[發明專利]用于半導體晶片與裝置的具有阻擋層的鎳錫接合體系

有效

• 申請號: 200880111927.5
• 申請日: 2008-08-12
• 公開（公告）號: CN101828274A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 馬修·德奧諾費奧;大衛·B·斯雷特;約翰·A·埃德蒙德;華雙·孔
• 申請（專利權）人: 科里公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L23/492
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發明涉及用于在發光二極管(LED)制造期間將帶有LED 的基底晶片固定至其它基底晶片的金屬接合體系的結構和組 成。

背景技術

發光二極管(LED)是一類通過促進在適當的半導體材料中 的電子-空穴復合過程而將施加電壓轉換為光的光子半導體器 件。而且，在復合過程中釋放的一些或全部能量產生光子。

典型的LED包括形成通過其發生電流注入的p-n結以產生 復合過程的p型和n型外延層(“外延層”)。這些外延層典型地在 相同或不同的半導體基底上生長。由于能夠以相對高的晶體品 質生產外延層，因而提高所得器件的品質和工作。器件的基底 部分可能不需要相同水平的品質，或者在一些情況下，由與一 個或多個外延層相同的材料形成的基底是不容易獲得的(或者 根本不能獲得)。

由于第III族氮化物材料的寬帶隙和直接躍遷的特性，第III 族氮化物材料有利于較短波長發光二極管；即，在電磁光譜的 藍色、紫色和紫外線區域中發射的那些。第III族氮化物材料能 夠結合其它顏色的二極管或者結合磷光體產生白光。同時，難 以或者不可能獲得適合尺寸和質量的第III族氮化物基底晶體。 結果，基于第III族氮化物材料體系的LED典型地包括藍寶石或 碳化硅(SiC)基底上的第III族氮化物外延層。

出于許多原因，當該發光半導體材料的外延層在基底上形 成(典型地通過化學氣相沉積(“CVD”)生長)時，在一些情況下能 夠將該所得前體結構添加至另外的基底。第二基底可不同于半 導體，或者如果其為半導體，出于半導電的目的第二基底不是 必須存在。例如，在共同轉讓和共同未決的美國專利申請公開 號20060060877中，出于安裝和制造的目的使用第二基底，以形 成最終LED結構的一部分。在此將公開號為20060060877的內容 全部引入以作參考。作為在此處和別處提及的，一些類型的LED 的制造包括降低原始基底厚度的一步或多步(例如，因為為了使 開始制造步驟較容易，原始基底是較厚的)。相關的背景技術在 共同轉讓的美國專利申請公開號20060049411、20060060872、 20060060874和20060060879中提及。

在其它結構中，為了反轉(倒裝)其常規取向，將發光二極 管安裝至第二基底。換句話說，在典型的取向中，將基底安裝 至引線框，外延層形成LED的發射面。然而，在倒裝芯片取向 中，外延層朝向引線框安裝，基底設置LED的光發射面。此類 倒裝芯片二極管制造工藝中的各步驟能夠需要帶有LED的基底 晶片暫時地或永久地連接至另外的基底晶片。在一些倒裝芯片 的實施方案中，在將外延層安裝至暫時或永久的基底晶片之后， 從外延層中除去帶有LED的基底晶片。

將帶有LED的基底晶片(在此還稱為“生長”晶片或基底)連 接至另外的基底晶片(“載體”晶片或基底)的常規方式包括當期 望永久接合時，以與焊接或釬焊相同或類似的方式使用各種金 屬層。在許多情形下，錫層(Ti)形成于或沉積于各個要連接的 表面上，然后添加另外的接合金屬(bonding?metals)層，以在各 第一和第二基底(有時稱為給體與受體基底)上形成接合金屬結 構。

出于許多原因，金(Au)在這些接合金屬層中已歷史性地成 為主要元素。因為其抗氧化和其它化學反應(這使其對于珠寶和 相關物品理所當然地歷史性具有價值)，金還由于其耐蝕性即， 避免不期望地的與其環境的反應而受到青睞。金形成相對低熔 點的合金或化合物的能力(相對于純金)還使其對于釬焊 (soldering)目的是理想的。

然而，即使在單獨的半導體器件中以少量使用時，當市場 如今需求的數量超過數百萬單獨的發光二極管時，金的費用變 得非常可觀。

作為另一因素，相互焊接的晶片需要施加一些熱。因此， 用于將LED基底晶片連接至第二基底晶片的焊接步驟將LED加 熱至某種程度。作為本領域技術人員公知的，升高發光半導體 外延層的溫度增加相應地在外延層中產生缺陷的概率。典型地， 金-錫類焊接(壓焊(bonding)、釬焊)體系需要約300℃以上的溫 度。雖然例如第III族氮化物材料的外延層能夠理論上耐受此類 溫度，但實際上這些溫度顯著地增加接合步驟產生顯著的缺陷 的概率。