专利名称：带静电保护的高导通电压led集成芯片及制造方法
技术领域：
本发明涉及一种带静电保护的高导通电压LED集成芯片；另夕卜，本发明 还涉及一种该带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造方法。
背景技术：
倒装芯片技术是当今最先进的微电子封装技术之一，它既是一种芯片互 连技术，又是一种理想的芯片粘接技术，它将电路组装密度提升到了一个新 的高度。在所有表面安装技术中，倒装芯片可以达到最小、最薄的封装，随 着电子产品体积的进一步縮小，倒装芯片的应用将会越来越广泛。将LED裸 芯片倒扣在衬底上的封装形式称为倒装LED。传统的倒装LED采用面积较大 的数量较少的功率型LED，成本较高，由于芯片面积较大，热源集中，因此 散热效果不好；同时，这种倒装LED较难实现多芯片集成。目前还出现了用扩散隔离法制造的在硅衬底上带静电保护二极管的倒装 LED集成芯片，当LED集成芯片的裸芯片串联的集成度较高时，即LED集 成芯片的裸芯片串联数量较多时，整个LED集成芯片的额定电压较高，此时 硅衬底内与LED正负极相联接的扩散层与硅衬底内的阱区及硅衬底之间形成 的寄生晶闸管易发生发射极与集电极之间导通漏电而产生耐压不足的现象， 同时也使本应绝缘的硅衬底也带有电位，故当整个集成芯片二次封装在金属 壳内以后，金属壳也容易产生电位，难以再进一步将已二次封装好的集成芯 片再进行串联应用，以上几点使得整个LED集成芯片在高压时容易出现不稳 定，甚至根本达不到额定电压，致使芯片的亮度达不到设计要求。尤其是当 将整个芯片设计成两极直接接于220V或110V的交流电源应用时，即若干个 LED裸芯片串联或串并联组合连接时，漏电现象更是严重。因此，现有的LED集成芯片的耐高压性能不好。正装芯片技术是传统的微电子封装技术，其技术成熟，应用范围广泛。目前绝大多数LED均为正装LED, LED裸芯片的衬底无论是砷化镓还是碳 化硅，在衬底外都镀有一层金属层作为N型电极，同时也兼作散热之用，其 正装在一个带有反射杯的支架上作为阴极，其上面的P型外延层再通过金属 线焊接在阳极引线上，由于此种裸芯片的上面及衬底面各作为电极的一端， 故习称为"单电极芯片"，目前，黄光和红光LED较多采用这种单电极芯片。 除上述单电极LED裸芯片外(芯片正反面各有一个电极)，近年来有的LED 裸芯片的衬底为绝缘材料如氧化铝，所以正(P型)与负(N型)电极均需 设置于裸芯片的表面，亦即所谓的"双电极芯片"，目前，蓝光和绿光LED 较多采用这种双电极芯片。将多个LED裸芯片集成在一个线路板上称为集成 芯片。无论是单电极LED裸芯片还是双电极LED裸芯片均可应用在LED集 成芯片上。由于常用的LED线路板均为铝基板，铝基板本身是导体，故在集 成芯片的加工过程中极易短路，无法实现串联连接。同样，目前还出现了用扩散隔离法制造的在硅衬底上带静电保护二极管 的正装LED集成芯片，其同样具有耐高压性能不好的缺点。发明内容本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低、 易于集成、散热效果好、耐高压性能好的带静电保护的高导通电压LED集成 心片。另外，本发明还提供一种该带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制 造方法。本发明的带静电保护的高导通电压LED集成芯片所采用的技术方案是-本发明带静电保护的高导通电压LED集成芯片包括若干个LED裸芯片和硅衬底，所述LED裸芯片包括衬底和N型外延层、P型外延层，所述硅衬底上 生成有导热绝缘层I ，所述导热绝缘层I上生成有导热绝缘层II ，所述导热 绝缘层II上沉积有金属层，各所述LED裸芯片正装或倒装在各所述金属层上， 若干个所述LED裸芯片之间通过所述金属层相连接组成电路，所述导热绝缘 层I与所述导热绝缘层II之间于每个所述LED裸芯片处均设有一个多晶硅 块，每个所述多晶硅块的中间为多晶硅区I、两侧为与所述多晶硅区I极性 相反的多晶硅区II，两个分离的所述金属层分别与位于同一个所述多晶硅块 内的两侧的所述多晶硅区II相连接。各所述LED裸芯片对应的所述P型外延层、所述N型外延层分别通过 焊球倒装焊接在两个分离的所述金属层上，所述焊球为金球栓或铜球栓或锡 球。或者，所述LED裸芯片为单电极芯片，所述衬底为砷化镓或碳化硅衬底，所述衬底用银浆或锡粘合在所述金属层上，所述LED裸芯片的电极接点通过金属线焊接在相邻的一个所述金属层上。或者，所述LED裸芯片为双电极芯片，所述衬底为氧化铝衬底，所述衬底用银浆或锡粘合在所述金属层上，所述P型外延层、所述N型外延层分别通过金属线焊接在相邻的两个所述金属层上。进一步，所述硅衬底的正面向内扩散有一层N+扩散层。进一步，所述硅衬底的背面还有由一层或多层金属构成的散热层。若干个所述LED裸芯片之间串联或并联或串并联组合连接，所述导热绝缘层I由氮化硅层或二氧化硅层或氮化硅层与二氧化硅层组合构成，所述导热绝缘层II由二氧化硅层构成，所述金属层的外表面为反光面，所述硅衬底为P型或N型，所述金属层为铝或铜或硅铝合金。本发明的带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造方法所采用的技 术方案是包括以下步骤(a)形成导热绝缘层I :采用低压化学气相沉积法在所述硅衬底的正面沉积氮化硅或二氧化硅或二者都沉积，形成厚度为1000 6000埃的氮化硅 层或厚度为1500 8000埃的二氧化硅层或先形成400 8000埃的二氧化硅 层再形成厚度为1000 6000埃的氮化硅层或先形成1000 6000埃的氮化硅 层再形成厚度为1500~8000埃的二氧化硅层，或者，将所述硅衬底在氧化炉 管内采用湿氧法热氧化生长出厚度为1500 8000埃的二氧化硅层，即形成 所述导热绝缘层I ;(b) 形成多晶硅层及第一氧化层釆用低压化学气相沉积法在所述导热 绝缘层I上沉积厚度为6000 8000埃的多晶硅层，然后用离子注入机将P 型杂质硼离子或二氟化硼离子注入所述多晶硅层或者用离子注入机将N型 杂质磷离子或砷离子注入所述多晶硅层，再在氧化炉管内采用湿氧法在高温 下驱入，驱入同时热氧化生长出厚度为1000 3000埃的第一氧化层；(c) 形成阻挡层在光刻机上利用阻挡层掩模版进行光刻，再用含HF 的腐蚀液对所述第一氧化层的光刻图形部分进行蚀刻，去除所述光刻图形部 分内的所述第一氧化层，剩余的所述第一氧化层构成阻挡层；(d) 形成多晶硅块用离子注入机将与所述步骤(b)中注入所述多晶 硅层中的离子极性相反的N型杂质砷离子或磷离子注入所述多晶硅层内或 者在扩散炉管内将磷离子N型重掺杂注入所述多晶硅层内或者将与所述步 骤(b)中注入所述多晶硅层中的离子极性相反的P型杂质硼离子或二氟化 硼离子注入所述多晶硅层内，然后在光刻机上利用多晶硅层掩模版进行光 刻，再用湿法或干法蚀刻工艺对所述多晶硅层的光刻图形部分进行蚀刻，最 终剩余的多晶硅形成由所述多晶硅区I 、所述多晶硅区II组成的所述多晶硅 块；(e) 形成导热绝缘层II:在扩散炉管内在高温下釆用湿氧法将所述步骤 (d)中注入的砷离子或磷离子或硼离子或二氟化硼离子驱入所述多晶硅区II内，驱入同时热氧化生长出厚度为1000 3000埃的第二氧化层，使得所 述第二氧化层与所述阻挡层结合在一起形成所述氧化层并将所述多晶硅区I、所述多晶硅区n包覆在内部；或者，采用低压化学气相沉积法沉积二氧 化硅厚度为1000 3000埃的第二氧化层，使得所述第二氧化层与所述阻挡层结合在一起形成所述氧化层并将所述多晶硅区i、所述多晶硅区n包覆在内部；(f) 形成接触孔在光刻机上利用接触孔光刻版进行光刻，再用干法或 湿法蚀刻工艺对所述氧化层进行蚀刻，形成接触孔；(g) 形成金属层以溅射或蒸镀的方法沉积金属层，然后在光刻机上利 用金属光刻掩模版进行光刻，再用湿法或干法蚀刻工艺对金属层进行蚀刻， 蚀刻后剩余的金属层构成串联或并联或串并联组合连接的所述金属层；(h) LED裸芯片封装对于每个所述LED裸芯片，植金球栓或铜球栓 或锡球于两个分离的所述金属层上，再通过超声键合或回流焊将若干个所述 LED裸芯片倒装在金球栓或铜球栓或锡球上；或者，将各所述LED裸芯片 的所述衬底用银浆或锡粘合在所述金属层上，再根据串并联的需要将连接所 述LED裸芯片的电极接点通过金属线焊接在相邻的一个所述金属层上；或 者，将所述LED裸芯片的所述衬底用银浆或锡粘合在所述金属层上，再将 所述P型外延层、所述N型外延层分别通过金属线焊接在相邻的两个所述金 属层上。进一步，在步骤(a)之前还包括以下步骤 (a0)形成N+扩散层在高温扩散炉管内对所述硅衬底的正面掺杂N 型杂质磷，或者用离子注入法将杂质磷离子或砷离子注入所述硅衬底中再在 高温下驱入，形成内阻为10 40Q/口的所述N+扩散层。进一步，在步骤(g)与步骤(h)之间还包括以下步骤(g')形成散热层先将所述硅衬底的背面用研磨的方法减薄，再用金属溅射或蒸镀的方法沉积一层铝金属层或包含钛、镍、银材料的多层金属层 于所述硅衬底的背面，形成所述散热层。本发明的有益效果是由于本发明的带静电保护的高导通电压LED集成芯片若干个所述LED裸芯片之间通过所述金属层相连接组成电路，若干个所 述LED裸芯片之间可以串联或并联或串并联组合连接，多个所述LED裸芯 片分布面积广，发光效果更好，且制造成本比采用单颗面积较大的功率型LED 芯片更低；另外，本发明使用到集成电路的光刻、氧化、蚀刻等技术，所以 所述金属层的尺寸比现有在线路板上直接安装若干个LED的技术的金属层尺 寸更小，其占用面积较小，可实现小芯片集成，以达到降低成本的目的，故 本发明成本低、易于集成；由于本发明的带静电保护的高导通电压LED集成芯片所述硅衬底上生成有导热绝缘层i，所述导热绝缘层i上生成有导热绝缘层n，所述形成导热绝缘层II上沉积有金属层，各所述LED裸芯片正装或倒装在各所述金属层上， 若干个所述LED裸芯片之间通过所述金属层相连接组成电路，所述导热绝缘 层I与所述导热绝缘层II之间于每个所述LED裸芯片处均设有一个多晶硅 块，每个所述多晶硅块的中间为多晶硅区I、两侧为与所述多晶硅区I极性 相反的多晶硅区II ，两个分离的所述金属层分别与位于同一个所述多晶硅块 内的两侧的所述多晶硅区II相连接，每个所述LED裸芯片通过与其相接的两 个所述焊球将热量传到所述金属层或者通过衬底及金属线将热量传到所述金 属层，并通过所述多晶硅块、所述导热绝缘层II、所述导热绝缘层I将热量 传给所述硅衬底及所述散热层，所述导热绝缘层I由氮化硅层或二氧化硅层 或氮化硅层与二氧化硅层组合构成，所述导热绝缘层II由二氧化硅层构成， 其导热系数比一般导热胶高数10倍至100多倍，同时所述导热绝缘层I 、所 述导热绝缘层II的厚度薄，因此导热性好，所述金属层及所述散热层的面积 较大，热源较分散，散热效果好，使用寿命长，故本发明的带静电保护的高 导通电压LED集成芯片散热效果好、使用寿命长；由于本发明的带静电保护的高导通电压LED集成芯片所述硅衬底上生成 有导热绝缘层I ，所述导热绝缘层I与所述导热绝缘层II之间于每个所述 LED裸芯片处均设有一个多晶硅块，每个所述多晶硅块的中间为多晶硅区I 、两侧为与所述多晶硅区i极性相反的多晶硅区n，两个分离的所述金属层分 别与位于同一个所述多晶硅块内的两侧的所述多晶硅区n相连接，所述导热 绝缘层n的二氧化硅能够起到良好的导热及散热作用，同时二氧化硅的绝缘性好，使得本发明的集成芯片的耐高压性好，所述多晶硅区19与两侧的所述多晶硅区I15分别构成静电保护二极管，起到在封装过程中静电保护的作用，防止漏电或短路，各个所述LED裸芯片相互间可以产生串联或并联或串并联组合连接的多种电路连接方式，避免了现有的采用在一块金属衬底上各个LED裸芯片只能并联连接无法实现串联及串并联组合连接的弊端，同时多 晶硅的导热系数高，也能够起到良好的导热及散热作用，经试验，当将数个 串联的集成芯片再串联后的两极直接接于220V或110V的交流电源应用时， 本发明能够满足耐高压要求不漏电，故本发明的带静电保护的高导通电压 LED集成芯片耐高压性能好、散热效果好、可实现多种连接方式，为LED集 成芯片直接接于市电应用提供了广阔的前景；由于本发明的带静电保护的高导通电压LED集成芯片所述金属层的外表 面为反光面，所述LED裸芯片的PN结在底面发出的光线遇到所述金属层会 发生反射，反射的光线又从正面射出，这样从所述LED裸芯片的PN结的底 面发出的光得到了有效利用，减少了底面光的浪费，提高了发光效率，故本 发明的带静电保护的高导通电压LED集成芯片发光效率高、正面出光强度高；同理，采用本发明的制造方法制造的带静电保护的高导通电压LED集成 芯片具有上述优点，且该方法工艺简便，产品质量好。
图1是本发明实施例一带静电保护的高导通电压LED集成芯片的断面结 构示意图；图2是本发明实施例一带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造方 法中步骤(a)完成后的断面结构示意图；图3、图4是本发明实施例一带静电保护的高导通电压LED集成芯片的 制造方法中步骤(b)过程的断面结构示意图；图5是本发明实施例一带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造方 法中步骤(c)完成后的断面结构示意图；图6是本发明实施例一带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造方 法中步骤(d)完成后的断面结构示意图；图7是本发明实施例一带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造方 法中步骤(e)完成后的断面结构示意图；图8是本发明实施例一带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造方 法中步骤(f)完成后的断面结构示意图；图9是本发明实施例一带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造方 法中步骤(g)完成后的断面结构示意图；图10是本发明实施例一带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造 方法中步骤(g')完成后的断面结构示意图；图11是本发明实施例二带静电保护的高导通电压LED集成芯片的断面 结构示意图；图12是本发明实施例二带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造 方法中步骤(a0)完成后的断面结构示意图；图13是本发明实施例二带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造 方法中步骤(a)完成后的断面结构示意图；图14、图15是本发明实施例二带静电保护的高导通电压LED集成芯片 的制造方法中步骤(b)过程的断面结构示意图；图16是本发明实施例二带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造 方法中步骤(c)完成后的断面结构示意图；图17是本发明实施例二带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造 方法中步骤(d)完成后的断面结构示意图；图18是本发明实施例二带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造 方法中步骤(e)完成后的断面结构示意图；图19是本发明实施例二带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造 方法中步骤(f)完成后的断面结构示意图；图20是本发明实施例二带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造 方法中步骤(g)完成后的断面结构示意图；图21是本发明实施例二带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造 方法中步骤(g')完成后的断面结构示意图；图22是本发明实施例三带静电保护的高导通电压LED集成芯片的断面 结构示意图；图23是本发明实施例四带静电保护的高导通电压LED集成芯片的断面 结构示意图；图24是本发明实施例五带静电保护的高导通电压LED集成芯片的断面 结构示意图；图25是本发明实施例六带静电保护的高导通电压LED集成芯片的断面 结构示意图。
具体实施方式
实施例一.-如图1所示，本实施例的带静电保护的高导通电压LED集成芯片包括若 干个LED裸芯片1和硅衬底2，所述LED裸芯片1包括蓝宝石(A1203)衬 底10和氮化镓(GaN) N型外延层11、 P型外延层12，当然，所述衬底10 也可以为碳化硅(SiC)等其他材料的衬底，所述硅衬底2为P型硅衬底，所 述硅衬底2上生成有导热绝缘层141，所述导热绝缘层141由氮化硅层构成， 氮化硅的导热系数很高，其导热系数比一般导热胶高100多倍，同时所述导热绝缘层I41的厚度薄，因此导热性好，能够起到良好的导热及散热作用， 同时氮化硅的绝缘性好，使得本发明的集成芯片的耐高压性好，所述导热绝缘层141上生成有导热绝缘层I142，所述导热绝缘层I142由二氧化硅层构 成，所述导热绝缘层II42的二氧化硅的导热系数也较高，其导热系数比一般 导热胶高数10倍，同时所述导热绝缘层I42的厚度薄，因此导热性好，能 够起到良好的导热及散热作用，同时二氧化硅的绝缘性好，使得本发明的集 成芯片的耐高压性好，所述导热绝缘层I142上沉积有金属层6，所述金属层 6的外表面为反光面，所述金属层6为铝，当然也可以采用铜或硅铝合金， 所述金属层6既是电极、导电体，又是LED的散热片，还是底面光线的反光 体，所述硅衬底2的背面还有由包含钛、镍、银材料构成的散热层7，当然 所述散热层7也可以由一层金属铝构成，各所述LED裸芯片1对应的所述P 型外延层12、所述N型外延层11分别通过焊球80、 81倒装焊接在两个分离 的所述金属层6上，所述焊球80、 81为金球栓，当然也可以为铜球栓或锡球， 若干个所述LED裸芯片1之间通过所述金属层6相连接组成全串联的电路， 所述导热绝缘层I 41与所述导热绝缘层I142之间于每个所述LED裸芯片1 处均设有一个多晶硅块，每个所述多晶硅块的中间为多晶硅区19、两侧为与 所述多晶硅区19极性相反的多晶硅区I15，所述多晶硅区I9为P型，所述 多晶硅区I15为N型，两个分离的所述金属层6分别与位于同一个所述多晶 硅块内的两侧的所述多晶硅区I15相连接，所述多晶硅区I 9与两侧的所述多 晶硅区I15分别构成静电保护二极管，形成了静电保护装置，起到在封装过 程中静电保护的作用，防止漏电或短路，同时多晶硅的导热系数高，亦能够 起到良好的导热及散热作用。当然，所述硅衬底2也可以为N型硅衬底，所述导热绝缘层I 41也可以 由沉积的二氧化硅层或二氧化硅层与氮化硅层组合构成，若干个所述LED裸 芯片1之间也可以组成并联或串并联组合连接的电路。每个所述LED裸芯片1通过与其相接的两个所述焊球80、 81将热量传到所述金属层6，并通过所述多晶硅块、所述导热绝缘层n42、所述导热绝 缘层I 41将热量传给所述硅衬底2及所述散热层7，所述金属层6及所述散 热层7的面积较大，热源较分散，散热效果好，使用寿命长；另外，所述多 晶硅区I9与两侧的所述多晶硅区I15构成的静电保护装置耐高压静电性能 好，经试验，当将数个串联的集成芯片再串联后的两极直接接于220V或110V 的交流电源应用时，本发明能够满足耐高压要求不漏电，为LED集成芯片直 接接于市电应用提供了广阔的前景。如图1 图IO所示,本实施例的带静电保护的高导通电压LED集成芯片 的制造方法包括以下步骤-(a) 形成导热绝缘层I :采用低压化学气相沉积法在所述硅衬底2的 正面沉积厚度为3500埃的氮化硅层，即形成所述导热绝缘层I41，所述氮化 硅层的厚度范围可控制在1000 6000埃，所述氮化硅层的厚度随耐压要求的 提高而增加，厚度一般是按照每100V耐压需要1000埃的所述氮化硅层进行 控制，此步骤最后形成的断面图如图2所示；当然，所述导热绝缘层I41也 可以通过沉积二氧化硅形成，二氧化硅层的厚度范围可控制在1500 8000 埃，所述二氧化硅层的厚度随耐压要求的提高而增加，厚度一般是按照每 100V耐压需要1500埃的所述二氧化硅层进行控制；同理，所述导热绝缘层 141也可以由氮化硅层与二氧化硅层组合构，其厚度范围可按照上述规律进行控制成，比如先沉积形成400 8000埃的二氧化硅层再沉积形成厚度为 1000 6000埃的氮化硅层，或者先形成1000 6000埃的氮化硅层再形成厚度 为1500-8000埃的二氧化硅层；(b) 形成多晶硅层及第一氧化层采用低压化学气相沉积法在所述导热绝缘层I 41上沉积厚度为7000埃的多晶硅层卯，所述多晶硅层90的厚度 范围可控制在6000 8000埃，如图3所示，然后用离子注入机在50 100keV 的能量下将1 X 1013 5 X 1014/(^12剂量的P型杂质硼离子或二氟化硼离子注入 所述多晶硅层卯，注入剂量的多少决定所形成的静电保护二极管的导通电压的高低，通常注入剂量愈大，静电保护二极管的导通电压愈低，再在氧化炉管内采用湿氧法在90(TC 110(TC的高温下驱入，驱入同时热氧化生长出厚 度为2000埃的第一氧化层43，所述第一氧化层43的厚度范围可控制在 1000 3000埃，此步骤最后形成的断面图如图4所示；(c) 形成阻挡层在光刻机上利用阻挡层掩模版进行光刻，再用含HF 的腐蚀液对所述第一氧化层43的光刻图形部分进行蚀刻，去除所述光刻图形 部分内的所述第一氧化层43，剩余的所述第一氧化层43构成阻挡层，此步 骤最后形成的断面图如图5所示；(d) 形成多晶硅块用离子注入机在50 80keV的能量下将lX1015 5X10"/cn^剂量的N型杂质砷离子注入所述多晶硅层90内，当然也可以注 入磷离子或者在扩散炉管内将磷离子N型重掺杂注入所述多晶硅层90内， 然后在光刻机上利用多晶硅层掩模版进行光刻，再用湿法或干法蚀刻工艺对 所述多晶硅层90的光刻图形部分进行蚀刻，最终剩余的多晶硅形成由所述多 晶硅区I9、所述多晶硅区II5组成的所述多晶硅块，此步骤最后形成的断面 图如图6所示；(e) 形成导热绝缘层II:在扩散炉管内在900°C 1 IOO'C高温下采用湿氧法将砷离子或磷离子驱入所述多晶硅区n5内，驱入同时热氧化生长出厚度为2000埃的第二氧化层,所述第二氧化层的厚度范围可控制在1000 3000 埃，使得所述第二氧化层与所述阻挡层结合在一起形成所述导热绝缘层I142 并将所述多晶硅区I9、所述多晶硅区II5包覆在内部；当然，也可以采用低 压化学气相沉积法沉积二氧化硅厚度为1000 3000埃的第二氧化层，使得所 述第二氧化层与所述阻挡层结合在一起形成所述导热绝缘层1142并将所述多 晶硅区I9、所述多晶硅区I15包覆在内部，此步骤最后形成的断面图如图7 所示；(f) 形成接触孔在光刻机上利用接触孔光刻版进行光刻，再用干法 或湿法蚀刻工艺对所述导热绝缘层II42进行蚀刻，形成接触孔45，此步骤最后形成的断面图如图8所示；(g) 形成金属层以溅射或蒸镀的方法沉积厚度为20000埃的金属层， 所述金属层的厚度范围可控制在5000 40000埃，然后在光刻机上利用金属 光刻掩模版进行光刻，再用半导体工艺常用的干法蚀刻工艺对金属层进行蚀 刻，当然，也可以采用湿法蚀刻对金属层进行蚀刻，蚀刻后剩余的金属层与 倒装后的LED构成串联或并联或串并联组合连接电路的所述金属层6，此步 骤最后形成的断面图如图9所示；(g')形成散热层先将所述硅衬底2的背面用研磨的方法减薄，将所 述硅衬底2的厚度由400 650微米减薄至200 250微米，以提高散热能力， 再用金属溅射或蒸镀的方法沉积一层铝金属层或包含钛、镍、银材料的多层 金属层于所述硅衬底2的背面，形成所述散热层7，此步骤最后形成的断面 图如图IO所示；(h) LED裸芯片封装对于每个所述LED裸芯片1，植金球栓于两个 分离的所述金属层6上，再通过超声键合将若干个所述LED裸芯片1倒装在 金球栓上，当然金球栓也可以采用铜球栓或锡球代替，当采用锡球时，需通 过回流焊将若干个所述LED裸芯片1倒装在锡球上，此步骤最后形成的断面 图如图l所示。实施例二如图11所示，本实施例的带静电保护的高导通电压LED集成芯片包括 若干个LED裸芯片1和硅衬底2，所述LED裸芯片1包括蓝宝石(A1203) 衬底10和氮化镓(GaN) N型外延层11、 P型外延层12，当然，所述衬底 IO也可以为碳化硅(SiC)等其他材料的衬底，所述硅衬底2为P型硅衬底， 所述硅衬底2上生成有导热绝缘层I 41，所述导热绝缘层I 41由二氧化硅构 成，二氧化硅的导热系数较高，其导热系数比一般导热胶高数10倍，同时所 述导热绝缘层I41的厚度薄，因此导热性好，能够起到良好的导热及散热作 用，同时二氧化硅的绝缘性好，使得本发明的集成芯片的耐高压性好，所述硅衬底2的正面向内扩散有一层N+扩散层3，所述导热绝缘层I 41上生成有 导热绝缘层I142，所述导热绝缘层I142由二氧化硅层构成，同理所述导热绝 缘层II42的导热性及绝缘性好，也使得本发明的集成芯片的耐高压性好，所 述导热绝缘层II42上沉积有金属层6，所述金属层6的外表面为反光面，所 述金属层6为铝，当然也可以釆用铜或硅铝合金，所述金属层6既是电极、 导电体，又是LED的散热片，还是底面光线的反光体，所述硅衬底2的背面 还有由包含钛、镍、银材料构成的散热层7,当然所述散热层7也可以由一 层金属铝构成，各所述LED裸芯片1对应的所述P型外延层12、所述N型 外延层11分别通过焊球80、 81倒装焊接在两个分离的所述金属层6上，所 述焊球80、 81为金球栓，当然也可以为铜球栓或锡球，若干个所述LED裸 芯片1之间通过所述金属层6相连接组成全串联的电路，所述导热绝缘层I 41与所述导热绝缘层I142之间于每个所述LED裸芯片1处均设有一个多晶 硅块，每个所述多晶硅块的中间为多晶硅区19、两侧为与所述多晶硅区I9 极性相反的多晶硅区I15，所述多晶硅区I9为N型，所述多晶硅区II5为P 型，两个分离的所述金属层6分别与位于同一个所述多晶硅块内的两侧的所 述多晶硅区II5相连接，所述多晶硅区19与两侧的所述多晶硅区II5分别构 成静电保护二极管，形成了静电保护装置，起到在封装过程中静电保护的作 用，防止漏电或短路，同时多晶硅的导热系数高，也能够起到良好的导热及 散热作用。当然，所述硅衬底2也可以为N型硅衬底，所述导热绝缘层I 41也可以 由氮化硅层或二氧化硅层与氮化硅层组合构成，若干个所述LED裸芯片1之 间也可以组成并联或串并联组合连接的电路。每个所述LED裸芯片1通过与其相接的两个所述焊球80、 81将热量传 到所述金属层6，并通过所述多晶硅块、所述导热绝缘层I142、所述导热绝 缘层I 41将热量传给所述硅衬底2及所述散热层7，所述金属层6及所述散 热层7的面积较大，热源较分散，散热效果好，使用寿命长；另外，所述多晶硅区I 9与两侧的所述多晶硅区115构成的静电保护装置耐高压性能好，经 试验，当将数个串联的集成芯片再串联后的两极直接接于220V或110V的交 流电源应用时，本发明能够满足耐高压要求不漏电，为LED集成芯片直接接 于市电应用提供了广阔的前景。如图11 图21所示，本实施例的带静电保护的高导通电压LED集成芯 片的制造方法包括以下步骤(aO)形成N+扩散层在高温扩散炉管内在900。C 1000。C下对所述硅 衬底2的正面掺杂N型杂质磷，形成内阻为10 40 Q/口的所述N+扩散层3， 当然，也可以用离子注入法将杂质磷离子或砷离子注入所述硅衬底2中，再 在高温下驱入所述硅衬底2，此步骤最后形成的断面图如图12所示；(a) 形成导热绝缘层I:将所述硅衬底2在氧化炉管内在90(TC 1100 'C高温下采用湿氧法热氧化生长出厚度为5000埃的二氧化硅层，即形成所述 导热绝缘层I41，所述二氧化硅层的厚度范围可控制在3000 8000埃，所述 二氧化硅层的厚度随耐压要求的提高而增加，厚度一般是按照每100V耐压 需要1500埃的所述二氧化硅层进行控制；同理，所述导热绝缘层I41也可 以由二氧化硅层与氮化硅层组合构成，其厚度范围可参照实施例一进行控制； 此步骤最后形成的断面图如图13所示；(b) 形成多晶硅层及第一氧化层采用低压化学气相沉积法在所述导热 绝缘层I 41上沉积厚度为7000埃的多晶硅层卯，所述多晶硅层90的厚度范 围可控制在6000 8000埃，如图14所示，然后用离子注入机在50 80keV 的能量下将lXl(^ 5X10"/cr^剂量的N型杂质砷离子注入所述多晶硅层 90内，注入剂量的多少决定所形成的静电保护二极管的导通电压的高低，通 常注入剂量愈大，静电保护二极管的导通电压愈低，当然也可以注入磷离子， 再在氧化炉管内采用湿氧法在在卯0'C 110(TC的高温下驱入，驱入同时热 氧化生长出厚度为2000埃的第一氧化层43，所述第一氧化层43的厚度范围 可控制在1000 3000埃，此步骤最后形成的断面图如图15所示；(C)形成阻挡层在光刻机上利用阻挡层掩模版进行光刻，再用含HF的腐蚀液对所述第一氧化层43的光刻图形部分进行蚀刻，去除所述光刻图形 部分内的所述第一氧化层43，剩余的所述第一氧化层43构成阻挡层，此步 骤最后形成的断面图如图16所示；(d) 形成多晶硅块用离子注入机在50 100keV的能量下将1 X 10|5 5X 10"/ci^剂量的P型杂质硼离子或二氟化硼离子注入所述多晶硅层卯内， 然后在光刻机上利用多晶硅层掩模版进行光刻，再用湿法或干法蚀刻工艺对 所述多晶硅层90的光刻图形部分进行蚀刻，最终剩余的多晶硅形成由所述多 晶硅区I9、所述多晶硅区II5组成的所述多晶硅块，此步骤最后形成的断面 图如图17所示；(e) 形成导热绝缘层n:在扩散炉管内在9oo。c iio(rc高温下采用湿氧法将硼离子或二氟化硼离子驱入所述多晶硅区I15内，驱入同时热氧化生 长出厚度为2000埃的第二氧化层，所述第二氧化层的厚度范围可控制在 1000 3000埃，使得所述第二氧化层与所述阻挡层结合在一起形成所述导热 绝缘层II42并将所述多晶硅区I9、所述多晶硅区II5包覆在内部；当然，也 可以采用低压化学气相沉积法沉积二氧化硅厚度为1000 3000埃的第二氧 化层，使得所述第二氧化层与所述阻挡层结合在一起形成所述导热绝缘层II 42并将所述多晶硅区19、所述多晶硅区II5包覆在内部，此步骤最后形成的 断面图如图18所示；(f) 形成接触孔在光刻机上利用接触孔光刻版进行光刻，再用干法或 湿法蚀刻工艺对所述导热绝缘层II42进行蚀刻，形成接触孔45，此步骤最后 形成的断面图如图19所示；(g) 形成金属层以溅射或蒸镀的方法沉积厚度为20000埃的金属层， 所述金属层的厚度范围可控制在5000 40000埃，然后在光刻机上利用金属 光刻掩模版进行光刻，再用半导体工艺常用的干法蚀刻工艺对金属层进行蚀 刻，当然，也可以采用湿法蚀刻对金属层进行蚀刻，蚀刻后剩余的金属层与倒装后的LED构成串联或并联或串并联组合连接电路的的所述金属层6，此 步骤最后形成的断面图如图20所示；(g')形成散热层先将所述硅衬底2的背面用研磨的方法减薄，将所 述硅衬底2的厚度由400 650微米减薄至200 250微米，以提高散热能力， 再用金属溅射或蒸镀的方法沉积一层铝金属层或包含钛、镍、银材料的多层 金属层于所述硅衬底2的背面，形成所述散热层7，此步骤最后形成的断面 图如图21所示；(h) LED裸芯片封装对于每个所述LED裸芯片1 ，植金球栓于两个 分离的所述金属层6上，再通过超声键合将若干个所述LED裸芯片1倒装在 金球栓上，当然金球栓也可以采用铜球栓或锡球代替，当采用锡球时，需通 过回流焊将若干个所述LED裸芯片1倒装在锡球上，此步骤最后形成的断面 图如图ll所示。实施例三如图22所示，本实施例与实施例一的区别在于本实施例的带静电保护 的高导通电压LED集成芯片中所述LED裸芯片1为单电极芯片，所述LED 裸芯片1包括砷化镓(GaAs)衬底10和N型外延层11、 P型外延层12，当 然，所述衬底10也可以为碳化硅(SiC)等其他材料的衬底，各所述LED裸 芯片1正装在各所述金属层6上并通过所述金属层6相连接组成全串联的电 路，所述衬底10用银浆或锡粘合在所述金属层6上，所述LED裸芯片1的 电极接点通过金属线41焊接在相邻的一个所述金属层6上。本实施例其余特征同实施例一。实施例四如图23所示，本实施例与实施例二的区别在于本实施例的带静电保护 的高导通电压LED集成芯片中所述LED裸芯片1为单电极芯片，所述LED 裸芯片1包括砷化镓(GaAs)衬底10和N型外延层11、 P型外延层12，当然，所述衬底IO也可以为碳化硅(SiC)等其他材料的衬底，各所述LED裸 芯片1正装在各所述金属层6上并通过所述金属层6相连接组成全串联的电 路，所述衬底10用银浆或锡粘合在所述金属层6上，所述LED裸芯片1的 电极接点通过金属线41焊接在相邻的一个所述金属层6上。本实施例其余特征同实施例二。实施例五如图24所示，本实施例与实施例一的不同之处在于所述LED裸芯片1 为双电极芯片，所述衬底IO为氧化铝(蓝宝石，A1203)衬底，所述P型外 延层12、所述N型外延层11分别通过金属线43、 45焊接在相邻的两个所述 金属层6上。本实施例其余特征同实施例一。 实施例六如图25所示，本实施例与实施例二的不同之处在于所述LED裸芯片1 为双电极芯片，所述衬底IO为氧化铝(蓝宝石，A1203)衬底，所述P型外 延层12、所述N型外延层11分别通过金属线43、 45焊接在相邻的两个所述 金属层6上。本实施例其余特征同实施例二。本发明的带静电保护的高导通电压LED集成芯片将若干个所述LED裸 芯片1集成在一个所述硅衬底2上，散热效果好、使用寿命长，提高了发光 效率，成本低，易于实现多芯片集成，耐高压性能好，尤其能耐220V或110V 的交流市电电压，为LED集成芯片的应用提供了广阔的前景；同理，采用本 发明的制造方法制造的带静电保护的高导通电压LED集成芯片具有上述优 点，且该方法工艺简便，产品质量好。本发明可广泛应用于LED集成芯片领域。
权利要求
1、一种带静电保护的高导通电压LED集成芯片，包括若干个LED裸芯片(1)和硅衬底(2)，所述LED裸芯片(1)包括衬底(10)和N型外延层(11)、P型外延层(12)，其特征在于所述硅衬底(2)上生成有导热绝缘层I(41)，所述导热绝缘层I(41)上生成有导热绝缘层II(42)，所述导热绝缘层II(42)上沉积有金属层(6)，各所述LED裸芯片(1)正装或倒装在各所述金属层(6)上，若干个所述LED裸芯片(1)之间通过所述金属层(6)相连接组成电路，所述导热绝缘层I(41)与所述导热绝缘层II(42)之间于每个所述LED裸芯片(1)处均设有一个多晶硅块，每个所述多晶硅块的中间为多晶硅区I(9)、两侧为与所述多晶硅区I(9)极性相反的多晶硅区II(5)，两个分离的所述金属层(6)分别与位于同一个所述多晶硅块内的两侧的所述多晶硅区II(5)相连接。
2、 根据权利要求1所述的带静电保护的高导通电压LED集成芯片，其特征 在于各所述LED裸芯片(1)对应的所述P型外延层(12)、所述N型 外延层(11)分别通过焊球(80、 81)倒装焊接在两个分离的所述金属层(6)上，所述焊球(80、 81)为金球栓或铜球栓或锡球。
3、 根据权利要求1所述的带静电保护的高导通电压LED集成芯片，其特征 在于所述LED裸芯片(1)为单电极芯片，所述衬底(10)为砷化镓或 碳化硅衬底，所述衬底(10)用银浆或锡粘合在所述金属层(6)上，所 述LED裸芯片(1)的电极接点通过金属线(41)焊接在相邻的一个所述 金属层(6)上。
4、 根据权利要求1所述的带静电保护的高导通电压LED集成芯片，其特征 在于所述LED裸芯片(1)为双电极芯片，所述衬底(10)为氧化铝衬 底，所述衬底(10)用银浆或锡粘合在所述金属层(6)上，所述P型外 延层(12)、所述N型外延层(11)分别通过金属线(42、 43)焊接在相 邻的两个所述金属层(6)上。
5、 根据权利要求1所述的带静电保护的高导通电压LED集成芯片，其特征 在于所述硅衬底(2)的正面向内扩散有一层N+扩散层(3)。
6、 根据权利要求1所述的带静电保护的高导通电压LED集成芯片，其特征 在于所述硅衬底(2)的背面还有由一层或多层金属构成的散热层(7)。
7、 根据权利要求1至6任意一项所述的带静电保护的高导通电压LED集成 芯片，其特征在于若干个所述LED裸芯片(1)之间串联或并联或串并 联组合连接，所述导热绝缘层I (41)由氮化硅层或二氧化硅层或氮化硅 层与二氧化硅层组合构成，所述导热绝缘层II (42)由二氧化硅层构成， 所述金属层(6)的外表面为反光面，所述硅衬底(2)为P型或N型， 所述金属层(6)为铝或铜或硅铝合金。
8、 一种用于制造权利要求1所述的带静电保护的高导通电压LED集成芯片 的方法，其特征在于包括以下步骤(a) 形成导热绝缘层I :采用低压化学气相沉积法在所述硅衬底(2) 的正面沉积氮化硅或二氧化硅或二者都沉积，形成厚度为1000 6000埃的氮化硅层或厚度为1500 8000埃的二氧化硅层或先形成 400 8000埃的二氧化硅层再形成厚度为1000 6000埃的氮化硅 层或先形成1000-6000埃的氮化硅层再形成厚度为1500-8000埃的 二氧化硅层，或者，将所述硅衬底(2)在氧化炉管内采用湿氧法 热氧化生长出厚度为1500 8000埃的二氧化硅层，即形成所述导 热绝缘层I (41);(b) 形成多晶硅层及第一氧化层采用低压化学气相沉积法在所述导热 绝缘层I (41)上沉积厚度为6000 8000埃的多晶硅层(90)，然 后用离子注入机将P型杂质硼离子或二氟化硼离子注入所述多晶 硅层(90)或者用离子注入机将N型杂质磷离子或砷离子注入所 述多晶硅层(90)，再在氧化炉管内采用湿氧法在高温下驱入，驱 入同时热氧化生长出厚度为1000 3000埃的第一氧化层(43);(c) 形成阻挡层在光刻机上利用阻挡层掩模版进行光刻，再用含HF 的腐蚀液对所述第一氧化层(43)的光刻图形部分进行蚀刻，去除 所述光刻图形部分内的所述第一氧化层(43)，剩余的所述第一氧 化层(43)构成阻挡层；(d) 形成多晶硅块用离子注入机将与所述步骤(b)中注入所述多晶 硅层(90)中的离子极性相反的N型杂质砷离子或磷离子注入所 述多晶硅层(90)内或者在扩散炉管内将磷离子N型重掺杂注入 所述多晶硅层(卯)内或者将与所述步骤(b)中注入所述多晶硅 层(90)中的离子极性相反的P型杂质硼离子或二氟化硼离子注入 所述多晶硅层(90)内，然后在光刻机上利用多晶硅层掩模版进行 光刻，再用湿法或干法蚀刻工艺对所述多晶硅层(90)的光刻图形 部分进行蚀刻，最终剩余的多晶硅形成由所述多晶硅区I (9)、所 述多晶硅区II (5)组成的所述多晶硅块；(e) 形成导热绝缘层II:在扩散炉管内在高温下采用湿氧法将所述步骤(d)中注入的砷离子或磷离子或硼离子或二氟化硼离子驱入所述 多晶硅区II (5)内，驱入同时热氧化生长出厚度为1000 3000埃 的第二氧化层，使得所述第二氧化层与所述阻挡层结合在一起形成 所述导热绝缘层II (42)并将所述多晶硅区I (9)、所述多晶硅区 II (5)包覆在内部；或者，采用低压化学气相沉积法沉积二氧化 硅厚度为1000 3000埃的第二氧化层，使得所述第二氧化层与所 述阻挡层结合在一起形成所述导热绝缘层II (42)并将所述多晶硅 区I (9)、所述多晶硅区II (5)包覆在内部；(f) 形成接触孔在光刻机上利用接触孔光刻版进行光刻，再用干法或 湿法蚀刻工艺对所述导热绝缘层II (42)进行蚀刻，形成接触孔(45);(g) 形成金属层以溅射或蒸镀的方法沉积金属层，然后在光刻机上利 用金属光刻掩模版进行光刻，再用湿法或干法蚀刻工艺对金属层进行蚀刻，蚀刻后剩余的金属层构成所述金属层(6);(h) LED裸芯片封装对于每个所述LED裸芯片(1)，植金球栓或铜 球栓或锡球于两个分离的所述金属层(6)上，再通过超声键合或 回流焊将若干个所述LED裸芯片(1)倒装在金球栓或铜球栓或锡 球上；或者，将各所述LED裸芯片(1)的所述衬底(10)用银浆 或锡粘合在所述金属层(6)上，再根据串并联的需要将连接所述 LED裸芯片(1)的电极接点通过金属线(41)焊接在相邻的一个 所述金属层(6)上；或者，将所述LED裸芯片(1)的所述衬底 (10)用银浆或锡粘合在所述金属层(6)上，再将所述P型外延 层(12)、所述N型外延层(11)分别通过金属线(42、 43)焊接 在相邻的两个所述金属层(6)上。
9、 根据权利要求8所述的带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造方 法，其特征在于所述硅衬底(2)的正面向内扩散有一层N+扩散层(3)， 在步骤(a)之前还包括以下步骤(a0)形成N+扩散层在高温扩散炉管内对所述硅衬底(2)的正面掺杂N 型杂质磷，或者用离子注入法将杂质磷离子或砷离子注入所述硅衬 底(2)中再在高温下驱入，形成内阻为10 40Q/口的所述N+扩散 层(3)。
10、 根据权利要求8所述的带静电保护的高导通电压LED集成芯片的制造方 法，其特征在于所述硅衬底(2)的背面还有由一层或多层金属构成的 散热层(7)，在步骤(g)与步骤(h)之间还包括以下步骤(g')形成散热层先将所述硅衬底(2)的背面用研磨的方法减薄，再用金属溅射或蒸镀的方法沉积一层铝金属层或包含钛、镍、银材料的多层金属层于所述硅衬底(2)的背面，形成所述散热层(7)。
全文摘要
本发明公开了一种成本低、易于集成、散热效果好、耐高压性能好的带静电保护的高导通电压LED集成芯片及制造方法。该芯片包括若干个带有衬底(10)、N型外延层(11)、P型外延层(12)的LED裸芯片(1)和硅衬底(2)，硅衬底(2)上依次设有导热绝缘层I(41)、导热绝缘层II(42)，导热绝缘层II(42)上有金属层(6)，导热绝缘层I(41)与导热绝缘层II(42)之间于每个LED裸芯片(1)处均设有一个多晶硅块，每个多晶硅块的中间为多晶硅区I(9)、两侧为与多晶硅区I(9)极性相反的多晶硅区II(5)，两个分离的金属层(6)分别与位于同一个多晶硅块内的多晶硅区II(5)相连接。制造方法包括形成两个导热绝缘层、多晶硅块、金属层及倒装的步骤。
文档编号H01L21/48GK101330078SQ20081002969
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月23日 优先权日2008年7月23日
发明者吴俊纬 申请人:广州南科集成电子有限公司