发光二极管阵列的制造系统与方法技术方案

一种在金属基板上制造垂直式ＬＥＤ（发光二极管）阵列的系统与方法；评估该ＬＥＤ阵列的缺陷；破坏一个或多个有缺陷的ＬＥＤｓ；形成适合晶圆级封装的仅具良品ＬＥＤｓ的ＬＥＤ阵列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体制造，尤其涉及LEDs(发光二极管)阵列的制造方法与设备。
技术介绍
半导体产业发展最快的部分之一为多芯片模块(multi-chip modules，MCM)的制造，多芯片模块越来越常使用在形成PC芯片组的计算机中，或是例如调制解调器及手机等电信项目上。此外，像是手表及计算器等消费性电子产品上典型地也包含多芯片模块。 在一多芯片模块中，未封装LEDs(即芯片)以黏接剂固定在基板上(例如印刷电路板)，接着直接电连接(electrical connection)至每一LED上的焊垫(bond pads)及在基板上的电引线。 为了使成本降到最低，并使组合封装的质量增至最高，一般来说需采取一些步骤来确保只有经发现具有功能性的LEDs才能相互进行组装，因此，在LED黏接制程之前，LEDs及承载基板一般需经过光电缺陷、污染和其它不规则性测试，于阵列中发现具有缺陷的LEDs一般以标记的方式与良好的构件相区别。 因此，对于未封装LEDs，半导体制造商需要提供经测试及证实为已知良品LED(known good LED，KGL)的LED阵列。换句话说，LEDs在我们日常生活中正扮演着越来越重要的角色。传统上，LEDs常见于许多应用中，像通信及其它领域，例如行动电话、设备及其它电子装置。最近，对于以氮化物(nitride)为基础的半导体材料(例如包含氮化镓(Gallium Nitride，GaN))应用于光电产品的需求已戏剧性地增加，例如视频显示器、光学储存装置、照明设备及医疗器材。常规的蓝光发光二极管使用氮化物的半导体材料制成，例如氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)和氮化铝铟镓(AlInGaN)。前面所提及的发光装置的半导体层大部分以磊晶的方式生成于不具导电性的蓝宝石基板上。因为蓝宝石基板为电绝缘体，电极无法直接形成在该蓝宝石基板上来驱动电流通过LEDs，取而代之，电极各自直接接触p型半导体层及n型半导体层，以完成LED装置的制造。然而，此类电极配置及蓝宝石基板的非导电本质呈现出此装置在操作上的一个重要局限。例如，半透明接点必需形成在p型半导体层上，以将电流自p电极散布至n电极，而该半透明接点会因内部反射及吸收而降低装置所发出的光强度，并且，p电极及n电极会遮住光线且减少该装置的发光面积。此外，该蓝宝石基板为热绝缘体，在装置操作期间所产生的热无法有效排除，因此限制了该装置的可靠性。 图1显示出一种这样的常规LED。如图所示，基板以1代表，该基板1通常为蓝宝石，缓冲层2形成在该基板1上，用来降低基板1与GaN间的晶格错置，该缓冲层2可以磊晶形式生长于该基板1上，且其可以是氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)及氮化铝铟镓(AlInGaN)；接着，依顺序形成n型GaN基底层3、多量子阱(multi-quantum well，MQW)层4及p型GaN层5。利用蚀刻法在n型GaN基底层3上形成暴露区域6；导电半透明涂层7设置在该p型GaN层5上；最后，n型电极9及p型电极8形成于所选定的电极区域上，n型电极9需要与p型电极位于该装置同一侧，以将电子及空穴分别注入多量子阱活性层4中。在多量子阱活性层4中的空穴与电子的放射性重组会放出光。然而，此常规LED结构的限制包括(1)在p型半导体层5上的半透明接点最多只有70％的透明度，且其可阻挡由多量子阱活性层4所放出的光；(2)由于电极的位置，从n型电极散布至p型电极的电流并不一致；以及(3)因为蓝宝石为热和电的绝缘体，故于装置操作期间热会累积。 为了增加有效的照明面积，因而发展出垂直式LEDs。如图2所示，典型垂直式LED具有基板10(一般来说为硅、砷化镓(GaAs)或是锗(Ge))，接着将多重过渡金属层12、p型GaN层14、多量子阱层16及n型GaN层18形成于基板10上；之后将n型电极20与p型电极22形成于经选定作为电极的区域上。 美国专利申请20040135158显示出一种通过下列步骤实现垂直式LED结构的方法(a)在蓝宝石基板上形成缓冲层；(b)在该缓冲层上形成多个掩膜(mask)，其中，该基板、该缓冲层及该多个掩膜共同形成基板单元；(c)在该多个掩膜上形成多层磊晶结构，其中，该多层磊晶结构包含活性层；取出该多层磊晶结构；(d)移除在取出后与该多层磊晶结构的底侧相接合的剩余掩膜；(e)在该多层磊晶结构的该底侧上方涂布金属反射层；(f)将导电性基板接合至该金属反射层；(g)设置p型电极于该多层磊晶结构的上表面上，并装设n型电极于该导电性基板的底侧上。
技术实现思路
在一方面，公开了一种垂直式LED的制造系统与方法，包含在金属基板上形成LED阵列；评估该LED阵列的缺陷；破坏或移除其中一或多个有缺陷的LEDs，然后形成仅具有良品LEDs的阵列。这些仅具良品LEDs的阵列(包含在晶圆级下)接着可加以封装，供多芯片动力LED装置使用。 实现上述方面可包含下列一或多个步骤该破坏包括汽化有缺陷的LEDs，或包含施加激光束于有缺陷的LEDs，或利用激光切割来切穿该金属基板以将其移除；测试多个LED中的每一个的电功能性，以识别符合需求的无缺陷LED，无缺陷LED接着以可准备封装(包含晶圆级封装)的阵列形式提供。 该系统可包含下列一或多个优点。上述系统提供了适用于制造及测试在金属基板上的未封装垂直式LEDs的制程，本专利技术的LED制造及检测方法适用于老化(burn-in)测试及检验实际上所有种类的LEDs，特别是本专利技术所描述的金属基板上的垂直式LED。因为本专利技术提供了最终构件制造前的测试，故极具经济效益，使本专利技术相较于常规方法更具有高度可靠性。除了强化了LEDs的标准制造测试外，该系统是在制造良品LEDs阵列方面的重要发展成果，这些改善能够提升封装组合(packaging assembly)、筛选(screening)及组装成品率(assembly yield)，大量地降低成本。此外，整体产品故障率也能显著地降低，因此改善了系统与生命周期成本，使在系统整合内与晚期不合格构件相关联的制程延迟和成本降至最低。 本专利技术这些或是其它实施例、方面、优点及特征将部分地记载于下列说明中，而有部分为本领域技术人员通过参考本专利技术的下列说明与附图或通过实践本专利技术可以明白的。本专利技术的方面、优点及特征通过随附权利要求中所特别指出的工具、步骤及组合予以实现。 附图说明 为了更加了解本专利技术的其它特征、技术概念及目的，可清楚地阅读以下优选实施例及附图的说明，其中 图1显示现有技术的已知LED； 图2显示现有技术的垂直式LED； 图3至图8显示在金属基板上的垂直式LED的示范制程中的操作； 图9显示利用激光束移除不良品LED的方法。该不良品LED通过沿着形成缺陷LED边界的截口切穿金属基板加以汽化或移除； 图10显示不良品LED于移除前所处位置的未占用空间； 图11显示已知良品LED阵列，其中已知良品LEDs通过在金属基板上的全部四个已知良品LEDs中的n型电极与p型电极所用的接合引线来电耦合。主要组件符号说明 1～基板 2～缓冲层 3～n型GaN层 4～多量子阱活性层 5～p型GaN层 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种已知良品ＬＥＤ阵列的制造方法，包含：在金属基板上形成ＬＥＤｓ；评估该ＬＥＤｓ的缺陷，包括与预定标准相比较的光学及电学功能丧失；以及从该金属基板上移除一个或多个有缺陷的ＬＥＤｓ，并留下良品ＬＥＤｓ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-1-11 11/032,8541.一种已知良品LED阵列的制造方法，包含在金属基板上形成LEDs；评估该LEDs的缺陷，包括与预定标准相比较的光学及电学功能丧失；以及从该金属基板上移除一个或多个有缺陷的LEDs，并留下良品LEDs。2.如权利要求1所述的已知良品LED阵列的制造方法，其中，该移除包含利用激光汽化有缺陷的LED结构，以使该LED的温度升高至使其汽化的温度以上。3.如权利要求1所述的已知良品LED阵列的制造方法，其中，该移除一个或多个有缺陷的LEDs的制程包含沿着该有缺陷的LED的截口施加激光束并切穿该金属基板。4.如权利要求1所述的已知良品LED阵列的制造方法，其中，该评估包含在该多个LED中的每一个上进行光学及电学功能性测试，以鉴别符合要求的无缺陷LED阵列。5.如权利要求1所述的已知良品LED阵列的制造方法，还包含在晶圆级下封装无缺陷LED阵列。6.如权利要求1所述的已知良品LED阵列的制造方法，其中，该多层磊晶结构包含n型半导体层，由氮化镓(GaN)或氮化铝镓(AlGaN)构成；一个或多个具有InAlGaN/GaN层的量子阱；以及p型半导体层，由氮化镓(GaN)或氮化铝镓(AlGaN)构成。7.如权利要求1所述的已知良品LED阵列的制造方法，其中，在该多层磊晶结构上方的该一个或多个金属层包含下列其中之一氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、银(silver)、铝(Al)、铬(Cr)、铂(Pt)、镍(Ni)、金(Au)、钼(Mo)、钨(W)、耐火金属、及其金属合金。8.一种已知良品LED阵列的制造方法，包含在金属基板上形成LED阵列；评估该LED阵列的缺陷，包括与预定标准相比较；以及从该金属基板上移除一个或多个有缺陷的LEDs。9.如权利要求8所述的已知良品LED阵列的制造方法，其中，该移除制程包含利用激光汽化有缺陷的LED结构，以将该LED的温度提升至高于汽化温度的温度。10.如权利要求8所述的已知良品LED阵列的制造方法，其中，该移除一个或多个有缺陷的LEDs的制程包含沿着缺陷LED的截口施加激光束并切穿该金属基板。11.如权利要求8所述的已知良品LED阵列的制造方法，其中，该评估制程包含在该多个LEDs中的每一个上进行光学及电学功能性测试，以鉴别符合要求的无缺陷的LED阵列。12.如权利要求8所述的已知良品LED阵列的制造方法，还包含在晶圆级下封装无缺陷的LED阵列。13.如权利要求8所述的已知良品LED阵列的制造方法，其中，该多层磊晶结构包含n型半导体层，由氮化镓(GaN)或氮化铝镓(AlGaN)构成；一个或多个量子阱，具有AlInGaN/GaN层；以及p型半导体层，由氮化镓(GaN)或氮化铝镓(AlGaN)构成。14.如权利要求8所述的已知良品LED阵列的制造方法，其中，在该多层磊晶结构上方的该一个或多个金属层包含下列其中之一氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、银(silver)、铝(Al)、铬(Cr)、铂(Pt)、镍(Ni)、金(Au)、钼(Mo)、钨(W)、耐火金属、及其金属合金。15.一种在金属基板上制造垂直式LED阵列的方法，包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：段忠，陈长安，
申请(专利权)人：美商旭明国际股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]