Led及製造方法
2023-08-02 22:39:31 1
專利名稱：Led及製造方法
技術領域：
本發明涉及一種LED及製造方法。
背景技術：
倒裝晶片技術是當今最先進的微電子封裝技術之一，它既是一種晶片互連技術，又是一種理想的晶片粘接技術，它將電路組裝密度提升到了一個新的高度。在所有表面安裝技術中，倒裝晶片可以達到最小、最薄的封裝，隨著電子產品體積的進一步縮小，倒裝晶片的應用將會越來越廣泛。
將LED裸晶片倒扣在矽襯底上的封裝形式稱為倒裝LED。傳統的倒裝LED為平面型結構，如圖1所示，它包括LED裸晶片和矽襯底2，所述LED裸晶片由襯底10和N型外延層11、P型外延層12組成，所述矽襯底2頂面有兩個分離的沉積金屬層30、31，所述P型外延層12、所述N型外延層11分別通過焊球40、41焊接在所述金屬層30、31上，所述金屬層30、31與所述矽襯底2的結合區分別還有一個與所述矽襯底2極性相反的隔離層20、21，用於隔離所述金屬層30、31與所述矽襯底2，起到保護的作用。這種傳統的倒裝LED的PN結在正面、側面和底面上均會發光，但是由於側面及底面發出的光都被散射出去，因而沒有被充分利用，造成LED的發光效率較低，使得正面出光的強度降低。
正裝晶片技術是傳統的微電子封裝技術，其技術成熟，應用範圍最廣泛。目前絕大多數LED均為正裝LED，LED裸晶片正裝在一個帶有反射杯的支架上，其P型外延層、N型外延層分別通過金屬線焊接在陽極和陰極引線上，這種正裝LED雖然有反射杯，可反射側面的光使其從正面射出，但是效果仍然不夠好，正面出光會被金屬焊線遮蔽，如襯底為絕熱材料時，其散熱性差。同時，這種正裝LED較難實現多晶片集成。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術上的不足，提供一種發光效率高、正面出光強度高的LED及製造該LED的方法。
本發明LED所採用的第一種技術方案是本發明LED包括LED裸晶片和矽襯底，所述LED裸晶片包括襯底和N型外延層、P型外延層，所述矽襯底頂面有兩個分離的沉積金屬層，所述P型外延層、所述N型外延層分別通過焊球倒裝焊接在所述金屬層上，所述金屬層與所述矽襯底的結合區分別還有一個摻雜的隔離層I，所述矽襯底上表面有一個U型凹槽，所述LED裸晶片位於所述U型凹槽內，所述U型凹槽內有透明絕緣的填充樹脂，所述金屬層覆蓋於所述U型凹槽的底面和側面，所述金屬層的外表面為反光面，所述金屬層與所述矽襯底之間各有一個隔離層II。
所述矽襯底為100晶向的矽襯底，所述U型凹槽為四稜台體形狀，所述U型凹槽的各側面與所述矽襯底頂面之間的夾角均為54.7°。
本發明LED還包括保護層，所述保護層覆蓋於所述金屬層外表面。
所述矽襯底為P型或N型，所述隔離層I與所述矽襯底極性相反，所述填充樹脂內混有螢光粉，所述焊球為金球栓或銅球栓或錫球，所述金屬層為金屬鋁或矽鋁合金。
本發明LED的製造方法所採用的第一種技術方案是它包括以下步驟(a)形成掩蔽層將100晶向的所述矽襯底的上表面在氧化爐管內熱氧化生長出氧化層I，然後在光刻機上利用U槽光刻掩模版進行光刻，形成光刻圖形，光刻時圖形之框線須與所述矽襯底晶片之011主平邊方向平行，再用含HF的腐蝕液對氧化層I的所述光刻圖形部分進行蝕刻，去除所述光刻圖形部分內的氧化層I，剩餘的氧化層I構成掩蔽層；或者先將100晶向的所述矽襯底的上表面在氧化爐管內熱氧化生長出氧化層II後，再以低壓化學氣相沉積法生長出氮化矽薄膜，然後在光刻機上利用U槽光刻掩模版進行光刻，形成光刻圖形，光刻時圖形之框線須與所述矽襯底晶片之011主平邊方向平行，再用幹法蝕刻氮化矽，然後以溼法蝕刻氧化層II，去除所述光刻圖形部分內的氮化矽薄膜和氧化層II，剩餘的氮化矽薄膜和氧化層II構成掩蔽層；(b)形成U型凹槽利用掩蔽層，用KOH或NaOH溶液對所述矽襯底進行各向異性腐蝕，腐蝕出111晶向的矽面，形成一個側面與頂面呈54.7°的所述U型凹槽；(c)形成隔離層II在氧化爐管內熱氧化生長出氧化層III，在光刻機上利用擴散光刻掩模版進行光刻，光刻時採用負光刻膠，再用含HF的腐蝕液對氧化層III進行蝕刻，去除光刻圖形部分內的氧化層III，剩餘的氧化層III構成所述隔離層II；(d)形成隔離層I在高溫擴散爐中熱擴散形成所述隔離層I；(e)形成金屬層以濺射或蒸鍍的方法沉積金屬層I，然後在光刻機上利用金屬光刻掩模版進行光刻，光刻時採用負光刻膠，再用溼法或幹法蝕刻工藝對金屬層I進行蝕刻，蝕刻後剩餘的金屬層I構成所述金屬層；(f)形成保護層用化學氣相沉積法沉積二氧化矽或氮化矽保護層，然後在光刻機上利用護層光刻掩模版進行光刻，再用含HF的腐蝕液對二氧化矽進行蝕刻或對氮化矽用幹法進行蝕刻，使保護層出現兩個用於植焊球的開口；(g)LED裸晶片倒裝植金球栓或銅球栓或錫球於保護層的兩個開口內，再通過超聲鍵合將LED裸晶片倒裝在金球栓或銅球栓或錫球上；(h)灌封填充樹脂將樹脂材料填充灌封入所述U型凹槽內，形成所述填充樹脂。
本發明LED所採用的第二種技術方案是本發明LED包括LED裸晶片和矽襯底，所述LED裸晶片包括襯底和N型外延層、P型外延層，所述矽襯底頂面有兩個分離的沉積金屬層，所述N型外延層、所述P型外延層分別通過金屬線正裝焊接在所述金屬層上，所述金屬層與所述矽襯底的結合區還有兩個分離的摻雜的隔離層III，所述矽襯底上表面有一個U型凹槽，所述LED裸晶片位於所述U型凹槽內，所述U型凹槽內有透明絕緣的填充樹脂，所述金屬層覆蓋於所述U型凹槽的底面和側面，所述金屬層的外表面為反光面，所述金屬層與所述矽襯底之間有隔離層IV。
所述矽襯底為100晶向的矽襯底，所述U型凹槽為四稜台體形狀，所述U型凹槽的各側面與所述矽襯底頂面之間的夾角均為54.7°。
本發明LED還包括保護層，所述保護層覆蓋於所述金屬層外表面。
所述矽襯底為P型或N型，所述隔離層III與所述矽襯底極性相反，所述填充樹脂內混有螢光粉，所述金屬線為金線或鋁線或銅線，所述金屬層為金屬鋁或矽鋁合金。
本發明LED的製造方法所採用的第二種技術方案是它包括以下步驟(a)形成第一掩蔽層將100晶向的所述矽襯底的上表面在氧化爐管內熱氧化生長出氧化層IV，然後在光刻機上利用擴散光刻掩模版進行光刻，再用含HF的腐蝕液對氧化層IV進行蝕刻，去除所述光刻圖形部分內的氧化層IV，形成將要擴散的圖形，剩餘的氧化層IV構成第一掩蔽層；(b)形成隔離層III利用第一掩蔽層，在高溫擴散爐中熱擴散形成隔離層III；(c)形成第二掩蔽層用含HF的腐蝕液去除第一掩蔽層，然後在氧化爐管內熱氧化生長出氧化層V及用化學氣相法生成氮化矽層，然後在光刻機上利用U槽光刻掩模版進行光刻，再用幹法蝕刻氮化矽層，再用含HF的腐蝕液對氧化層V進行蝕刻，去除所述光刻圖形部分內的氧化層V及氮化矽層，剩餘的氧化層V及氮化矽層構成第二掩蔽層；(d)形成U型凹槽利用第二掩蔽層，用KOH或NaOH溶液對所述矽襯底進行各向異性腐蝕，腐蝕出111晶向的矽面，形成一個側面與頂面呈54.7°的所述U型凹槽；(e)連通隔離層III、形成隔離層IV利用第二掩蔽層，在高溫擴散爐中熱擴散最終形成所述隔離層III，然後在光刻機上利用接觸光刻掩模版進行光刻，再用幹法刻蝕氮化矽層，用含HF的腐蝕液對氧化層V進行蝕刻，形成兩個與所述隔離層III接觸的通孔，剩餘的氧化層和氮化矽層構成隔離層IV；(f)形成金屬層以濺射或蒸鍍的方法沉積金屬層II，然後在光刻機上利用金屬光刻掩模版進行光刻，再用溼法或幹法蝕刻工藝對金屬層II進行蝕刻，蝕刻後剩餘的金屬層II構成所述金屬層；(g)形成保護層用化學氣相沉積法沉積二氧化矽或氮化矽保護層，然後在光刻機上利用護層光刻掩模版進行光刻，再用含HF的腐蝕液對二氧化矽進行蝕刻或對氮化矽用幹法進行蝕刻，使保護層出現兩個用於焊接所述金屬線的開口和一個用於安裝LED裸晶片的缺口；(h)LED裸晶片正裝用銀膠將LED裸晶片正裝在所述U型凹槽的底部，再將連接LED焊點的所述金屬線焊接於保護層的兩個開口內的所述金屬層上；(i)灌封填充樹脂將樹脂材料填充灌封入所述U型凹槽內，形成所述填充樹脂。
本發明的有益效果是由於本發明LED所述矽襯底上表面有一個U型凹槽，所述LED裸晶片位於所述U型凹槽內，所述金屬層覆蓋於所述U型凹槽的底面和側面，所述LED裸晶片的PN結在側面和底面發出的光線遇到所述凹槽的側面和底面覆蓋的所述金屬層會發生反射，反射的光線又從正面射出，這樣，無論是從PN結的正面、底面還是側面發出的光都得到了有效利用，不會造成側面及底面光的浪費，提高了發光效率，即使是正裝LED也避免了傳統正裝的缺陷，故本發明LED發光效率高、正面出光強度高，散熱效果好；同理，採用本發明的製造方法製造的LED具有上述優點，且該方法工藝簡便，產品質量好，易於實現多晶片集成。
圖1是傳統倒裝LED的結構示意圖；圖2是本發明實施例一LED的結構示意圖；圖3是本發明實施例一LED的製造方法步驟(a)完成後的結構示意圖；圖4是本發明實施例一LED的製造方法步驟(b)完成後的結構示意圖；圖5是本發明實施例一LED的製造方法步驟(c)完成後的結構示意圖；圖6是本發明實施例一LED的製造方法步驟(d)完成後的結構示意圖；圖7是本發明實施例一LED的製造方法步驟(e)完成後的結構示意圖；圖8是本發明實施例一LED的製造方法步驟(f)完成後的結構示意圖；圖9是本發明實施例一LED的製造方法步驟(g)完成後的結構示意圖；圖10是本發明實施例二LED的結構示意圖；圖11是本發明實施例二LED的製造方法步驟(a)完成後的結構示意圖；圖12是本發明實施例二LED的製造方法步驟(b)完成後的結構示意圖；圖13是本發明實施例二LED的製造方法步驟(c)完成後的結構示意圖；圖14是本發明實施例二LED的製造方法步驟(d)完成後的結構示意圖；圖15是本發明實施例二LED的製造方法步驟(e)完成後的結構示意圖；圖16是本發明實施例二LED的製造方法步驟(f)完成後的結構示意圖；圖17是本發明實施例二LED的製造方法步驟(g)完成後的結構示意圖；圖18是本發明實施例二LED的製造方法步驟(h)完成後的結構示意圖。
具體實施例方式
實施例一如圖2所示，本實施例的LED為一種倒裝LED，包括LED裸晶片和矽襯底2，所述LED裸晶片包括藍寶石(Al2O3)襯底10和氮化鎵(GaN)N型外延層11、P型外延層12，當然，所述襯底10也可以為碳化矽(SiC)等其他材料的襯底，所述矽襯底2為100晶向的P型矽襯底，所述矽襯底2上表面有一個U型凹槽，所述LED裸晶片位於所述U型凹槽內。所述矽襯底2頂面有兩個分離的沉積金屬層32、33，所述金屬層32、33為金屬鋁，當然也可以採用矽鋁合金，所述金屬層32、33覆蓋於所述U型凹槽的底面和側面，所述金屬層32、33的外表面為反光面，所述金屬層32、33既是電極又是側面及底面光線的反光體，所述P型外延層12、所述N型外延層11分別通過焊球40、41倒裝焊接在所述金屬層32、33上，所述焊球40、41為金球栓，當然也可以為銅球栓或錫球，所述金屬層32、33與所述矽襯底2的結合區分別還有一個摻雜磷、砷等材料的N型隔離層I 22、23，用於隔離所述金屬層30、31與所述矽襯底2，防止所述金屬層30、31之間漏電或短路，同時所述隔離層I 22、23與所述矽襯底2之間也構成一個靜電保護二極體，也可起到在封裝過程中靜電保護的作用，同時所述隔離層I 22、23將所述LED裸晶片傳給所述金屬層30、31的熱量再傳遞給所述矽襯底2，起到良好的導熱、散熱作用。所述U型凹槽內有透明絕緣的填充樹脂7，所述填充樹脂7內混有螢光粉，所述LED裸晶片經所述藍寶石襯底10發出的藍色光激勵所述螢光粉發出黃色光，兩種顏色的光混合，最終向外發出白色光，所述金屬層32、33與所述矽襯底2之間各有一個隔離層II 51、53，所述金屬層32、33之間還有一個隔離層II 52。所述倒裝LED還包括保護層6，所述保護層6覆蓋於所述金屬層32、33外表面，以防止所述金屬層32、33短路，所述保護層6採用二氧化矽(SiO2)材料，當然也可以採用氮化矽(SiN)等其他材料。所述U型凹槽為正四稜台體形狀，所述U型凹槽的側面與所述矽襯底2頂面之間的夾角為54.7°，當然所述U型凹槽也可以為上、下底面為矩形的四稜台體形狀。當然，所述矽襯底2也可以為100晶向的N型矽襯底，此時，所述隔離層I22、23為摻雜硼等材料的P型隔離層本實施例的倒裝LED的製造方法包括以下步驟
(a)形成掩蔽層將100晶向的所述矽襯底2的上表面在氧化爐管內熱氧化生長出厚度為10000埃的氧化層I，所述氧化層I的厚度範圍可控制在2000～20000埃，然後在光刻機上利用U槽光刻掩模版進行光刻，形成光刻圖形，光刻時圖形之框線須與所述矽襯底2晶片之011主平邊方向平行，否則在蝕刻時會有嚴重的側面蝕刻造成圖形變形，再用含HF的腐蝕液對氧化層I的所述光刻圖形部分進行蝕刻，去除所述光刻圖形部分內的氧化層I，剩餘的氧化層I構成掩蔽層，此步驟最後形成的剖面圖如圖3所示；本步驟以氧化層作為掩蔽層保護膜的方法也可以被下列氮化矽掩蔽層薄膜方法所取代，即先將100晶向的所述矽襯底2的上表面在氧化爐管內熱氧化生長出厚度為350埃的氧化層II後，所述氧化層II的厚度範圍可控制在200～500埃，再以低壓化學氣相沉積法生長出厚度為1500埃的氮化矽薄膜，所述氮化矽薄膜的厚度範圍可控制在1000～3000埃，然後在光刻機上利用U槽光刻掩模版進行光刻，形成光刻圖形，光刻時圖形之框線須與所述矽襯底2晶片之011主平邊方向平行，再用幹法蝕刻氮化矽，然後以溼法蝕刻氧化層II，去除所述光刻圖形部分內的氮化矽薄膜和氧化層II，剩餘的氮化矽薄膜和氧化層II構成掩蔽層，最後形成的剖面圖如圖3所示；(b)形成U型凹槽利用掩蔽層，用溫度為65℃、濃度為55％的KOH溶液對所述矽襯底2進行各向異性腐蝕，腐蝕出111晶向的矽面，形成一個側面與頂面呈54.7°的所述U型凹槽，所述U型凹槽的深度控制在50～200微米，所述KOH溶液的溫度控制在40～90℃、濃度控制在30％～80％均可，所述KOH溶液也可以用NaOH溶液代替，所述U型凹槽的形成利用了KOH或NaOH在不同晶向的矽面上蝕刻速率不同的特性，即採用了各向異性蝕刻，此步驟最後形成的剖面圖如圖4所示；(c)形成隔離層II在氧化爐管內熱氧化生長出厚度為3000埃的氧化層III，所述氧化層III的厚度範圍可控制在1000～5000埃，在光刻機上利用擴散光刻掩模版進行光刻，所述U型凹槽的底面與所述矽襯底2的上表面位於兩個不同平面，光刻時為達到兩個臺面同時被解析，採用負光刻膠取代集成電路常用的正光刻膠，而且負光刻膠比正光刻膠易於實現光刻圖形，再用含HF的腐蝕液對氧化層III進行蝕刻，去除光刻圖形部分內的氧化層III，剩餘的氧化層III構成所述隔離層II 51、52、53，所述隔離層II 52在工藝過程中有可能被蝕刻掉，但對於產品不產生影響，此步驟最後形成的剖面圖如圖5所示；(d)形成隔離層I在高溫擴散爐中熱擴散形成所述隔離層I 22、23，所述隔離層I 22、23將使LED兩個電極處於隔離狀態，避免短路漏電，同時又使LED晶片能夠通過矽片散熱，此步驟最後形成的剖面圖如圖6所示；(e)形成金屬層以濺射或蒸鍍的方法沉積厚度為12000埃的金屬層I，所述金屬層I的厚度範圍可控制在5000～40000埃，然後在光刻機上利用金屬光刻掩模版進行光刻，光刻時同樣採用負光刻膠，再用半導體工藝習用的幹法蝕刻工藝對金屬層I進行蝕刻，當然，也可以採用溼法蝕刻對金屬層I進行蝕刻，蝕刻後剩餘的金屬層I構成所述金屬層32、33，此步驟最後形成的剖面圖如圖7所示；(f)形成保護層用化學氣相沉積法沉積厚度為12000埃的二氧化矽保護層，所述二氧化矽保護層的厚度範圍可控制在8000～15000埃，所述二氧化矽保護層也可以採用氮化矽保護層替代，然後在光刻機上利用護層光刻掩模版進行光刻，再用含HF的腐蝕液對二氧化矽進行蝕刻或對氮化矽用幹法進行蝕刻，使保護層出現兩個用於植焊球的開口，此步驟最後形成的剖面圖如圖8所示；(g)LED裸晶片倒裝植金球栓於保護層的兩個開口內，再通過超聲鍵合將LED裸晶片倒裝在金球栓上，當然金球栓也可以採用銅球栓或錫球，此步驟最後形成的剖面圖如圖9所示；(h)灌封填充樹脂將混有螢光粉的樹脂材料填充灌封入所述U型凹槽內，形成所述填充樹脂7，此步驟最後形成的剖面圖如圖2所示。
實施例二如圖10所示，本實施例的LED為一種正裝LED，包括LED裸晶片和矽襯底2，所述LED裸晶片包括藍寶石(Al2O3)襯底10和氮化鎵(GaN)N型外延層11、P型外延層12，當然，所述襯底10也可以為碳化矽(SiC)等其他材料的襯底，所述矽襯底2為100晶向的P型矽襯底，所述矽襯底2上表面有一個U型凹槽，所述LED裸晶片位於所述U型凹槽內。所述矽襯底2頂面有兩個分離的沉積金屬層35、36，所述金屬層35、36為金屬鋁，當然也可以採用矽鋁合金，所述金屬層35、36覆蓋於所述U型凹槽的底面和側面，所述金屬層35、36的外表面為反光面，所述金屬層35、36既是電極又是側面光線的反光體，所述N型外延層11、所述P型外延層12分別通過金屬線45、46正裝焊接在所述金屬層35、36上，所述金屬線45、46為金線，當然也可以為鋁線或銅線，所述金屬層35、36與所述矽襯底2的結合區還有兩個分離的摻雜磷、砷等材料的N型隔離層III 25、26，用於隔離所述金屬層35、36與所述矽襯底2，防止所述金屬層35、36之間漏電或短路，同時所述隔離層III25、26與所述矽襯底2之間也構成一個靜電保護二極體，也可起到在封裝過程中靜電保護的作用，同時所述隔離層III 25、26將所述LED裸晶片傳給所述金屬層35、36的熱量再傳遞給所述矽襯底2，起到良好的導熱、散熱作用。所述U型凹槽內有透明絕緣的填充樹脂7，所述填充樹脂7內混有螢光粉，所述LED裸晶片經所述藍寶石襯底10發出的藍色光激勵所述螢光粉發出黃色光，兩種顏色的光混合，最終向外發出白色光，所述金屬層與所述矽襯底之間有隔離層IV，所述隔離層IV由氧化層54、55、56、57和氮化矽層84、85、86、87組成。所述正裝LED還包括保護層6，所述保護層6覆蓋於所述金屬層35、36外表面，以防止所述金屬層35、36短路，所述保護層6採用二氧化矽(SiO2)材料，當然也可以採用氮化矽(SiN)等其他材料。所述U型凹槽為正四稜台體形狀，所述U型凹槽的側面與所述矽襯底2頂面之間的夾角為54.7°，當然所述U型凹槽也可以為上、下底面為矩形的四稜台體形狀。當然，所述矽襯底2也可以為100晶向的N型矽襯底，此時，所述隔離層III 25、26為摻雜硼等材料的P型隔離層本實施例的正裝LED的製造方法包括以下步驟(a)形成第一掩蔽層將100晶向的所述矽襯底2的上表面在氧化爐管內熱氧化生長出厚度為3500埃的氧化層IV，所述氧化層IV的厚度範圍可控制在2000～5000埃，然後在光刻機上利用擴散光刻掩模版進行光刻，再用含HF的腐蝕液對氧化層IV進行蝕刻，去除所述光刻圖形部分內的氧化層IV，形成將要擴散的圖形，剩餘的氧化層IV構成第一掩蔽層，此步驟最後形成的剖面圖如圖11所示；(b)形成隔離層III利用第一掩蔽層，在高溫擴散爐中熱擴散形成隔離層III 24、26，此步驟最後形成的剖面圖如圖12所示；(c)形成第二掩蔽層用含HF的腐蝕液去除第一掩蔽層，然後在氧化爐管內熱氧化生長出厚度為350埃的氧化層V及用化學氣相法生成厚度為1500埃的氮化矽層，所述氧化層V的厚度範圍可控制在200～500埃，所述氮化矽層的厚度範圍可控制在1000～3000埃，然後在光刻機上利用U槽光刻掩模版進行光刻，再用半導體工藝習用的幹法蝕刻工藝蝕刻氮化矽層，再用含HF的腐蝕液對氧化層V進行蝕刻，去除所述光刻圖形部分內的氧化層V及氮化矽層，剩餘的氧化層V及氮化矽層構成第二掩蔽層，此步驟最後形成的剖面圖如圖13所示；(d)形成U型凹槽利用第二掩蔽層，用溫度為65℃、濃度為55％的KOH溶液對所述矽襯底2進行各向異性腐蝕，腐蝕出111晶向的矽面，形成一個側面與頂面呈54.7°的所述U型凹槽，所述U型凹槽的深度控制在50～200微米，所述KOH溶液的溫度控制在40～90℃、濃度控制在30％～80％均可，所述KOH溶液也可以用NaOH溶液代替，所述U型凹槽的形成利用了KOH或NaOH在不同晶向的矽面上蝕刻速率不同的特性，即採用了各向異性蝕刻，此步驟最後形成的剖面圖如圖14所示；
(e)連通隔離層III、形成隔離層IV利用第二掩蔽層，在高溫擴散爐中熱擴散最終形成所述隔離層III 25、26，使得斷開的隔離層III 24重新連接起來，所述隔離層III 25、26將使LED兩個電極處於隔離狀態，避免短路漏電，同時又使LED晶片能夠通過矽片散熱，然後在光刻機上利用接觸光刻掩模版進行光刻，再用幹法刻蝕氮化矽層，用含HF的腐蝕液對氧化層V進行蝕刻，形成兩個與所述隔離層III 25、26接觸的通孔，剩餘的氧化層54、55、56、57和氮化矽層84、85、86、87構成隔離層IV，此步驟最後形成的剖面圖如圖15所示；(f)形成金屬層以濺射或蒸鍍的方法沉積厚度為12000埃的金屬層II，所述金屬層II的厚度範圍可控制在5000～40000埃，然後在光刻機上利用金屬光刻掩模版進行光刻，再用半導體工藝習用的幹法蝕刻工藝對金屬層II進行蝕刻，當然，也可以採用溼法蝕刻對金屬層II進行蝕刻，蝕刻後剩餘的金屬層II構成所述金屬層35、36，此步驟最後形成的剖面圖如圖16所示；(g)形成保護層用化學氣相沉積法沉積厚度為12000埃的二氧化矽保護層，所述二氧化矽保護層的厚度範圍可控制在8000～15000埃，所述二氧化矽保護層也可以採用氮化矽保護層替代，然後在光刻機上利用護層光刻掩模版進行光刻，再用含HF的腐蝕液對二氧化矽進行蝕刻或對氮化矽用幹法進行蝕刻，使保護層出現兩個用於焊接所述金屬線45、46的開口和一個用於安裝LED裸晶片的缺口，此步驟最後形成的剖面圖如圖17所示；(h)LED裸晶片正裝用銀膠9將LED裸晶片正裝在所述U型凹槽的底部，再將連接LED焊點的所述金屬線45、46焊接於保護層的兩個開口內的所述金屬層35、36上，此步驟最後形成的剖面圖如圖18所示；(i)灌封填充樹脂將樹脂材料填充灌封入所述U型凹槽內，形成所述填充樹脂7，此步驟最後形成的剖面圖如圖10所示。
採用本實施例的正裝LED的製造方法不必在U槽內進行光刻加工，對所述金屬層35、36光刻時不必考慮兩個臺面同時解析的問題，加工容易，且正裝封裝較易完成，如果襯底是熱導體，則散熱效果更好。該製造方法利用集成電路製造工藝比傳統的加反射杯的正裝LED製造方法更加容易集成。
本發明可廣泛應用於LED領域。
權利要求
1.一種LED，包括LED裸晶片和矽襯底(2)，所述LED裸晶片包括襯底(10)和N型外延層(11)、P型外延層(12)，所述矽襯底(2)頂面有兩個分離的沉積金屬層(32、33)，所述P型外延層(12)、所述N型外延層(11)分別通過焊球(40、41)倒裝焊接在所述金屬層(32、33)上，所述金屬層(32、33)與所述矽襯底(2)的結合區分別還有一個摻雜的隔離層I(22、23)，其特徵在於所述矽襯底(2)上表面有一個U型凹槽，所述LED裸晶片位於所述U型凹槽內，所述U型凹槽內有透明絕緣的填充樹脂(7)，所述金屬層(32、33)覆蓋於所述U型凹槽的底面和側面，所述金屬層(32、33)的外表面為反光面，所述金屬層(32、33)與所述矽襯底(2)之間各有一個隔離層II(51、53)。
2.根據權利要求1所述的LED，其特徵在於所述矽襯底(2)為100晶向的矽襯底，所述U型凹槽為四稜台體形狀，所述U型凹槽的各側面與所述矽襯底(2)頂面之間的夾角均為54.7°。
3.根據權利要求1所述的LED，其特徵在於它還包括保護層(6)，所述保護層(6)覆蓋於所述金屬層(32、33)外表面。
4.根據權利要求1或2或3所述的LED，其特徵在於所述矽襯底(2)為P型或N型，所述隔離層I(22、23)與所述矽襯底(2)極性相反，所述填充樹脂(7)內混有螢光粉，所述焊球(40、41)為金球栓或銅球栓或錫球，所述金屬層(32、33)為金屬鋁或矽鋁合金。
5.一種用於製造權利要求1所述的LED的方法，其特徵在於包括以下步驟(a)形成掩蔽層將100晶向的所述矽襯底(2)的上表面在氧化爐管內熱氧化生長出氧化層I，然後在光刻機上利用U槽光刻掩模版進行光刻，形成光刻圖形，光刻時圖形之框線須與所述矽襯底(2)晶片之011主平邊方向平行，再用含HF的腐蝕液對氧化層I的所述光刻圖形部分進行蝕刻，去除所述光刻圖形部分內的氧化層I，剩餘的氧化層I構成掩蔽層；或者先將100晶向的所述矽襯底(2)的上表面在氧化爐管內熱氧化生長出氧化層II後，再以低壓化學氣相沉積法生長出氮化矽薄膜，然後在光刻機上利用U槽光刻掩模版進行光刻，形成光刻圖形，光刻時圖形之框線須與所述矽襯底(2)晶片之011主平邊方向平行，再用幹法蝕刻氮化矽，然後以溼法蝕刻氧化層II，去除所述光刻圖形部分內的氮化矽薄膜和氧化層II，剩餘的氮化矽薄膜和氧化層II構成掩蔽層；(b)形成U型凹槽利用掩蔽層，用KOH或NaOH溶液對所述矽襯底(2)進行各向異性腐蝕，腐蝕出111晶向的矽面，形成一個側面與頂面呈54.7°的所述U型凹槽；(c)形成隔離層II在氧化爐管內熱氧化生長出氧化層III，在光刻機上利用擴散光刻掩模版進行光刻，光刻時採用負光刻膠，再用含HF的腐蝕液對氧化層III進行蝕刻，去除光刻圖形部分內的氧化層III，剩餘的氧化層III構成所述隔離層II(51、52、53)；(d)形成隔離層I在高溫擴散爐中熱擴散形成所述隔離層I(22、23)；(e)形成金屬層以濺射或蒸鍍的方法沉積金屬層I，然後在光刻機上利用金屬光刻掩模版進行光刻，光刻時採用負光刻膠，再用溼法或幹法蝕刻工藝對金屬層I進行蝕刻，蝕刻後剩餘的金屬層I構成所述金屬層(32、33)；(f)形成保護層用化學氣相沉積法沉積二氧化矽或氮化矽保護層，然後在光刻機上利用護層光刻掩模版進行光刻，再用含HF的腐蝕液對二氧化矽進行蝕刻或對氮化矽用幹法進行蝕刻，使保護層出現兩個用於植焊球的開口；(g)LED裸晶片倒裝植金球栓或銅球栓或錫球於保護層的兩個開口內，再通過超聲鍵合將LED裸晶片倒裝在金球栓或銅球栓或錫球上；(h)灌封填充樹脂將樹脂材料填充灌封入所述U型凹槽內，形成所述填充樹脂(7)。
6.一種LED，包括LED裸晶片和矽襯底(2)，所述LED裸晶片包括襯底(10)和N型外延層(11)、P型外延層(12)，所述矽襯底(2)頂面有兩個分離的沉積金屬層(35、36)，所述N型外延層(11)、所述P型外延層(12)分別通過金屬線(45、46)正裝焊接在所述金屬層(35、36)上，所述金屬層(35、36)與所述矽襯底(2)的結合區還有兩個分離的摻雜的隔離層III(25、26)，其特徵在於所述矽襯底(2)上表面有一個U型凹槽，所述LED裸晶片位於所述U型凹槽內，所述U型凹槽內有透明絕緣的填充樹脂(7)，所述金屬層(35、36)覆蓋於所述U型凹槽的底面和側面，所述金屬層(35、36)的外表面為反光面，所述金屬層(35、36)與所述矽襯底(2)之間有隔離層IV。
7.根據權利要求6所述的LED，其特徵在於所述矽襯底(2)為100晶向的矽襯底，所述U型凹槽為四稜台體形狀，所述U型凹槽的各側面與所述矽襯底(2)頂面之間的夾角均為54.7°。
8.根據權利要求6所述的LED，其特徵在於它還包括保護層(6)，所述保護層(6)覆蓋於所述金屬層(35、36)外表面。
9.根據權利要求6或7或8所述的LED，其特徵在於所述矽襯底(2)為P型或N型，所述隔離層III(25、26)與所述矽襯底(2)極性相反，所述填充樹脂(7)內混有螢光粉，所述金屬線(45、46)為金線或鋁線或銅線，所述金屬層(35、36)為金屬鋁或矽鋁合金。
10.一種用於製造權利要求6所述的LED的方法，其特徵在於包括以下步驟(a)形成第一掩蔽層將100晶向的所述矽襯底(2)的上表面在氧化爐管內熱氧化生長出氧化層IV，然後在光刻機上利用擴散光刻掩模版進行光刻，再用含HF的腐蝕液對氧化層IV進行蝕刻，去除所述光刻圖形部分內的氧化層IV，形成將要擴散的圖形，剩餘的氧化層IV構成第一掩蔽層；(b)形成隔離層III利用第一掩蔽層，在高溫擴散爐中熱擴散形成隔離層III(24、26)；(c)形成第二掩蔽層用含HF的腐蝕液去除第一掩蔽層，然後在氧化爐管內熱氧化生長出氧化層V及用化學氣相法生成氮化矽層，然後在光刻機上利用U槽光刻掩模版進行光刻，再用幹法蝕刻氮化矽層，再用含HF的腐蝕液對氧化層V進行蝕刻，去除所述光刻圖形部分內的氧化層V及氮化矽層，剩餘的氧化層V及氮化矽層構成第二掩蔽層；(d)形成U型凹槽利用第二掩蔽層，用KOH或NaOH溶液對所述矽襯底(2)進行各向異性腐蝕，腐蝕出111晶向的矽面，形成一個側面與頂面呈54.7°的所述U型凹槽；(e)連通隔離層III、形成隔離層IV利用第二掩蔽層，在高溫擴散爐中熱擴散最終形成所述隔離層III(25、26)，然後在光刻機上利用接觸光刻掩模版進行光刻，再用幹法刻蝕氮化矽層，用含HF的腐蝕液對氧化層V進行蝕刻，形成兩個與所述隔離層III(25、26)接觸的通孔，剩餘的氧化層(54、55、56、57)和氮化矽層(84、85、86、87)構成隔離層IV；(f)形成金屬層以濺射或蒸鍍的方法沉積金屬層II，然後在光刻機上利用金屬光刻掩模版進行光刻，再用溼法或幹法蝕刻工藝對金屬層II進行蝕刻，蝕刻後剩餘的金屬層II構成所述金屬層(35、36)；(g)形成保護層用化學氣相沉積法沉積二氧化矽或氮化矽保護層，然後在光刻機上利用護層光刻掩模版進行光刻，再用含HF的腐蝕液對二氧化矽或氮化矽進行蝕刻，使保護層出現兩個用於焊接所述金屬線(45、46)的開口和一個用於安裝LED裸晶片的缺口；(h)LED裸晶片正裝用銀膠(9)將LED裸晶片正裝在所述U型凹槽的底部，再將連接LED焊點的所述金屬線(45、46)焊接於保護層的兩個開口內的所述金屬層(35、36)上；(i)灌封填充樹脂將樹脂材料填充灌封入所述U型凹槽內，形成所述填充樹脂(7)。
全文摘要
本發明公開了一種發光效率高、正面出光強度高的LED及製造方法。該LED包括LED裸晶片和矽襯底，LED裸晶片包括N型外延層、P型外延層，矽襯底頂面有兩個金屬層，兩個外延層通過焊球或金屬線焊接在金屬層上，金屬層與矽襯底的結合區還有兩個隔離層I，矽襯底上表面有U型凹槽，LED裸晶片位於凹槽內，凹槽內有填充樹脂，金屬層覆蓋於凹槽的底面和側面，金屬層的外表面為反光面，金屬層與矽襯底之間有隔離層II。該製造方法包括形成掩蔽層、凹槽、氧化層、隔離層、金屬層、保護層及焊裝LED的步驟。本發明可廣泛應用於LED領域。
文檔編號H01L33/00GK1877875SQ20061003547
公開日2006年12月13日 申請日期2006年5月17日 優先權日2006年5月17日
發明者吳緯國 申請人:廣州南科集成電子有限公司