一种用于led的晶圆级封装的芯片转移方法
【专利摘要】一种用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，包括以下步骤：在LED外延片上制作LED单元器件阵列，在该单元器件阵列的部分单元器件上制作金属，作为键合时的金属中间层，构成待键合单元器件阵列；同时，在一基板的正面制作金属图案，该金属图案与待键合单元器件阵列的电极相对应，在该金属图案下面存在导热、导电通道，通过该导电通道，LED单元器件的电极与基板背面的金属焊盘相连；然后通过键合的方式，把待键合单元器件阵列倒装在基板上；最后，采用激光剥离的方式，对上述待键合单元器件依次进行剥离，使得待键合单元器件的外延层与衬底分离，该分离后的外延层与基板形成完整的薄膜LED阵列。本发明所述的芯片转移方法，可用于LED器件的晶圆级封装，提高封装效率和降低成本。
【专利说明】—种用于LED的晶圆级封装的芯片转移方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种芯片制造方法，尤其是一种用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管作为新一代照明光源，其技术发展得到了各国的大力推动。发光二极管的发光亮度、可靠性等性能近年来得到了极大的提升，其应用领域越来越广泛，尤其是在市场潜力巨大的普通照明应用领域，预计不久后将取代传统的白炽灯和日光灯。
[0003]LED的传统的封装方式主要是在单组件基底上封装，即首先通过芯片工艺把外延片制作成单颗管芯，然后把单颗管芯封装到各种管壳上完成LED封装。这种组件级的封装方法产量较低，且成本居高不下。针对这种情况，许多研究机构或LED厂家提出了 LED晶圆级封装技术。晶圆级封装(WLP, Wafer Level Package)的含义是:直接在晶圆上进行大多数或是全部的封装测试程序，之后再进行切割制成单颗组件。晶圆级封装技术从LED基板封装技术的基础上发展而来，与传统的LED组件级封装技术不同，LED外延片在做完部分芯片工艺之后，芯片转移到别的基板，如S1、AlN圆基板上；然后，在新的基板上完成电极互联、荧光粉涂敷、透镜制作等，并在晶圆上完成相关测试；最后再进行切割，每个单元就是一个完整的LED灯。
[0004]现有的晶圆级封装技术，尤其芯片的转移方法是把切割好的完整的单颗LED芯片逐个安装到基板上，然后进行下一步的封装工序。如图1所示，把制作好的完整的单颗LED芯片11通过金属键合或金属球焊等方式安装到基板16上，其中LED芯片11包含了蓝宝石衬底、外延层和金属电极等。基板16上制作有正面金属图案14、导热、导电通道15和背面金属焊盘17等结构。这种芯片制造方法需要多次重复安装单颗管芯，工序繁复，影响生产速度，成本很难降低。另外，当前的技术中，蓝宝石衬底是留在芯片上的，而蓝宝石衬底与氮化镓基外延膜之间存在着高的晶格失配和热失配，导热性能和导电性能较差，严重影响了大功率氮化镓基发光二极管的制作和发展。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用晶圆直接键合到转移基板上，并通过选区激光剥离的方式把键合好的LED单元器件阵列的蓝宝石衬底剥离掉，实现LED的晶圆级封装方式的芯片制造。该方法易于实现自动化，有利于提高生产效率，提高产品产量和降低生产成本。
[0006]为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案，一种用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，包括如下步骤:
[0007]步骤1:在LED外延片上，通过芯片工艺制作LED的单元器件；单元器件之间存在隔离槽，相互隔离；
[0008]步骤2:选择单元器件阵列的部分或全部，在其上制作金属层，作为键合时的中间金属层。制作有中间金属层的单元器件阵列构成待键合单元器件阵列；
[0009]步骤3:在一基板的正面制作金属图案，该金属图案与待键合单元器件阵列的电极相对应；
[0010]步骤4:通过键合的方式，把待键合单元器件阵列倒装在基板上；
[0011]步骤5:采用激光剥离的方式，对上述的键合好的单元器件依次进行剥离，使得外延层与衬底分离，该分离后的外延层与基板形成完整的薄膜LED阵列，完成LED芯片转移。
[0012]其中，在步骤I中，所述的LED外延片是以蓝宝石为衬底的GaN基外延片；所述的芯片工艺包含光刻、清洗、刻蚀、电极制作、钝化、磨抛等。
[0013]在步骤2中，所述的中间金属层是但不限于Au层或者AuSn合金层，厚度为1_3微米；所述的中间金属层只制作在待键合单元器件的P、n电极上。
[0014]在步骤3中，所述的基板为一导热性良好的材料，可以但不限于硅基板或陶瓷基板；所述的金属图案与待键合单元器件阵列相对应。金属可以但不限于Au层或者AuSn合金层，厚度为0.1-3微米；所述的金属图案下面存在导热通道，该导热通道贯穿基板，实现基板正面金属图案与背面金属焊盘电连接；所述的导热通道的填充物可以但不限于铜。
[0015]在步骤4中，所述的外延片与基板的结合方式为键合方式，待键合单元器件阵列倒装于基板上。
[0016]在步骤5中，所述的外延片与基板的分离方式为激光剥离，对键合好的单元器件依次进行剥离，完成芯片转移。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1表示传统的旨在全面剥离的激光剥离技术的示意图；
[0018]图2A-2F表示根据本发明一实施例的各个加工步骤的过程示意图；
[0019]图3表示根据本发明完成后续封装、切割后得到的LED灯的示意图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0021]参见图2A-2F，一种用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，包括如下步骤:
[0022]如图2A、2B所示，采用的LED外延片是经由金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法得到的，在蓝宝石衬底21上，外延生长氮化镓基外延膜220，氮化镓基外延膜220包含但不限于η型氮化物、有源层、P型氮化物。通过芯片工艺，主要包括清洗、光刻、刻蚀、电极制作、钝化、磨抛等，把外延膜220制作成分离的LED单元器件22。其中，通过ICP刻蚀台面，使η型GaN材料露出来；通过E-Beam制作ρ、η电极,并垫高η电极,使得ρ、η电极高度一致。P电极包含反射镜，其金属体系可以但不限于Ni/Ag/Pt/Au ；n电极金属体系可以但不限于 Cr/Pt/Ag/Au ；
[0023]如图2C所示，在选定的LED单元器件上例如通过溅射等工艺制作中间金属层23，该中间金属层23是用来键合用的，可以但不限于Au或Au-Sn合金。该中间金属层23同时制作在LED单元器件22的p、n电极上。当中间金属层选为Au时，包含电极层的Au的总厚度为1-3微米。[0024]如图2D所示，基板26具有良好的导热性，可以但不限于Si基板和陶瓷基板。基板26的正面通过E-Beam或溅射的方法制作上金属图案24，该金属图案采用Au或Au-Sn合金，厚度为0.1-3微米。金属图案24与LED单元器件的ρ、η电极(或中间金属层23)对应。金属图案24下面通过电镀或化学沉积等工艺制作有导热通道25，其填充物可以但不限于Cu，导热通道25的数量至少是两个，直径在10-200微米范围内。基板26的背面制作有金属焊盘27，经由通道25与金属图案24实现电连通。
[0025]如图2Ε所示，把整片LED外延片倒装在基板正面，且中间金属层23和基板上金属图案24准确对准，通过键合设备以共晶焊或回流焊的方式把两者牢固的结合在一起。
[0026]如图2E、2F所示，通过激光剥离的方式，对选择剥离的LED单元器件进行激光剥离工艺，采用248nm左右的气体激光器，对键合好的芯片逐一进行剥离，实现部分LED单元器件的转移。图2F是蓝宝石衬底被剥离后的示意图。
[0027]图3为一颗LED灯，它是在图2F的基础上，继续完成涂敷荧光粉31、制作透镜32以及切割等工序后得到的LED灯30。
[0028]相对于逐颗芯片倒装到基板上实现芯片制造的现有技术相比，本发明使LED封装易于实现自动化，有利于提闻生广效率，提闻广品广量和降低生广成本。
[0029]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，包括如下步骤: 步骤1:在LED外延片上，通过芯片工艺制作LED的单元器件；单元器件之间存在隔离槽，相互隔离； 步骤2:选择单元器件阵列的部分或全部，在其上制作金属层，作为键合时的中间金属层；制作有中间金属层的单元器件阵列构成待键合单元器件阵列； 步骤3:在一基板的正面制作金属图案，该金属图案与待键合单元器件阵列的电极相对应； 步骤4:通过键合的方式，把待键合单元器件阵列倒装在基板上； 步骤5:采用激光剥离的方式，对上述的键合好的单元器件依次进行剥离，使得外延层与衬底分离，该分离后的外延层与基板形成完整的薄膜LED阵列，完成LED芯片转移。
2.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于:步骤I中所述的LED外延片是以蓝宝石为衬底的GaN基外延片。
3.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于:步骤I中所述的芯片工艺包括光刻、清洗、刻蚀、电极制作、钝化、磨抛等。
4.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于:步骤2中所述的中间金属层是Au层或者AuSn合金层，厚度为1-3微米。
5.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于:步骤2中所述的中间金属层只制作在待键合单元器件的P、η电极上。
6.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于:步骤3中所述的基板为一导热性良好的材料。
7.如权利要求6所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于:步骤3中所述的基板为硅基板或陶瓷基板。
8.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于:在步骤3中所述的基板中制作有导电通孔，使基板正面和底面的相对金属图形互联。
9.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于:步骤3中所述的金属图案与待键合单元器件阵列相对应，所述金属图案的金属是Au层或者AuSn合金层，厚度为0.1-3微米。
10.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于:步骤3中所述的金属图案下面存在导热通道，该导热通道贯穿基板，实现基板正面金属图案与背面金属焊盘电连接。
11.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于:步骤3中所述的导热通道的填充物是铜或其他材料。
12.如权利要求1-11任一所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法制造得到的晶圆级封装芯片。
13.一种LED灯的制造方法，先通过如权利要求1-11任一所述的方法制造用于LED的晶圆级封装的芯片，再继续完成涂敷荧光粉、制作透镜以及切割等工序后得到LED灯。
14.如权利要求13所述的LED灯的制造方法制造得到的LED灯。
【文档编号】H01L21/683GK103647012SQ201310712946
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】梁萌, 杨华, 刘志强, 伊晓燕, 王军喜, 王国宏, 李晋闽 申请人:中国科学院半导体研究所