一种半导体元件的制作方法

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种半导体元件。

背景技术：

随着半导体元件性能的不断挖掘，半导体元件的制作已成为近年来最受重视的领域之一。目前，半导体元件的电极结构主要为金或铝，当半导体器件的焊线区域（pad）裸露在空气中时，空气中的一些污染物质很容易吸附在pad表面从而造成污染。以金电极为例，这是由于au-au键间弱相互作用引导表面吸附一层环状高核簇族合物，导致芯粒在有机物存在的环境中，au将提供一个媒介，让环氧硅烷类有机物在au表面缩聚和固化，表现为吸附在au电极表面，造成胶气污染。

以led元件为例，led元件在制作完成后需要倒膜、分选、输运，在此过程中，led元件的焊线区域（pad）会裸露在空气中，而空气中的一些污染物质会吸附在pad表面（初期污染）。在随后的封装过程中需要对led元件进行固晶并对固晶胶加热硬化，在加热硬化的过程中，固晶胶中的若干反应性低分子（sih等）极易转移到有被初期污染的金电极上，导致金电极上有机污染物，如图1所示，从而无法焊线（焊不上线或焊线不牢），最终影响led元件的使用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种半导体元件。本发明通过在电极表面上设置一层抗吸附材料层，其对气态污染物或颗粒状污染物的吸附能力低于所述电极对气态污染物或颗粒状污染物的吸附能力，用于抑制电极表面的胶气吸附，可有效降低前期污染物以及固晶胶中的反应性低分子附着在电极区域的几率，从而保证焊线可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供的半导体元件，包括：半导体叠层和电极，所述电极形成于所述半导体叠层上，所述电极表面上设有抗吸附材料层，其对气态污染物或颗粒状污染物的吸附能力低于所述电极对气态污染物或颗粒状污染物的吸附能力，用于抑制所述电极表面的污染物吸附。

优选地，所述抗吸附材料层对胶气的吸附能力低于所述电极对胶气的吸附能力。

优选地，所述抗吸附材料层的厚度足够薄以使其不影响所述电极进行焊线。

优选地，所述抗吸附材料层的厚度为5~50nm。

优选地，所述抗吸附材料层的材料选用八面体间隙半径比金小的金属或合金材料。

优选地，所述抗吸附材料层的材料选用铂、铱、镍、铜金属或其合金。

优选地，所述半导体叠层上的非电极区域设有吸附材料，其对气态污染物或颗粒状污染物的吸附能力强于所述电极对气态污染物或颗粒状污染物的吸附能力。

在一些实施例中，所述吸附材料选用导电材料，与所述电极电性连接，作为电极的扩展条之用。

在一些实施例中，例如正装结构的发光二极管芯片，此时可选用不导电的吸附材料设置在台阶侧壁上，既可起到防止外延层因导电物质泄漏导致的短路异常，又可以起到吸附在发光二极管封装时固晶产生的固晶胶胶气等悬浮污染物。

在一些实施例中，选用不导电的吸附材料直接设置在半导体元件的切割道侧壁上，一般固晶胶位于半导体元件的下方，切割道侧壁位于下方固晶胶和上方电极的中间位置，如此能更好地避免上方电极由于固晶胶胶气等悬浮污染物造成的影响，大幅减少电极在焊线或共金的异常。

在一些实施例中，所述吸附材料还可设置在半导体元件的封装基板，其离电极的距离较佳为小于300mm的区域内。

优选地，所述吸附材料的厚度介于1~100nm。

优选地，所述吸附材料呈连续分布或者图案化分布。

优选地，所述吸附材料含有金属材料或者纳米氧化物材料或者石墨烯或者活性炭或者多孔陶瓷。

优选地，所述金属材料含有pd或lani5或ndni5或cani5或tini5或laal5或lafe5或lacr5或lacu5或lasi5或lasn5或feti或mnti或crti或ticu或mgzn2或mgzn2或nimg2或zrcr2或zrmn2储氢类金属或合金或前述任意组合。

优选地，所述纳米氧化物材料含有zro2或cuo或tio2或al2o3或前述任意组合。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

（1）在半导体元件的电极表面上设置一层抗吸附材料层，1)可有效降低前期污染物以及固晶胶中的反应性低分子附着在au电极区域的几率，从而保证焊线可靠性；

（2）通过在非电极区域设置比电极表面更易吸附胶气的吸附材料，用于抑制电极表面的胶气吸附，可有效降低前期污染物以及固晶胶中的反应性低分子附着在电极区域的几率，从而保证焊线可靠性；

（3）位于非电极区域的吸附材料与电极电性连接，一方面作为电极的扩展条（finger）之用，另一方面减少了对半导体发光元件的光吸收。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1是常规的半导体元件电极有初期污染的情况下，反应性低分子在电极表面的吸附现象示意图。

图2是实施例1的半导体元件的剖面示意图。

图3是实施例2的半导体元件的剖面示意图。

图4是实施例3的半导体元件的剖面示意图。

图5是实施例5的半导体元件的剖面示意图。

图6是实施例6的半导体元件的剖面示意图。

图中部件符号说明：100：基板；200：半导体叠层；201：n型层；202：发光层；203：p型层；300：电流阻挡层（cb）；400：电流扩展层（tcl）；500：电极（pad）；600：绝缘保护层（pv）；700：吸附材料；800：胶气；900：抗吸附材料层。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

下面各实施例主要以发光二极管为例，但应该注意是，本发明并不限制于发光二极管，本发明所述半导体元件可以包含发光二极管、激光器、探测器、太阳能电池或者集成电路器件等，一般包括半导体叠层和电极结构。

实施例1

如图2所示，本实施例提供的一种半导体发光元件，包括：基板100，n型层201、发光层202以及p型层203构成的半导体叠层200，电流阻挡层（cb）300，电流扩展层（tcl）400，电极（pad）500，绝缘保护层（pv）600以及抗吸附材料900。

具体来说，上述半导体元件，可以是发光二极管或者激光二极管结构，基板100可为蓝宝石（sapphire）基板；n型层201形成于基板100上；发光层202形成于n型层201上；p型层203形成于发光层202上；电流阻挡层（cb）300形成于p型层203上；电流扩展层（tcl）400形成于电流阻挡层（cb）300以及p型层203上；电极（pad）500形成于裸露的n型层201和/或电流扩展层（tcl）400上。电流扩展层（tcl）400可以选用氧化铟锡（ito）或氧化锌（zno）或氧化镉锡（cto）或氧化铟（ino）或铟（in）掺杂氧化锌（zno）或铝（al）掺杂氧化锌（zno）或镓（ga）掺杂氧化锌（zno）或前述任意组合之一。需要说明的是，n型层可以作为第一导电型半导体层，则p型层作为第二导电型半导体层；而如果p型层可以作为第一导电型半导体层，则n型层作为第二导电型半导体层。

电极（pad）500可以是单层或多层结构，最顶层裸露出来用于进行打线的表面材料层选用au或al。以多层结构为例，可以包括金属接触层、金属隔离层和金属表面层，其中金属接触层的材料可以选用cr、ti或sn金属，金属隔离层的材料可以为ti、pt、ni、co、pd或w金属，表面层为au或al。较佳的，还可以在金属接触层与金属隔离层之间形成金属反射层；或是在金属隔离层与金属表面层之间形成金属反射层。在本实施例中选用铬、铂、金三层成分（cr/pt/au），其中铬为接触层，pt为隔离层，au为表面层。作为一个变形，电极500选用铝电极，其可以为cr/al、ti/al、cr/pt/al、cr/ti/al或者cr/al/ti/al。

吸附材料700可以位于绝缘保护层（pv）600之上，也可以位于绝缘保护层（pv）600之下。本实施例优选先制作绝缘保护层（pv）600，用于保护除了露出部分电极表面的发光元件的其它区域，再在绝缘保护层上采用旋涂或者沉积工艺制作吸附材料700，沉积工艺可以是物理气相沉积（例如蒸镀或溅镀）或化学气相沉积或电镀或化学镀沉积。绝缘保护层可以选用sio2或si3n4或al2o3或tio2，在本实施例中优选sio2。吸附材料的厚度介于5~100nm，可以呈连续分布或者图案化分布，本实施例优选图案化分布。吸附材料可选用金属材料或者纳米氧化物材料或者石墨烯或者活性炭，本实施例优选金属材料作为吸附材料，其可以是含有pd或lani5或ndni5或cani5或tini5或laal5或lafe5或lacr5或lacu5或lasi5或lasn5或feti或mnti或crti或ticu或mgzn2或mgzn2或nimg2或zrcr2或zrmn2储氢类金属或合金或前述任意组合，相对于电极（一般表面金属为au）而言，更易吸附初期污染以及反应性低分子（sih），使得胶气800（如反应性低分子）优先吸附在该区域，有效减少电极焊线区域的胶气污染，减少金属电极打线脱落几率，从而提升发光元件的可靠性。

实施例2

如图3所示，与实施例1区别在于，本实施例的吸附材料700选用导电材料，与电极500电性连接，同时作为电极500的电流扩展条（finger）之用，降低吸附材料对半导体发光元件出光亮度的影响，其材料可以选用选用石墨烯。

实施例3

如图4所示，与实施例1区别在于，实施例1的吸附材料700选用金属材料，而本实施例的吸附材料700选用纳米氧化物材料，含有zro2或cuo或tio2或al2o3或前述任意组合，厚度介于1~100nm。

实施例4

与实施例3的区别在于，本实施例的吸附材料700选用不导电的材料，并形成在半导体器件的侧壁，以图2所示正装结构的发光二极管为例，其可以在台阶侧壁上，既可起到防止外半导体叠层因导电物质泄漏导致的短路异常，又可以起到吸附在发光二极管封装时固晶产生的固晶胶胶气等悬浮污染物。

作为另一种变形，吸附材料700还可以设置在半导体元件的切割道侧壁上。一般固晶胶位于半导体元件的下方，切割道侧壁位于下方固晶胶和上方电极的中间位置，如此能更好地避免上方电极由于固晶胶胶气等悬浮污染物造成的影响，大幅减少电极在焊线或共金的异常。

实施例5

电极500的表面层一般为金或铝，它们的晶体结构均为面心立方，其中金原子半径为1.44å，晶格常数为a=b=c=4.08å，由此可计算得到其八面体间隙半径为0.6å；al原子半径为1.43a，晶格常数为a=b=c=4.05a，八面体间隙原子半径为0.6å。反应性低分子sih中si、h以共价键形式存在，其共价半径分别为1.11å和0.32å，这就导致sih极易嵌在其八面体间隙中，表现为吸附在电极表面，造成胶气污染。

因此，本实施例在金电极或铝电极的表面镀一层厚度5~50nm（厚度保证不影响焊线）的八面体间隙半径更小的金属或合金材料作为抗吸附材料层900，如图5所示。材料可以选用如铂（pt，八面体间隙原子半径0.57å）、铱（ir，八面体间隙原子半径0.56å）、镍（ni，八面体间隙原子半径0.52å）、铜（cu，八面体间隙原子半径0.53å）等金属或其合金，这样可有效抑制胶气中反应性低分子sih的附着，从而改善胶气污染。

实施例6

如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于：还在电极500表面镀一层厚度5~50nm（厚度保证不影响焊线）的八面体间隙半径更小的金属或合金材料作为抗吸附材料层900。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。