GaN基LED倒扣焊组合和灯具及晶片水平的倒扣焊工艺制造技术

本发明专利技术揭示新型大功率半导体芯片或器件（包括ＧａＮ基发光二极管）倒扣焊组合和灯具，以及低成本的晶片水平的倒扣焊的制造工艺方法。属于半导体光电子技术领域。本发明专利技术包括：半导体芯片或器件的外延层倒扣焊到衬底基片，剥离衬底晶片，沉积特定形状的电极到外延层上，切割成半导体芯片或器件倒扣焊组合，设计新型灯具以便减少全内反射。本发明专利技术的优越性是：（１）制造工艺方法简单；（２）不需要昂贵的芯片水平的倒扣焊设备；（３）生产效率高；（４）好的散热效率；（５）电流分布均匀，电流密度提高；（６）光取出效率提高；（７）除去全内反射。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术揭示新型大功率半导体芯片或器件(包括GaN基发光二极管(LED))倒扣焊组合和灯具，以及生产新型大功率半导体芯片或器件倒扣焊组合的晶片水平的倒扣焊工艺方法。
技术介绍
芯片水平的倒扣焊工艺方法，特别是对大功率GaN基发光二极管(LED)，有下述不足之处(1)工艺方法复杂，设备昂贵，生产效率低，这是低成本大批量生产大功率GaN基发光二极管的瓶颈；(2)由于使用有机填充材料，致使散热效率达不到预期；(3)在衬底晶片和外延层之间的晶格不匹配依然存在；(4)衬底晶片和外延层之间的全内反射造成光取出效率低。传统的芯片水平的倒扣焊工艺方法包含下述的工艺步骤放置精密控制大小和高度的凸点于衬底基片上准确的位置，把衬底基片切成个别的衬底芯片，准确地倒扣焊每个半导体芯片在每个衬底芯片上，在每个半导体芯片和衬底芯片之间的缝隙中填充环氧基树脂。即使某些工艺方法不包括填充工艺，芯片水平的倒扣焊工艺方法仍然复杂。散热效率是大功率半导体芯片或器件(包括GaN基的LED)的关键，它决定了大功率半导体芯片或器件的质量和性能。芯片水平的倒扣焊工艺方法生产的大功率半导体芯片或器件，衬底晶片和外延层之间的晶格不匹配依然存在。GaN基半导体发光二极管可以外延生长在GaN衬底晶片上以便避免晶格不匹配，但是GaN衬底晶片非常昂贵。全内反射极大地减小光取出效率。对于GaN基半导体发光二极管，GaN外延层，蓝宝石衬底晶片，和环氧基树脂圆顶的折射率n分别地是约2.5，1.8，和1.5。在GaN外延层-蓝宝石交界面，在蓝宝石-环氧基树脂圆顶交界面，和在环氧基树脂圆顶-空气交界面，当光的入射角大於由Snell定律决定的临界角，发出的光被反射回去。对于以GaN晶片作为衬底晶片的GaN基半导体发光二极管，在GaN衬底晶片-环氧基树脂圆顶交界面和环氧基树脂圆顶-空气交界面，仍然存在全内反射。讨论芯片水平的倒扣焊的专利包括美国专利6,483,196，美国专利6,455,878，美国专利6,517,218，美国专利6,649,440，和美国专利6,646,292。因此需要新型大功率半导体芯片或器件倒扣焊组合和灯具及其生产工艺。
技术实现思路
本专利技术揭示了新型大功率半导体芯片或器件倒扣焊组合和灯具及其晶片水平的倒扣焊生产工艺。虽然是以GaN基半导体发光二极管作为实施实例，但是新型倒扣焊组合和灯具及其晶片水平的倒扣焊生产工艺可以应用于其它半导体芯片或器件。本专利技术揭示的晶片水平的倒扣焊生产工艺包括下列步骤第一，键合外延晶片和衬底基片以形成一个键合晶片；第二，从所述的键合晶片上剥离衬底晶片，使得外延层暴露；第三，沉积一个有特定形状的电极于所述的暴露的外延层；第四，切割所述的键合晶片成为半导体芯片或器件。本专利技术的目的和能达到的各项效果如下1.提出在晶片水平的新的半导体芯片或器件倒扣焊组合的生产工艺具有如下效果(1)生产效率高，(2)生产工艺简单，(3)不需要使用昂贵的芯片水平的倒扣焊设备。因此新的半导体芯片或器件倒扣焊组合具有所有芯片水平的倒扣焊组合的优点，而没有芯片水平的倒扣焊工艺的缺点。2.改善GaN基的半导体发光二极管的内在效率因为蓝宝石衬底晶片被剥离，衬底晶片和外延层之间的晶格不匹配不再存在。3.提高半导体芯片或器件的热导率半导体芯片的全部外延层表面直接金属键合到高热导的衬底基片，形成一条优良的热传导路径。4.除去外延层与衬底晶片之间的全内反射在除去衬底晶片之后，半导体芯片的外延层的另一面，被直接暴露在环氧基树脂圆顶，添加纳米粒子到环氧基树脂圆顶使之与外延层有相同的折射率。5.除去环氧基树脂圆顶和空气之间的全内反射优化环氧基树脂圆顶的形状和直径。6.GaN基的半导体发光二极管的亮度更高新的半导体芯片或器件倒扣焊组合的两个电极是在半导体芯片或器件的两侧，优化设计电极的形状可以使得电流分布均匀，因而充分利用发光层材料，电流密度提高。附图说明图1a是传统的半导体芯片或器件的芯片水平倒扣焊组合的截面图。图1b是芯片水平的倒扣焊组合的灯具。图2a到2e是本专利技术的新的半导体芯片或器件倒扣焊组合的实施实例。图2a是本专利技术的新的半导体芯片或器件倒扣焊组合的生产工艺的流程图。图2b是一个生长了外延层的衬底晶片的截面图和一个衬底基片的截面图。图2c是一个生长了外延层的衬底晶片键合到衬底基片而形成的的键合晶片的截面图。图2d是一个剥离了衬底晶片的键合晶片的截面图。图2e是一个沉积了有特定形状的电极的键合晶片的截面图。图3a到3j是不同式样的有特定形状的电极的实施实例。图3a是格子-环-形状的电极的顶视图。图3b是图3a的格子-环-形状的电极的截面图。图3c是有多个打线点的格子-环-形状的电极的顶视图。图3d是环-形状的电极的顶视图。图3e是有多个打线点的环-形状的电极的顶视图。图3f是十字-环-形状的电极的顶视图。图3g是有多个打线点的十字-环-形状的电极的顶视图。图3h是十字-多环-形状的电极的顶视图。图3i是十字-多环-隔离-形状的电极的顶视图。图3j是有一个长方形的打线带的格子-环-形状的电极的顶视图。图4a是半导体芯片或器件的倒扣焊组合的灯具的截面图。图4b是半导体芯片或器件的倒扣焊组合的带有脖颈结构的灯具的截面图。图4c是计算半球形圆顶的最小直径的示意图。本专利技术进一步的目的和效果将会从以下的描述和图显现出来。虽然本专利技术的具体化将会在下面被描述，那些熟练的技术人员将会认识到其他的半导体芯片或器件倒扣焊组合，灯具，和生产工艺能够实现本专利技术的原理。因此下列各项描述只是说明本专利技术的原理，而不是局限本专利技术于下列各项描述。注意下列各项(1)所有的图中的各个部分的大小的比例只是用于说明本专利技术，不是真正产品的尺寸。(2)虽然蓝宝石晶片在图2到图4中被用作衬底晶片，但是GaN，Si和其它晶片都能被用作衬底晶片。本专利技术的新颖性特征是在权利要求中提出，本专利技术和它的特征及效益将在下面的详细描述中更好的展示。图1a是传统的半导体芯片或器件的倒扣焊组合的截面图。半导体芯片或器件的外延层键合到衬底基片100。发光层111沉积在P-限制层112和N-限制层110之间。N-限制层110外延生长在衬底晶片109上。对于GaN基LED倒扣焊组合，发出的光通过透明的蓝宝石衬底晶片109。凸点105和106分别键合N-和P-接触点出108和107到衬底基片100上的键合点102和101。打线点103和104分别连接到键合点101和102。GaN基LED的外延层的大部分面积与填充环氧基树脂113接触。环氧基树脂113没有好的热传导。所以传统的半导体芯片或器件倒扣焊组合的热传导效率低。图1b是传统的灯具的截面图。灯具包括反射杯124，圆顶120。圆顶120可以是环氧基树脂材料，也可以是其他透明材料。发光层111发出的光的很大一部分被全内反射。光线121，122，和123分别在外延层-衬底晶片界面，衬底晶片-圆顶界面，和圆顶-空气界面被全内反射。圆顶120封闭反射杯124造成光线123的全内反射。对于以GaN作为衬底晶片的GaN基LED，只在衬底晶片-圆顶界面和圆顶-空气界面存在全内反射。图2是本专利技术的实施实例。图3展示多种特定形状的电极。图3a展示一种格子-环-形状的电极沉积在半导体芯片或器件倒扣焊组合3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产半导体芯片或器件倒扣焊组合的晶片水平的倒扣焊工艺方法，包括下列步骤：准备一个精密研磨／抛光的厚度均匀的衬底晶片；准备一个精密研磨／抛光的厚度均匀的衬底基片；在所述的衬底晶片上生长一个外延层以构成一片半导体芯片或器件的外延晶片；所述的外延层包括第一限制层，发光层，和第二限制层；其中第一限制层的厚度是事先决定的用以补偿所述的衬底晶片和衬底基片的厚度变化；沉积焊接层于衬底基片上；键合所述的第二限制层和所述的焊接层以此形成一个键合晶片；从所述的键合晶片上剥离所述的衬底晶片，使所述的第一限制层暴露；沉积一个有特定形状的电极于所述的第一限制层；所述的特定形状的电极至少有一个打线点。

【技术特征摘要】
US 2004-1-26 10/7653461.一种生产半导体芯片或器件倒扣焊组合的晶片水平的倒扣焊工艺方法，包括下列步骤准备一个精密研磨/抛光的厚度均匀的衬底晶片；准备一个精密研磨/抛光的厚度均匀的衬底基片；在所述的衬底晶片上生长一个外延层以构成一片半导体芯片或器件的外延晶片；所述的外延层包括第一限制层，发光层，和第二限制层；其中第一限制层的厚度是事先决定的用以补偿所述的衬底晶片和衬底基片的厚度变化；沉积焊接层于衬底基片上；键合所述的第二限制层和所述的焊接层以此形成一个键合晶片；从所述的键合晶片上剥离所述的衬底晶片，使所述的第一限制层暴露；沉积一个有特定形状的电极于所述的第一限制层；所述的特定形状的电极至少有一个打线点。2.权利要求1所述的生产半导体芯片或器件倒扣焊组合的晶片水平的倒扣焊的工艺方法，其特征在于，所述的衬底晶片是蓝宝石晶片并被精密研磨/抛光的方法剥离；所述的外延层还包括一缓冲层。3.权利要求1所述的生产半导体芯片或器件倒扣焊组合的晶片水平的倒扣焊的工艺方法，其特征在于，所述的衬底晶片也可以是硅晶片或者是氮化镓晶片，被蚀刻，或者被精密研磨/抛光，或者被蚀刻和精密研磨/抛光的组合的方法剥离。4.权利要求1所述的生产半导体芯片或器件倒扣焊组合的晶片水平的倒扣焊的工艺方法，包括沉积反射/欧姆层在所述的第二限制层和所述的焊接层之间；其特征在于，所述的反射/欧姆层的材料可以从以下选出，但是不局限于铝，金，银，...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭晖，彭刚，
申请(专利权)人：金芃，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]