一种垂直结构led芯片的凸点键合结构及工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构及工艺，凸点键合结构包括外延片、衬底和凸点阵列结构；凸点阵列结构设置于外延片和衬底之间；所述外延片上设有一层金属镀层，所述凸点阵列结构一端与所述金属镀层键合，另一端连接所述衬底；或者，所述衬底上设有一层金属镀层，所述凸点阵列结构一端与所述金属镀层键合，另一端连接所述外延片；凸点阵列结构中填充有丙烯酸类或环氧类树脂。本发明中衬底与外延片键合后形成“占空比结构”键合层，填充键合层后形成稳定键合结构，从而降低外延层与衬底之间的应力。
【专利说明】一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构及工艺
【技术领域】:
[0001]本发明涉及半导体发光器件的制备【技术领域】，特别涉及一种芯片键合工艺。
【背景技术】:
[0002]当前，GaN基LED有两种基本结构:水平结构和垂直结构。近年来，垂直结构LED已成为研究开发的重点。与水平结构LED相比，垂直结构LED通过转移衬底，将GaN基外延层从蓝宝石衬底转移到导电和导热性能良好的衬底材料上，使P、N电极上下分布，电流垂直注入，从而解决水平结构GaN基LED中由于电极平面分布，电流侧向注入导致的如散热不佳、电流分布不均等缺点。
[0003]其中，芯片键合工艺是制作垂直结构LED芯片的关键工艺之一，当前主要采用AuSn, Au等合金将外延片与衬底直接键合。由于AuSn、Au等合金、外延片和衬底之间热膨胀系数不同，键合后外延层与衬底间产生较大的应力，给后续激光剥离等工艺带来影响。
【发明内容】
:
[0004]本发明的目的在于提供一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构及工艺，以降低键合后外延层与衬底之间的应力。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构，包括外延片、衬底和凸点阵列结构；凸点阵列结构设置于外延片和衬底之间；所述外延片上设有一层金属镀层，所述凸点阵列结构一端与所述金属镀层键合，另一端连接所述衬底；或者，所述衬底上设有一层金属镀层，所述凸点阵列结构一端与所述金属镀层键合，另一端连接所述外延片。
[0007]本发明进一步的改进在于:凸点结构为棱锥、棱柱、圆台或圆柱体的一种或几种，凸点的高度在I微米至120微米，凸点的占空比为1:0.03至1:30。占空比为在同一高度处，凸点的宽度与相邻两凸点之间间距的比例。
[0008]本发明进一步的改进在于:凸点的高度为1.2微米至80微米，凸点的占空比为1:0.3 至 1:3。
[0009]本发明进一步的改进在于:凸点阵列结构中填充有丙烯酸类或环氧类树脂。
[0010]本发明进一步的改进在于:凸点阵列结构中凸点的材质是金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、钼及其合金的一种或几种。
[0011]本发明进一步的改进在于:所述金属镀层为镀金层或镀银层。
[0012]一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构的制备工艺，所述外延片上设有一层金属镀层，所述凸点阵列结构一端与所述金属镀层键合，另一端连接所述衬底；包括以下步骤:
[0013]I)、在衬底上制备复合金属层(102);所述衬底为金属衬底或硅衬底；
[0014]2)、在复合金属层表面使用光刻胶做周期性光刻图案；
[0015]3)、腐蚀复合金属层,露出衬底；
[0016]4)、去除光刻图案后，在衬底上形成凸点阵列结构；[0017]5)、凸点阵列结构与外延片上的金属镀层键合；。
[0018]本发明进一步的改进在于:还包括以下步骤:6)、在键合后的凸点阵列结构的间隙填充丙烯酸类或环氧类树脂。
[0019]一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构的制备工艺，所述衬底上设有一层金属镀层，所述凸点阵列结构一端与所述金属镀层键合，另一端连接所述外延片；包括以下步骤:
[0020]I)、在外延片上制作周期性光刻图案，周期性光刻图案围绕形成若干阵列的棱锥、棱柱、圆台或圆柱体空间；所述衬底为金属衬底或硅衬底；
[0021]2)、在外延片及光刻图案表面制备复合金属层；
[0022]3)、采用去胶溶液去除光刻图案后，形成复合金属层构成的凸点阵列；
[0023]4 )、凸点阵列结构与衬底上的镀金层键合。
[0024]本发明进一步的改进在于:还包括以下步骤:5)、在键合后的凸点间隙内填充丙烯酸类或环氧类树脂。
[0025]本发明在外延片或衬底上制备凸点阵列；芯片与衬底键合，形成“占空比结构”键合层；填充键合层，形成稳定结构。
[0026]本发明进一步的改进在于:所述的凸点采用圆台或圆柱结构；凸点的材质是金、银、铟、锡其合金的一种或几种；凸点的高度优选1.2微米至80微米；凸点的占空比，在1:0.3至1:3之间。
[0027]相对于现有技术，本发明的有益效果如下:衬底与外延片键合后形成“占空比结构”键合层，填充键合层后形成稳定键合结构，从而降低外延层与衬底之间的应力。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1a至图1d是本发明实施例1凸点制备工艺示意图；
[0029]图1e是本发明实施例1键合工艺示意图；
[0030]图1f是本发明实施例1填充工艺示意图；
[0031]图2a至图2d是本发明实施例2凸点制备工艺示意图；
[0032]图2e是本发明实施例2键合工艺示意图；
[0033]图2f是本发明实施例2填充工艺示意图；
[0034]图3a至图3d是本发明实施例3凸点制备工艺示意图；
[0035]图3e是本发明实施例3键合工艺示意图；
[0036]图3f是本发明实施例3填充工艺示意图；
[0037]图4a至图4d是本发明实施例4凸点制备工艺示意图；
[0038]图4e是本发明实施例4键合工艺示意图；
[0039]图4f是本发明实施例4填充工艺示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0041]实施例1
[0042]图1a至If为用本发明实施例1 一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构的工艺过程，其具体包括以下步骤:[0043]I)、在金属衬底101上制备复合金属层102,复合金属层102由金、银、招、铟、锡、镍、铬、钛、钼及其合金的一种或几种制成,复合金属层102可以是混合金属制备的一层,或者是多层结构，比如蒸发0.3微米钛和5微米金；
[0044]2)、在复合金属层102表面使用光刻胶做周期性光刻图案103，如图1b所示；
[0045]3)、腐蚀复合键合层102金属，露出金属衬底101,如图1c所不；
[0046]4)、去除光刻图案103后，在金属衬底101上形成凸点阵列结构，形成凸点键合衬底111，如图1d ;凸点结构为棱锥、棱柱、圆台或圆柱体的一种或几种，凸点的高度在I微米至120微米，凸点的占空比的范围在1: 0.03至1:30之间；优选的凸点的高度为1.2微米至80微米，优选的凸点的占空比在1:0.3至1:3之间。占空比为在同一高度处，凸点的宽度与相邻两凸点之间间距的比例。
[0047]5)、凸点键合衬底111的凸点阵列结构与外延片105上的镀金层104键合，如图1e ；
[0048]6)、在键合后的凸点阵列结构的间隙填充环氧树脂106，形成稳定的键合结构，如图1f，完成凸点键合工艺全过程。
[0049]实施例2
[0050]图2a至2f为用本发明实施例2 —种垂直结构LED芯片的凸点键合结构的工艺过程，其具体包括以下步骤:
[0051]I)、在硅衬底201上制作周期性光刻图案202，周期性光刻图案202围绕形成若干阵列的圆台或圆柱空间；
[0052]2)、如图2b(图2b为示意图，复合金属层203的高度应该低于或者与光刻图案202持平)，在娃衬底201及光刻图案202表面制备复合金属层203,复合金属层203可以由金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、钼及其合金的一种或几种，比如电镀0.5微米镍和20微米金锡合金结构；
[0053]3)、如图2c所示，采用去胶溶液去除光刻图案202后，形成复合金属层203构成的凸点阵列；进而形成凸点键合衬底222，如图2d所示；凸点结构为棱锥、棱柱、圆台或圆柱体的一种或几种，凸点的高度在I微米至120微米，凸点的占空比的范围在1:0.03至1:30之间；优选的凸点的高度为1.2微米至80微米，优选的凸点的占空比在1: 0.3至1:3之间。
[0054]4)、如图2e，凸点键合衬底222的凸点阵列结构与外延片205上的镀金层204键合；
[0055]5)、在键合后的凸点间隙内填充丙烯酸类树脂206，形成稳定键合结构，图2f，完成凸点键合工艺全过程。
[0056]实施例3
[0057]图3a至3f为用本发明实施例3 —种垂直结构LED芯片的凸点键合结构的工艺过程，其具体包括以下步骤:
[0058]I)、在外延片301上制作周期性光刻图案302，周期性光刻图案202围绕形成若干阵列的圆台或圆柱空间；
[0059]2)、如图3b (图3b为不意图，复合金属层303的高度应该低于或者与光刻图案302持平)，在外延片301及光刻图案302表面制备复合金属层303，复合金属层303可以由金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、钼及其合金的一种或几种，比如电镀0.5微米铬和10微米铟结构；
[0060]3)、如图3c所示，采用去胶溶液去除光刻图案302后，形成凸点阵列；进而形成凸点键合外延片333，如图3d所示；凸点结构为棱锥、棱柱、圆台或圆柱体的一种或几种，凸点的高度在I微米至120微米，凸点的占空比的范围在1:0.03至1:30之间；优选的凸点的高度为1.2微米至80微米，优选的凸点的占空比在1:0.3至1:3之间。
[0061]4)、如图3e，凸点键合外延片333的凸点阵列结构与金属衬底305的镀金层304键合；
[0062]5)、在键合后的凸点间隙内填充丙烯酸类树脂306，形成稳定键合结构，图3f，完成凸点键合工艺全过程。
[0063]实施例4
[0064]图4a至4f为用本发明实施例4 一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构的工艺过程，其具体包括以下步骤:
[0065]I)、在外延片401上制备复合金属层402，复合金属层402可以由金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、钼及其合金的一种或几种，比如蒸发2微米钛和5微米铟；
[0066]2)、在复合金属层402表面使用光刻胶做周期性光刻图案403，如图4b所示；
[0067]3)、腐蚀复合键合层402金属，露出外延片401,如图4c所不；
[0068]4)、去除光刻胶403后，在外延片401上形成凸点阵列结构，外延片401和凸点阵列结构形成凸点键合外延片444,如图4d ;凸点结构为棱锥、棱柱、圆台或圆柱体的一种或几种，凸点的高度在I微米至120微米，凸点的占空比的范围在1:0.03至1:30之间；优选的凸点的高度为1.2微米至80微米，优选的凸点的占空比在1:0.3至1:3之间。
[0069]5)、凸点键合外延片444的凸点阵列结构与硅衬底405的镀银层404键合，如图4e ；
[0070]6)、在键合后的凸点阵列结构的间隙填充环氧树脂406，形成稳定的键合结构，如图4f，完成凸点键合工艺全过程。
【权利要求】
1.一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构,其特征在于,包括外延片、衬底和凸点阵列结构；凸点阵列结构设置于外延片和衬底之间； 所述外延片上设有一层金属镀层，所述凸点阵列结构一端与所述金属镀层键合，另一端连接所述衬底；或者，所述衬底上设有一层金属镀层，所述凸点阵列结构一端与所述金属镀层键合，另一端连接所述外延片。
2.根据权利要求1所述的一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构，其特征在于，凸点结构为棱锥、棱柱、圆台或圆柱体的一种或几种，凸点的高度在I微米至120微米，凸点的占空比为 1:0.03 至 1:30。
3.根据权利要求2所述的一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构，其特征在于，凸点的高度为1.2微米至80微米，凸点的占空比为1:0.3至1:3。
4.根据权利要求1所述的一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构，其特征在于，凸点阵列结构中填充有丙烯酸类或环氧类树脂。
5.根据权利要求1所述的一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构，其特征在于，凸点阵列结构中凸点的材质是金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、钼及其合金的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构，其特征在于，所述金属镀层为镀金层或镀银层。
7.权利要求1至6中任一项所述的一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构的制备工艺，其特征在于，所述外延片上设有一层金属镀层，所述凸点阵列结构一端与所述金属镀层键合，另一端连接所述衬底；包括以下步骤: 1)、在衬底上制备复合金属层(102);所述衬底为金属衬底或娃衬底； 2)、在复合金属层表面使用光刻胶做周期性光刻图案； 3)、腐蚀复合金属层,露出衬底； 4)、去除光刻图案后，在衬底上形成凸点阵列结构； 5)、凸点阵列结构与外延片上的金属镀层键合。
8.权利要求7所述的制备工艺，其特征在于，还包括以下步骤: 6 )、在键合后的凸点阵列结构的间隙填充丙烯酸类或环氧类树脂。
9.权利要求1至6中任一项所述的一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构的制备工艺，其特征在于，所述衬底上设有一层金属镀层，所述凸点阵列结构一端与所述金属镀层键合，另一端连接所述外延片；包括以下步骤: 1)、在外延片上制作周期性光刻图案，周期性光刻图案围绕形成若干阵列的棱锥、棱柱、圆台或圆柱体空间；所述衬底为金属衬底或硅衬底； 2)、在外延片及光刻图案表面制备复合金属层； 3)、采用去胶溶液去除光刻图案后，形成复合金属层构成的凸点阵列； 4)、凸点阵列结构与衬底上的镀金层键合。
10.权利要求9所述的制备工艺，其特征在于，还包括以下步骤: 5)、在键合后的凸点间隙内填充丙烯酸类或环氧类树脂。
【文档编号】H01L33/48GK103700752SQ201310665416
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】云峰, 郭茂峰 申请人:西安交通大学