专利名称：一种半导体基片的大面积邦定结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体工艺，特别是一种半导体基片的大面积邦定结构及其制造方法。
背景技术：
发光二极管在固态照明领域的应用范围越来越广，相应的，对提高发光功率和可靠性都有了较高的要求，采用整片邦定工艺制备的垂直结构LED具有很好的器件散热性、较高的光萃取效率，可以很好的应用于高端LED应用中。很多公司在现有的整片邦定工艺方面申请了专利，基本的工艺特点均在LED外延片和支撑基片表面采用光滑的金属结合面，通过提高温度和压力使结合面发生结合。但是，现有技术的整片邦定工艺的成品率很低，对工艺环境的洁净度、对邦定用LED外延片和支撑基片的表面颗粒度等要求很高，同时邦定工艺需要的工艺温度和压力也比较高，种种因素造成整片邦定LED工艺的应用大受限制。同时，随着LED外延片尺寸的增加和硅衬底LED外延片的出现， 此类工艺限制造成的问题越来越突出。同样的，在多结太阳能电池领域、微电子领域，大面积邦定技术存在同样的技术难题。但是邦定工艺的优势很大，例如，在聚光多结太阳能电池应用中，利用金属支撑基板与多结太阳能电池外延材料进行邦定，结合剥离工艺移除原外延衬底，可以减低重量，降低成本，提高散热性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体基片的大面积邦定结构及其制造方法，可以极大提闻这种大面积基片邦定工艺的成品率。实现本发明目的的技术解决方案为:
一种半导体基片的大面积邦定结构，包括邦定用半导体基片和邦定用支撑基片，邦定用半导体基片、邦定用支撑基片表面上均设置有键合层，邦定用半导体基片和邦定用支撑基片至少一边的键合层上具有规则或无规则分布的微凸块；邦定用半导体基片键合层与邦定用支撑基片键合层通过邦定工艺进行键合。邦定用半导体基片表面制备有接触层，在接触层之上形成键合层；邦定用支撑基片包括支撑基片和接触层，接触层形成于支撑基片上，在接触层之上形成键合层。所述邦定用半导体基片和邦定用支撑基片键合层上的微凸块的厚度介于(T15微米之间，厚度为均匀分布；所述微凸块的形状包括圆形、环形、长条形、多边形或其组合。键合层及微凸块的材料为In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ag、T1、Pb、Pd、Ge、Cu、AuBe、AuGe、N1、PbSn或AuZn中的至少一种材料或上述材料的任意组合。邦定用半导体基片键合层与邦定用支撑基片键合层通过邦定工艺进行点接触或线接触方式的键合。邦定用半导体基片与邦定用支撑基片进行邦定工艺时，优选邦定用半导体基片键合层的微凸块与邦定用支撑基片键合层的微凸块以交叉方向进行键合，形成点接触键合；邦定用半导体基片与邦定用支撑基片进行邦定工艺时，优选邦定用半导体基片键合层的微凸块与邦定用支撑基片键合层的微凸块以相互平行方向进行键合，形成线接触键合。邦定用半导体基片所用衬底材料优选为A1203、S1、SiC、GaP、GaAs、GaAsP、InP、Ge、Ga203、SOI衬底、金属、玻璃、陶瓷或石英；邦定用支撑基片所用材料优选为A1203、S1、SiC、GaP> InP、Ge、金属、玻璃、陶瓷或石英。邦定用半导体基片表面制备的接触层，与半导体基片表面形成紧密接触，该接触层所含材料为 In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ag、T1、Pb、Pd、Ge、Cu、AuBe> AuGe> N1、PbSn、AuZn、SiNx、Al2O3' ITO、ZnO, TiO2' Si02、MgO、MgF 中的至少一种材料。支撑基片上接触层的材料为选自于In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ag、T1、Pb、Pd、Ge、Cu、AuBe、AuGe、N1、PbSn或AuZn中的至少一种材料或上述材料的任意组合。一种半导体基片 的大面积邦定结构的制造方法，包括如下步骤:
步骤I):在邦定用半导体基片和邦定用支撑基片上制备接触层，在接触层之上制备键合层，邦定用半导体基片和邦定用支撑基片至少一边的键合层上设有规则或无规则分布微凸块；
步骤2):将邦定用半导体基片键合层与支撑基片键合层通过邦定工艺进行键合，形成点或线接触方式的邦定结构。本发明与现有技术相比，其显著优点:(1)通过在半导体基片与邦定用基板上制备不同方向的绑定用金属凸块，将原来邦定技术的面接触改变为均匀的金属点接触或线接触，可以大幅降低邦定工艺所需的压力和温度，同时降低对表面清洁度的要求，避免了原有工艺中表面沾污颗粒对接触面的损伤，大幅提高了邦定工艺的成品率。(2)如果半导体基片圆片邦定的金属凸点图形和范围依据版图设计的芯片范围设计，芯片周围的划片间道不存在邦定用金属层，则还可以大幅减少划片时金属粘连造成的漏电等问题。
图1，左侧图(a)为LED外延片，右侧图(b)为邦定用支撑基板，后续附图同样。图2为LED外延片的基本结构。图3为LED外延片上制备用于邦定的金属层后的示意图。图4为用于邦定的支撑基片的剖面示意图。图5至图9为LED外延片与邦定用基板具有不同凸块形状的不意图。图10为线接触的邦定结构示意图。图11为点接触的邦定结构示意图。其中，标注说明:
100:半导体基片
101:衬底；
102:缓冲层；
103:第一导电类型半导体层；104:发光有源层；
105:第二导电类型半导体层；
106:接触层；
107:键合层；
其中，101层至105层构成权利要求书中所述的一种半导体基片100。201:支撑基片；
202:接触层；
203:键合接触层。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以一种垂直结构发光元件为例，提出一种邦定结构及工艺制备方法:
邦定用LED外延片包括: 衬底；
缓冲层；
第一导电类型半导体层形成于该缓冲层上；
发光有源层形成于该第一导电类型半导体层上；
第二导电类型半导体层形成于该发光有源层上；
接触层形成于该第二导电类型半导体层上，并与该第二导电类型半导体层形成欧姆接
触；
在接触层之上形成键合层，键合层上具有规则或无规则分布微凸块，用以与支撑基片上键合接触层进行键合；
所述的微凸块的厚度介于0.ris微米之间，厚度为均匀分布；所述的微凸块的形状包括圆形、长条形、多边形、或其组合。邦定用支撑基片包括:
支撑基片；
接触层；
在接触层之上形成键合接触层，键合层上具有规则或无规则分布微凸块，用以与LED外延片上键合接触层进行键合；
所述的微凸块的厚度介于0.f 15微米之间，厚度为均匀分布；所述的微凸块的形状包括圆形、长条形、多边形、或其组合；微凸块的材料包括至少一种材料选自于In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ag、T1、Pb、Pd、Ge、Cu、Ni 构成的材料群组。LED外延片与支撑基片制备工艺完成后，通过绑定工艺将两者绑定结合；
通过剥离工艺将LED外延片的衬底去除，剥离工艺包括但不限于湿法腐蚀、干法刻蚀、机械减薄、激光剥离等技术。具体实施例1，应用于四元系发光二极管的大面积邦定工艺，通常，四元系发光二极管所用衬底为砷化镓衬底101，在砷化镓衬底上外延生长砷化镓缓冲层102 ;生长第一导电类型半导体层103包括:n型砷化镓层、n型InGaP腐蚀停止层、n型掺杂的InGaAlP层；生长多量子阱发光有源层104 ;生长第二导电类型半导体层105:p型掺杂的InGaAlP、p型掺杂的GaP。至此，四元系LED外延片生长完毕。为了进行后续的绑定工艺，在第二导电类型半导体层105上制备接触层106，其与该第二导电类型半导体层形成欧姆接触，形成接触层的金属优选包括T1、Al、Au、N1、Cu、Cr中的一种,形成接触层的面积可以包括或不包括外延片或已加工大面积外延片的全部面积，如附图5所示，在整个外延片的表面形成了欧姆接触层106，也可以如附图6至附图9所示，根据版图设计以及具体的芯片设计，在外延片表面形成一定形状、占有一定面积的欧姆接触层106，这样的好处是:在后续的芯片分割工艺中，可以使分割边界无金属存在，提高芯片的可靠性；制备好欧姆接触层106后，制备其上的绑定键合层107,这一层包括一金属或合金材料,例如钛、镍、铜、金、银、招、或锡合金。绑定键合层的常用图案包括附图5至附图9的图案，这些微凸块可以采用现有的光刻及蚀刻或剥离方式进行图案化并蚀刻一部分深度的电极层以形成多个微凸块，或者可以选择性地以电镀形成。微凸块的厚度为0.1 20um，形状则可为多边形、圆形、或长条形。对于绑定用支撑基板，首先在基板201表面制备接触层202，其与基板表面形成良好的粘附接触，形成接触层的金属优选包括T1、Al、Au、N1、Cu、Cr中的一种，形成接触层的面积可以包括或不包括外延片或已加工大面积外延片的全部面积，如附图5所示，在整个基片的表面形成了接触层202， 也可以如附图6至附图9所示，根据版图设计以及具体的芯片设计，在基片表面形成一定形状、占有一定面积的粘附接触层202，优选的，基片表面的接触层金属202的设计图案与外延片表面的接触层106的图案相对应，这样的好处是:在后续的芯片分割工艺中，可以使分割边界无金属存在，提高芯片的可靠性；制备好粘附接触层202后，制备其上的绑定键合层203，这一层包括至少一种材料选自于In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ag、T1、Pb、Pd、Ge、Cu、Ni构成的材料群组。绑定键合层的常用图案包括附图5至附图7的图案，优选的，支撑基板的绑定键合层微凸块的延伸方向与外延片表面的键合层微凸块的方向成一角度，这样的好处是:外延片表面的键合层微凸块与支撑基板的绑定键合层微凸块在键合时以点状接触相键合，将原来邦定技术的面接触改变为均匀的金属点接触，可以大幅降低邦定工艺所需的压力和温度，同时降低对表面清洁度的要求，大幅提高了邦定工艺的成品率。这些微凸块可以采用现有的光刻及蚀刻或剥离方式进行图案化并蚀刻一部分深度的电极层以形成多个微凸块，或者可以选择性地以电镀形成。微凸块的厚度为0.1 20um,形状则可为多边形、圆形、或长条形。特别的，如附图8所示，支撑基板的绑定键合层微凸块的延伸方向与外延片表面的键合层微凸块的方向平行，但键合时两面的微凸块相交错而键合，这样也可以将原来邦定技术的面接触改变为均匀的金属条线接触，可以大幅降低邦定工艺所需的压力和温度，同时降低对表面清洁度的要求，大幅提高了邦定工艺的成品率。特别的，如附图9所示，支撑基板或外延片表面的绑定键合层形成点状微凸块，而相对的外延片表面的绑定键合层或支撑基板的表面的绑定键合层为平面，键合时一侧的点状微凸块与另一侧的平面键合层形成点接触，这样也可以将原来邦定技术的面接触改变为金属点接触，可以大幅降低邦定工艺所需的压力和温度，同时降低对表面清洁度的要求，大幅提闻了邦定工艺的成品率。这里，具体的键合方式包括热压或超声键合，优选加热加压键和。对于如附图5所示的全面积图案分布，可以直接键合即可；对于如附图6 附图9所示的部分面积图案分布，则可以采用光刻对准方式，使两侧对应图案相对应键合。
图10为采用线接触方式的邦定后结构示意图。图11为采用点接触方式的邦定后结构示意图。
权利要求
1.一种半导体基片的大面积邦定结构，包括邦定用半导体基片和邦定用支撑基片，其特征在于:邦定用半导体基片、邦定用支撑基片表面上均设置有键合层，邦定用半导体基片和邦定用支撑基片至少一边的键合层上具有规则或无规则分布的微凸块；邦定用半导体基片键合层与邦定用支撑基片键合层通过邦定工艺进行键合。
2.根据权利要求1所述的半导体基片的大面积邦定结构，其特征在于:邦定用半导体基片表面制备有接触层，在接触层之上形成键合层；邦定用支撑基片包括支撑基片和接触层，接触层形成于支撑基片上，在接触层之上形成键合层。
3.根据权利要求1所述的半导体基片的大面积邦定结构，其特征在于:所述邦定用半导体基片和邦定用支撑基片键合层上的微凸块的厚度介于(T15微米之间，厚度为均匀分布；所述微凸块的形状包括圆形、环形、长条形、多边形或其组合。
4.根据权利要求1所述的半导体基片的大面积邦定结构，其特征在于:键合层及微凸块的材料为 In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ag、T1、Pb、Pd、Ge、Cu、AuBe> AuGe> N1、PbSn 或 AuZn 中的至少一种材料或上述材料的任意组合。
5.根据权利要求1所述的半导体基片的大面积邦定结构，其特征在于:邦定用半导体基片键合层与邦定用支撑基片键合层通过邦定工艺进行点接触或线接触方式的键合。
6.根据权利要求1或5所述的半导体基片的大面积邦定结构，其特征在于:邦定用半导体基片与邦定用支撑基片进行邦定工艺时，优选邦定用半导体基片键合层的微凸块与邦定用支撑基片键合层的微凸块以交叉方向进行键合，形成点接触键合；邦定用半导体基片与邦定用支撑基片进行邦定工艺时，优选邦定用半导体基片键合层的微凸块与邦定用支撑基片键合层的微凸块以相互平行方向进行键合，形成线接触键合。
7.根据权利要求1所述的 半导体基片的大面积邦定结构，其特征在于:邦定用半导体基片所用衬底材料优选为 Al203、S1、SiC、GaP、GaAs、GaAsP、InP、Ge、Ga2O3、SOI 衬底、金属、玻璃、陶瓷或石英；邦定用支撑基片所用材料优选为A1203、S1、SiC、GaP, InP, Ge、金属、玻璃、陶瓷或石英。
8.根据权利要求1所述的半导体基片的大面积邦定结构，其特征在于:邦定用半导体基片表面制备的接触层，与半导体基片表面形成紧密接触，该接触层所含材料为In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ag、T1、Pb、Pd、Ge、Cu、AuBe、AuGe、N1、PbSn、AuZn、SiNx> Al2O3、ITO、ZnO> Ti02、Si02、Mg0、MgF中的至少一种材料。
9.根据权利要求1所述的半导体基片的大面积邦定结构，其特征在于:支撑基片上接触层的材料为选自于 In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ag、T1、Pb、Pd、Ge、Cu、AuBe, AuGe, N1、PbSn 或AuZn中的至少一种材料或上述材料的任意组合。
10.一种半导体基片的大面积邦定结构的制造方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤I):在邦定用半导体基片和邦定用支撑基片上制备接触层，在接触层之上制备键合层，邦定用半导体基片和邦定用支撑基片至少一边的键合层上设有规则或无规则分布微凸块； 步骤2):将邦定用半导体基片键合层与支撑基片键合层通过邦定工艺进行键合，形成点或线接触方式的邦定结构。
全文摘要
本发明公开了一种半导体基片的大面积邦定结构，包括邦定用半导体基片和邦定用支撑基片，其特征在于邦定用半导体基片、邦定用支撑基片表面上均设置有键合层，邦定用半导体基片和邦定用支撑基片至少一边的键合层上具有规则或无规则分布的微凸块；邦定用半导体基片键合层与邦定用支撑基片键合层通过邦定工艺进行键合。采用本发明的方法，可以大幅提高邦定工艺的成品率，还可以大幅减少划片时金属粘连造成的漏电等问题。
文档编号H01L33/00GK103227137SQ20131005078
公开日2013年7月31日 申请日期2013年2月8日 优先权日2013年2月8日
发明者许玉方 申请人:江苏微浪电子科技有限公司