專(zhuān)利名稱(chēng)：Led芯片封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及LED芯片封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。發(fā)光二極管主要由兩部分組成，發(fā)光二極管的一端是P型半導(dǎo)體，為P區(qū)，在P型半導(dǎo)體以空穴為主要載流子，另一端是η型半導(dǎo)體，為η區(qū)，在N型半導(dǎo)體以電子為主要載流子，將這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“ρ-η結(jié)”。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)發(fā)光二極管的時(shí)候，電子就會(huì)從η區(qū)流向P區(qū)，在P區(qū)里跟空穴復(fù)合，以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而LED發(fā)光的顏色，是由形成ρ-η結(jié)的材料決定的。由LED構(gòu)成的LED芯片的光源耗電少，壽命長(zhǎng)、且不含有毒物質(zhì)，使得LED得到廣泛的應(yīng)用，例如應(yīng)用在背光源、顯示屏、汽車(chē)燈及各種景觀照明場(chǎng)所。但是LED芯片封裝成為現(xiàn)在具有挑戰(zhàn)性的研究熱點(diǎn)，LED芯片封裝關(guān)鍵問(wèn)題在于散熱和與集成電路結(jié)合，在申請(qǐng)?zhí)枮?00810002321. X的中國(guó)專(zhuān)利中給出一種LED芯片封裝，請(qǐng)參考圖1，包括LED芯片21 ；封裝件主體22;第一引線框23a和第二引線框23b;形成在封裝件主體22的凹陷部的密封物M?，F(xiàn)有的LED芯片封裝都無(wú)法直接對(duì)芯片級(jí)的LED芯片進(jìn)行散熱，需要額外連接散熱的元件，例如將風(fēng)扇或者散熱銅片粘附在LED芯片表面，或者采用額外的連線連接散熱源極，上述的散熱元件都無(wú)法與芯片工藝集成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種與芯片工藝集成的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種LED芯片封裝方法提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面；在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面形成超晶格薄膜；在所述超晶格薄膜表面形成與超晶格薄膜對(duì)應(yīng)的η型薄膜、P型薄膜，以及位于 η型薄膜、ρ型薄膜之間的隔離層；沿所述半導(dǎo)體襯底的第二表面在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成暴露出超晶格薄膜的開(kāi)口，所述開(kāi)口用于容納LED單元。本發(fā)明還提供一種LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面；形成在半導(dǎo)體襯底第一表面的超晶格薄膜；形成在所述超晶格薄膜表面并與超晶格薄膜對(duì)應(yīng)的η型薄膜、ρ型薄膜，以及位于η型薄膜、ρ型薄膜之間的隔離層；開(kāi)口，所述開(kāi)口沿所述半導(dǎo)體襯底的第二表面暴露出超晶格薄膜，所述開(kāi)口用于容納LED單元。本發(fā)明提供一種LED芯片封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法，其中LED芯片的封裝方法與半導(dǎo)體工藝兼容，采用本發(fā)明形成LED芯片封裝結(jié)構(gòu)不需要額外的額外連接散熱的元件就能夠?qū)ED芯片進(jìn)行冷卻，進(jìn)一步的，本發(fā)明采用超晶格薄膜和與超晶格薄膜匹配的η型薄膜和P型薄膜，冷卻效果更佳。


通過(guò)附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1是現(xiàn)有的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)；圖2是本發(fā)明提供的LED芯片封裝方法流程圖；圖3至圖7是本發(fā)明提供的LED芯片封裝方法過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)都無(wú)法直接對(duì)芯片級(jí)的LED芯片進(jìn)行散熱，需要額外連接散熱的元件，連接散熱元件無(wú)法與芯片工藝集成，散熱元件需要額外的粘附連接方法或者額外的連線，增加LED芯片封裝難度。對(duì)此，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，提供優(yōu)化的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，散熱元件直接形成在LED芯片背面，能夠與芯片工藝結(jié)合，避免額外的連線和額外的連接方法。以下依據(jù)附圖詳細(xì)地描述具體實(shí)施例，上述的目的和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將更加清楚。本發(fā)明的發(fā)明人還提出一種LED芯片封裝方法，其具體流程請(qǐng)參照?qǐng)D2所示，包括步驟S101，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與第一表面相對(duì)的
第二表面；步驟S102，在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面形成超晶格薄膜；步驟S103，在所述超晶格薄膜表面形成與超晶格薄膜對(duì)應(yīng)的η型薄膜、ρ型薄膜， 以及位于η型薄膜、ρ型薄膜之間的隔離層；步驟S104，沿所述半導(dǎo)體襯底的第二表面在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成暴露出超晶格薄膜的開(kāi)口，所述開(kāi)口用于容納LED單元。下面參照附圖，對(duì)上述LED芯片封裝方法加以詳細(xì)闡述。首先參照?qǐng)D3，所述半導(dǎo)體襯底200為硅基襯底，例如為η型硅襯底或者P型硅襯底。所述半導(dǎo)體襯底200形狀優(yōu)選為圓盤(pán)狀，基于半導(dǎo)體業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，半導(dǎo)體襯底200的直徑可以為450毫米、300毫米、200毫米。所述半導(dǎo)體襯底200具有上表面和下表面，具體地， 所述半導(dǎo)體襯底200的上表面為半導(dǎo)體器件的生長(zhǎng)面，半導(dǎo)體襯底200的下表面為與生長(zhǎng)面相對(duì)的基地面，所述半導(dǎo)體200的上表面定義為第一表面I，所述半導(dǎo)體200的下表面定義為第二表面II。參考圖4，在所述半導(dǎo)體襯底200的第一表面I形成超晶格薄膜210。所述超晶格薄膜210為兩種晶格匹配很好的半導(dǎo)體材料交替地生長(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)， 所述半導(dǎo)體材料的厚度小于lOOnm，在本實(shí)施例中，以η型SiGe薄膜和ρ型SiGe薄膜交替地生長(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)為例做示范性說(shuō)明，以超晶格薄膜210包括一層η型SiGe薄膜和一層ρ型SiGe薄膜為例，所述超晶格薄膜210的具體形成步驟包括在所述半導(dǎo)體襯底200的第一表面I形采用原子層堆積工藝形成一層η型SiGe薄膜，所述η型SiGe薄膜厚度為小于100納米，優(yōu)選為20納米，采用原子層堆積工藝形成的η型SiGe薄膜膜層致密且與后續(xù)形成的ρ型薄膜匹配性高；在所述η型SiGe薄膜表面采用原子層堆積工藝形成一層ρ型SiGe薄膜，所述ρ型SiGe薄膜厚度為小于100納米，優(yōu)選為20納米。在其他實(shí)施例中，所述超晶格薄膜210包括兩層或者兩層以上的交替地生長(zhǎng)周期性η型SiGe薄膜和ρ型SiGe薄膜，具體形成步驟可以參考一層η型SiGe薄膜和一層ρ型 SiGe薄膜的實(shí)施例，在這里不再贅述。所述超晶格薄膜210的作用為多層堆疊結(jié)構(gòu)的η型SiGe薄膜和ρ型SiGe超晶格薄膜具有較高的電子遷移率，能夠提高后續(xù)形成的封裝結(jié)構(gòu)的散熱效率，并且超晶格薄膜210還可以作為后續(xù)的工藝中開(kāi)口的刻蝕停止層，不需要額外的工藝步驟形成刻蝕停止層，節(jié)約半導(dǎo)體體工藝步驟。參考圖5，在所述超晶格薄膜210表面形成與超晶格薄膜210對(duì)應(yīng)的η型薄膜212、 P型薄膜211，以及位于η型薄膜212、ρ型薄膜211之間的隔離層213，所述隔離層213用于電隔離η型薄膜212和ρ型薄膜211。在本實(shí)施例中，由于超晶格薄膜210選擇的是η型SiGe薄膜和ρ型SiGe薄膜，為了與超晶格薄膜210匹配，所述η型薄膜212選擇η型SiGe層，所述ρ型薄膜211選擇ρ 型SiGe層。具體的，在所述SiGe超晶格薄膜210表面形成隔離薄膜。所述隔離薄膜用于形成散熱元件中的隔離層，所述隔離薄膜材料選自氧化鋁、氧化硅或者氮化硅，所述隔離薄膜的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。然后，在所述隔離薄膜表面形成與所述ρ型SiGe層211對(duì)應(yīng)的光刻膠圖形(未圖示)；以所述光刻膠圖形為掩膜，去除隔離薄膜，直至暴露出所述SiGe超晶格薄膜210表面；在光刻膠圖形暴露出所述SiGe超晶格薄膜210表面形成ρ型SiGe層；去除光刻膠圖形。所述形成ρ型SiGe層211的工藝可以為化學(xué)氣相沉積工藝，在光刻膠圖形暴露出所述SiGe超晶格薄膜210表面形成ρ型SiGe層211。需要特別指出的是，在去除光刻膠圖形的同時(shí)，形成在光刻膠圖形表面的ρ型 SiGe薄膜同時(shí)也會(huì)去除，只留下ρ型SiGe層211。然后，在所述隔離薄膜210表面和ρ型SiGe層211表面形成與所述η型SiGe層 212對(duì)應(yīng)的光刻膠圖形(未圖示)；以所述光刻膠圖形為掩膜，去除隔離薄膜，直至暴露出所述SiGe超晶格薄膜210表面，形成隔離層213 ；在所述SiGe超晶格薄膜210表面形成η型 SiGe層212 ；去除光刻膠圖形。所述η型SiGe層212的具體形成工藝可以參考ρ型SiGe層211的形成工藝，在這里不再贅述。同樣的，在去除光刻膠圖形時(shí)，形成在光刻膠圖形表面的η型SiGe薄膜同時(shí)也會(huì)去除，只留下η型SiGe層212。需要特別指出的是，在其他實(shí)施例中，也可以參考本實(shí)施例，先形成η型SiGe層， 再形成P型SiGe層，最后形成隔離層；或者先形成ρ型SiGe層，再形成η型SiGe層。采用上述的工藝，形成包括有ρ型SiGe層、η型SiGe層、與ρ型SiGe層和η型SiGe層相鄰并介于ρ型SiGe層和η型SiGe層之間的隔離層，在其他實(shí)施例中，還可以在ρ 型SiGe層、η型SiGe層和隔離層表面形成介質(zhì)層，然后在介質(zhì)層內(nèi)形成導(dǎo)電插塞，通過(guò)導(dǎo)電插塞在散熱元件內(nèi)通入電流。參考圖6，沿所述半導(dǎo)體襯底200的第二表面II在所述半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成暴露出SiGe超晶格薄膜210的開(kāi)口 221，在所述溝槽的底部形成LED單元。具體地，在半導(dǎo)體襯底200的第二表面II形成與開(kāi)口 221對(duì)應(yīng)的光刻膠圖形；采用等離子體刻蝕工藝，沿所述半導(dǎo)體襯底200的第二表面II刻蝕所述半導(dǎo)體襯底200，直至暴露出SiGe超晶格薄膜210，形成開(kāi)口 221。所述開(kāi)口 221用于保護(hù)LED單元并且避免影響形成在開(kāi)口 221底部的LED單元的發(fā)光效率。參考圖7，在所述開(kāi)口 221的底部形成LED單元220。所述LED單元220采用現(xiàn)有的工藝直接形成然后采用導(dǎo)電的粘附材料粘附在開(kāi)口 221的底部，也可以直接在開(kāi)口 221的底部采用現(xiàn)有的LED形成工藝形成LED單元220。本實(shí)施例提供的封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法完全基于半導(dǎo)體工藝的光刻、沉積、刻蝕工藝，與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝兼容，不需要額外的粘附連接方法或者額外的連線，降低了 LED芯片封裝難度。基于上述封裝方法形成的封裝結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參考圖7，包括半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200具有第一表面I和與第一表面相對(duì)的第二表面II ；形成在半導(dǎo)體襯底200第一表面I的超晶格薄膜210 ；形成在所述超晶格薄膜210表面并與超晶格薄膜210對(duì)應(yīng)的η型薄膜212、ρ型薄膜211，以及位于η型薄膜212、ρ型薄膜211之間的隔離層213 ；開(kāi)口 221， 所述開(kāi)口 221沿所述半導(dǎo)體襯底200的第二表面II暴露出超晶格薄膜210，所述開(kāi)口 221 用于容納LED單元。具體地，所述超晶格薄膜210為兩種晶格匹配很好的半導(dǎo)體材料交替地生長(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)，每層材料的厚度在IOOnm以下。具體地，在本實(shí)施例中，所述η型薄膜212為η型SiGe層，所述ρ型薄膜211為ρ 型SiGe層，隔離層213材料選自氧化鋁、氧化硅或者氮化硅。在本實(shí)施例中，超晶格薄膜210包括一層η型SiGe薄膜和一層ρ型SiGe薄膜，在其他實(shí)施例中，所述超晶格薄膜210包括兩層或者兩層以上的交替地生長(zhǎng)周期性η型SiGe 薄膜和P型SiGe薄膜。下面結(jié)合本實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單介紹封裝結(jié)構(gòu)的工作原理施加一從η型薄膜212流向ρ型薄膜211的電流，根據(jù)珀耳貼效應(yīng)，在兩個(gè)不同的材料間施加直流電流會(huì)使得熱量在這兩種材料的結(jié)合處被吸收，在本實(shí)施例中，熱量在超晶格薄膜210位置會(huì)被吸收，對(duì)形成在超晶格薄膜210上方的LED單元進(jìn)行降溫。所述封裝結(jié)構(gòu)還包括形成在η型薄膜212或者ρ型SiGe層的覆蓋層，形成貫穿所述覆蓋層并與η型薄膜212或ρ型SiGe層電連接的金屬插塞，所述施加電流可以對(duì)所述金屬插塞通入一電流實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提供一種LED芯片封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法，其中LED芯片的封裝方法與半導(dǎo)體工藝兼容，采用本發(fā)明形成LED芯片封裝結(jié)構(gòu)不需要額外的額外連接散熱的元件就能夠?qū)ED芯片進(jìn)行冷卻，進(jìn)一步的，本發(fā)明采用超晶格薄膜210和與超晶格薄膜210匹配的η型薄膜212和ρ型薄膜211，冷卻效果更佳。 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種LED芯片封裝方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面；在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面形成超晶格薄膜；在所述超晶格薄膜表面形成與超晶格薄膜對(duì)應(yīng)的η型薄膜、ρ型薄膜，以及位于η型薄膜、P型薄膜之間的隔離層；沿所述半導(dǎo)體襯底的第二表面在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成暴露出超晶格薄膜的開(kāi)口，所述開(kāi)口用于容納LED單元。
2.如權(quán)利要求1所述的LED芯片封裝方法，其特征在于，所述超晶格薄膜為兩種晶格匹配很好的半導(dǎo)體材料交替地生長(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的LED芯片封裝方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體材料的厚度小于 IOOnm0
4.如權(quán)利要求1所述的LED芯片封裝方法，其特征在于，所述超晶格薄膜為η型SiGe 薄膜和P型SiGe薄膜交替地生長(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的LED芯片封裝方法，其特征在于，所述η型SiGe薄膜和ρ型 SiGe薄膜的形成工藝為原子層堆積工藝。
6.如權(quán)利要求1所述的LED芯片封裝方法，其特征在于，隔離層材料選自氧化鋁、氧化硅或者氮化硅。
7.—種LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面；形成在半導(dǎo)體襯底第一表面的超晶格薄膜；形成在所述超晶格薄膜表面并與超晶格薄膜對(duì)應(yīng)的η型薄膜、ρ型薄膜，以及位于η型薄膜、P型薄膜之間的隔離層；開(kāi)口，所述開(kāi)口沿所述半導(dǎo)體襯底的第二表面暴露出超晶格薄膜，所述開(kāi)口用于容納 LED單元。
8.如權(quán)利要求7所述的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述超晶格薄膜為兩種晶格匹配很好的半導(dǎo)體材料交替地生長(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求7所述的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述超晶格薄膜為η型SiGe 薄膜和P型SiGe薄膜交替地生長(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求7所述的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，隔離層材料選自氧化鋁、氧化硅或者氮化硅。
全文摘要
一種LED芯片封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法，其中LED芯片封裝方法包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面；在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面形成超晶格薄膜；在所述超晶格薄膜表面形成與超晶格薄膜對(duì)應(yīng)的n型薄膜、p型薄膜，以及位于n型薄膜、p型薄膜之間的隔離層；沿所述半導(dǎo)體襯底的第二表面在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成暴露出超晶格薄膜的開(kāi)口，所述開(kāi)口用于容納LED單元。本發(fā)明的LED芯片封裝方法與半導(dǎo)體工藝兼容。
文檔編號(hào)H01L33/48GK102222755SQ20101015476
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者三重野文健, 郭景宗 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司