专利名称：集成散热片的半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件以及其制造方法，特别地，本发明涉及一种含有发光器件的半导体器件以及其制造方法。
背景技术：
传统照明灯比如白炽灯泡，虽然价格便宜，却有效率低、耗电量高、寿命短以及容易碎裂等缺点。而日光灯虽然效率较高并且较省电，但仍容易碎裂，并且由于日光灯含有水银，容易造成环保污染的问题。而近年来蓬勃发展的半导体发光器件由于具有寿命长、轻巧、低耗电量以及不含水银等有害物质等优点，使其成为一种非常理想的新式照明光源。
过去制造半导体发光器件的方法，如台湾专利第68620号、台湾专利第96804号以及台湾专利第111466号所揭露，以化合物半导体，例如，砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)以及氧化铝(Al2O3)，制成基底。之后在所述化合物半导体基底上以外延生长技术形成N型以及P型半导体。然而，由于化合物半导体基底会吸收发光器件发射出的光子，因此大幅减少光出输效率。并且，由于化合物半导体基底的热导率不佳，致使半导体发光器件无法以较高的电流操作，因此无法达到较高的输出功率。此类半导体发光器件也容易因为热能的聚积，造成使用寿命严重衰退。
针对上述缺点，许多现有技术，如台湾专利公告编号第573373号、台湾专利公告编号第565957号以及台湾专利公告编号第550834号所揭露，将金属材料加入半导体发光器件的基底中，以使半导体发光器件所产生的热能可快速导出。因此，所述金属基底能有效提升半导体发光器件的操作电流以及输出功率。
然而，一般常应用作为基底成份的金属材料，如镓(Ga)、铜(Cu)以及铝(Al)等，虽然具有良好的散热效率，其热膨胀系数(Thermal expansioncoefficient)却与外延材料的热膨胀系数差异甚大。使得在半导体发光器件工艺中，经过高温处理而产生基底与外延之间的巨大应力(Stress)，致使外延结构遭到破坏。
发明内容
因此，本发明的一范畴提供一种含有发光器件的半导体器件及其制造方法，并且，该制造方法可克服上述的缺点。
根据本发明的一优选具体实施例的一种半导体器件包含安装基座以及发光器件。该安装基座包含由第一半导体材料形成的基底，以及由具有高热导率的材料形成的第一层，并且该第一层形成于该基底的一表面上。
此外，该发光器件是多层结构，并且该多层结构包含由第二半导体材料形成的第二层。该发光器件安装于该安装基座的第一层上，并且该第一半导体材料与该第二半导体材料的热膨胀系数的差异落于预定的范围。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的实施方式对本发明详述及附图得到进一步的了解。
图1绘示根据本发明的一具体实施例的半导体器件的剖面图。
图2A至图2C是根据本发明的一具体实施例的制造半导体器件的方法的流程图。
图3绘示根据本发明的一具体实施例的半导体器件的剖面图。
图4A至图4F是根据本发明的一具体实施例的制造半导体器件的方法的流程图。
图5A至图5F是根据本发明的一具体实施例的制造半导体器件的方法的流程图。
图6A至图6D是根据本发明的一优选具体实施例的制造半导体器件的方法的流程图。
附图标记说明1、3半导体器件 11安装基座111、32基底 113、34第一层13、33发光器件 131、333第二层31、36安装层 311第一部份313第二部份 331多层结构中的一层342、352、372第一凸块344、354、374区域
346、356、376第二凸块35、37粘着层332发光器件的一表面具体实施方式
本发明提供一种半导体器件(Semiconductor device)。根据本发明的优选具体实施例揭露如下。
请参阅图1。图1绘示根据本发明的一具体实施例的半导体器件1的剖面图。半导体器件1包含安装基座(Mounting base)11以及发光器件(Light-emitting device)13。进一步，该安装基座包含基底(Substrate)111以及第一层113。
基底111由第一半导体材料形成，例如，硅材料或碳化硅(SiC)材料。而第一层113由具有高热导率(Thermal conductivity)的材料，例如，铜材料、铝材料或金刚石材料，形成于基底111的一表面上。在一具体实施例中，基底111的厚度小于250微米，并且第一层113的厚度介于10至100微米之间。
此外，发光器件13是一多层结构(Multi-layer structure)，并且该多层结构包含由第二半导体材料形成的第二层131。请注意，该第一半导体材料与该第二半导体材料的热膨胀系数(Thermal expansion coefficient)的差异落于一预定的范围。此外，该发光器件结合于该安装基座的该第一层。进一步，在本具体实施例中，该发光器件以该第二层结合于该安装基座的第一层上。
在另一具体实施例中，该发光器件的多层结构进一步包含反射层(Reflecting layer)，并且该发光器件以该反射层结合于该安装基座的第一层上。在实际上，该反射层可以通过蒸镀(Evaporation)、电镀(Plating)或溅镀(Sputtering)等非晶片结合(Wafer bonding)的方式形成。
请参阅图2A至图2C。图2A至图2C绘示根据本发明的一具体实施例的制造半导体器件的方法。首先，如图2A所示，制备安装基座11。安装基座11包含由第一半导体材料形成的基底111，并且安装基座11包含形成于基底11的一表面上的第一层113。
随后，如图2B所示，制备发光器件13。发光器件13是一多层结构，并且该多层结构包含由第二半导体材料形成的第二层131。
最后，如图2C所示，将发光器件13结合于安装基座11上，致使第一层113位于基底111以及第二层131之间。请注意，该第一半导体材料与该第二半导体材料的热膨胀系数的差异落于一预定的范围。
在本具体实施例中，发光器件13以第二层131结合于安装基座11的第一层113上。在另一具体实施例中，该发光器件的多层结构进一步包含一反射层，并且该发光器件以该反射层结合于该安装基座的第一层上。在实际上，该反射层可以通过蒸镀、电镀或溅镀等非晶片结合的方式形成。
在实际应用中，该第一半导体材料可以为硅材料或碳化硅材料。并且，第一层113由铜材料、铝材料或金刚石材料形成。在实际应用中，基底111的厚度小于250微米，并且第一层113的厚度介于10至100微米之间。
请参阅图3，图3绘示根据本发明的一具体实施例的半导体器件3的剖面图。半导体器件3包含安装层(Mounting layer)31以及发光器件33。安装层31进一步包含由粘着材料(Adhesive material)形成的第一部分311，以及由具有高热导率的材料形成的第二部份313。请注意，第一部分311与第二部份313的表面的面积比小于0.1。在一具体实施例中，安装层31的厚度介于10至100微米之间。
此外，发光器件33是一多层结构，并且该多层结构包含由半导体材料形成的层331。发光器件33以层331结合于安装层上31，并且具有高热导率的材料的热膨胀系数大于半导体材料的热膨胀系数。在实际应用中，该具有高热导率的材料是铜材料、铝材料或金刚石材料。
在另一具体实施例中，该发光器件的多层结构可进一步包含一反射层，并且该发光器件以该反射层结合于该安装层。在实际上，该反射层可以通过蒸镀、电镀或溅镀等非晶片结合的方式形成。
请参阅图4A至图4F。图4A至图4F绘示根据本发明的一具体实施例的制造半导体器件的方法。首先，如图4A所示，制备由第一半导体材料，如硅材料或碳化硅材料形成的基底32。随后，如图4B所示，形成覆盖在基底32的一表面上的第一层34。在实际应用中，第一层34由铜材料、铝材料或金刚石材料形成。在实际应用中，基底32的厚度小于250微米，并且第一层34的厚度介于10至100微米之间。
接着，如图4C所示，选择性地移除第一层34，以在基底32的表面上形成多个第一凸块(Block)342以及多个区域344。请注意，多个区域344中的每一个区域344存在于多个第一凸块342中的每两个第一凸块342之间。
之后，如图4D所示，填充粘着材料(Adhesive material)至多个区域344内，以形成多个第二凸块346，其中多个第一凸块342与多个第二凸块346一起形成安装层36。在实际应用中，该粘着材料是聚酰亚胺(Polyimide)材料或苯环丁烯(B-staged bisbenzocyclobutene，BCB)材料。
接着，如图4E所示，将发光器件33结合于该安装层36上。发光器件33是多层结构，并且该多层结构包含由第二半导体材料形成的第二层333。在本具体实施例中，发光器件33以第二层333结合于安装层36上。最后，如图4F所示，移除基底32。请注意，该第一半导体材料与该第二半导体材料的热膨胀系数的差异落于一预定的范围。
在一具体实施例中，该制造半导体器件的方法进一步包含沿着该多个第二凸块做切割的步骤。在一具体实施例中，该发光器件的多层结构进一步包含一反射层，并且该发光器件以该反射层结合于该安装层。在实际上，该反射层可以通过蒸镀、电镀或溅镀等非晶片结合的方式形成。
请参阅图5A至图5F。图5A至图5F绘示根据本发明的一具体实施例的制造半导体器件的方法。首先，如图5A所示，制备由第一半导体材料，如硅材料或碳化硅材料形成的基底32。在实际应用中，基底32的厚度小于250微米。
随后，如图5B所示，形成覆盖在该基底32的一表面上的粘着层(Adhesive layer)35。在实际应用中，粘着层35由聚酰亚胺材料或苯环丁烯材料形成。
接着，如图5C所示，选择性地移除粘着层35，以在基底32的该表面上形成多个第一凸块352以及多个区域354。请注意，多个区域354中的每一个区域354存在于多个第一凸块352中的每两个第一凸块352之间。
之后，如图5D所示，填充具有高热导率的材料至多个区域354内，以在发光器件32的该表面上形成多个第二凸块356。并且多个第二凸块356与多个第一凸块352一起形成安装层36。在实际应用中，第二凸块的厚度介于10至100微米之间。此外，在实际应用中，第二材料由铜材料、铝材料或金刚石材料形成。
接着，如图5E所示，将发光器件33结合于安装层36上。发光器件33是多层结构，并且该多层结构包含由第二半导体材料形成的层331。在本具体实施例中，发光器件33以层331结合于安装层36上。最后，如图5F所示，移除基底32。请注意，该第一半导体材料与该第二半导体材料的热膨胀系数的差异落于一预定的范围。
在一具体实施例中，该制造半导体器件的方法进一步包含沿着该多个第二凸块做切割的步骤。在一具体实施例中，该发光器件的多层结构进一步包含一反射层，并且该发光器件以该反射层结合于该安装层。在实际上，该反射层可以通过蒸镀、电镀或溅镀等非晶片结合的方式形成。
请参阅图6A至图6D。图6A至图6D绘示根据本发明的一优选具体实施例的制造半导体器件的方法。首先，如图6A所示，制备发光器件33，并且发光器件33包含表面332。
随后，如图6B所示，形成覆盖在发光器件33的表面332上的一粘着层37。在一具体实施例中，粘着层37由聚酰亚胺材料或苯环丁烯材料形成。
接着，如图6C所示，选择性地移除粘着层37，以在发光器件33的表面332上形成多个第一凸块372以及多个区域374。请注意，多个区域374中的每一个区域374存在于多个第一凸块372中的每两个第一凸块372之间。
最后，如图6D所示，填充具有高热导率的材料至多个区域374内，以在发光器件33的表面332上形成多个第二凸块376。在实际应用中，具有高热导率的材料为铜材料、铝材料或金刚石材料，并且多个第二凸块376的厚度介于10至100微米之间。
在一具体实施例中，该制造半导体器件的方法进一步包含沿着该多个第一凸块做切割的步骤。
显而易见地，本发明所提供的半导体器件是集成散热片的半导体器件。此外，本发明所提供的制造该半导体器件的方法在晶片级(Wafer level)将半导体器件以及散热片集成封装(Package)，之后再进行切割。根据本发明的制造半导体器件的方法与现有技术的先切割半导体器件，再与散热片集成封装的方法比较，更有效率，并且能节省制造成本，也使半导体器件以及散热片的结合更牢固，不容易因为外力影响而脱落。
通过以上优选具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的优选具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具有等同性的安排于本发明的权利要求的范畴内。
权利要求
1.一种半导体器件，所述半导体器件包含安装基座，所述安装基座包含基底，所述基底由第一半导体材料形成；以及第一层，所述第一层由具有高热导率的材料形成于所述基底的表面上；以及发光器件，所述发光器件是多层结构，并且所述多层结构包含由第二半导体材料形成的第二层；其中所述发光器件结合于所述安装基座的第一层上，并且所述第一半导体材料与所述第二半导体材料的热膨胀系数的差异落于一预定的范围。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述具有高热导率的材料是铜材料、铝材料或金刚石材料。
3.如权利要求2所述的半导体器件，其中所述第一半导体材料是硅材料或碳化硅材料。
4.如权利要求3所述的半导体器件，其中所述第一层的厚度介于10至100微米之间，并且所述基底的厚度小于250微米。
5.如权利要求4所述的半导体器件，其中所述发光器件以所述第二层结合于所述安装基座的第一层上，并且所述第一半导体材料与所述第二半导体材料的热膨胀系数的差异落于一预定的范围。
6.如权利要求4所述的半导体器件，其中所述发光器件的多层结构进一步包含反射层，并且所述发光器件以所述反射层结合于所述安装基座的第一层上。
7.一种制造半导体器件的方法，所述方法包含下列步骤(a)制备安装基座，所述安装基座包含由第一半导体材料形成的基底，并且所述安装基座包含形成于所述基底的一表面上的第一层；(b)制备发光器件，所述发光器件是多层结构，并且所述多层结构包含由第二半导体材料形成的第二层；以及(c)将所述发光器件结合于所述安装基座上，致使所述第一层位于所述基底以及所述第二层之间；其中所述第一半导体材料与所述第二半导体材料的热膨胀系数的差异落于一预定的范围。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述第一层是由铜材料、铝材料或金刚石材料形成。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述第一半导体材料是硅材料或碳化硅材料。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述第一层的厚度介于10至100微米之间，并且所述基底的厚度小于250微米。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述发光器件以所述第二层结合于所述安装基座的第一层上，致使所述第一层位于所述基底以及所述第二层之间，并且所述第一半导体材料与所述第二半导体材料的热膨胀系数的差异落于一预定的范围。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述发光器件的多层结构进一步包含反射层，并且所述发光器件以所述反射层结合于所述安装基座的第一层上。
13.一种半导体器件，所述半导体器件包含安装层，所述安装层包含由黏着材料形成的第一部分以及由具有高热导率的材料形成的第二部份，并且所述第一部分与所述第二部份的表面的面积比小于0.1；以及发光器件，所述发光器件是多层结构，并且所述多层结构包含由半导体材料形成的层；其中所述发光器件结合于所述安装层上，并且所述具有高热导率的材料的热膨胀系数大于所述半导体材料的热膨胀系数。
14.如权利要求13所述的半导体器件，其中所述具有高热导率的材料是铜材料、铝材料或金刚石材料。
15.如权利要求14所述的半导体器件，其中所述安装层的厚度介于10至100微米之间。
16.如权利要求15所述的半导体器件，其中所述发光器件以所述层结合于所述安装层上。
17.如权利要求15所述的半导体器件，其中所述发光器件的多层结构进一步包含反射层，并且所述发光器件以所述反射层结合于所述安装层。
18.一种制造半导体器件的方法，所述方法包含下列步骤(a)制备由第一半导体材料形成的基底；(b)形成第一层，覆盖于所述基底的一表面上；(c)选择性地移除所述第一层，以在所述基底的表面上形成多个第一凸块以及多个区域，其中所述多个区域中的每一个区域存在于所述多个第一凸块中的每两个第一凸块之间；(d)填充一粘着材料至所述多个区域内，以形成多个第二凸块，其中所述多个第一凸块与所述多个第二凸块一起形成安装层；(e)将发光器件结合于所述安装层上，并且所述发光器件是多层结构，并且所述多层结构包含由第二半导体材料形成的第二层；以及(f)移除所述基底；其中所述第一半导体材料与所述第二半导体材料的热膨胀系数的差异落于一预定的范围。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包含下列步骤(g)沿着所述多个第二凸块做切割。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述第一层由铜材料、铝材料或金刚石材料形成。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述第一半导体材料是硅材料或碳化硅材料。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述粘着材料是聚酰亚胺材料或苯环丁烯材料。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述第一层的厚度介于10至100微米之间，并且所述基底的厚度小于250微米。
24.如权利要求22所述的方法，其中所述发光器件的多层结构进一步包含反射层，并且所述发光器件以所述反射层结合于所述安装层。
25.一种制造半导体器件的方法，所述方法包含下列步骤(a)制备由第一半导体材料形成的基底；(b)形成粘着层，覆盖于所述基底的表面上；(c)选择性地移除所述粘着层以在所述基底的所述表面上形成多个第一凸块以及多个区域，其中所述多个区域中的每一个区域存在于所述多个第一凸块中的每两个第一凸块之间；(d)填充具有高热导率的材料至所述多个区域内，以在所述发光器件的所述表面上形成多个第二凸块，其中所述多个第二凸块与所述多个第一凸块一起形成安装层；(e)将发光器件结合于所述安装层上，所述发光器件是多层结构，并且所述多层结构包含由第二半导体材料形成的层；以及(f)移除所述基底；其中所述第一半导体材料与所述第二半导体材料的热膨胀系数的差异落于一预定的范围。
26.如权利要求25所述的方法，进一步包含下列步骤(g)沿着所述多个第一凸块做切割。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述具有高热导率的材料是铜材料、铝材料或金刚石材料。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述第一半导体材料是硅材料或碳化硅材料。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述粘着层由聚酰亚胺材料或苯环丁烯材料形成。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述第二凸块的厚度介于10至100微米之间，并且所述基底的厚度小于250微米。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述发光器件的所述多层结构进一步包含反射层，并且所述发光器件以所述反射层结合于所述安装层。
32.一种制造半导体器件的方法，所述方法包含下列步骤(a)制备发光器件，所述发光器件包含一表面；(b)形成粘着层，覆盖于所述发光器件的所述表面上；(c)选择性地移除所述粘着层，以在所述发光器件的所述表面上形成多个第一凸块以及多个区域，其中所述多个区域中的每一个区域存在于所述多个第一凸块中的每两个第一凸块之间；以及(d)填充具有高热导率的材料至所述多个区域内，以在所述发光器件的所述表面上形成多个第二凸块。
33.如权利要求32所述的方法，进一步包含下列步骤(e)沿着所述多个第一凸块做切割。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述具有高热导率的材料是铜材料、铝材料或金刚石材料。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述粘着层由聚酰亚胺材料或苯环丁烯材料形成。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述多个第二凸块的厚度介于10至100微米之间。
全文摘要
本发明公开了一种半导体器件及其制造方法，所述半导体器件包含安装基座以及发光器件。该安装基座包含由第一半导体材料形成的基底，以及由具有高热导率的材料形成第一层。并且，该第一层形成于该基底的一表面上。此外，该发光器件是多层结构，并且该多层结构包含由第二半导体材料形成的第二层。该发光器件结合于该安装基座的第一层上。并且，该第一半导体材料与该第二半导体材料的热膨胀系数的差异落于一预定的范围。
文档编号H01L23/34GK1992358SQ20051013750
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月29日 优先权日2005年12月29日
发明者黄国欣 申请人:联胜光电股份有限公司