一種發(fā)光二極管的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于照明設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，具體的是一種發(fā)光二極管的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管，簡稱LED，是一種能將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導體電子元件，通常以藍寶石襯底制造發(fā)光二極管(LED)，傳統(tǒng)的LED芯片結(jié)構(gòu)如圖1所示，1-8依次是金屬底座、黏著材料、η型GaN、GaN量子阱、η型電極、P型GaN、透明電極層TCL、p型電極；以MOCVD外延成長的細部結(jié)構(gòu)以藍寶石基板為藍光LED的襯底片，先長一層適當厚度的GaN緩沖層，再長一層3um厚度摻離Si的η型GaN接觸層，生長InGaN/GaN多重量子井結(jié)構(gòu)(至少5-7層)，生長一層很薄的摻雜Mg的P型AlGaN障壁層(50nm)，生長一層很薄的摻雜Mg的p型GaN接觸層(50nm)，如圖2所示。
[0003]對于上述LED芯片傳統(tǒng)制造的前段流程方法為:
[0004](I)以ICP干式刻蝕法或激光切割法在晶圓上制作切割道，在藍寶石晶園基板上隔尚各個LED芯片，如圖3所不；
[0005](2)在表面用PECVD法生長300nm厚的S12薄膜作為刻蝕GaN的屏蔽層，如圖4所示；
[0006](3)以ICP高密度電漿刻蝕機刻蝕GaN而得到圖5的Mesa結(jié)構(gòu)；
[0007](4)在P型GaN上成長透明電極Ni/Au，如圖6所示；
[0008](5)以lift-off工藝同時在Ni/Au透明電極和η型GaN上形成奧姆接觸以及焊墊，如圖7和圖8所示，13為焊墊，也可作為奧姆接觸位置，14為P區(qū)焊墊，15為η區(qū)焊墊；
[0009](6)接著以PECVD方式在LED芯片表面生長一層的200-300nm厚的S1x,或SiNx,或S1x Ny鈍化層來隔絕金屬電極與外界氧氣和水氣的接觸.(如圖9，標示9所指)；
[0010](7)接著用微影及刻蝕技術(shù)在焊墊區(qū)域開啟接觸窗口(contact window),如圖10所示，16為開啟的接觸窗口；
[0011]后段流程方法為:
[0012](I)將藍寶石基板研磨減薄至80-100um以利切割崩裂成單顆結(jié)構(gòu)的LED芯片；
[0013](2)用激光將LED晶園切割分離而得到多個單顆結(jié)構(gòu)的LED芯片。(如圖11所示)；
[0014]在將上述得到的單顆LED芯片連接起來時，傳統(tǒng)的焊線步驟如下:
[0015](I)以金線(或鋁銅線)分別焊接在芯片的P端焊墊及η端焊墊.再連接適當電源即可點亮各個LED器件，由于LED器件只能透過極細的金屬焊線以及藍寶石基板散熱，故散熱效果十分有限；
[00? 6] (2)如圖12所不的為多顆LED芯片串聯(lián)的不意圖，10表不為基板、11為金屬連線，通常用焊線鍵合(wire bonding)方式以細金線(或細鋁銅線)將第一個LED的N型電極連接到相鄰第二個LED芯片的P型電極上，接著再用細金線(或細鋁銅線)將第二個LED芯片的N型電極連接到相鄰第三個LED芯片的P型電極上，依次再用同法連接第四個LED芯片，第五個LED芯片等等以形成LED的串聯(lián)數(shù)組.在一定的額定電流驅(qū)動下，串聯(lián)數(shù)組的LED數(shù)目由串聯(lián)數(shù)組兩瑞的額定電壓來決定；
[0017]在并聯(lián)數(shù)組中，通常用焊線鍵合(Wirebonding)方式以細金線或細鋁銅線將第一個LED的P型電極連接到相鄰第二個LED芯片的P型電極上，再以焊線鍵合(wire bonding)方式用細金線或細鋁銅線將第一個LED的N型電極連接到相鄰第二個LED芯片的N型電極上即可形成最簡單的并聯(lián)數(shù)組.同法用細金線或細鋁銅線連接復數(shù)個同列LED的P型電極，再用細金線或細鋁銅線連接該復數(shù)個同列LED的N型電極即可形成復數(shù)個LED的并聯(lián)數(shù)組.在一定的額定電壓驅(qū)動下，并聯(lián)數(shù)組的LED數(shù)目由并聯(lián)數(shù)組兩瑞的額定電流來決定。
[0018]上述傳統(tǒng)方法，由于耐高電壓高功率發(fā)光二極管(LED)模塊內(nèi)的發(fā)光二極管芯片僅能透過極細的金屬焊線以及藍寶石基座散熱，故散熱效果較差，熱積存產(chǎn)生的熱應(yīng)力極易使金屬焊線斷開而導致耐高電壓高功率發(fā)光二極管(LED)模塊喪失可靠度，并降低LED模塊生命期;傳統(tǒng)制造LED模塊的方法是將分離式的LED芯片依設(shè)計規(guī)格用細金屬線焊接連成模塊.前述的研磨減薄成本，激光分離LED芯片的切割成本，以及封裝后的不良散熱能力，熱應(yīng)力引起的斷線，冗長過多的打線焊接成本，以及LED模塊的可靠性都是LED產(chǎn)業(yè)的重大瓶頸。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0019]有鑒于此，本發(fā)明逐提出一種新的制作發(fā)光二極管的方法，取代現(xiàn)有的板上芯片直裝技術(shù)(COB)來制作耐高電壓高功率發(fā)光二極管(LED)模塊，本發(fā)明無需使用焊線鍵合(Wire bonding)方式連接模塊內(nèi)各個單一發(fā)光二極管(LED)芯片，同時依照所設(shè)計的額定功率及額定電壓，在晶園上預(yù)先制定出相對的模塊面積則可減少切割的次數(shù)，進而可依照模塊的面積來制定藍寶石晶園研磨減薄的厚度，這種與傳統(tǒng)制作單一發(fā)光二極管(LED)芯片兼容的半導體制程技術(shù)可以降低生產(chǎn)成本，無需使用焊線鍵合(Wire bonding)方式連接各個單一發(fā)光一■極管(LED)芯片則可改善如述的各種缺失，有效提升耐尚電壓尚功率發(fā)光二極管(LED)模塊的良品率。
[0020]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為，(I)以ICP干式刻蝕法或激光切割法在晶圓上制作切割道，在藍寶石晶園基板上隔離各個LED芯片；
[0021 ] (2)在表面用PECVD法生長300nm厚的S12薄膜作為刻蝕GaN的屏蔽層；
[0022](3)以ICP高密度電漿刻蝕機刻蝕GaN而得到Mesa結(jié)構(gòu)；
[0023](4)在P型GaN上成長透明電極Ni/Au;
[0024](5)以lift-off工藝同時在Ni/Au透明電極和η型GaN上形成奧姆接觸以及焊墊；
[0025](6)接著以PECVD方式在LED芯片表面生長一層的200-300nm厚的S1x，或SiNx,或S1x Ny鈍化層來隔絕金屬電極與外界氧氣和水氣的接觸；
[0026](7)接著用微影及刻蝕技術(shù)在焊墊區(qū)域開啟接觸窗口(contact window)；
[0027](8)在晶圓上以電子束槍(E-Gun)或真空蒸鍍機(Vac Evaporator)在晶園表面沉積一定厚度的鋁銅金屬薄膜層，或金(Au)薄膜層，或銀(Ag)薄膜層；
[0028](9)以微影及刻蝕工藝進行金屬層圖案化(patterning)；
[0029](10)在晶圓表面再以PECVD方式沉積一定厚度的鈍化層，來保護LED模塊表面，以避免表面刮傷以及水氣和雜質(zhì)侵入；
[0030](11)依LED模塊的規(guī)格來制定模塊內(nèi)的面積尺寸，模塊內(nèi)的LED芯片數(shù)量，以及模塊內(nèi)的LED芯片串聯(lián)，并聯(lián)，或串并聯(lián)的方式；
[0031](12)以微影及刻蝕工藝在LED模塊兩端點開啟接觸窗口，LED模塊兩端位置打開正電極焊墊區(qū)和負電極焊墊區(qū)來連接電源導線，即可點亮LED模塊。
[0032]本發(fā)明的LED芯片結(jié)構(gòu)的后段流程說明:
[0033](I)將藍寶石基板研磨減薄至約150um以承載模塊的LED芯片(絕對比傳統(tǒng)的80-1OOum要厚，故可節(jié)省研磨時間及耗材成本)，以利進行下一階段的切割崩裂成單片的LED芯片模塊結(jié)構(gòu)；
[0034](2)用激光將減薄的LED晶園切割崩裂成單片的LED芯片模塊結(jié)構(gòu)，模塊尺寸決定激光切割的次數(shù)，故可以有效控制切割的成本并提升LED芯片模塊的良品率。
[0035]綜上，本發(fā)明的有益效果是，在傳統(tǒng)的LED芯片制程中，在切割晶圓時是依LED芯片與LED芯片之間的切割道進行切割，切割的次數(shù)與LED芯片面積成反比關(guān)系，LED芯片面積越小則需更多的切割次數(shù)，切割成本也更高，本發(fā)明是先在晶圓上定義出模塊的尺寸，模塊內(nèi)的LED芯片己先用半導體制程的金屬化連線技術(shù)連接，同時也定義出焊墊開口位置，故在切割晶圓時是依模塊與模塊開之間的切割道進行切割，所以切割的次數(shù)較少，可以降低生產(chǎn)成本;另外，金屬化連線技術(shù)的導線寬度比一般金屬焊線的直徑(Imil左右，約為25um)要大數(shù)倍，導線寬度一般可調(diào)整在5mils以上，甚至可以依LED芯片的功率而調(diào)整為更寬些.較寬的金屬化連線可以降低整個導線的電阻值及導線功耗，較大的導線寬度也可增加LED模塊的散熱能力，這些金屬層同時包覆住LED芯片的部份側(cè)壁，由于這些金屬薄膜(鋁銅薄膜，金薄膜，或銀薄膜)都具有極佳的光反射性，故可將LED照射到芯片側(cè)壁的光子反射到LED的表面而增加發(fā)光效率。
【附圖說明】
[0036]圖1為【背景技術(shù)】中傳統(tǒng)LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2為【背景技術(shù)】中制作LED芯片順序結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3為傳統(tǒng)方法前段制程步驟(I)得到的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖4為傳統(tǒng)方法前段制程步驟(2)得到的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖5為傳統(tǒng)方法前段制程步驟(3)得到的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041 ]圖6為傳統(tǒng)方法前段制程