[發(fā)明專利]半導體晶片結合方法

無效

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• 申請日: 1994-10-28
• 公開（公告）號: CN1067805C
• 公開（公告）日: 2001-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 黃國欣;陳澤澎
• 申請（專利權）人: 黃國欣
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 廖元秋

本發(fā)明屬于半導體器件領域中的一種制造器件方法，尤其是指制造發(fā)光二極管的含半導體元件的晶片與基片的結合技術。

在發(fā)光二極管領域，一種常用于提高發(fā)光二極管亮度的方法便是采用透明的晶片。以660毫微米(nm)的鋁鎵砷(AlGaAs)紅色發(fā)光二極管為例，這類發(fā)光二極管的結構，大致可以分為三種。第一種是如圖1中所示的二極管結構，它含有一以帶導電性的砷化鎵(GaAs)為基片11的單異質。單異質結構是生長一種帶正導電性的AlGaAs層12，再生長一種帶負導電性的AlGaAs層13。這種發(fā)光二極管的發(fā)光亮度為500～800毫坎德拉(mcd)；第二種是如圖2中所示的二極管結構，它包含一帶正導電性的AlGaAs底層22、一未摻雜質的活性AlGaAs中層23，以及帶一負導電性AlGaAs上層24，而其基片是帶正導電性的GaAs層21。這類發(fā)光二極管的發(fā)光亮度大約為1.5坎德拉(cd)；第三種是如圖3中所示的二極管結構，它類似于第二種結構，它包含有一帶正導電性的AlGaAs底層31、一未摻雜質的活性AlGaAs中層32，以及一帶負導電性AlGaAs上層33。但是基片則為帶正導電性的AlGaAs基片31所取代。這種發(fā)光二極管的發(fā)光亮度大約可達3坎德拉，它比第二種發(fā)光二極管亮度高一倍。其主要原因就是采用了透明基片，而使得發(fā)光二極管產生的光往透明基片方向進行時，不會被吸收。上述二極管結構中，各半導體層都是以液相沉積法生長，雖然圖3中的二極管結構具有最好的發(fā)光效率，但是要生長非常厚的AlGaAs基片是非常困難的。

在生長高效率的其它顏色范圍的發(fā)光二極管，例如從綠光到紅光范圍，即波長在560至630毫微米(nm)的高亮度鋁鎵銦磷(AlGaInP)發(fā)光二極管，如圖4所示，這種傳統(tǒng)的雙異質結構包含一種帶負導電性的(AlGaInP)底層43，一未摻雜質的(AlGaInP)活性層44，以及一帶正導電性的(AlGaInP)上層45。為了增加來自電極接觸端47及41的導電電流的流散，在雙異質結構的上層45又生長一層帶正導電性的厚度層46。

目前的AlGaInP二極管中，一般是以帶負導電性的GaAs作為基片，然而因為大部分發(fā)向基片的光都是被此不透光的基片吸收，二極管的發(fā)光效率受到了限制。美國加州惠普公司的F.A凱斯(F.A.Kish)等人提出一種將GaAs腐蝕而以一透明而同樣帶負導電性的磷化鎵(GaP)基片結合，以取代原改良式二極管，其中所使用的晶片結合技術是先前由美國麻州林肯實驗室的Z.L.廖(Z.L.Liau)等人所研究發(fā)展的。雖然這種改良式二極管有較高的發(fā)光度，可是有二個缺點，其一是晶片結合必須在相當高的溫度中進行，一般大約是830℃以上。另一個缺點是在磷化鎵(GaP)和鋁鎵銦磷(AlGaInP)的結合面上，由于晶格常數的不匹配，很容易導致晶片的彎曲或破裂。

本發(fā)明的目的在于提出一種以一透光導電薄膜置于半導體晶片與另一含半導體元件的晶片間，作為其間粘接劑的半導體晶片結合技術，這樣它不僅具有非常好的導電性及透光性，而且它可以用以作為兩種不同材料之間不同晶體結構相結合的緩沖層，使得晶體結合技術可以在較低的溫度下進行，從而克服了現有技術所存在的問題。

本發(fā)明所采用的技術方案在于，先將原先用以生長雙異質結構的基片，以傳統(tǒng)的腐蝕技術去除，然后以一層透光導電薄膜鍍在新的透明基片上，再將雙異質結構和新基片緊夾在一起而置于高溫爐中加熱一段時間之后，晶片即相結合而完成高效率的發(fā)光二極管，其具體步驟如下：

a、準備第一個含GaAs半導體元件的晶片；

b、準備第二個透光GaP半導體基片；

c、在該第一個含GaAs半導體元件的晶片或第二個透光GaP半導體基片上形成一層氧化銦錫(ITO)/氧化鎘錫(CTO)透光導電薄膜；

d、再將該第二個透光GaP半導體基片與第一個含GaAs半導體元件的晶片緊夾，使所說的氧化銦錫/氧化銦鎘透光導電薄膜介于第二個透光GaP半導體基片與第一個含GaAs半導體元件的晶片之間；

e、將緊夾的兩晶片置于約500℃～700℃高溫爐中加熱約一小時，即可完成晶片的結合。

本發(fā)明的特點在于具有良好的導電性和透光性，同時可以在較低的溫度中，以較短時間完成晶片的結合，同時由于加入一層透光導電薄膜后，可以使晶片避免雜質擴散或超晶格及量子井結構層與層間元素的相互擴散而導致元件的劣化。本發(fā)明除了容易生產之外，透光薄膜又可作為緩沖層以適應不同材料之間晶格結構的差異。由于薄膜本身并非結晶層，不同材料的不同晶格常數及熱膨脹系數都可以被緩沖其應變，結合后的晶片也較不易彎曲，由此本發(fā)明可以結合較大的晶片，因此它具有較大的實用性。