一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构及工艺制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构及工艺
：本专利技术涉及半导体发光器件的制备
，特别涉及一种芯片键合工艺。
技术介绍
：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。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。
技术实现思路
：本专利技术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。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：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。本专利技术进一步的改进在于：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1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。本专利技术进一步的改进在于：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。本专利技术进一步的改进在于：凸点阵列结构中填充有丙烯酸类或环氧类树脂。本专利技术进一步的改进在于：凸点阵列结构中凸点的材质是金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、铂及其合金的一种或几种。本专利技术进一步的改进在于：所述金属镀层为镀金层或镀银层。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：1）、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；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；。本专利技术进一步的改进在于：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。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：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。本专利技术进一步的改进在于：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。本专利技术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。本专利技术进一步的改进在于：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。相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：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。附图说明图1a至图1d是本专利技术实施例1凸点制备工艺示意图；图1e是本专利技术实施例1键合工艺示意图；图1f是本专利技术实施例1填充工艺示意图；图2a至图2d是本专利技术实施例2凸点制备工艺示意图；图2e是本专利技术实施例2键合工艺示意图；图2f是本专利技术实施例2填充工艺示意图；图3a至图3d是本专利技术实施例3凸点制备工艺示意图；图3e是本专利技术实施例3键合工艺示意图；图3f是本专利技术实施例3填充工艺示意图；图4a至图4d是本专利技术实施例4凸点制备工艺示意图；图4e是本专利技术实施例4键合工艺示意图；图4f是本专利技术实施例4填充工艺示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明。实施例1图1a至1f为用本专利技术实施例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：1）、在金属衬底101上制备复合金属层102，复合金属层102由金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、铂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；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；3）、腐蚀复合键合层102金属，露出金属衬底101，如图1c所示；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1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。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；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。实施例2图2a至2f为用本专利技术实施例2一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构的工艺过程，其具体包括以下步骤：1）、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；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），在硅衬底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、铂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；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1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。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；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。实施例3图3a至3f为用本专利技术实施例3一种垂直结构LED芯片的凸点键合结构的工艺过程，其具体包括以下步骤：1）、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；2）、如图3b（图3b为示意图，复合金属层303的高度应该低于本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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且凸点阵列结构中填充有丙烯酸类或环氧类树脂；凸点的占空比为1:0.3至1:3；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1微米至120微米；凸点阵列结构中凸点的材质是金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、铂及其合金的一种或几种。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，凸点的高度为1.2微米至80微米。3.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。4.权利要求1至3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...

【专利技术属性】
技术研发人员：云峰，郭茂峰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61