一種垂直結(jié)構(gòu)led芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)及工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)及工藝，凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)包括外延片、襯底和凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)；凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)設(shè)置于外延片和襯底之間；所述外延片上設(shè)有一層金屬鍍層，所述凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)一端與所述金屬鍍層鍵合，另一端連接所述襯底；或者，所述襯底上設(shè)有一層金屬鍍層，所述凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)一端與所述金屬鍍層鍵合，另一端連接所述外延片；凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)中填充有丙烯酸類(lèi)或環(huán)氧類(lèi)樹(shù)脂。本發(fā)明中襯底與外延片鍵合后形成“占空比結(jié)構(gòu)”鍵合層，填充鍵合層后形成穩(wěn)定鍵合結(jié)構(gòu)，從而降低外延層與襯底之間的應(yīng)力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)及工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種芯片鍵合工藝。
【背景技術(shù)】:
[0002]當(dāng)前，GaN基LED有兩種基本結(jié)構(gòu):水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，垂直結(jié)構(gòu)LED已成為研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。與水平結(jié)構(gòu)LED相比，垂直結(jié)構(gòu)LED通過(guò)轉(zhuǎn)移襯底，將GaN基外延層從藍(lán)寶石襯底轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能良好的襯底材料上，使P、N電極上下分布，電流垂直注入，從而解決水平結(jié)構(gòu)GaN基LED中由于電極平面分布，電流側(cè)向注入導(dǎo)致的如散熱不佳、電流分布不均等缺點(diǎn)。
[0003]其中，芯片鍵合工藝是制作垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的關(guān)鍵工藝之一，當(dāng)前主要采用AuSn, Au等合金將外延片與襯底直接鍵合。由于AuSn、Au等合金、外延片和襯底之間熱膨脹系數(shù)不同，鍵合后外延層與襯底間產(chǎn)生較大的應(yīng)力，給后續(xù)激光剝離等工藝帶來(lái)影響。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)及工藝，以降低鍵合后外延層與襯底之間的應(yīng)力。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，包括外延片、襯底和凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)；凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)設(shè)置于外延片和襯底之間；所述外延片上設(shè)有一層金屬鍍層，所述凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)一端與所述金屬鍍層鍵合，另一端連接所述襯底；或者，所述襯底上設(shè)有一層金屬鍍層，所述凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)一端與所述金屬鍍層鍵合，另一端連接所述外延片。
[0007]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)為棱錐、棱柱、圓臺(tái)或圓柱體的一種或幾種，凸點(diǎn)的高度在I微米至120微米，凸點(diǎn)的占空比為1:0.03至1:30。占空比為在同一高度處，凸點(diǎn)的寬度與相鄰兩凸點(diǎn)之間間距的比例。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:凸點(diǎn)的高度為1.2微米至80微米，凸點(diǎn)的占空比為1:0.3 至 1:3。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)中填充有丙烯酸類(lèi)或環(huán)氧類(lèi)樹(shù)脂。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)中凸點(diǎn)的材質(zhì)是金、銀、鋁、銦、錫、鎳、鉻、鈦、鉬及其合金的一種或幾種。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:所述金屬鍍層為鍍金層或鍍銀層。
[0012]一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)的制備工藝，所述外延片上設(shè)有一層金屬鍍層，所述凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)一端與所述金屬鍍層鍵合，另一端連接所述襯底；包括以下步驟:
[0013]I)、在襯底上制備復(fù)合金屬層(102);所述襯底為金屬襯底或硅襯底；
[0014]2)、在復(fù)合金屬層表面使用光刻膠做周期性光刻圖案；
[0015]3)、腐蝕復(fù)合金屬層,露出襯底；
[0016]4)、去除光刻圖案后，在襯底上形成凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)；[0017]5)、凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)與外延片上的金屬鍍層鍵合；。
[0018]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:還包括以下步驟:6)、在鍵合后的凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)的間隙填充丙烯酸類(lèi)或環(huán)氧類(lèi)樹(shù)脂。
[0019]一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)的制備工藝，所述襯底上設(shè)有一層金屬鍍層，所述凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)一端與所述金屬鍍層鍵合，另一端連接所述外延片；包括以下步驟:
[0020]I)、在外延片上制作周期性光刻圖案，周期性光刻圖案圍繞形成若干陣列的棱錐、棱柱、圓臺(tái)或圓柱體空間；所述襯底為金屬襯底或硅襯底；
[0021]2)、在外延片及光刻圖案表面制備復(fù)合金屬層；
[0022]3)、采用去膠溶液去除光刻圖案后，形成復(fù)合金屬層構(gòu)成的凸點(diǎn)陣列；
[0023]4 )、凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)與襯底上的鍍金層鍵合。
[0024]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:還包括以下步驟:5)、在鍵合后的凸點(diǎn)間隙內(nèi)填充丙烯酸類(lèi)或環(huán)氧類(lèi)樹(shù)脂。
[0025]本發(fā)明在外延片或襯底上制備凸點(diǎn)陣列；芯片與襯底鍵合，形成“占空比結(jié)構(gòu)”鍵合層；填充鍵合層，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
[0026]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:所述的凸點(diǎn)采用圓臺(tái)或圓柱結(jié)構(gòu)；凸點(diǎn)的材質(zhì)是金、銀、銦、錫其合金的一種或幾種；凸點(diǎn)的高度優(yōu)選1.2微米至80微米；凸點(diǎn)的占空比，在1:0.3至1:3之間。
[0027]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下:襯底與外延片鍵合后形成“占空比結(jié)構(gòu)”鍵合層，填充鍵合層后形成穩(wěn)定鍵合結(jié)構(gòu)，從而降低外延層與襯底之間的應(yīng)力。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1a至圖1d是本發(fā)明實(shí)施例1凸點(diǎn)制備工藝示意圖；
[0029]圖1e是本發(fā)明實(shí)施例1鍵合工藝示意圖；
[0030]圖1f是本發(fā)明實(shí)施例1填充工藝示意圖；
[0031]圖2a至圖2d是本發(fā)明實(shí)施例2凸點(diǎn)制備工藝示意圖；
[0032]圖2e是本發(fā)明實(shí)施例2鍵合工藝示意圖；
[0033]圖2f是本發(fā)明實(shí)施例2填充工藝示意圖；
[0034]圖3a至圖3d是本發(fā)明實(shí)施例3凸點(diǎn)制備工藝示意圖；
[0035]圖3e是本發(fā)明實(shí)施例3鍵合工藝示意圖；
[0036]圖3f是本發(fā)明實(shí)施例3填充工藝示意圖；
[0037]圖4a至圖4d是本發(fā)明實(shí)施例4凸點(diǎn)制備工藝示意圖；
[0038]圖4e是本發(fā)明實(shí)施例4鍵合工藝示意圖；
[0039]圖4f是本發(fā)明實(shí)施例4填充工藝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0041]實(shí)施例1
[0042]圖1a至If為用本發(fā)明實(shí)施例1 一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)的工藝過(guò)程，其具體包括以下步驟:[0043]I)、在金屬襯底101上制備復(fù)合金屬層102,復(fù)合金屬層102由金、銀、招、銦、錫、鎳、鉻、鈦、鉬及其合金的一種或幾種制成,復(fù)合金屬層102可以是混合金屬制備的一層,或者是多層結(jié)構(gòu)，比如蒸發(fā)0.3微米鈦和5微米金；
[0044]2)、在復(fù)合金屬層102表面使用光刻膠做周期性光刻圖案103，如圖1b所示；
[0045]3)、腐蝕復(fù)合鍵合層102金屬，露出金屬襯底101,如圖1c所不；
[0046]4)、去除光刻圖案103后，在金屬襯底101上形成凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)，形成凸點(diǎn)鍵合襯底111，如圖1d ;凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)為棱錐、棱柱、圓臺(tái)或圓柱體的一種或幾種，凸點(diǎn)的高度在I微米至120微米，凸點(diǎn)的占空比的范圍在1: 0.03至1:30之間；優(yōu)選的凸點(diǎn)的高度為1.2微米至80微米，優(yōu)選的凸點(diǎn)的占空比在1:0.3至1:3之間。占空比為在同一高度處，凸點(diǎn)的寬度與相鄰兩凸點(diǎn)之間間距的比例。
[0047]5)、凸點(diǎn)鍵合襯底111的凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)與外延片105上的鍍金層104鍵合，如圖1e ；
[0048]6)、在鍵合后的凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)的間隙填充環(huán)氧樹(shù)脂106，形成穩(wěn)定的鍵合結(jié)構(gòu)，如圖1f，完成凸點(diǎn)鍵合工藝全過(guò)程。
[0049]實(shí)施例2
[0050]圖2a至2f為用本發(fā)明實(shí)施例2 —種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)的工藝過(guò)程，其具體包括以下步驟:
[0051]I)、在硅襯底201上制作周期性光刻圖案202，周期性光刻圖案202圍繞形成若干陣列的圓臺(tái)或圓柱空間；
[0052]2)、如圖2b(圖2b為示意圖，復(fù)合金屬層203的高度應(yīng)該低于或者與光刻圖案202持平)，在娃襯底201及光刻圖案202表面制備復(fù)合金屬層203,復(fù)合金屬層203可以由金、銀、鋁、銦、錫、鎳、鉻、鈦、鉬及其合金的一種或幾種，比如電鍍0.5微米鎳和20微米金錫合金結(jié)構(gòu)；
[0053]3)、如圖2c所示，采用去膠溶液去除光刻圖案202后，形成復(fù)合金屬層203構(gòu)成的凸點(diǎn)陣列；進(jìn)而形成凸點(diǎn)鍵合襯底222，如圖2d所示；凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)為棱錐、棱柱、圓臺(tái)或圓柱體的一種或幾種，凸點(diǎn)的高度在I微米至120微米，凸點(diǎn)的占空比的范圍在1:0.03至1:30之間；優(yōu)選的凸點(diǎn)的高度為1.2微米至80微米，優(yōu)選的凸點(diǎn)的占空比在1: 0.3至1:3之間。
[0054]4)、如圖2e，凸點(diǎn)鍵合襯底222的凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)與外延片205上的鍍金層204鍵合；
[0055]5)、在鍵合后的凸點(diǎn)間隙內(nèi)填充丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂206，形成穩(wěn)定鍵合結(jié)構(gòu)，圖2f，完成凸點(diǎn)鍵合工藝全過(guò)程。
[0056]實(shí)施例3
[0057]圖3a至3f為用本發(fā)明實(shí)施例3 —種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)的工藝過(guò)程，其具體包括以下步驟:
[0058]I)、在外延片301上制作周期性光刻圖案302，周期性光刻圖案202圍繞形成若干陣列的圓臺(tái)或圓柱空間；
[0059]2)、如圖3b (圖3b為不意圖，復(fù)合金屬層303的高度應(yīng)該低于或者與光刻圖案302持平)，在外延片301及光刻圖案302表面制備復(fù)合金屬層303，復(fù)合金屬層303可以由金、銀、鋁、銦、錫、鎳、鉻、鈦、鉬及其合金的一種或幾種，比如電鍍0.5微米鉻和10微米銦結(jié)構(gòu)；
[0060]3)、如圖3c所示，采用去膠溶液去除光刻圖案302后，形成凸點(diǎn)陣列；進(jìn)而形成凸點(diǎn)鍵合外延片333，如圖3d所示；凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)為棱錐、棱柱、圓臺(tái)或圓柱體的一種或幾種，凸點(diǎn)的高度在I微米至120微米，凸點(diǎn)的占空比的范圍在1:0.03至1:30之間；優(yōu)選的凸點(diǎn)的高度為1.2微米至80微米，優(yōu)選的凸點(diǎn)的占空比在1:0.3至1:3之間。
[0061]4)、如圖3e，凸點(diǎn)鍵合外延片333的凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)與金屬襯底305的鍍金層304鍵合；
[0062]5)、在鍵合后的凸點(diǎn)間隙內(nèi)填充丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂306，形成穩(wěn)定鍵合結(jié)構(gòu)，圖3f，完成凸點(diǎn)鍵合工藝全過(guò)程。
[0063]實(shí)施例4
[0064]圖4a至4f為用本發(fā)明實(shí)施例4 一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)的工藝過(guò)程，其具體包括以下步驟:
[0065]I)、在外延片401上制備復(fù)合金屬層402，復(fù)合金屬層402可以由金、銀、鋁、銦、錫、鎳、鉻、鈦、鉬及其合金的一種或幾種，比如蒸發(fā)2微米鈦和5微米銦；
[0066]2)、在復(fù)合金屬層402表面使用光刻膠做周期性光刻圖案403，如圖4b所示；
[0067]3)、腐蝕復(fù)合鍵合層402金屬，露出外延片401,如圖4c所不；
[0068]4)、去除光刻膠403后，在外延片401上形成凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)，外延片401和凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)形成凸點(diǎn)鍵合外延片444,如圖4d ;凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)為棱錐、棱柱、圓臺(tái)或圓柱體的一種或幾種，凸點(diǎn)的高度在I微米至120微米，凸點(diǎn)的占空比的范圍在1:0.03至1:30之間；優(yōu)選的凸點(diǎn)的高度為1.2微米至80微米，優(yōu)選的凸點(diǎn)的占空比在1:0.3至1:3之間。
[0069]5)、凸點(diǎn)鍵合外延片444的凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)與硅襯底405的鍍銀層404鍵合，如圖4e ；
[0070]6)、在鍵合后的凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)的間隙填充環(huán)氧樹(shù)脂406，形成穩(wěn)定的鍵合結(jié)構(gòu)，如圖4f，完成凸點(diǎn)鍵合工藝全過(guò)程。
【權(quán)利要求】
1.一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu),其特征在于,包括外延片、襯底和凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)；凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)設(shè)置于外延片和襯底之間； 所述外延片上設(shè)有一層金屬鍍層，所述凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)一端與所述金屬鍍層鍵合，另一端連接所述襯底；或者，所述襯底上設(shè)有一層金屬鍍層，所述凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)一端與所述金屬鍍層鍵合，另一端連接所述外延片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)為棱錐、棱柱、圓臺(tái)或圓柱體的一種或幾種，凸點(diǎn)的高度在I微米至120微米，凸點(diǎn)的占空比為 1:0.03 至 1:30。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，凸點(diǎn)的高度為1.2微米至80微米，凸點(diǎn)的占空比為1:0.3至1:3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)中填充有丙烯酸類(lèi)或環(huán)氧類(lèi)樹(shù)脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)中凸點(diǎn)的材質(zhì)是金、銀、鋁、銦、錫、鎳、鉻、鈦、鉬及其合金的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬鍍層為鍍金層或鍍銀層。
7.權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)的制備工藝，其特征在于，所述外延片上設(shè)有一層金屬鍍層，所述凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)一端與所述金屬鍍層鍵合，另一端連接所述襯底；包括以下步驟: 1)、在襯底上制備復(fù)合金屬層(102);所述襯底為金屬襯底或娃襯底； 2)、在復(fù)合金屬層表面使用光刻膠做周期性光刻圖案； 3)、腐蝕復(fù)合金屬層,露出襯底； 4)、去除光刻圖案后，在襯底上形成凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)； 5)、凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)與外延片上的金屬鍍層鍵合。
8.權(quán)利要求7所述的制備工藝，其特征在于，還包括以下步驟: 6 )、在鍵合后的凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)的間隙填充丙烯酸類(lèi)或環(huán)氧類(lèi)樹(shù)脂。
9.權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的凸點(diǎn)鍵合結(jié)構(gòu)的制備工藝，其特征在于，所述襯底上設(shè)有一層金屬鍍層，所述凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)一端與所述金屬鍍層鍵合，另一端連接所述外延片；包括以下步驟: 1)、在外延片上制作周期性光刻圖案，周期性光刻圖案圍繞形成若干陣列的棱錐、棱柱、圓臺(tái)或圓柱體空間；所述襯底為金屬襯底或硅襯底； 2)、在外延片及光刻圖案表面制備復(fù)合金屬層； 3)、采用去膠溶液去除光刻圖案后，形成復(fù)合金屬層構(gòu)成的凸點(diǎn)陣列； 4)、凸點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)與襯底上的鍍金層鍵合。
10.權(quán)利要求9所述的制備工藝，其特征在于，還包括以下步驟: 5)、在鍵合后的凸點(diǎn)間隙內(nèi)填充丙烯酸類(lèi)或環(huán)氧類(lèi)樹(shù)脂。
【文檔編號(hào)】H01L33/48GK103700752SQ201310665416
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】云峰, 郭茂峰 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)