专利名称：一种倒装焊发光二极管的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种倒装焊发光二极管的制造领域，特别涉及用于照明应用之经III族氮化物倒装焊接合之发光二极管。
背景技术：
最早氮化物LED (发光二极管)倒装焊封装使用金属突球(Bump)，将晶粒上的金属突球(Bump)精准定位在一覆晶转接板(Board)上的导电接点。之后，再以微波等方式加热金属突球，使晶粒与覆晶转接板电性连接。最后，利用点胶技术封装晶粒与覆晶转接板间的空隙，至此完成一芯片之封装制作；此外，芯片通常还需要再进行一次烘烤，以固化点胶时填充之材料。因为金属突球接触面积仍小，不完全符合功率LED的散热及注入电流均勻性需求。而且需要焊线机或覆晶植球机、固晶机或表面黏着贴片机(Surface MountingTechnology, SMT)等设备,乃至于消耗性备料与覆晶转接板的支出。在制造成本及单位时间产能上皆不符需求。也有使用覆晶发光二极管晶粒的电极金属裸露面积以供直接涂布一导电接合剂。绝缘层则位于第一电极层与第二电极层间，以电性隔离且支撑第一电极层与第二电极层。当导电接合剂选用银胶时，上述的裸露面积须至少625平方微米，以供直接涂布。当导电接合剂选用锡膏时，上述的裸露面积须至少10000平方微米，以供直接涂布。当直接接合时，两个电极的等平面特性对制程的良率是很重要的，但出现的不良是两个电极其实并未达到真正的等平面，或两个电极虽然达到等平面，但是有浪费发光面积；11半导体接触不良；P-电极下无反射层；反射层与奥姆层中隔着绝缘层，所以反射率降低；P_电极面积小，所以不符功率LED的散热及注入电流均匀性需求。
发明内容
发明目的针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种倒装焊发光二极管的制造方法，在直接接合时，两个电极的上表面高度相同，提高制程良率，不浪费发光面积；n半导体接触良好；反射率高；p_电极面积大，符合功率LED的散热及注入电流均匀性需求。技术方案为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种倒装焊发光二极管的制造方法，包括如下步骤(I)提供一衬底，并在所述衬底上依次形成氮化镓缓冲层和氮化镓发光二极管磊晶层，其中氮化镓发光二极管磊晶层包括依次设置的n型氮化镓层、发光层和p型氮化镓层；(2)在p型氮化镓层上形成P-电极；(3)对未被P-电极覆盖的氮化镓发光二极管磊晶层进行干蚀刻，到达n型氮化镓层；(4)在n型氮化镓层上形成n-电极；
(5)在P-电极、n型氮化镓层和n-电极上形成绝缘层，使得该绝缘层覆盖p_电极和n_电极；(6)干蚀刻绝缘层，露出p_电极和n-电极，但不及于半导体；(7)将P-电极和n-电极焊接在安装台上。进一步地，在所述步骤￠)中，使用蚀刻屏蔽，使得仅P-电极和n-电极上方部分 区域的绝缘层被干蚀刻，形成接触孔。进一步地，在所述步骤⑷中，先在n型氮化镓层上形成n-电极的欧姆接触层，然后在n-电极的欧姆接触层上形成第二接合金属层。进一步地，所述P-电极和n-电极均利用微影蚀刻工艺控制形成电极的区域。进一步地,所述p_电极和n-电极的上表面高度相同。进一步地，所述P-电极包括依次设置的第一透明导电层、金属反射层和第一接合金属层。更进一步地，所述第一透明导电层的材料为氧化镍和金的合金、氧化铟锡、氧化锌或氧化铝锌，用于与P型氮化镓层形成欧姆接触；所述金属反射层的材料为镍、钯、铬、钼、铝或银，用于反射氮化镓发光二极管磊晶层发出的光及作为扩散阻碍层；所述第一接合金属层的材料为金或金合金，用于与安装台接合。进一步地，所述绝缘层包括使用PECVD形成材质为Si02或SiN的第一绝缘层和被第一绝缘层包覆的有机高分子材质的第二绝缘层，第二绝缘层通过平坦化工艺使得第二绝缘层的上表面平齐。有益效果本发明能有效增加氮化物倒装焊接合LED的出光量与发光效率。因为发光二极管的n电极与p电极高度相等，发光二极管倒装焊时，电极可以直接连接焊垫，不必使用凸块，因此可以改善发光二极管的散热性与电流分布的均匀性，进而增加发光二极管的发光效率及使用寿命，并减少光衰。
图I为实施例I的倒装焊发光管的结构示意图(不含安装台)，图中横线区为n-电极，斜线区为P-电极；图2为图I的A-A’剖视示意图；图3为实施例I的第一步制程形成的结构示意图；图4为实施例I的第二步制程形成的结构示意图；图5为实施例I的第三步制程形成的结构示意图；图6为实施例I的第四步制程形成的结构示意图；图7为实施例I的第五步制程形成的结构示意图；图8为实施例I的第六步制程形成的结构示意图；图9为实施例I的倒装焊发光管的结构示意图(含安装台)；图10为实施例2的倒装焊发光管的结构示意图(不含安装台)，图中横线区为n-电极，斜线区为P-电极；图11为图11的B-B’剖视示意图；图12为实施例3的倒装焊发光管的结构示意图(不含安装台)，图中横线区为n-电极的欧姆接触层和n-电极的第二接合金属层，斜线区为P-电极，实黑区为n-电极的欧姆接触层；图13为图12的C-C’剖视示意图；图14为图12的D-D’剖视示意图；图15为实施例4的倒装焊发光管的结构示意图(不含安装台)，图中横线区为n-电极的欧姆接触层和n-电极的第二接合金属层，斜线区为P-电极，实黑区为n-电极的欧姆接触层；图16为图15的E-E’剖视示意图；图17为图15的F-F’剖视示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。由于p型氮化镓层的高电阻率，LED的设计中P-金属铺满发光区域，以提供P-端较佳的电流分布。因为蓝宝石衬底绝缘，N-端的电流扩散必须藉由N型氮化镓层。N型氮化镓层典型的厚度是2微米，片电阻约10-3 Q cm。要忽略不计这部分电阻，需要电流传导距离小于200微米，因此，发光二极管比400*400微米2大时(大尺寸发光二极管)，n-电极需要延伸出去，形成多个须状，以减少电阻。这种结构增加倒装焊制程困难，因为发光二极管倒装焊在安装台时，P-金属和n-金属必须保持绝缘。实施例I :小尺寸发光二极管，无蚀刻屏蔽I、如图3所示，首先，提供一基板，基板的材质于本实施例中可例如为蓝宝石(sapphire)。于衬底30上依序形成氮化镓缓冲层(GaN buffer layer) 31及氮化镓发光二极管磊晶层。氮化镓发光二极管磊晶层依序包含n型氮化镓层32、多层量子井主动层(multi-quantum well active layer,MQff active layer,即发光层)33 以及 p 型氮化嫁层34。2、p_电极利用一微影蚀刻(photolithography)制程于p型氮化镓层34上形成p-电极。如图4所示,利用蒸镀、派镀或电镀技术,在p型氮化镓层(p-type GaN layer) 34上，依序形成第一透明导电层35、金属反射层36以及第一接合金属层37,该第一透明导电层35、金属反射层36以及第一接合金属层37作为p-电极。于本实施例中，第一透明导电层35之材料可例如为氧化镍和金的合金(NiO/Au)、氧化铟锡(Indium Tin Oxide, IT0)、氧化锌(ZnO)或氧化铝锌(Aluminum Zinc Oxide, AlZnO)，用以与半导体层形成欧姆接触(ohmic contact);金属反射层36之材料于本实施例中可例如为镍(Ni)、钮(Pd)、铬(Cr)、钼Pt、铝(Al)或银(Ag)，用以反射氮化镓发光二极管磊晶层发出的光及作为扩散阻碍层(diffusion barrier layer);第一接合金属层37之材料于本实施例中可例如为金(Au)或金合金(Au alloy),用以与安装台41接合(如图9所示)。3、做GaN干蚀刻，到达n_GaN半导体。以p-电极为蚀刻硬屏蔽(hard mask),进行干式蚀刻(Dry Etching)又称电衆蚀刻(Plasma Etching)，系利用气体为主要的蚀刻媒介，例如C12/BC13，并藉由电浆能量来驱动反应，干蚀刻GaN，到达n-GaN半导体(即n型氮化镓层32)，如图5所示。
另一执行方式是首先于晶圆的表面涂布感光材料(光胶)，并于晶圆上方放置光罩，该光罩上设有相对于蚀刻区与非蚀刻区之图形及数量的图案，再进行曝光(Exposure)步骤，使平行光经过光罩对感光材料进行选择性的感光，于是光罩上的图案便完整的转移至晶圆上，当曝光后再利用显影(Development)，可使光阻获得与光罩图案相同或互补之图形，再进行干式蚀刻(Dry Etching)又称电衆蚀刻(Plasma Etching),系利用气体为主要的蚀刻媒介，例如C12/BC13，并藉由电浆能量来驱动反应，干蚀刻GaN，到达n_GaN半导体，之后，再移除晶圆上的光阻。4、n-电极量蚀刻厚度(从P-电极顶开始)，利用一微影蚀刻(photolithography)制程于n型氮化镓层32上形成n_电极。如图6所示,利用蒸镀、派 镀或电镀技术，在n型氮化镓层(n-type GaN layer) 32上,镀n_电极,n-电极的材料为Ti和Al的合金或Cr和Au的合金或Ti和Au的合金或Ti、Al、Cr和Au的合金,让p-电极和n-电极等高。5、第一绝缘层如图 7 所不，全面使用 PECVD (Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，等离子体增强化学气相沉积法)成长SiO2或SiN作为第一绝缘层，厚度为100至300纳米。6、第二绝缘层如图8所示，第一绝缘层包覆苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFBC)、环氧树脂(Epoxy)、娃胶(Silicone)或聚酰亚胺(Polyimide)等有机高分子材质做为第二绝缘层，做第二绝缘层平坦化(planarization)工序，使得第二绝缘层的表面变得平整，第一绝缘层和第二绝缘层确保P-电极和n-电极保持绝缘，并固定突出的n-电极的位置。7、电极开窗不使用蚀刻屏蔽，直接干蚀刻第一绝缘层和第二绝缘层，例如采用RIE(Reactive Ion Etching,反应离子刻蚀)或 ICP(Inductively Coupled Plasma,反应耦合等离子体刻蚀)。P-电极和n-电极表面曝出后，为确保导电效果良好，再过蚀刻(over-etching),但不及于半导体(即n型氮化镓层32),如图I和图2所示。8、倒装焊如图9所示，分别在第一接合金属层37和n_电极的上表面涂覆焊锡(银胶也可)38，分别通过第一焊垫39和第二焊垫40焊接在安装台41上。实施例2 :小尺寸发光二极管，有蚀刻屏蔽如图10和11所示，本实施例与实施例I的不同在于7、电极开窗使用蚀刻屏蔽，首先于晶圆的表面涂布感光材料(光胶)，并于晶圆上方放置光罩，该光罩上设有相对于要蚀刻绝缘层区域的图案，再进行曝光(Exposure)步骤，使平行光经过光罩对感光材料进行选择性的感光，于是光罩上的图案便完整的转移至晶圆上，当曝光后再利用显影(Development)，可使光阻获得与光罩图案相同或互补之图形，再干蚀刻第一绝缘层和第二绝缘层。实施例3 :大尺寸发光二极管，无蚀刻屏蔽如图12、13和14所示，本实施例与实施例I的不同在于4、n-电极先形成n-电极的欧姆接触层利用一微影蚀刻(photolithography)制程于n型氮化镓层32上形成n-电极的欧姆接触层，欧姆接触层的厚度小于p_电极厚度与蚀刻深度的和，n-电极的欧姆接触层的材料可以是Cr和Au的合金或Ti和Au的合金或Ti和Al的合金或Ti、Al、Cr和Au的合金；再形成n_电极的第二接合金属层量厚度(从p-电极顶开始到n-电极的欧姆接触层顶)，利用一微影蚀刻(photolithography)制程形成n-电极的第二接合金属层，第二接合金属层的材料可以是钛、镍、金(Au)、铜(Cu)、铝、钯、铟(In)或锡(Sn)，第二接合金属层的顶部与第一接合金属层37的顶部平齐。7、电极开窗过蚀刻时，不及于n-电极的欧姆接触层且不及于半导体。实施例4 :大尺寸发光二极管，有蚀刻屏蔽如图15、16和17所示，本实施例与实施例3的不同在于7、电极开窗使用蚀刻屏蔽，首先于晶圆的表面涂布感光材料(光胶)，并于晶圆上方放置光罩，该光罩上设有相对于要蚀刻绝缘层区域的图案，再进行曝光(Exposure)步 骤，使平行光经过光罩对感光材料进行选择性的感光，于是光罩上的图案便完整的转移至晶圆上，当曝光后再利用显影(Development)，可使光阻获得与光罩图案相同或互补之图形，再干蚀刻第一绝缘层和第二绝缘层。过蚀刻时，不及于n-电极的欧姆接触层且不及于半导体。
权利要求
1.ー种倒装焊发光二极管的制造方法，包括如下步骤 (1)提供一村底，并在所述衬底上依次形成氮化镓缓冲层和氮化镓发光二极管磊晶层，其中氮化镓发光二极管磊晶层包括依次设置的n型氮化镓层、发光层和p型氮化镓层； (2)在p型氮化镓层上形成P-电极； (3)对未被P-电极覆盖的氮化镓发光二极管磊晶层进行干蚀刻，到达n型氮化镓层； (4)在n型氮化镓层上形成n-电极； (5)在P-电极、n型氮化镓层和n-电极上形成绝缘层，使得该绝缘层覆盖P-电极和n-电极； (6)干蚀刻绝缘层，露出p_电极和n-电极，但不及于半导体； (7)将P-电极和n-电极焊接在安装台上。
2.根据权利要求I所述ー种倒装焊发光二极管的制造方法，其特征在于 在所述步骤(6)中，使用蚀刻屏蔽，使得仅P-电极和n-电极上方部分区域的绝缘层被干蚀刻，形成接触孔。
3.根据权利要求I所述ー种倒装焊发光二极管的制造方法，其特征在于在所述步骤(4)中，先在n型氮化镓层上形成n-电极的欧姆接触层，然后在n-电极的欧姆接触层上形成第二接合金属层。
4.根据权利要求I所述ー种倒装焊发光二极管的制造方法，其特征在于所述P-电极和n-电极均利用微影蚀刻エ艺控制形成电极的区域。
5.根据权利要求I所述ー种倒装焊发光二极管的制造方法，其特征在于所述P-电极和n-电极的上表面高度相同。
6.根据权利要求I所述ー种倒装焊发光二极管的制造方法，其特征在于所述P-电极包括依次设置的第一透明导电层、金属反射层和第一接合金属层。
7.根据权利要求6所述ー种倒装焊发光二极管的制造方法，其特征在于所述第一透明导电层的材料为氧化镍和金的合金、氧化铟锡、氧化锌或氧化铝锌，用干与P型氮化镓层形成欧姆接触；所述金属反射层的材料为镍、钯、铬、钼、铝或银，用于反射氮化镓发光二极管磊晶层发出的光及作为扩散阻碍层；所述第一接合金属层的材料为金或金合金，用干与安装台接合。
8.根据权利要求I所述ー种倒装焊发光二极管的制造方法，其特征在于所述绝缘层包括使用PECVD形成材质为Si02或SiN的第一绝缘层和被第一绝缘层包覆的有机高分子材质的第二绝缘层，第二绝缘层通过平坦化工艺使得第二绝缘层的上表面平齐。
全文摘要
本发明公开了一种倒装焊发光二极管的制造方法，包括如下步骤提供一衬底，并在所述衬底上依次形成氮化镓缓冲层和氮化镓发光二极管磊晶层，其中氮化镓发光二极管磊晶层包括依次设置的n型氮化镓层、发光层和p型氮化镓层；在p型氮化镓层上形成p-电极；对未被p-电极覆盖的氮化镓发光二极管磊晶层进行干蚀刻，到达n型氮化镓层；在n型氮化镓层上形成n-电极；在p-电极、n型氮化镓层和n-电极上形成绝缘层，使得该绝缘层覆盖p-电极和n-电极；干蚀刻平坦化的绝缘层，露出p-电极和n-电极，但不及于半导体；将p-电极和n-电极焊接在安装台上。本发明能有效增加氮化物倒装焊接合LED的出光量与发光效率。
文档编号H01L33/38GK102769077SQ20121024137
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者廖丰标, 顾玲 申请人:江苏扬景光电有限公司