专利名称：具有集成电路与发光二极管的异质整合结构及其制作方法
技术领域：
本发明有关一种异质整合技术，特别是关于一种具有集成电路与发光二极管的异质整合结构及其制作方法。
背景技术：
发光二极管(Light Emitting Diode,LED)是一种冷光发光元件，其利用半导体材料中电子电洞结合所释放出的能量，以光的形式释出。依据使用材料的不同，其可发出不同波长的单色光。主要可区分为可见光发光二极管与不可见光(红外线)发光二极管两种， 由于发光二极管相较于传统灯泡发光的形式，具有省电、耐震及闪烁速度快等优点，因此成为日常生活中不可或缺的重要元件。现有技术的制作具有散热效果的发光二极管的各步骤结构剖视图，如图1(a)至图1(c)所示，如图1(a)所示，首先于蓝宝石基板10上沈积制作发光二极管12，接着如图 1(b)所示，再利用金属接着(metal adhesive)层14与高热传导的硅基板16进行接合，最后如图1(c)所示，再将蓝宝石基板10进行移除。在此发光二极管12与硅基板16的接合， 主要在于利用高热传导的硅基板16帮助散热，发光二极管12与硅基板16间并无任何电性连接功效，而接合方式上乃利用整层的金属接着层14进行接合，以助于发光二极管12产生的热可向下传导至硅基板16顺利散热。虽然以往的技术有利用硅基板16来散热，但发光二极管12的制作主要仍为高温制程，对于高热预算(thermal budget)与热应力的产生，也无法免除。此外，此种发光二极管并未与功能性集成电路整合。因此，本发明在针对上述的困扰，提出一种具有集成电路与发光二极管的异质整合结构及其制作方法，以解决现有所产生的问题。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种具有集成电路与发光二极管的异质整合结构及其制作方法，其利用金属与接合块的混合型接合(hybrid bonding)方式将集成电路与发光二极管做堆叠连接，使集成电路与发光二极管之间除了有散热功能外，更有电讯上的连接功用，以达到高密度、多功能的异质整合技术开发与应用。为达上述目的，本发明提供一种具有集成电路与发光二极管的异质整合结构，包含一集成电路，其表面设有至少一接合结构与至少一导电结构，以与所述导电结构电性连接。另有一发光二极管，其具相异两侧的一个第一面及第二面，所述发光二极管的所述第一面位于所述接合结构与所述导电结构上，以与所述集成电路相结合，且使所述发光二极管电性连接所述导电结构。其中所述接合结构更包含一个第一接合块，其设于所述表面上； 以及一个第二接合块，其设于所述第一面上，并与所述第一接合块相接合。其中所述第一、 第二接合块的材质为环氧树脂基光阻(SU-8)。其中所述导电结构更包含一个第一导电块，其设于所述表面上，以与所述集成电路电性连接；以及一个第二导电块，其设于所述第一面上，以与所述发光二极管电性连接，且所述第二导电块与所述第一导电块相接合，并电性连接之。其中所述第一、第二导电块为金属材质。其中所述第一导电块更包含一高温接合金属块，其设于所述表面上，以与所述集成电路电性连接；以及一低温接合金属块，其接合所述高温接合金属块与所述第二导电块，以电性连接之。其中所述低温接合金属块的材质为锡(Sn)或铟(In)。其中所述发光二极管更设有至少一导电通孔，其与所述导电结构电性连接，且所述第二面更设有至少一个第三导电块，其与所述导电通孔电性连接。其中所述第三导电块为金属材质。本发明也提供一种具有集成电路与发光二极管的异质整合结构的制作方法，首先，提供一集成电路与一发光二极管，所述集成电路的表面设有至少一个第一导电块与至少一个第一接合块，以与所述第一导电块电性连接，所述发光二极管具有相异两侧的一个第一、第二面，所述第一面设有至少一个第二导电块与至少一个第二接合块，以与所述第二导电块电性连接。接着，所述集成电路将所述第一导电块与所述第一接合块分别与所述第二导电块与所述第二接合块对应接合，以与所述发光二极管相结合，并使所述第一、第二导电块电性连接。其中提供设有所述第一导电块与所述第一接合块的所述集成电路的步骤更包含下列步骤形成所述第一导电块于所述表面，以与所述集成电路电性连接；以及形成所述第一接合块于所述表面。其中形成所述第一导电块是以光微影、电镀及蚀刻制程进行， 形成所述第一接合块是以光微影制程进行。其中形成所述第一导电块于所述表面上的步骤更包含下列步骤形成一高温接合金属块于所述表面上，以与所述集成电路电性连接；以及形成一低温接合金属块于所述高温接合金属块上，以与所述高温接合金属块电性连接。 其中提供设有所述第二导电块与所述第二接合块的所述发光二极管的步骤更包含下列步骤形成所述第二导电块于所述第一面，以与所述发光二极管电性连接；以及形成所述第二接合块于所述第一面。其中形成所述第二导电块是以光微影、电镀及蚀刻制程进行，形成所述第二接合块是以光微影制程进行。其中所述集成电路与所述发光二极管相结合的步骤中，是对所述第一、第二接合块与所述第一、第二导电块施以摄氏250 25度，以进行低温接合。其中提供设有所述第二导电块与所述第二接合块的所述发光二极管的步骤中，所述发光二极管更设有至少一导电通孔，其与所述第二导电块电性连接，且所述第二面更设有至少一个第三导电块，其与所述导电通孔电性连接。其中提供设有所述第二导电块、所述第二接合块、所述导电通孔与所述第三导电块的所述发光二极管的步骤中，更包含下列步骤: 形成所述第二导电块于所述第一面，以与所述发光二极管电性连接；形成所述导电通孔于所述发光二极管中，以与所述第二导电块电性连接；形成所述第三导电块于所述第二面，并与所述导电通孔电性连接；以及于所述第一面形成所述第二接合块。其中形成所述第二、 第三导电块是以光微影、电镀及蚀刻制程进行，形成所述第二接合块是以光微影制程进行。 在所述集成电路将所述第一导电块与所述第一接合块分别与所述第二导电块与所述第二接合块对应接合，以与所述发光二极管相结合，并使所述第一、第二导电块电性连接的步骤后，更可进行一切割步骤，其是对所述集成电路及所述发光二极管进行切割，以成为复数异质整合单元。与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是本发明不但具有散热功能，更有电讯上的连接功用，可应用于高密度、多功能的异质整合技术。
图1 (a)至图1 (c)为背景技术的制作具散热效果的发光二极管的各步骤结构剖视图；图2为本发明的第一实施例的结构剖视图；图3(a)至图3(c)为本发明的制作第一实施例的各步骤结构剖视图；图3(d)为本发明的第一实施例进行切割步骤示意图；图4为本发明的第二实施例的结构剖视图；图5(a)至图5(d)为本发明的制作第二实施例的各步骤结构剖视图；图5(e)为本发明的第二实施例进行切割步骤示意图。附图标记说明10-蓝宝石基板；12-发光二极管；14-金属接着层；16-硅基板； 18-集成电路；20-接合结构；22-导电结构；24-发光二极管；26-第一接合块；28-第二接合块；30-第二导电块；32-高温接合金属块；34-低温接合金属块；36-第一导电块；38-异质整合结构；40-异质整合单元；42-导电通孔；44-第三导电块；46-异质整合结构；48-异质整合单元。
具体实施例方式以下先介绍本发明的第一实施例，请参阅图2。本发明包含一集成电路18，其表面设有至少一接合结构20与至少一导电结构22，并使集成电路18与导电结构22电性连接。 另有一发光二极管对，其具有相异两侧的一个第一面及第二面，发光二极管M的第一面位于接合结构20与导电结构22上，以与集成电路18相结合，且使发光二极管M电性连接导电结构22。在上述结构中，集成电路18具有多功能，例如可提供发光二极管M电源，或作为逻辑控制处理器、存储器、互补式金属氧化半导体(CM0Q影像感测器、射频集成电路等功能。相对于现有技术，本发明将硅基板以集成电路18来取代，因此在本发明中，集成电路 18与发光二极管M之间除了散热外，更有电讯上的连接，以达到高密度及多功能的异质整合技术开发与应用。在接合结构20中，更包含一个第一、第二接合块沈、28，其材质可选用如适用于摄氏250度以下的环氧树脂基光阻(SU-8)的高分子材料，第一接合块设于集成电路18的表面上，第二接合块观则设于发光二极管M的第一面上，并与第一接合块沈相接合。导电结构22更包含材质为金属的一个第一导电块与一个第二导电块30，第一导电块设于集成电路18的表面上，以与集成电路18电性连接，第二导电块30设于发光二极管M的第一面上，以与发光二极管M电性连接，且第二导电块30与第一导电块相接合，并电性连接之。第一导电块包含二结构，其一为高温接合金属块32，其设于集成电路18的表面上，以与集成电路18电性连接，另一为低温接合金属块34，其接合高温接合金属块32与第二导电块30， 以电性连接之。其中低温接合金属块34的材质可选用如适用于摄氏250度以下的锡(Sn) 或铟(In)等的金属材料。换言之，集成电路18与发光二极管M的连接是采用金属及高分子材料混合型接合(hybrid bonding)方式，其中金属部分提供电讯连接，高分子部分则提供结构补强，其技术特点为金属及高分子都为接合材料，如此，同时达到集成电路18与发光二极管M的电性连接及微间距高分子填充的效果，进而增加集成电路18与发光二极管 24的接合强度及堆叠元件使用上的可靠性。以下介绍第一实施例的制作方法，请参阅图3(a)至图3(d)。首先，如图3(a)所示，先在集成电路18的表面上形成高温接合金属块32，使高温接合金属块32与集成电路 18电性连接，再在高温接合金属块32上形成低温接合金属块34，以与高温接合金属块32 电性连接，此高温接合金属块32与低温接合金属块34便可构成第一导电块36。同时，在发光二极管M的第一面上形成第二导电块30，以与发光二极管M电性连接，其中，形成高温接合金属块32、低温接合金属块34与第二导电块30是以光微影、电镀及蚀刻制程进行。 接着，如图3(b)所示，分别在集成电路18的表面与发光二极管M的第一面形成第一、第二接合块沈、28，且形成方式是以光微影制程进行。再来，如图3(c)所示，由于发光二极管M 较适合低温制程，且接合及导电材料也允许低温制程，因此可对第一、第二接合块沈、观与第一、第二导电块30、36施以摄氏250 25度的低温，使集成电路18将第一导电块36的低温接合金属块34与第一接合块沈分别与第二导电块30与第二接合块观对应接合，以与发光二极管M相结合，并使低温接合金属块34、第二导电块30电性连接，完成低温接合的异质整合结构38。最后，如图3(d)所示，更可执行一切割步骤，其是对集成电路18及发光二极管M构成的异质整合结构38进行切割，如利用图3(c)中的虚线，以成为复数异质整合单元40。在上述流程中，图3(d)的步骤可以省略。此外，在图3(a)的步骤中，其中形成高温接合金属块32与低温接合金属块34于集成电路18上的步骤，更可用直接在集成电路18 的表面上形成包含高温接合金属块32与低温接合金属块34的第一导电块36的步骤来取代，其中必须使高温接合金属块32位于低温接合金属块34与集成电路18之间。还有，在图3(a)至图3(c)的流程中，图3(a)与图3(b)的步骤，可以用单一步骤取代，即直接提供集成电路18与发光二极管M，且集成电路18的表面设有至少一个第一导电块36与至少一个第一接合块26，以与第一导电块36电性连接，发光二极管M具有相异两侧的第一、第二面，第一面设有至少一个第二导电块30与至少一个第二接合块28，以与第二导电块30电性连接，其表示图示与图3(b)相同。接着，再进行图3(c)的步骤。以下介绍本发明的第二实施例，请参阅图4。第二实施例与第一实施例差别仅在于，第二实施例的发光二极管M更设有至少一导电通孔42，其与导电结构22的第二导电块 30电性连接，且发光二极管M的第二面更设有材质为金属的至少一个第三导电块44，其与导电通孔42电性连接。以下介绍第二实施例的制作方法，请参阅图5 (a)至图5 (e)。首先，如图5 (a)所示， 先在集成电路18的表面上形成高温接合金属块32，使高温接合金属块32与集成电路18电性连接，再在高温接合金属块32上形成低温接合金属块34，以与高温接合金属块32电性连接，此高温接合金属块32与低温接合金属块34便可构成第一导电块36。同时，在发光二极管M的第一面上形成第二导电块30，以与发光二极管M电性连接，其中，形成高温接合金属块32、低温接合金属块34与第二导电块30是以光微影、电镀及蚀刻制程进行。接着， 如图5(b)所示，先在发光二极管M中形成导电通孔42，以与第二导电块30电性连接。接着，以光微影、电镀及蚀刻制程，在发光二极管M的第二面形成第三导电块44，并与导电通孔42电性连接，以利于发光二极管M安装或堆叠其他元件。再来，如图5 (c)所示，在集成电路18的表面与发光二极管M的第一面上分别形成第一、第二接合块沈、28，且形成方式是以光微影制程进行。接着，如图5(d)所示，与第一实施例的方式类似，对第一、第二接合块沈、观与第一、第二导电块36、30施以摄氏250 25度的低温，使集成电路18将第一导
8电块36的低温接合金属块34与第一接合块沈分别与第二导电块30与第二接合块观对应接合，以与发光二极管对相结合，并使低温接合金属块34、第二导电块30电性连接，完成低温接合的异质整合结构46。最后，如图5(e)所示，更可执行一切割步骤，其是对集成电路 18及发光二极管M构成的异质整合结构46进行切割，如利用图5(d)中的虚线，以成为复数异质整合单元48。在上述流程中，图5(e)的步骤可以省略。此外，在图5(a)的步骤中，其中在集成电路18上形成高温接合金属块32与低温接合金属块34的步骤，更可用直接在集成电路18 的表面上形成包含高温接合金属块32与低温接合金属块34的第一导电块36的步骤来取代，其中必须使高温接合金属块32位于低温接合金属块34与集成电路18之间。还有，在图5(a)至图5(d)的流程中，图5(a)至图5(c)的步骤，可以用单一步骤取代，即直接提供集成电路18与发光二极管M，且集成电路18的表面设有至少一个第一导电块36与至少一个第一接合块26，以与第一导电块36电性连接，发光二极管M具有相异两侧的第一、第二面，第一面设有至少一个第二导电块30与至少一个第二接合块28，以与第二导电块30电性连接，发光二极管M更设有至少一导电通孔42，其与第二导电块30电性连接，且发光二极管M的第二面更设有至少一个第三导电块44，其与导电通孔42电性连接，其表示图示与图 5(c)相同。接着，再进行图5(d)的步骤。综上所述，本发明不但具有散热功能，更有电讯上的连接功用，可应用于高密度、 多功能的异质整合技术。以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解， 在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种具有集成电路与发光二极管的异质整合结构，其特征在于，包括一集成电路；至少一接合结构，其设于该集成电路的表面；至少一导电结构，其设于该表面，并与该集成电路电性连接；以及一发光二极管，其具有位于不同侧的一个第一面及一个第二面，该发光二极管的该第一面位于该接合结构与该导电结构上，以与该集成电路相结合，且使该发光二极管电性连接该导电结构。
2.根据权利要求1所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构，其特征在于 该接合结构进一步包含一个第一接合块，其设于该表面上；以及一个第二接合块，其设于该第一面上，并与该第一接合块相接合。
3.根据权利要求2所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构，其特征在于 该第一、第二接合块的材质为环氧树脂基光阻。
4.根据权利要求1所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构，其特征在于， 该导电结构进一步包含一个第一导电块，其设于该表面上，以与该集成电路电性连接；以及一个第二导电块，其设于该第一面上，以与该发光二极管电性连接，且该第二导电块与该第一导电块相接合并电性连接。
5.根据权利要求4所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构，其特征在于 该第一、第二导电块为金属材质。
6.根据权利要求4所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构，其特征在于， 该第一导电块进一步包含一高温接合金属块，其设于该表面上，以与该集成电路电性连接；以及一低温接合金属块，其接合并电性连接该高温接合金属块与该第二导电块。
7.根据权利要求6所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构，其特征在于 该低温接合金属块的材质为锡或铟。
8.根据权利要求1所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构，其特征在于 该发光二极管进一步设有至少一导电通孔，其与该导电结构电性连接，且该第二面进一步设有至少一个第三导电块，其与该导电通孔电性连接。
9.根据权利要求8所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构，其特征在于 该第三导电块为金属材质。
10.一种具有集成电路与发光二极管的异质整合结构的制作方法，其特征在于，包括下列步骤提供一集成电路与一发光二极管，该集成电路的表面设有至少一个第一导电块与至少一个第一接合块，以与该第一导电块电性连接，该发光二极管具有位于不同侧的一个第一、 第二面，该第一面设有至少一个第二导电块与至少一个第二接合块，以与该第二导电块电性连接；以及该集成电路将该第一导电块与该第一接合块分别与该第二导电块与该第二接合块对应接合，以与该发光二极管相结合，并使该第一、第二导电块电性连接。
11.根据权利要求10所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构的制作方法， 其特征在于提供设有该第一导电块与该第一接合块的该集成电路的步骤进一步包含下列步骤在该表面上形成该第一导电块，以与该集成电路电性连接；以及在该表面上形成该第一接合块。
12.根据权利要求11所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构的制作方法， 其特征在于形成该第一导电块是以光微影、电镀及蚀刻制程进行，形成该第一接合块是以光微影制程进行。
13.根据权利要求11所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构的制作方法， 其特征在于在该表面上形成该第一导电块的步骤进一步包含下列步骤在该表面上形成一高温接合金属块，以与该集成电路电性连接；以及在该高温接合金属块上形成一低温接合金属块，以与该高温接合金属块电性连接。
14.根据权利要求10所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构的制作方法， 其特征在于提供设有该第二导电块与该第二接合块的该发光二极管的步骤进一步包含下列步骤在该第一面上形成该第二导电块，以与该发光二极管电性连接；以及在该第一面上形成该第二接合块。
15.根据权利要求14所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构的制作方法， 其特征在于形成该第二导电块是以光微影、电镀及蚀刻制程进行，形成该第二接合块是以光微影制程进行。
16.根据权利要求10所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构的制作方法， 其特征在于该集成电路与该发光二极管相结合的步骤中，是对该第一、第二接合块与该第一、第二导电块施以摄氏250 25度，以进行低温接合。
17.根据权利要求10所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构的制作方法， 其特征在于提供设有该第二导电块与该第二接合块的该发光二极管的步骤中，该发光二极管进一步设有至少一导电通孔，该导电通孔与该第二导电块电性连接，且该第二面进一步设有至少一个第三导电块，该第三导电块与该导电通孔电性连接。
18.根据权利要求17所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构的制作方法， 其特征在于提供设有该第二导电块、该第二接合块、该导电通孔与该第三导电块的该发光二极管的步骤中，进一步包含下列步骤在该第一面上形成该第二导电块，以与该发光二极管电性连接；在该发光二极管中形成该导电通孔，以与该第二导电块电性连接；在该第二面上形成该第三导电块，并与该导电通孔电性连接；以及在该第一面上形成该第二接合块。
19.根据权利要求18所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构的制作方法， 其特征在于形成该第二、第三导电块是以光微影、电镀及蚀刻制程进行，形成该第二接合块是以光微影制程进行。
20.根据权利要求10所述的具有集成电路与发光二极管的异质整合结构的制作方法， 其特征在于进一步包含一切割步骤，其是对该集成电路及发光二极管进行切割，以成为复数异质整合单元。
全文摘要
本发明揭示一种具有集成电路与发光二极管的异质整合结构及其制作方法，首先，提供一集成电路与一发光二极管，集成电路的表面设有至少一个第一导电块与至少一个第一接合块，以与第一导电块电性连接，发光二极管具有相异两侧的一个第一、第二面，第一面设有至少一个第二导电块与至少一个第二接合块，以与第二导电块电性连接。接着，集成电路将第一导电块与第一接合块分别与第二导电块与第二接合块对应接合，以与发光二极管相结合，并使第一、第二导电块电性连接，便完成制作。本发明不但能散热，更有电讯上的连接，以达到高密度、多功能的应用。
文档编号H01L25/10GK102263097SQ20111019221
公开日2011年11月30日 申请日期2011年7月11日 优先权日2011年6月7日
发明者柯正达, 陈冠能, 骆韦仲 申请人:财团法人交大思源基金会