一種高壓倒裝芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓倒裝芯片的結(jié)構(gòu)及其制備方法，屬于LED(發(fā)光二極管)芯片制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球電子產(chǎn)品個(gè)性化、輕巧化的需求蔚為風(fēng)潮，封裝技術(shù)已進(jìn)步到CSP(ChipSize Package)。它減小了芯片封裝外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封裝尺寸就有多大。CSP封裝不僅滿足了芯片I/O引腳不斷增加的需要，而且芯片面積與封裝面積之間的比值很小，極大地縮短延遲時(shí)間。因此倒裝芯片制備工藝引起了業(yè)界的注意，甚至有不少業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)這項(xiàng)工藝將成為未來LED封裝的主流技術(shù)。
[0003]LED正裝芯片是最早出現(xiàn)的芯片結(jié)構(gòu)，也是小功率芯片中普遍使用的芯片結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)如圖1所示，電極在上方，從上至下依次為P電極5、電流擴(kuò)展層6、P型GaN層4、量子阱有源區(qū)3、N型GaN層2、N電極7、襯底I，襯底I通過固晶膠4連接在基板9上。正裝芯片中因電極擠占發(fā)光面積從而制約了其發(fā)光效率，同時(shí)正裝結(jié)構(gòu)的芯片PN結(jié)的熱量通過藍(lán)寶石襯底I導(dǎo)出去，導(dǎo)熱路徑長，并且藍(lán)寶石的導(dǎo)熱系數(shù)較金屬材料低，同時(shí)LED芯片熱阻大導(dǎo)致器件的熱性能差，并且P電極5擋住部分光線。用該正裝LED芯片封裝器件的功率、出光效率以及熱性能均受到影響。
[0004]為了解決上述傳統(tǒng)正裝LED芯片存在的問題，業(yè)界推出了一種倒裝LED芯片(簡稱FC，F(xiàn)lip-Chip)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，襯底I位于LED芯片的最上方，在襯底I的下方依次設(shè)有N型GaN層2，量子阱有源區(qū)3、P型GaN層4、電流擴(kuò)展層6和光反射層10;利用ICP刻蝕技術(shù)刻蝕至N區(qū)形成N電極7，光反射層底部制作P電極5;N電極7和P電極5通過金屬凸點(diǎn)11、12及焊料層13與基板9焊接。該倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)中光從襯底I發(fā)出，發(fā)光面積增大，但是該結(jié)構(gòu)中的PN結(jié)熱量通過金屬凸點(diǎn)11、12傳導(dǎo)至基板9中，導(dǎo)致此處的溫度極高，當(dāng)LED芯片增大功率，產(chǎn)生的熱量會(huì)無法及時(shí)有效散出，使發(fā)光效率下降，同時(shí)溫度升高會(huì)導(dǎo)致LED壽命減少。另外由于以上所涉及到的正裝芯片和倒裝芯片都是將完整的外延片圓片進(jìn)行管芯工藝制作完成后切割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的小單元，每個(gè)單元為一顆LED芯片，每顆芯片上有一個(gè)正極、一個(gè)負(fù)極，單顆LED芯片的電壓一般在3V左右，因此如果需要增大電壓時(shí)只能將其進(jìn)行單顆封裝再串聯(lián)，難免會(huì)增加封裝和應(yīng)用的難度，工藝難度加大，使整個(gè)芯片的可靠性變差。
[0005]中國專利文獻(xiàn)CN103872195A公開的《新型倒裝高壓芯片外延片》，提出了一種采用可融入芯片工藝的發(fā)光薄膜作為絕緣層，用于解決高壓倒裝芯片絕緣層工藝中，留下的空洞對(duì)發(fā)光亮度的影響，以及漏電的危險(xiǎn)。但是該倒裝高壓芯片外延片仍然是采用傳統(tǒng)的金屬凸點(diǎn)導(dǎo)電，在較大電流下工作時(shí)，焊接的熱量或LED芯片工作產(chǎn)生的熱量會(huì)使LED芯片溫度升高，影響LED芯片工作可靠性，LED芯片的導(dǎo)熱及穩(wěn)定性問題仍然沒有得到解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)傳統(tǒng)正裝芯片以及現(xiàn)有倒裝LED芯片技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種焊接面大、散熱性好、可靠性高的高壓倒裝芯片結(jié)構(gòu)，同時(shí)提供一種該結(jié)構(gòu)的制備方法。
[0007]本發(fā)明的高壓倒裝芯片結(jié)構(gòu)，采用以下技術(shù)方案:
[0008]該結(jié)構(gòu)，自上至下依次設(shè)置有襯底、N型GaN層、量子阱有源區(qū)、P型GaN層、光反射層和金屬阻擋層，P型GaN層上設(shè)置有P電極，N型GaN層上設(shè)置有N電極，光反射層上在P電極和N電極之外的地方設(shè)置有TiW阻擋層，TiW阻擋層上設(shè)置有絕緣層，P電極和N電極的底部設(shè)置有電極金屬膜，P電極底部的電極金屬膜上設(shè)置有P極焊盤，N電極底部的電極金屬膜上設(shè)置有N極焊盤，P極焊盤和N極焊盤之間設(shè)置有焊盤間絕緣層。
[0009]所述光反射層的厚度為1500-2000埃。
[0010]所述金屬阻擋層采用Ti和W兩種元素質(zhì)量比2:1的混合物，厚度為800-1000埃。
[0011 ] 所述電極金屬膜為Al、Cr和Ni質(zhì)量比5:2:1的混合物，厚度為8000-10000埃。
[0012]所述焊盤間絕緣層的厚度為3000-5000埃。
[0013]上述高壓倒裝芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
[0014](I)制備外延片；
[0015]在襯底上依次生長N型GaN層、量子阱有源區(qū)和P型GaN層，形成外延片；
[0016](2)蒸鍍光反射層；
[0017]在外延片的P型GaN層表面蒸鍍光反射層，再利用光刻膠做掩膜，制備P電極圖形和N電極圖形，腐蝕去除P電極圖形和N電極圖形上覆蓋的光反射層，再去除光刻膠掩膜；
[0018](3)沉積金屬阻擋層；
[0019]在步驟(2)的基礎(chǔ)上沉積TiW阻擋層;再利用光刻膠做掩膜，制備P電極圖形和N電極圖形，然后腐蝕去除P電極圖形和N電極圖形上覆蓋的金屬阻擋層，最后去除光刻膠掩膜；
[0020](4)鍍電極金屬膜；
[0021 ]利用光刻膠做掩膜，制作P電極圖形和N電極圖形;在N電極圖形上刻蝕去除P型GaN層和量子阱有源區(qū)，使N型GaN層露出，形成N電極，Pi極圖形上刻蝕P型GaN層，露出的P型GaN層即為P電極;再在表面蒸鍍一層電極金屬膜，剝離掉P電極和N電極之外的電極金屬膜，只保留P電極和N電極上的電極金屬膜；
[0022](5)切割隔離槽；
[0023]進(jìn)行切割，形成單顆芯片單元，切割至襯底處，使相鄰芯片單元之間形成隔離槽；
[0024](6)沉積絕緣層；
[0025]沉積S12絕緣層，以作為芯片單元表面的保護(hù)層以及隔離槽內(nèi)的填充物，腐蝕去除P電極和N電極上的S12絕緣層；
[0026](7)鍍FC金屬膜；
[0027]再次蒸鍍金屬層，使P極焊盤和N極焊盤鍍上FC金屬膜，同時(shí)使每行相鄰芯片單元之間進(jìn)行P極和N極金屬化連接，實(shí)現(xiàn)芯片的串聯(lián)；
[0028]FC(英文指Flip-Chip)是業(yè)界對(duì)倒裝焊芯片的簡稱，此處稱為FC金屬鍍膜:一是為了與第(4)步電極金屬鍍膜區(qū)分;二是與用途有關(guān)，該處金屬鍍膜是為了將倒粧芯片焊在基板上。
[0029](8)制作焊盤間絕緣層；
[0030]再次進(jìn)行沉積S12,腐蝕去除P極焊盤和N極焊盤上的S12,使P極焊盤和N極焊盤間填充Si02絕緣層；
[0031](9)沿隔離槽切割出所需的高壓倒裝芯片。
[0032]所述步驟(7)中的FC金屬鍍膜采用Au、Cr、Ti和Ni質(zhì)量比為4:2:1:1的混合金屬，厚度 3000-5000埃。
[0033]本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
[0034]1.本發(fā)明從倒裝LED芯片工藝制程上預(yù)先進(jìn)行串聯(lián)，形成高壓倒裝芯片，實(shí)現(xiàn)大電壓驅(qū)動(dòng)，同時(shí)避免了對(duì)單顆芯片進(jìn)行封裝再進(jìn)行串聯(lián)造成的原材料浪費(fèi)問題；
[0035]2.本發(fā)明一方面在光反射層之外沉積一層阻擋層，防止光反射層的金屬進(jìn)行擴(kuò)散，使P、N電極之間更好的絕緣，另一方面在P、N極焊盤之間二次設(shè)置S12絕緣層，避免了倒裝芯片固晶時(shí)的短路問題，大大提高芯片以及器件的穩(wěn)定性。
[0036]3.本發(fā)明增大了倒裝芯片的P電極和N電極焊盤面積，以利于芯片更好的散熱，降低了大功率倒裝芯片對(duì)焊接工藝及設(shè)備的精度要求，同時(shí)提高芯片的可靠性。
【附圖說明】
[0037]圖1是現(xiàn)有正裝LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖2是現(xiàn)有倒裝LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖3是本發(fā)明的高壓倒裝LED芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖4是本發(fā)明中切割前高壓倒裝LED芯片的底面示意圖。
[0041 ]圖5是本發(fā)明中單顆高壓倒裝LED芯片的底面示意圖。
[0042]圖中:1、襯底，2、N型GaN層，3、量子阱有源區(qū)，4、P型GaN層，5、P電極，6、電流擴(kuò)展層，7、N電極，8、固晶膠，9、基板，10、光反射層，11、N電極金屬凸點(diǎn)，12、P電極金屬凸點(diǎn)，13、焊料層，14、金屬鏈接條，15、S12絕緣層，16、電極金屬膜，17、芯片之間的隔離槽，18、P極焊盤，19、N極焊盤，20、TiW阻擋層，21、焊盤間S12絕緣層。
【具體實(shí)施方式】
[0043]本發(fā)明的高壓倒裝芯片結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，自上至下依次設(shè)置有襯底I4型GaN層2、量子阱有源區(qū)3、P型GaN層4、光反射層10和TiW阻擋層20，P