专利名称：带有防静电二极管的金属化硅芯片的制作方法
技术领域：
本发明揭示带有防静电二极管(ESD diode)的金属化硅芯片和带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片，及低成本的生产技术和工艺。本发明提供了LED与硅晶片上的IC器件整合的一个具体实施实例。属于半导体电子技术领域。
背景技术：
大功率半导体发光二极管具有取代白炽灯的巨大前途，但是，首先要解决技术和生产上的问题，主要问题包括，以蓝宝石为生长衬底的氮化镓基LED的散热效率低。为此，氮化镓基LED倒扣焊芯片被提出氮化镓基LED芯片倒扣焊在硅支持衬底芯片上，硅支持衬底芯片上的两个打线焊盘是为封装时打金线从而与外界电源相连接。但是，金线会造成可靠性问题，金线所占用的空间增大了LED倒扣焊芯片的封装管座的厚度，金线使得涂布均匀厚度的荧光粉变得困难，色温的一致性部分地取决于荧光粉的厚度的均匀性。为解决上述问题，中国专利申请(申请号200510079706.2)发明了新型的LED通孔倒扣焊芯片(即LED芯片倒扣焊于金属化硅芯片上)及低成本的生产技术和工艺。防静电能力是对氮化镓基LED倒扣焊芯片的一个基本要求，为解决防静电问题，工业上采用把一个防静电二极管与LED倒扣焊芯片并联封装在一起的方法。但是，该方法增加成本，增加打金线的数量，增大占用的面积。
因此，需要具有高防静电能力的LED通孔倒扣焊芯片。
发明内容
本发明揭示几种具有不同结构的带有防静电二极管的金属化硅芯片和带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片(即LED芯片倒扣焊于金属化硅芯片上)。带有防静电二极管的金属化硅芯片的结构如下绝缘的硅芯片的第一表面具有防静电二极管，该防静电二极管的类型是从下述类型选出PN，NPN，有门(gate)(如图2c)，无门(如图2a，2b，2d，2e)，及它们的组合，等。在绝缘的硅芯片的每一面分别具有两个电极，在同一面上的两个电极互相电绝缘。第一面的两个电极分别与防静电二极管的两个电极电联接。同时，第一面的两个电极分别通过通孔/金属填充塞与第二面的两个电极电联接。第一面的两个电极的位置和形状与将要键合于其上的LED芯片的两个电极的位置和形状相配合，第二面的两个电极的位置和形状与将要键合于其上的热沉上的两个电极的位置和形状相配合。
制造带有防静电二极管的金属化硅芯片的工艺步骤的一个具体实施实例如下在硅支持衬底晶片的第一面上的预定位置，通过光刻掩模/注入工艺，形成防静电二极管，防静电二极管的类型包括，但不限于NPN，PN，有门，无门，及它们的组合。在硅支持衬底晶片的两面层叠导电金属层。在硅支持衬底晶片的第一面的金属层上，在预定的位置形成一组一组的电极，每组电极包括两个电极第一电极和第二电极，其位置和形状分别与后续键合于其上的LED芯片的P电极和N电极的位置和形状相配合。第一和第二电极分别与防静电二极管的两个电极电联接。在硅支持衬底晶片的第二面的金属层上，在预定的位置形成一组一组的电极，每组电极包括两个电极第三电极和第四电极，其位置和形状分别与后续层叠于其上的热沉的两个电极的位置和形状相配合。支持衬底晶片的第二面的第三和第四电极的位置分别与支持衬底晶片的第一面的第一和第二电极的位置相配合。在硅支持衬底晶片的预定的位置上形成通孔(throughhole)，在通孔中层叠导电金属填充塞，所述的导电金属填充塞把通孔两端的电极连接，即第一电极和第三电极连接，第二电极和第四电极连接，因此，防静电二极管的一个电极与第一电极和第三电极是电连接的，防静电二极管的另一个电极与第二电极和第四电极是电连接的。
带有防静电二极管的金属化硅芯片的一个具体应用实例带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片。在金属化硅晶片的第一面的金属层上的预定的位置，键合LED晶片，使得LED晶片上的每一个LED芯片的P电极和N电极分别与金属化硅晶片上的每一个金属化硅芯片的第一面的第一电极和第二电极键合在一起。把金属化硅晶片切成小片金属化硅芯片，使得每一金属化硅芯片上包括一个倒扣焊于其上的LED芯片，形成带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片。小片金属化硅芯片可以有与LED芯片相同的尺寸和形状，也可以有大于LED芯片的尺寸和不同的形状。连接金属化硅芯片两面上的一对电极的通孔/金属填充塞的数量是预定的。每个通孔/金属填充塞具有预定的截面积。采用多个或者截面积较大的通孔/金属填充塞连接金属化硅芯片两面上的一对电极的优点是(1)进一步提高支持衬底芯片的热导率；(2)降低电阻，因而降低产生的热量，降低电压。本发明还揭示几种不同的制造带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片的工艺。
本发明揭示的带有防静电二极管的金属化硅芯片，可以应用于其他需要带有防静电二极管的金属化硅芯片的半导体芯片和器件。
本发明的目的和能达到的各项效果如下(1)本发明的目的是提供带有防静电二极管的金属化硅芯片。
(2)本发明的目的是提供低成本的批量生产带有防静电二极管的金属化硅芯片的工艺方法。
(3)本发明的目的是提供带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片。
(4)本发明的目的是提供低成本的批量生产带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片的工艺方法。
(5)本发明提供了LED与硅晶片上的IC器件整合的一个具体实施实例。
本发明和它的特征及效益将在下面的详细描述中更好的展示。
图1a和图1b展示在先的LED通孔倒扣焊芯片的两个实例。
图2a展示带有裸NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片的一个具体实施实例。
图2b展示带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片的一个具体实施实例。
图2c展示带有包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片的一个具体实施实例。
图2d展示带有裸PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片的一个具体实施实例。
图2e展示带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片的一个具体实施实例。
图3a到图3e展示带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片的生产工艺的一个具体实施实例。
图4a到图4e展示带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片的生产工艺的一个具体实施实例。
图5a和图5b分别展示不同的带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片应用于LED芯片的具体实施实例，其中，防静电二极管位于金属化硅芯片与LED芯片键合的一面。
图5c和图5d分别展示不同的带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片应用于LED芯片的具体实施实例，其中，防静电二极管位于金属化硅芯片与LED芯片键合的一面。
图6a和图6b分别展示不同的带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片应用于LED芯片的具体实施实例，其中，防静电二极管位于与金属化硅芯片和LED芯片的键合面相远离的一面。
图6c和图6d分别展示不同的带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片应用于LED芯片的具体实施实例，其中，防静电二极管位于与金属化硅芯片和LED芯片的键合面相远离的一面。
图6e和图6f分别展示NPN和PN类型的防静电二极管与LED芯片并联的等效电路图。
图7展示本发明的低成本的批量生产带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片的工艺的第一个具体实施实例。
图8展示本发明的低成本的批量生产带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片的工艺的第二个具体实施实例。
具体实施实例和发明的详细描述虽然本发明的具体化实施实例将会在下面被描述，但下列各项描述只是说明本发明的原理，而不是局限本发明于下列各项具体化实施实例的描述。
注意下列各项(1)图3和图4分别展示的带有包括绝缘层的NPN和PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片的生产技术和工艺可以应用于其它的带有防静电二极管的金属化芯片的生产，例如，带有裸NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片，带有裸PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片，带有包括门(gate)和绝缘层的防静电NPN二极管的金属化硅芯片。
(2)图7和图8分别展示的带有包括绝缘层的NPN和PN类型的防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片的生产技术和工艺可以应用于其它的带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片的生产，例如，带有裸NPN类型的防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片，带有裸PN类型的防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片，带有包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片。
(3)本发明提供了LED与硅晶片上的IC器件整合的一个具体实施实例。
图1a展示在先的LED通孔倒扣焊芯片的第一个具体实施实例。LED通孔倒扣焊芯片100包括LED芯片101和硅支持衬底芯片107。LED芯片101的电极102和104通过键合盘103和105分别与硅支持衬底芯片107上的第一和第二电极108和106连接。键合盘103和105包括，但不限于共晶键合(eutecticbonding)，植金球键合(gold stud bump)，导电胶粘接，等。电极108和106是互相电绝缘的。第一和第二电极108和106分别通过通孔/金属填充塞109和112与硅支持衬底芯片107的第二面上的第三和第四电极110和111电联接。
图1b展示在先的LED通孔倒扣焊芯片的第二个具体实施实例。第二个具体实施实例基本上与第一个具体实施实例相同。不同之处是第二个具体实施实例中，硅支持衬底芯片122的尺寸大于LED芯片121；第二个具体实施实例中的通孔/金属填充塞123的数量大于1。
图2a展示带有NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片的第一个具体实施实例，即带有裸NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片200。金属化硅芯片200的第一面上具有裸NPN类型的防静电二极管，该二极管包括由P区域203隔开的两个N区域202和204。第一面上的第一和第二电极201和205分别与两个N区域202和204电联接。第一和第二电极201和205分别通过通孔/金属填充塞206和208与金属化芯片200的第二面上的第三和第四电极207和209电联接。因此，第一电极201，N区域202，通孔/金属填充塞206，和第三电极207电联接。第二电极205，N区域204，通孔/金属填充塞208，和第四电极209电联接。第一和第二电极201和205电绝缘，第三和第四电极207和209电绝缘。
图2b展示带有NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片的第二个具体实施实例，即带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片210。第二个具体实施实例基本上与图2a的第一个具体实施实例相同。不同之处是第二个具体实施实例中，绝缘层211覆盖整个P区域203和部分N区域202和部分N区域204。第一面上的第一和第二电极201和205分别覆盖绝缘层211的一部分。
图2c展示带有NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片的第三个具体实施实例，即带有包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片220。第三个具体实施实例基本上与图2a的第一个具体实施实例相同。不同之处是绝缘层221覆盖P区域203和部分N区域202和部分N区域204，门(gate)222层叠于绝缘层221上，绝缘层223层叠于门222上。绝缘层223具有预定的形状和尺寸，使得门222与第二电极205绝缘，使得门222与第一电极201电联接。
图2d展示带有PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片的第一个具体实施实例，即带有裸PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片230。金属化硅芯片230的第一面上具有裸PN类型的防静电二极管，该PN类型的二极管包括P区域232和N区域231。第一面上的第一和第二电极201和205分别与N区域231和P区域232电联接。第一和第二电极201和205分别通过通孔/金属填充塞206和208与金属化硅芯片230的第二面上的第三和第四电极207和209电联接。因此，第一电极201，N区域231，通孔/金属填充塞206，和第三电极207电联接。第二电极205，P区域232，通孔/金属填充塞208，和第四电极209电联接。第一和第二电极201和205电绝缘，第三和第四电极207和209电绝缘。
图2e展示带有PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片的第二个具体实施实例，即带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片240。第二个具体实施实例基本上与图2d的第一个具体实施实例相同。不同之处是第二个具体实施实例中，绝缘层242覆盖部分P区域243和部分N区域241。第一面上的第一和第二电极201和205分别覆盖绝缘层242的一部分。
图3展示本发明的带有包括绝缘层的防静电NPN类型的二极管的金属化硅芯片的生产工艺的一个具体实施实例。同样的工艺可以应用于生产其它的带有NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片。
图3a展示工艺步骤一在硅支持衬底晶片301的第一面上层叠光刻胶，蚀刻光刻胶使成为预定的图形302和303，注入P类型掺杂，形成P区域304。剥离光刻胶302和303。
图3b展示工艺步骤二在硅支持衬底晶片301的第一面上再一次层叠光刻胶，蚀刻光刻胶使成为预定的图形311，312，和313。注入N类型掺杂，形成N区域310和314。N区域310和314分别在P区域304的两侧。
图3c展示工艺步骤三剥离光刻胶311，312，和313。至此，带有裸NPN类型的防静电二极管的硅晶片已经制成，如果对该硅晶片继续实行金属化，则得到带有裸NPN类型的防静电二极管的金属化硅晶片。
图3d展示工艺步骤四在硅支持衬底晶片的第一面上再一次层叠光刻胶，蚀刻光刻胶使成为预定的图形322和323。层叠绝缘层321。绝缘层321覆盖整个P区域304和部分N区域310和部分N区域314。剥离光刻胶322和323。
图3e展示工艺步骤五在硅支持衬底晶片的第一面上层叠第一和第二电极330和333，在第二面上层叠第三和第四电极332和335。第一电极330与N区域310电联接并覆盖绝缘层321的一部分。第二电极333与N区域314电联接并覆盖绝缘层321的一部分。形成通孔/金属填充塞331和334。通孔/金属填充塞331联接第一电极330和第三电极332；通孔/金属填充塞334联接第二电极333和第四电极335。
注意，(1)绝缘层321不是必要的，当没有绝缘层321时，第一和第二电极330和333不要与P区域304电联接；(2)可以继续实施下列工艺在绝缘层321上层叠门(gate)，在门(gate)上层叠第二绝缘层(图3中没有显示门(gate)和第二绝缘层)。第一电极330与门(gate)和N区域310电联接并覆盖第二绝缘层的一部分。第二电极333与N区域314电联接并覆盖第二绝缘层的一部分，但与门(gate)和P区域304电绝缘。至此，带有包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管的硅晶片已经制成，如果对该硅晶片继续实行金属化，则得到带有包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅晶片。
图4a展示工艺步骤一在硅支持衬底晶片401的第一面上层叠光刻胶，蚀刻光刻胶使成为预定的图形402和403，注入P类型掺杂，形成P区域404。剥离光刻胶402和403。
图4b展示工艺步骤二在硅支持衬底晶片401的第一面上再一次层叠光刻胶，蚀刻光刻胶使成为预定的图形411和412。注入N类型掺杂，形成N区域410。
图4c展示工艺步骤三剥离光刻胶411和412。至此，带有裸PN类型的防静电二极管的硅晶片已经制成，如果对该硅晶片继续实行金属化，则得到带有裸PN类型的防静电二极管的金属化硅晶片。
图4d展示工艺步骤四在硅支持衬底晶片的第一面上再一次层叠光刻胶，蚀刻光刻胶使成为预定的图形422和423。层叠绝缘层421。绝缘层421覆盖部分P区域404和部分N区域410。剥离光刻胶422和423。
图4e展示工艺步骤五在硅支持衬底晶片的第一面上层叠第一和第二电极430和433，在第二面上层叠第三和第四电极432和435。第一电极430与N区域410电联接并覆盖绝缘层421的一部分。第二电极433与P区域404电联接并覆盖绝缘层421的一部分。形成通孔/金属填充塞431和434。通孔/金属填充塞431联接第一电极430和第三电极432；通孔/金属填充塞434联接第二电极433和第四电极435。
注意，绝缘层421不是必要的，当没有绝缘层421时，第一和第二电极430和433要互相电绝缘。
图5展示本发明的带有防静电二极管的金属化硅芯片应用于LED倒扣焊芯片的四个具体实施实例。同样的结构可以应用于其它的带有防静电二极管的金属化硅芯片和其它的半导体倒扣焊芯片。
图5a展示本发明的带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片应用于LED芯片的第一个具体实施实例。LED芯片501具有两个电极502和503。带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片511具有第一和第二电极512和513。该两个电极分别与LED芯片501的两个电极502和503键合。带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片511具有与图2b的金属化硅芯片210相同的结构。
在本具体实施实例中，金属化硅芯片511与LED芯片501具有相同的形状和尺寸。
图5b展示本发明的带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片应用于LED芯片的第二个具体实施实例。LED芯片521具有两个电极522和523，该两个电极分别与金属化硅芯片531的第一和第二电极532和533键合。在本具体实施实例中，金属化硅芯片531的尺寸大于LED芯片521，两者即可以具有相同的形状，也可以具有不相同的形状。金属化硅芯片531的结构与图2b的金属化硅芯片210的相同。
注意，虽然图5a和图5b展示的金属化硅芯片带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管，金属化硅芯片也可以带有其他的NPN类型的防静电二极管。其他的NPN类型的防静电二极管包括，但不限于，带有裸NPN类型的防静电二极管，带有包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管，等。
图5c展示本发明的带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片应用于LED芯片的第一个具体实施实例。LED芯片541具有两个电极542和543。带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片551具有第一和第二电极552和553。该两个电极分别与LED芯片541的两个电极542和543键合。在本具体实施实例中，金属化硅芯片551与LED芯片541具有相同的形状和尺寸。金属化硅芯片551具有与图2e的金属化硅芯片240相同的结构。
图5d展示本发明的带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片应用于LED芯片的第二个具体实施实例。LED芯片561具有两个电极562和563。带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片571具有第一和第二电极572和573。金属化硅芯片571的第一和第二电极572和573分别与LED芯片561的两个电极562和563键合。在本具体实施实例中，金属化硅芯片571的尺寸大于LED芯片561，两者即可以具有相同的形状，也可以具有不相同的形状。金属化硅芯片571具有与图2e的金属化硅芯片240相同的结构。
注意，虽然图5c和图5d展示的金属化硅芯片带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管，金属化硅芯片也可以带有其他的PN类型的防静电二极管。其他的PN类型的防静电二极管包括，但不限于，裸PN类型的防静电二极管，等。
图6a展示本发明的带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片应用于LED芯片的第三个具体实施实例。LED芯片601具有两个电极602和603。带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片611的第一面具有第一和第二电极612和613。该两个电极分别与LED芯片601的两个电极602和603键合。金属化硅芯片611的第二面具有第三和第四电极615和616。包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管614位于金属化硅芯片611的第二面上。第三和第四电极615和616分别与防静电二极管614的两个N区域617和618电联接。
带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片611具有与图2b的金属化硅芯片210相同的结构。在本具体实施实例中，金属化硅芯片611与LED芯片601具有相同的形状和尺寸。
图6b展示本发明的带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片应用于LED芯片的第四个具体实施实例。LED芯片621具有两个电极622和623，该两个电极分别与金属化硅芯片631的第一和第二电极632和633键合。金属化硅芯片631的第二面具有第三和第四电极635和636。包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管634位于金属化硅芯片631的第二面上。第三和第四电极635和636分别与防静电二极管634的两个N区域637和638电联接。
在本具体实施实例中，金属化硅芯片631的尺寸大于LED芯片621，两者即可以具有相同的形状，也可以具有不相同的形状。金属化硅芯片631的结构与图2b的金属化硅芯片210的相同。
注意，虽然图6a和图6b展示的金属化硅芯片带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管，金属化硅芯片也可以带有其他的NPN类型的防静电二极管。其他的NPN类型的防静电二极管包括，但不限于，带有裸NPN类型的防静电二极管，带有包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管，等。
图6c展示本发明的带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片应用于LED芯片的第三个具体实施实例。LED芯片641具有两个电极642和643。带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片651具有第一和第二电极652和653。该两个电极分别与LED芯片641的两个电极642和643键合。金属化硅芯片651的第二面具有第三和第四电极655和656。包括绝缘层的PN类型的防静电二极管654位于金属化硅芯片651的第二面上。第三和第四电极655和656分别与防静电二极管654的N和P区域657和658电联接。
在本具体实施实例中，金属化硅芯片651与LED芯片641具有相同的形状和尺寸。金属化硅芯片651具有与图2e的金属化硅芯片240相同的结构。
图6d展示本发明的带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片应用于LED芯片的第四个具体实施实例。LED芯片661具有两个电极662和663。带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片671具有第一和第二电极672和673。金属化硅芯片671的第一和第二电极672和673分别与LED芯片661的两个电极662和663键合。金属化硅芯片671的第二面具有第三和第四电极675和676。包括绝缘层的PN类型的防静电二极管674位于金属化硅芯片671的第二面上。第三和第四电极675和676分别与防静电二极管674的N和P区域677和678电联接。
在本具体实施实例中，金属化硅芯片671的尺寸大于LED芯片661，两者即可以具有相同的形状，也可以具有不相同的形状。金属化硅芯片671具有与图2e的金属化硅芯片240相同的结构。
注意，虽然图6c和图6d展示的金属化硅芯片带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管，金属化硅芯片也可以带有其他的PN类型的防静电二极管。其他的PN类型的防静电二极管包括，但不限于，裸PN类型的防静电二极管，等。
图6e展示NPN类型的防静电二极管682与LED芯片681并联的等效电路。图6a和图6b展示的键合在一起的LED芯片和带有包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的金属化硅芯片构成并联电路，其等效电路由图6e所示。
图6f展示PN类型的防静电二极管692与LED芯片691并联的等效电路。图6c和图6d展示的键合在一起的LED芯片和带有包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片构成并联电路，其等效电路由图6f所示。
注意，图6e和图6f展示的等效电路分别适用于LED芯片和带有包括其他的PNP和PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片。其他的PNP和PN类型的防静电二极管包括，但不限于，裸NPN类型的防静电二极管，包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管，裸PN类型的防静电二极管，等。
图7a展示本发明的生产带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片的工艺流程的第一个具体实施实例。
工艺流程700在硅支持衬底晶片的第一面上与LED外延晶片上的每一个LED芯片对应的位置上形成ESD二极管。ESD二极管的类型包括，但不限于，NPN类型，PN类型。每一种类型包括，但不限于，裸NPN类型，裸PN类型，包括绝缘层的NPN类型，包括绝缘层的PN类型，包括门(gate)和绝缘层的NPN类型。形成ESD二极管的工艺流程包括，但不限于，图3展示的本发明的工艺流程，图4展示的本发明的工艺流程。
工艺流程701在硅支持衬底晶片的第一面和第二面上形成一组一组的电极，即形成金属化硅晶片。每组电极包括两个互相绝缘的电极。第一面上的每组电极分别与后继键合的LED外延晶片上的对应的每一个LED芯片的两个电极的位置相对应。第二面上的每组电极分别与封装时后继键合的每一个热沉的两个电极的位置相对应。第一面上的每个电极由通孔/金属填充塞与第二面上对应的电极联结成一个电极。所述的第一面上的每组电极的两个电极分别与对应的每个ESD二极管的两个电极相联接。
工艺流程702键合LED外延晶片和金属化硅晶片，金属化硅晶片的第一面上的每一组的两个电极分别与LED外延晶片上的每一个LED芯片的相对应的两个电极键合，形成键合LED/金属化硅晶片。
工艺流程703把键合LED/金属化硅晶片切割为单个的带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片，金属化硅芯片的尺寸和形状与LED芯片的相同。
图7b展示本发明的键合LED/金属化硅晶片的截面图。图中只展示两个LED芯片，LED1芯片721和LED2芯片725。金属化硅晶片720在与LED1芯片721的两个电极722和724相对应的位置有两个电极726和729。电极722和724分别与电极726和729键合。电极726和729分别与金属化硅晶片720的第二面上的电极728和730通过通孔/金属填充塞727和731电联接。NPN防静电二极管723在电极726和729之间，NPN防静电二极管723的两个N区域分别与电极726和729电联接。
注意，NPN防静电二极管也可以在电极728和730之间，NPN防静电二极管的两个N区域分别与电极728和730电联接。图7展示的工艺流程的第一个具体实施实例也适用于LED芯片和带有包括其他的PNP和PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片。其他的PNP和PN类型的防静电二极管包括，但不限于，裸NPN类型的防静电二极管，包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管，裸PN类型的防静电二极管，等图8a展示本发明的生产带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片的工艺流程的第二个具体实施实例。
工艺流程800在硅支持衬底晶片的第一面上与每一个LED芯片对应的位置上形成ESD二极管。ESD二极管的类型包括，但不限于，NPN类型，PN类型。每一种类型包括，但不限于，裸NPN类型，裸PN类型，包括绝缘层的NPN类型，包括绝缘层的PN类型，包括门(gate)和绝缘层的NPN类型。形成ESD二极管的工艺流程包括，但不限于，图3展示的本发明的工艺流程，图4展示的本发明的工艺流程。
工艺流程801在硅支持衬底晶片的第一面和第二面上形成一组一组的电极，即形成金属化硅晶片。每组电极包括两个互相绝缘的电极。第一面上的每组电极分别与后继键合的每一个LED芯片的两个电极的位置相对应。第二面上的每组电极分别与封装时后继键合的每一个热沉的两个电极的位置相对应。第一面上的每个电极由通孔/金属填充塞与第二面上对应的电极联结成一个电极。所述的第一面上的每组电极的两个电极分别与对应的每个ESD二极管的两个电极相联接。
工艺流程802分别键合每一个LED芯片到金属化硅晶片上的预定的位置，金属化硅晶片的第一面上的每一组的两个电极分别与每一个LED芯片的相对应的两个电极键合，形成键合LED芯片/金属化硅晶片。
工艺流程803把键合LED芯片/金属化硅晶片沿切割线832切割为单个的带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片，金属化硅芯片的尺寸大于LED芯片，金属化硅芯片的形状即可以与LED芯片的相同，也可以不同。
图8b展示本发明的键合LED/金属化硅晶片的截面图。图中只展示两个LED芯片，LED1芯片821和LED2芯片825。金属化硅晶片820在与LED1芯片821的两个电极822和824相对应的位置有两个电极826和829。电极822和824分别与电极826和829键合。电极826和829分别与金属化硅晶片820的第二面上的电极828和830通过通孔/金属填充塞827和831电联接。包括绝缘层的NPN防静电二极管823在电极826和829之间，包括绝缘层的NPN防静电二极管823的两个N区域分别与电极826和829电联接。
注意，NPN防静电二极管也可以在电极828和830之间，NPN防静电二极管的两个N区域分别与电极828和830电联接。图8展示的工艺流程的第二个具体实施实例也适用于LED芯片和带有包括其他的PNP和PN类型的防静电二极管的金属化硅芯片。其他的PNP和PN类型的防静电二极管包括，但不限于，裸NPN类型的防静电二极管，包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管，裸PN类型的防静电二极管，等上面的具体的描述并不限制本发明的范围，而只是提供一些本发明的具体化的例证。因此本发明的涵盖范围应该由权利要求和它们的合法等同物决定，而不是由上述具体化的详细描述和实施实例决定。
权利要求
1.一种带有防静电二极管(ESD diode)的金属化硅芯片，包括，但不限于金属化硅芯片；其中，所述的金属化硅芯片的第一面上具有第一电极和第二电极，所述的第一电极和第二电极互相电绝缘；其中，所述的金属化硅芯片的第二面上具有第三电极和第四电极，所述的第三电极和第四电极互相电绝缘；其中，所述的金属化硅芯片的第一面上的第一电极和第二电极分别通过通孔/金属填充塞与第二面上的第三电极和第四电极电连接；防静电二极管；其中，所述的防静电二极管位于金属化硅芯片的第一面和第二面之间。
2.权利要求1的带有防静电二极管的金属化硅芯片，其中，所述的防静电二极管包括，但不限于，裸NPN类型的防静电二极管，裸PN类型的防静电二极管，包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管，包括绝缘层的PN类型的防静电二极管，包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管。
3.权利要求2的带有防静电二极管的金属化硅芯片，其中，所述的裸NPN类型的防静电二极管的两个N区域分别与所述的金属化硅芯片的同一面上的两个电极电连接；其中，所述的包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的两个N区域分别与所述的金属化硅芯片的同一面上的两个电极电连接；其中，所述的包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管的两个N区域分别与所述的金属化硅芯片的同一面上的两个电极电连接；其中，所述的裸PN类型的防静电二极管的N区域和P区域分别与所述的金属化硅芯片的同一面上的两个电极电连接；其中，所述的包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的N区域和P区域分别与所述的金属化硅芯片的同一面上的两个电极电连接。
4.一种带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片，包括，但不限于金属化硅芯片；其中，所述的金属化硅芯片的第一面上具有第一电极和第二电极，所述的第一电极和第二电极互相电绝缘；其中，所述的金属化硅芯片的第二面上具有第三电极和第四电极，所述的第三电极和第四电极互相电绝缘；其中，所述的金属化硅芯片的第一面上的第一电极和第二电极分别通过通孔/金属填充塞与第二面上的第三电极和第四电极电连接；防静电二极管；其中，所述的防静电二极管位于金属化硅芯片的第一面和第二面之间；LED芯片；其中，所述的LED芯片的两个电极分别与所述的金属化硅芯片的第一面上的第一电极和第二电极电连接。
5.权利要求4的带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片，其中，所述的防静电二极管包括，但不限于，裸NPN类型的防静电二极管，裸PN类型的防静电二极管，包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管，包括绝缘层的PN类型的防静电二极管，包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管。
6.权利要求5的带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片，其中，所述的裸NPN类型的防静电二极管的两个N区域分别与所述的金属化硅芯片的同一面上的两个电极电连接；其中，所述的包括绝缘层的NPN类型的防静电二极管的两个N区域分别与所述的金属化硅芯片的同一面上的两个电极电连接；其中，所述的包括门(gate)和绝缘层的NPN类型的防静电二极管的两个N区域分别与所述的金属化硅芯片的同一面上的两个电极电连接；其中，所述的裸PN类型的防静电二极管的N区域和P区域分别与所述的金属化硅芯片的同一面上的两个电极电连接；其中，所述的包括绝缘层的PN类型的防静电二极管的N区域和P区域分别与所述的金属化硅芯片的同一面上的两个电极电连接。
7.权利要求4的带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片，其中，所述的防静电二极管的位置是从一组位置中选出；所述的一组位置包括，但不限于，金属化硅芯片的第一面上的第一电极和第二电极之间，金属化硅芯片的第二面上的第三电极和第四电极之间。
8.一种制造带有防静电二极管的金属化硅芯片的工艺，包括，但不限于工艺步骤一在硅支持衬底晶片的第一面上层叠光刻胶，蚀刻所述的光刻胶使成为预定的图形，注入P类型掺杂，形成P区域，剥离所述的光刻胶；工艺步骤二在所述的硅支持衬底晶片的第一面上再一次层叠光刻胶，蚀刻所述的光刻胶使成为预定的图形，注入N类型掺杂，形成N区域；工艺步骤三剥离所述的光刻胶；工艺步骤四金属化所述的硅支持衬底晶片，形成带有防静电二极管的金属化硅晶片；切割所述的带有防静电二极管的金属化硅晶片成为带有防静电二极管的金属化硅芯片。
9.权利要求8的制造带有防静电二极管的金属化硅芯片的工艺，进一步包括在进行所述的工艺步骤三之后，进行工艺步骤五所述的硅支持衬底晶片的第一面上再一次层叠光刻胶，蚀刻所述的光刻胶使成为预定的图形，层叠绝缘层；其中，对于NPN类型的防静电二极管，所述的绝缘层覆盖整个P区域和部分N区域；其中，对于PN类型的防静电二极管，所述的绝缘层覆盖部分P区域和部分N区域；剥离所述的光刻胶；然后进行所述的工艺步骤四。
10.权利要求9的制造带有防静电二极管的金属化硅芯片的工艺，进一步包括在进行所述的工艺步骤五之后，进行工艺步骤六再一次层叠光刻胶，蚀刻所述的光刻胶使成为预定的图形，在所述的绝缘层上层叠门(gate)；剥离所述的光刻胶；再一次层叠光刻胶，蚀刻所述的光刻胶使成为预定的图形，在所述的门(gate)上层叠第二绝缘层；剥离所述的光刻胶；然后进行所述的工艺步骤四。
全文摘要
本发明揭示几种具有不同结构的带有防静电二极管的金属化硅芯片和带有防静电二极管的LED通孔倒扣焊芯片(即LED芯片倒扣焊于带有防静电二极管的金属化硅芯片上)。带有防静电二极管的金属化硅芯片的结构如下绝缘的硅芯片的第一表面具有防静电二极管，该防静电二极管的类型是从下述类型选出PN，NPN，有门(gate)，无门，及它们的组合，等。硅芯片的第一表面的两个电极分别与防静电二极管的两个电极电联接。
文档编号H01L21/00GK1719609SQ20051008700
公开日2006年1月11日 申请日期2005年7月22日 优先权日2005年7月22日
发明者彭晖, 彭一芳 申请人:金芃, 彭晖