一种高强度芯片键合结构制造技术

本发明专利技术涉及一种高强度芯片键合结构，包括用于连接n层芯片的连接结构，n≥2，所述连接结构由多组金属墙和多个金属电极组成，一组金属墙由对应于n层芯片的n个金属墙键合连接得到，以实现芯片之间的键合连接；不同层的芯片上的电极分别与一个金属电极电性连接，两个金属电极同时与同一组金属墙电性连接，以经由金属墙实现芯片之间的电性连接。该结构键合连接可靠，电性连接好，且使用寿命长。且使用寿命长。且使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度芯片键合结构


[0001]本专利技术属于微电子及光电领域，具体涉及一种高强度芯片键合结构。

技术介绍

[0002]无机发光二极管（LEDs）是由诸如GaAs, AlGaInP/GaP, InGaN/GaN等化合物半导体组成，LED的材料组成成分决定了其发射光波长，可实现红外到可见光到紫外波段。为了将电能转换光能，电流流经LED器件，载流子被注入至P
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N结。其中，n型半导体中的载流子是电子，p型半导体中的载流子是空穴。当电子与空穴在P
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N节中复合时，能量以电磁波的形式释放并最终表现为发光。AlGasAs和AlGaInP半导体材料通常用于红光和黄光LED，基于GaN的半导体则用于绿色，蓝色和紫外LED。
[0003]信息显示器件是视觉影像呈现信息的光电器件，Micro
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LED显示是由尺寸小于50 μm不带衬底的LED芯片阵列组成的显示屏。与现有的其他几种显示技术（如LCD、OLED显示技术等）相比，Micro
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LED显示作为新一代显示技术，具备亮度更高、发光效率更高、功耗更低等优点。不仅如此，由于Micro
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LED尺寸还能继续缩小至5 μm以下，因此可以将Micro
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LED显示器常规半导体器件集成到同一基板上，实现功能多样化。快速的响应速度、微米级的尺寸、出色的耐温性和极长的工作寿命使得Micro
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LED显示几乎能适用所有的显示应用，甚至包括了柔性与透明显示。通过减小LED的尺寸，Micro
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LEDs表现出能胜任可用于增强现实与虚拟现实应用的微显示的超高像素分辨率显示的潜力。高PPI的micro
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LED矩阵对于创建具备高逼真体验的3D光场显示必不可少。通过集成光学元件阵列，Micro
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LED位置传感器可用于眼部追踪与沉浸式交互、Micro
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LED阵列可用于可见光光通信等等。Micro
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LEDs(微型化尺寸的发光二极管)显示具有将我们带入真正意义上身临其境的沉浸式交互体验的潜力。Micro
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LED技术或将掀起真正意义上显示技术与IC技术高度集成的时代。Micro
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LED将为下一代信息显示技术——高度集成半导体信息显示(HISID)铺平道路。Micro
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LED还能应用于调节植物光照、人体神经信号传导等各个领域，展现了极大的潜力。
[0004]Micro
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LED显示由Micro
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LED芯片和驱动基板集成互连而成，二者通过倒装键合工艺完成电学属性和机械结构的连接。该工艺通常存在以下问题：1.结构的稳定性问题。由于技术的限制，高密度凸点互连工艺中，在受热加压的情况下容易发生膨胀变形，或者是部分凸点连接不上、连接脆弱，易导致Micro
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LED结构不稳定。因此，现阶段10um以下的金属凸点倒装技术难以达到较高的良率。2.由于现有的micro LED芯片除了出光面出光外，芯片的侧面也会出光，又因Micro
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LED芯片尺寸极小，芯片侧面发出的光会对相邻Micro
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LED芯片的出光造成干扰，从而影响Micro
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LED结构的出光品质，造成发光像素之间的光串扰，影响显示效果。3.电学连接的问题。传统上，一个Micro
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LED像素点和一个CMOS像素点的连接一般是通过凸点互连工艺，容易因套刻精度等工艺困难造成凸点连接断路或者短路的问题。
[0005]极限尺寸的不断突破与更复杂电路与器件结构的应用也同时对器件封装集成技术提高了更高的需求。以倒装键合为代表的3D集成技术是备受看好的技术路线，然而传统的倒装键合技术中，由不同材料制成的凸点（bump）同时提供了芯片间的键合连接与电性连
接，为了补偿芯片翘曲等导致高度差所引入的对凸点材料的延展性和柔韧性的需求，为了提高键合强度所导致的键合过程高温和高压力对芯片本身的破坏，使得凸点键合技术在更先进的制程中难以兼顾牢靠的键合效果、良好的电性连接与理想的使用寿命。鉴于此，需要开发一种全新的高强度芯片键合技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高强度芯片键合结构，该结构键合连接可靠，电性连接好，且使用寿命长。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种高强度芯片键合结构，包括用于连接n层芯片的连接结构，n≥2，所述连接结构由多组金属墙和多个金属电极组成，一组金属墙由对应于n层芯片的n个金属墙键合连接得到，以实现芯片之间的键合连接；不同层的芯片上的电极分别与一个金属电极电性连接，两个金属电极同时与同一组金属墙电性连接，以经由金属墙实现芯片之间的电性连接。
[0008]进一步地，所述金属电极与芯片上的电极电性连接并延伸至芯片表面，所述金属墙连接于金属电极延伸至芯片表面的部位上，以避免电极承载键合过程的高压力。
[0009]进一步地，所述多组金属墙环绕分布于芯片电极四周，芯片之间的电性连接通过金属电极与同一组金属墙的电性连接实现；芯片异质键合过程中，芯片之间的物理键合连接点位于两个金属墙之间的界面上。
[0010]进一步地，所述芯片包括CMOS、TFT、IGBT、MEMS、Micro
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LED、微纳尺寸光电子芯片、微纳尺寸传感芯片。
[0011]进一步地，所述金属墙为由单一金属材料构成的单一结构，或者为在任何材料的整个或部分外部包覆金属材料的复合结构，所述金属材料为铜、镍、铬、铟、锡、银、金、钨、钛、铂金中的一种或多种的混合或合金。
[0012]进一步地，所述金属电极为ITO、石墨烯、铜、镍、铬、铟、锡、银、金、钨、钛、铂金中的一种或多种的混合或合金。
[0013]进一步地，芯片通过异质垂直叠加键合，芯片垂直连接通过与芯片连接的金属墙面之间的垂直键合来实现。
[0014]进一步地，应用于Micro
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LED发光器件，所述多组金属墙环绕分布于每个Micro
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LED芯片的阳极和阴极周围，并通过金属电极与对应的Micro
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LED的阳极和阴极电性连接；同时，所述多组金属墙环绕分布于驱动基板的多组电极周部，并通过金属电极与对应的电极电性连接；在垂直键合过程中，Micro
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LED芯片与驱动基板的键合通过一组金属墙上n个金属墙之间的界面垂直键合。
[0015]进一步地，所述Micro
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LED芯片为单层的任意发光颜色Micro
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LED芯片，或由多层具有不同发光颜色的Micro
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LED芯片堆叠组成；对于多层Micro
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LED芯片堆叠组成的Micro
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LED发光器件，各层Micro
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度芯片键合结构，其特征在于，包括用于连接n层芯片的连接结构，n≥2，所述连接结构由多组金属墙和多个金属电极组成，一组金属墙由对应于n层芯片的n个金属墙键合连接得到，以实现芯片之间的键合连接；不同层的芯片上的电极分别与一个金属电极电性连接，两个金属电极同时与同一组金属墙电性连接，以经由金属墙实现芯片之间的电性连接。2.根据权利要求1所述的一种高强度芯片键合结构，其特征在于，所述金属电极与芯片上的电极电性连接并延伸至芯片表面，所述金属墙连接于金属电极延伸至芯片表面的部位上，以避免电极承载键合过程的高压力。3.根据权利要求1所述的一种高强度芯片键合结构，其特征在于，所述多组金属墙环绕分布于芯片电极四周，芯片之间的电性连接通过金属电极与同一组金属墙的电性连接实现；芯片异质键合过程中，芯片之间的物理键合连接点位于两个金属墙之间的界面上。4.根据权利要求1所述的一种高强度芯片键合结构，其特征在于，所述芯片包括CMOS、TFT、IGBT、MEMS、Micro
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LED、微纳尺寸光电子芯片、微纳尺寸传感芯片。5.根据权利要求1所述的一种高强度芯片键合结构，其特征在于，所述金属墙为由单一金属材料构成的单一结构，或者为在任何材料的整个或部分外部包覆金属材料的复合结构，所述金属材料为铜、镍、铬、铟、锡、银、金、钨、钛、铂金中的一种或多种的混合或合金。6.根据权利要求1所述的一种高强度芯片键合结构，其特征在于，所述金属电极为ITO、石墨烯、铜、镍、铬、铟、锡、银、金、钨、钛、铂金中的一种或多种的混合或合金。7.根据权利要求3所述的一种高强度芯片键合结构，其特征在于，芯片通过异质垂直叠加键合，芯片垂直连接通过与芯片连接的金属墙面之间的垂直键合来实现。8.根据权利要求7所述的一种高强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：严群，孙捷，聂君杨，张智，杨天溪，黄忠航，林畅，李敏，张永爱，周雄图，
申请(专利权)人：闽都创新实验室，
类型：发明
国别省市：