，在此不再詳述。在本 1明中使用熱壓縮接合(thermal compression bonding)的技 術特別有用。此等技術係將兩個部件壓合在一起，然後進 作力σ熱以使得在此二部件上對應的金屬墊接合在一起。熱 ®合接合方法已被使用在銅墊、金墊及鋁墊上。此外，假 如該等絕緣體由二氧化矽製得，該等具有平坦表面之絕緣 體對應的面積其與其它平坦絕緣體表面並列，亦可被使 用。最後，亦可使用其中一欲接合面覆蓋適當焊錫的接合 枝術。 參第十一圖，係該發光部60及該基底部80接合在一 15 1344711 • . · , 100年5月5 起並且該基板75已經被移除後的截面示意圖。該基板75 的移除方式係視該基板75的組成而定。就氮化鎵發光二極 體(GaN LEDs)形成在藍寶石（sapphire)基底的例子而言，可 使用發光波長不會被藍寶石基底嚴重吸收但卻被氮化鎵強 度吸收的光源穿過該藍寶石基底照射該等氮化鎵層以使該 藍寶石基底與該等氮化鎵層分離。來自該光源的能量係集 中在氮化鎵-藍寶石交界，而使得氮化鎵沿著該藍寶石交界 面液化。5亥藍寶石基底即可從該等氣化錄層上移除，而該 寺氮化録層仍貼附在該基底部8 0上。此一製程為習知的雷 射剝離(laser lift off)製程，係描述於美國專利第6,071,795 號、弟6,420,242號及弟5,335,263號。此一製程特別適用 於從鋁鎵砷化合物(AlGaAs)、鋁銦鎵磷化合物(A1InGaP)、 銘姻鍊氣化合物(AlInGaN)及錄坤鱗化合物 （GaAsP)製造 的發光部。須注意的是，在此一元件中的該半導體部的厚 度小於10微米（# m)。 當以化學機械研磨製程移除該基板75，該n型層73 的一部份亦會被移除，而留下如第十一圖所示該等電性通 孔一 ί而呈開口狀。當§亥基板7 5係以上述雷射剝離技術 (laser lift off)移除，蓋住該等電性通孔一端的該絕緣體必 須以額外的步驟移除。例如，該N型層73需被光罩遮住 並施以触刻劑以移除該絕緣體的一端部部份。另外，被曝 露層係被施予化學機械研磨製程以移除在該等電性通孔端 部的絕緣體。任何可使該主動層及該P型層對應區域中的 該絕緣材料保留完整的方法皆可被使用。 在供做该N型電極連接的該電性通孔被開孔之後，一 金屬係沈積於該等氮化鎵層中的該絕緣電性通孔内，以完 成該N型層73與該電極83之間的連接，如元件標號95 16 1344711 所不。在该等邊界區域中的該等開口 ％ 屬或在金屬連接95沈積日丰# 糸了k擇性地以金 中，在該等邊界實施例 (=talH；atiG_ 中保持開口狀 1後-^ l 4β寺開口 96 ’以形成如 _ (encapsulation iayer) 49。為利— 曰·:勺匕膠層 線的該開°96部份區域:二 參第三圖’在操做該發光二極體40 電子伽型層41，及該電極“= =4擴散時’會使得電子及電洞均勻分佈在該田 = =極44係覆蓋射麵以部份表面積9，故 可猎由_ 44射出電洞至該p型層42來達到Π ^。相反地’該電極45僅覆蓋該Ν型層41的—小部份表 面，在该Ν型層41中電子分佈會較不如想要的。 乂 ⑽·在t發明實施财，係藉由使用包括複數條細輕條 使電流更均勾分佈在該N型層41表面上。參J十^係 係本發明發光二極體的另—實施例的頂視示意圖。二 極體100具有-頂们01係類似於上述的該^^型層4ii 極102係經由位於該頂層⑻N的—金屬填塞電性通路 103連接經過該發光層。複數個細電極1〇2係從該金 塞電性通路103向外延伸，以提供直接的電流途徑予該頂 層101的其它部份。由於光經由該頂層101發出，該等细 輻條尺寸大小及其數目係經選擇，以使被該等細輻條全屬 反射或吸收造成的光損失降至最低。雖然該等細電極係配 1344711 置成幸虽射狀圖案，但其它不合佔攄夫 月 佈電流的圖案亦可被使用。;本發且可均勻分 該等細電極鍋面積小於該發光面面積的：分被 』上述本發明實施例中所使用的結構係該。 該整個晶片頂部面積並供做一發光面 =上，以使該。型換質擴散進入其它層;= 該。多材料系統中 掉徂士知玉 有明顯較大電阻，該p型声在 電 接觸:此明顯電流不均極 然而，本發明可使用其它的發光二極體牡構。H :面討f’光經過而出射的該層稱做該=二= 接觸雜底部的該層稱做底層。上述的名稱與 中，可:★二在一些製造發光二極體的材料系統 二=以而不會有嚴重的擴散問題。在本例 -杜本上述實施财’該等發光二極體為簡單的：層 二牛上其:該i動層係爽於-p型層與-N型 的s:中不同合金組成及不同推 擴散等特性。：此輸出、歐姆接觸、功率及電流 、太淼坆^…構為熟悉該項技術領域人士所熟知。 元件’其中該主動層係夫於_p型層與 最終結構係為-p.i.n二極體。承如上述，在系= 18 1^44711 ，. ' ' 100年5月5

^ $ P型層造成電流擴散及電阻的問題。該N型層及P =層可視為消耗電量的電阻，此一被消耗的電量不會產生 . 任何光。因此’高電阻層會導致低功率及高操作溫度。更 複，=發光二極體結構設計藉由將該p型層厚度最小化以 減1這些問題。在這些元件中’元件的其它層皆為N型層， 乂提（、車乂佳的電流擴散。這些發光二極體係為習知，在此 : 不再詳細討論。一穿隧二極體接面（tunnel diode junction) ^引進該發光二極體本體結構中，以提供一 p型層的過渡 區（transition)。也就是，該發光二極體具有一 n_p_i_n結構， 其中該n_p接面係_逆向偏壓穿隧二極體，且該p型層相 當薄。由於電流擴散功能係在該N型層達成，該P型層可 以相當得薄’因而p型材料伴隨產生的該等問題可明顯減 小。為了正確選擇材料及摻質，該穿隧二極體帶來的耗損 係被電流擴散的提升及較低元件電阻大大抵消。 本發明上述實施例中，該發光部的頂層係藉由從該發 光一極體頂面經過該發光二極體延伸至該發光二極體底面 的金屬填塞電性通路連接至該基底部頂面的一對應電極， 接著連接至該基底部底面的一焊墊。然而’可使用連接該 發光二極體頂層至該基底部底面一電極的其它作法。 參第十三圖及第十四圖，係顯示本發明發光二極體的 另一實施例。第十三圖係一發光二極體200的頂視圖，及 • 第十四圖係第十三圖沿線14-14的截面圖。該發光二極體 2〇〇包括一發光部210及一基底部220,係執行功能類似上 述發光二極體40。該發光部210包括一主動區夾於一p型 層213及一 N型層211之間。該P型層213的電性接觸係 由電極217提供，其係沈積在該P型層213表面上。該N 型層211的電性接觸係由電極215提供，其係在該發光部 19 1344711 . , ' · 100年5月5 已經接合至該基底部220後沈積在該N型層211上。 該基底部220包括複數個電極係沈積在一絕緣基板 221上。電極223及224係提供接觸以連接電極217及215 至一外部電路。該發光部210接合至該基底部220之前電 極214係沈積在基板221上。電極214將該發光部210及 該基底部220接合在一起並提供連接該P型層213至該電 極223的部份電路途徑。此一電路途徑的其餘部份則由一 垂直導體222提供。同樣地，一垂直導體218被使用來完 成該電極215及214之間的連接。 該發光二極體200的製造方法將於下面詳述。首先參 照第十五圖及第十六圖，係顯示出欲接合至一發光部晶圓 的一基底部晶圓240的一部份。 第十五圖係晶圓240的一頂視圖，及第十六圖係第十 五圖沿線16-16的晶圓240截面圖，其顯示部份的三個基 底元件241-243。晶圓240係從一絕緣基板250製造而得。 溝渠252係先被蝕刻出來並以金屬鍍敷以提供該絕緣基板 250頂部及底部的電性連接。另外，這些溝渠可完全被金 屬填塞。在這些圖所示的例子中，該等溝渠截面為矩形； 然而，可使用其它形狀。在溝渠触刻之後，圖案化的金屬 層251及257係沈積在該絕緣基板250的頂面及底面上， 以提供結合每一元件之該基底部的各種電極。 該發光部的製備方法類似於第五圖及第六圖所示的 方法，在此不再詳述。在此例子中，並不會製造第五圖及 第六圖所示的通孔62。 參第十七圖至第二十圖，係顯示具有發光二極體20 結構的一發光二極體製造方法。首先係將具有該等發光部 的一晶圓接合至具有該等基底部的一晶圓上。第十七圖顯 20 1344711

一 100年5月5 晶圓’係互相對齊但仍分開。發光晶 272之U層274係夾於一 Ρ型層273及- Ν型層 ^之間’该專層皆已沈積在一基板π上。 270仍包括一圖荦化雷 χ 口茶化電極層275係提供電性連接至該ρ型 層27L _該等層272.275以形成溝渠276。 人‘述一晶圓的接合係每一個元件中電極275及251接 =-起及該等電㉟251之間間隙對齊於該等溝渠276。 在母一元件中溝渠252的一部份281位於部份電極251下 方以在此位置形成與該電極251的電性連接。該漠渠 252的其餘部份不會接觸電極251，因此該溝渠與對應 晶圓上相鄰元件的部分電極251之間具有一非導通間隙 (non-conducting gap)282。 參第十八圖，在該等晶圓接合之後，該基板271係被 移除及溝渠276係被填塞絕緣體277例如二氧化矽。該絕 緣體277係被#刻形成一溝渠278 ’如第十九圖所示。該 溝渠278位於部份的該溝渠252上方。該溝渠278可延長 該溝渠252的長度或僅一部份該溝渠252的長度。一頂部 電極279亦延伸進入該溝渠278。若需要的話，一或多層 透明材料層可施予在該等晶圓上以保護頂部表面。為簡化 圖式，這些層被省略。 在上述製程的最後步驟中，係藉由切割接合的晶圓以 將該等元件單獨分離出來。在一實施例中，該等元件係沿 著線285切割。此種切割將該溝渠252分成兩個垂直電極 287及288。電極287成為第十四圖所示的電極222，及電 極288成為第十四圖所示的電極218。 參第二Η 圖，係前述接合的晶圓在切割之前的部份 頂視圖。如上述，該頂部電極279可包括複數個導體291 21 1344711 • - . 100年5月5 係可擴散該發光部頂部表面的電流。 在上述實施例中，一絕緣層係保護底部層不會與成為 該基底部與該頂層之間連接的該垂直導體短路。在上述例 子中，該絕緣層延伸至該頂層的頂面。然而，該絕緣層並 不需要一路延伸至該頂層頂面。本發明係只要該絕緣層覆 蓋部份該底層及主動層使得該垂直導體不會與這些層^一 短路即可。 ""θ 雖然本發明係以發光二極體為例來加以描述，但是本 ，明仍包含^同的積體電路或電路元件接合至該基底部的 實施例。為簡化下面的討論，積體電路此一用詞係定義成 包^複數侧立電路元件組成的元件。本發明係特別有用 於安置在戎基底部上的元件需要在該元件頂面上具有一第 -接觸及在該元件底面上具有—第二接觸以及該^件具有 一或多層必須被保護免於與形成該元件頂面連接的該垂直 導體短路的元件例子。例如，垂直腔面發射雷射 (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL)即具有此 ，結構，因此可結合一基底部，以提供根據本發明的一覆 日日式垂直腔面發射雷射（a surface m〇untabie vcSEL)。 本發明元件的該基底部具有一面積係接近最終元件面 積^小，因此，該等最終元件相較於傳統積體電路封裝中 =晶粒或晶片組成的該等積體電路元件可彼此更靠近地置 f起。本發明對於提供其基底部小於該積體電路晶片 :曰粒頂面面積兩倍的覆晶式晶片（S邮face m〇untab〗e ) 特別有用。 系、本發明特別有用於電路元件係由鋁鎵砷化物（AlGaAs) 系' ,鋼鎵磷化物⑷InGaP)系、鋁銦鎵氮化物（AlInGaN) 5、鎵砷磷化物(G a A s P )系材料製成且安置在一矽基板或 22 1344711 100年5月5 陶磁基板的兀^。如上述，氮化鎵元件層可藉由雷射照射 與其下方的藍賃石^底分開來。此外，石夕基底提供有效的 熱轉移，而適用於高功率元件。 本發明上述貫施例係關於具有兩個電極的電路元 件，一在其底部表面及一在其頂部表面。在此一例子中， •該基底部亦包含兩個對應電極係連接至該電路元件電極並 終止在裝作元成的日日片底部表面的焊墊上。然而，本發明 亦可製造出具有多於兩個元件電極及在該基底部底部表面 具有多於兩個導電焊墊的元件。 上述的實施例在該發光二極體上及該基底層頂 面上 使用單層電極。然而，本發明亦包含一或多個電極包括多 重層的貫施例。再者，該等多重層可包括具有不同空間圖 案的絕緣®彳層係藉由邊等層之間的垂直導體做連接。例 如，該等多重層適用於對於具有多個接觸點在其表面上且 這些接觸點係連接到未直接位於該等接觸點下方的底層上 方位置的發光二極體。 此外，該等多重層適用於具有非常大直徑垂直導體的 例子中。假如使用厚的基底部，則該等垂直電性通孔的最 小尺寸係由蝕刻該電性通孔的钮刻製程所決定。因為製程 會限制έ亥專钱刻通口的高寬比（the aSpect ratj〇)，一般係限 制該等通孔（Via)直徑大於其深度的四分之一，該通孔（via) . 的頂面大小可相當地大而侷限該底部電極在該發光二極體 上的位置及大小。此一問題可藉由以具有一較小通孔(via) ，於該較大金屬填塞通孔上方的一薄絕緣層覆蓋在該基底 4頂面上來解決。具有所要尺寸大小的電極即可沈積在該 絕緣層上所要的位置。 參第一十二圖，係本發明發光二極體另一實施例的截 23 1344711 100年5月5 面圖。發光二極體300包括一發光部31〇係類似於上述討 論的該等發光部。層313的連接係由連接至垂直導體312 的電極311所提供。為簡化圖式，垂直導體312通過的該 電性通孔内部的該絕緣層係從圖中省略。垂直導體= 佳具有一小截面積以與連接至該層313的—具所 = 電性連接一致。 /、 谷、 電極311藉由金屬填塞電性通孔奶連接至該底部電 極323。如上述，該等電性通孔的最小直徑係由被触刻形 成該等電性通孔的該等層厚度所決^。發光部 基底部320薄很多。例如，該發光部31〇厚度可以^ 1〇 微米。相反地，該基底部320必須足夠厚 ^ ^ 口 的^，一般具有-厚度大於⑽微米。電性通二二 一般較電性通孔㈣312寬很多。在-些例子中，該i性 通孔322很寬以致於該電極314的尺寸 以防止與該電性通孔322内的金屬產生短路。== 明幸父有利岐該發光部底面上的電極儘可能大，以使在^ ==的電;擴散最佳化。第二十二圖所示的實施； 係赭由使用-二層頂部電極325來解決此一問題。該三展 頂部電極325具有兩個圖案化金屬層係由一絕緣層3 : 2層係經圖酬以提供電極328 i 329 : 322, 未到厭格限制情況下，提供從電 !生通孔312至電性通孔322的一 髡 極329經由電極33丨椹供雷朽Ή 4 =間砥徑（tranSltl〇n)。電 與電極332之間的連I »玄電極331係在電極325底層圖案麵刻形成。 垂直ΐΓΐΓ!例使用金屬填塞電性通孔以實現該等 直導體…、'而，本發明可以使用其它形式的垂直導體。 24 1344711 • . > ' 100年5月5 例如，具適當摻雜矽的垂直導體亦可被使用。此等結構為 習知技術，在此不再詳述。 熟悉該項技藝人士根據前述發明内容及所附圖式將 ’ 易於明暸本發明的各種修飾及變化。本發明僅受限於下述 申請專利範圍所涵蓋範圍。 25 1344711 100年5月5 【圖式簡單說明】 第一圖係安置在一印刷電路板上的一覆晶式發光二 極體20的截面圖。 第二圖係本發明發光二極體的—實施例的頂視圖。 第三圖係第二圖沿線3-3的截面圖。 第四圖係發光二極體40的底視圖。 第五圖係具有複數個發光二極體的晶圓的部份頂視 圖。 第六圖係第五圖沿線6-6的截面圖。 第七圖係多個元件的一基底部部分頂視圖。 第八圖係第七圖沿線8-8的截面圖。 第九圖係s亥發光部及基底部未接合之前的部份截面 圖。 第十圖係該發光部及基底部接合之後的截面圖。 第十圖係s亥發光部及基底部接合之後並且該基底 已被移除之後的截面圖。 ，十二圖係本發明發光二極體另一實施例的頂視圖。 第十三圖係本發明發光二極體另一實施例的頂視圖。 ，十四圖係第十三圖沿線14_14的截面圖。 ^十五圖係本發明一基底部晶圓的頂視圖。 ，十六圖係第十五圖沿線16_16的截面圖。 第十七圖至第二十圖係具有發光二極體2〇結構的發 、，一極體製造方法各步驟對應結構截面圖。 第一十一圖係接合的晶圓切割之前該接合的晶圓部 份頂視圖。 π 第—十二圖係本發明發光二極體另一實施例的戴面 26 1344711 100年5月5 【主要元件符號對照說明】 2〇…-發光二極體 22…-N型層 24…-P型層 26----電極 28…-電極 30—錫球 32、33—對應電極 40…-發光二極體 42— P型層 44、45----電極 47- ---金屬填塞電性通路 48— 絕緣基板 51、52----接觸 57…-絕緣層 59—基底部 61 —邊界區域 64----P型電極 67…-絕緣襯墊層 71…-P型層 73…-N型層 80----基底部 82、83----電極 95—連接 100-…發光二極體 102…-電極 200-…發光二極體 21----透光基板 23----主動層 25…-平臺 27-…錫球 29—反射電極 31----印刷電路板 34----面積 41-…N型層 43 —主動層 46-…垂直金屬線路 49----包膠層 53 —金屬層 58----發光部 60—--發光部 62—通孔 66-…絕緣襯墊層 68、69-…發光二極體 72-…主動層 7 5 基板 81-…基底 86、87…-絕緣層 96----開口 101-…頂層 103-…金屬填塞電性通路 210…-發光部 27 1344711 100年5月5 211-…N型層 213---- P 型層 218-…垂直導體 221----基板 223、224----電極 241 ' 242 ' 243……基底元件 250-…絕緣基板 252—溝渠 270-…發光晶圓 272-…N型層 274- …主動層 275- …電極 277-…絕緣體 281-…溝渠的一部份 285----線 291-…導體 310-…發光部 312----垂直導體 314----電極 322 —電性通孔 325-…三層頂部電極 328 —電極 331、332-…電極 212-…主動層 214、215、217----電極 220----基底部 222-…垂直導體 240----晶圓 251----電極 257-…金屬層 271 —基板 273-…P型層 276、278----溝渠 279----頂部電極 282-…非導通間隙 287、288----垂直電極 300-…發光二極體 311 —電極 313…-層 320----基底部 323…-底部電極 326…-層 329-…電極 28

Claims (1)

1344711 , , _ 丨00年5月5 十、申請專利範圍： Φ種么光兀件’其包括一電路元件及-基底部： 该電路元件包括複數個半導體層係包含一頂層及一 底層’ 3亥頂層包含—T5 ^ rC； θ -Λ. 廢勺人表面具有—頂部接觸於其上及該底 二^ -底表面及-底部接觸於該底表面上，該電路元件 二在^亥頂部接觸及該底部接觸之間具有—電位差才能操 部包含一基底具有一基底頂面及一基底底 =:；!f底頂面係接合至該底層及該基底底面包含第二及 第一底4電極係彼此電性隔離’該 體連接至該第一麻卹《枚η## 丨伐嗎左由弟一導 體連接至該1部^電一二底部電極經由-第二導 ^中該底層包含-絕緣層接合至其 底金=r 一二 j—頂部電;：妾丄 3 V體係將該頂部電極連接至該第—底部電極。豆 申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該雷 兀件係包含一主動層及第一與第二半 二 係位於該第—及第二半導體層之間，j ’该主動層 一頂部表面包含該頂部接觸及該第有 =該底部接觸，當一電位差施予以= :剩之間時’電洞及電子會結合，使該發光=產； 29 1344711 ' I · * 100年5月5 4. 如申請專利範圍第3項所述之發光元件，其中該電 路元件包含紹鎵坤化物（AlGaAs)、紹銦鎵碌化物 (AlInGaP)、紹銦鎵氮化物（AUnGaN)，或鎵坤麟化物 (GaAsP)。 5. 如申凊專利範圍第1項所述之發光元件，其中該基 底包含一矽晶圓或一陶磁材料。 6. 如申請專利範圍第3項所述之發光元件，其中該電 路元件包含一發光二極體。 7·如申請專利範圍第3項所述之發光元件，其中該電 路元件包含一雷射二極體。 ° 8·如申請專利範圍第3項所述之發光元件，其中該電 路元件包含一電性通路(via)從該第一半導體層的該頂部表 =延伸至該第二半導體層的該底部表面，該電性通路包含 金屬層係藉由該絕緣層及該主動層電性隔離於 導體層及該主動層。 弟一牛 一 ϋ申請專利範圍第3項所述之發光元件，其中該第 一半導體層、該主動層及該第二半導體層包含一外表面及 其中該絕緣層包含一絕緣層係接合至該外表面。 邱二如申請專利範圍第3項所述之發光元件，其中該頂 接觸覆i該第一半導體層少於百分之二十的面積。 30 丄《344711 100年5月5 ^如中請專利範圍第！項所述之發光 路疋件的厚度少於10微米(㈣。 "中“ 部接=°含申ϋ利範項所述之發光元件，其中該底 3叙面兀件具有大於百分之五十的反射率。 底部㈣3項所狀發光元件，其中該基 予度係该電路元件厚度的5倍。 二導^ f範®第1項所狀發光元件，其中該第 該第二“屬電性通路(metal via)連接該基底頂面至 二導：包如含申圍第咖^ 匕& 一盃屬層係接合至該基底的一外表面。 一圍第1項所狀發光元件，其中該第 孟屬層係接合至該基底的另一表面。 導體H申利範圍第2項所述之發光元件，其中該一 極。 1屬氣性通路連接該頂部電極至該第一底部電 項所述之發光元件，其中該基 積少於該頂層的該頂部表面面 如申請專利範! 底部的該基底底面具肩 積的兩倍。 31