專利名稱：倒裝焊發(fā)光二極管硅基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種倒裝焊發(fā)光二極管硅基板及其制造方法，包括硅基板表面圍墻、 凸點(diǎn)金屬層的形成，特別是采用硅基板背面金屬單向?qū)щ姷碾婂兎椒ǎ鉀Q硅基板圍墻 和凸點(diǎn)的制造問題。
背景技術(shù)：
大功率發(fā)光二極管主要目標(biāo)是取代目前的白熾燈、熒光燈，成為照明市場(chǎng)的主流， 但由于正裝結(jié)構(gòu)的大功率發(fā)光二極管工作時(shí)發(fā)熱量大、出光效率低。目前業(yè)內(nèi)普遍采用 倒裝結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，采用導(dǎo)熱性能良好的硅基板作為支持襯底芯片。常規(guī)倒裝焊采 用金或鉛錫焊料等作為凸點(diǎn)材料，金可以通過金絲球焊機(jī)或電鍍等方法獲得，鉛錫可通 過焊膏模板漏印、金屬噴射技術(shù)或電鍍等方法加工，但由于受到歐盟有害物質(zhì)禁令
ROHS的限制，電子產(chǎn)品中禁止使用鉛，因此原先廣泛使用的鉛錫合金不能再作為凸 點(diǎn)的材料。金凸點(diǎn)也由于成本高，與LED熱膨脹失配率高，會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，破壞LED 芯片晶格，產(chǎn)生晶格缺陷，使芯片發(fā)光效率效率降低，縮短LED芯片的壽命。因此金 作為凸點(diǎn)材料也存在一定風(fēng)險(xiǎn)。
自從1997年舊M推出大馬士革工藝，將傳統(tǒng)的電鍍銅工藝配合厚光刻膠用于微電 子行業(yè)，電鍍?cè)谖㈦娮有袠I(yè)銅互連和電子封裝凸點(diǎn)制作方面發(fā)揮的很大作用。
厚光刻膠作為選擇性電鍍的阻擋層，厚膠涂布時(shí)，由于厚度的黏度較大，硅晶圓外 沿與中心的膠層厚度相差較大，從而影響光刻的分辨率，因此需要多次勻膠或密封勻膠; 在厚膠曝光時(shí)，曝光時(shí)間越長，衍射現(xiàn)象就越嚴(yán)重，這就必須盡量采用短波長光線曝光， 必須更換新型曝光機(jī)，這必然涉及到設(shè)備投資，以及使用較為昂貴的光刻膠；厚膠作為 阻擋層，形成電鍍凹槽，這對(duì)鍍液的深鍍能力也提出較高要求。
但電鍍制造成本相對(duì)較低、可以沉積較厚鍍層、易于批量化生產(chǎn)、設(shè)備投資相對(duì)較
低，也使其在凸點(diǎn)制作方面占有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)；如果舍棄厚光刻膠，更能凸顯電鍍?cè)?制造凸點(diǎn)方面的優(yōu)勢(shì)。
常規(guī)電鍍， 一個(gè)芯片上的兩個(gè)分立區(qū)的凸點(diǎn)下金屬層間必須實(shí)現(xiàn)互連，才能通過互 連金屬導(dǎo)電在凸點(diǎn)沉積金屬，當(dāng)多個(gè)芯片同在一個(gè)硅基板上加工時(shí)，每個(gè)芯片間也要通 過互連金屬連接，這些互連金屬在晶圓上會(huì)形成網(wǎng)狀分布，最后在晶圓邊緣形成電鍍恒 流負(fù)極接入?yún)^(qū)域，也就是電鍍恒流源負(fù)極是從硅基板的沉積鍍層一側(cè)接入的，但這一方 面使硅基板的光刻版版圖設(shè)計(jì)趨于復(fù)雜，更為重要的是硅基板在劃成單芯片投入實(shí)際使 用時(shí)，也就是倒裝焊LED工作時(shí)，這些互連金屬是不能相互連接的，必須增加一道把 互連金屬腐蝕掉的工序，增加了直接導(dǎo)致LED短路的風(fēng)險(xiǎn)。
電鍍正面使用互連金屬的問題如圖1所示。
圖1中基本給出常規(guī)方式正面互連電鍍的版面布置，圖1中所示為2inch硅晶圓， 單個(gè)芯片大小為1600*1600 (mm)(我們實(shí)際使用為4inch)，圖中每個(gè)重復(fù)單元為一 個(gè)芯片，芯片之間為了電鍍需要，有互連金屬，這些互連金屬在電鍍完成以后，必須去 除，互連金屬在電鍍時(shí)不能沉積鍍層，如有鍍層，后續(xù)難以去除。就去除互連金屬這一 工序而言，會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量的隱患；就目前這種情況， 一個(gè)4inch晶圓上將2800多顆 芯片，必須確保相鄰芯片之間的互連金屬完整，才能完成電鍍導(dǎo)電的需要。另外還必須 注意到由于電流是從接入點(diǎn)局部導(dǎo)入的，接入點(diǎn)附近電流將會(huì)很大，互連金屬必須有足 夠的導(dǎo)電面積，這包括增加互連金屬的寬度和厚度；因此正面接入要考慮的問題是很多 的，這增加光刻版版圖的設(shè)計(jì)難度，同時(shí)對(duì)控制產(chǎn)品的良率也有很大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種倒裝焊發(fā)光二極管硅基 板及其制造方法，不必要求芯片之間及芯片內(nèi)部凸點(diǎn)下金屬層互連，就可在圍墻或凸點(diǎn) 區(qū)域淀積金屬。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種倒裝焊發(fā)光二極管硅基板，其特征在于在N型硅基 板的P型摻雜區(qū)布置圍墻下金屬層及凸點(diǎn)下金屬層，圍墻下金屬層與凸點(diǎn)下金屬層之 間電不導(dǎo)通，并在N型硅基板背面淀積金屬，形成N型硅基板背面金屬層。這樣，容 納多塊芯片的大面積的N型硅基板，其表面的多塊芯片之間的區(qū)域及單塊芯片內(nèi)部的 待電鍍區(qū)域，不再需要金屬互連，就能進(jìn)行電鍍。
如上所述的倒裝焊發(fā)光二極管硅基板，其特征在于在N型硅基板的背面金屬層 表面，淀積有背面金屬電鍍層。背面金屬電鍍層可以作為焊接元件的良基體。
一種倒裝焊發(fā)光二極管硅基板制造方法，其特征在于在N型硅基板的P型摻雜 區(qū)布置圍墻下金屬層及凸點(diǎn)下金屬層，并在N型硅基板背面淀積金屬，形成N型硅基 板背面金屬層；通過N型硅基板背面金屬層導(dǎo)電，先在N型硅基板上電鍍圍墻第一電 鍍層，然后再同時(shí)電鍍圍墻第二電鍍層和P凸點(diǎn)區(qū)域及N凸點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的凸點(diǎn)電鍍層。
如上所述的倒裝焊發(fā)光二極管硅基板制造方法，其特征在于分布電鍍的步驟為
第一步在N型硅基板的待電鍍區(qū)一側(cè)，淀積第一絕緣層以覆蓋整個(gè)平面區(qū)域， 并刻蝕掉第一絕緣層中覆蓋圍墻下金屬層部分和覆蓋凸點(diǎn)下金屬層部分；在第一絕緣層 的基礎(chǔ)上淀積第二絕緣層，其覆蓋面積同刻蝕前的第一絕緣層，并刻蝕掉第二絕緣層中 覆蓋圍墻下金屬層部分；在N型硅基板的另一側(cè)，蒸鍍背面金屬層；
第二步在N型硅基板的背面金屬層上接入電鍍恒流源負(fù)極，并確保圍墻下金屬 層與電鍍液接觸，通入電流，電鍍形成圍墻第一電鍍層；
第三步刻蝕掉第二絕緣層中覆蓋凸點(diǎn)下金屬層部分，在N型硅基板的背面金屬 層上接入電鍍恒流源負(fù)極，并確保第一電鍍層及凸點(diǎn)下金屬層與電鍍液接觸，通入電流， 電鍍形成圍墻第二電鍍層、P凸點(diǎn)區(qū)域和N凸點(diǎn)區(qū)域中的凸點(diǎn)電鍍層。
如上所述的倒裝焊發(fā)光二極管硅基板制造方法，其特征在于N型硅基板背面通過 蒸鍍得到背面金屬層。
如上所述的倒裝焊發(fā)光二極管硅基板制造方法，其特征在于在N型硅基板的背 面金屬層表面，淀積背面金屬電鍍層。背面金屬電鍍層可以作為焊接元件的良基體。
如上所述的倒裝焊發(fā)光二極管硅基板制造方法，其特征在于在鍍圍墻第一電鍍層 時(shí)，N型硅基板的背面金屬層與電鍍?nèi)芤焊綦x，在鍍圍墻第二電鍍層時(shí)，N型硅基板背 面金屬層與電鍍?nèi)芤航佑|，在N型硅基板背面金屬層的表面淀積背面金屬電鍍層。
本發(fā)明在電鍍時(shí)，通過N型硅基板的背面金屬層導(dǎo)電，實(shí)現(xiàn)分步電鍍，使N型硅
基板的光刻版版圖設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，易于控制圍墻和凸點(diǎn)的高度，保證產(chǎn)品的良率，具有良好 的生產(chǎn)前景和市場(chǎng)前景。


圖1是常規(guī)方式正面互連電鍍的版面布置圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的硅基板凸點(diǎn)下的金屬電極剖面示意圖。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)的硅基板經(jīng)涂覆光刻膠的剖面示意圖。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)的硅基板經(jīng)電鍍形成凸點(diǎn)剖面示意圖。
圖5是現(xiàn)有技術(shù)的硅基板電鍍后去除光刻膠剖面示意圖。
圖6是現(xiàn)有技術(shù)的硅基板凸點(diǎn)回流后剖面示意圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)芯片的N型硅基板圍墻和凸點(diǎn)平面示意圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例的N型硅基板圍墻和凸點(diǎn)剖面示意圖。
圖9是本發(fā)明實(shí)施例的N型硅基板圍墻電鍍后剖面示意圖。
圖10是本發(fā)明實(shí)施例的N型硅基板去除凸點(diǎn)上絕緣層剖面示意圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施例的N型硅基板圍墻、凸點(diǎn)上電鍍后剖面示意圖。
圖12是本發(fā)明實(shí)施例的N型硅基板圍墻、凸點(diǎn)電鍍時(shí)電子流向示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)的電鍍凸點(diǎn)流程和本發(fā)明實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做一詳細(xì)流程說明。 圖2中標(biāo)記的說明1一硅基板，2 —絕緣層，3—凸點(diǎn)下金屬層； 圖3中標(biāo)記的說明4一光刻膠，5 —光刻膠開口； 圖4中標(biāo)記的說明6—電鍍焊料凸點(diǎn)； 圖6中標(biāo)記的說明7 —回流后凸點(diǎn)；
圖7中標(biāo)記的說明8—圍墻下金屬層，9 —第一金屬區(qū)，10 — P凸點(diǎn)區(qū)域，11_ 第二金屬區(qū)，12 — N凸點(diǎn)區(qū)域；
圖8中標(biāo)記的說明14一第一絕緣層，15 —P型摻雜區(qū)，16 —圍墻開口， 17—N 型摻雜區(qū)，18—凸點(diǎn)下金屬層，19一N型硅基板20 —背面金屬層，21—第二絕緣層；
圖9中標(biāo)記的說明22—圍墻第一電鍍層； 圖10中標(biāo)記的說明23—凸點(diǎn)開口；
圖11中標(biāo)記的說明24 —凸點(diǎn)電鍍層，25 —背面金屬電鍍層，26 —圍墻第二電鍍層。
圖12中標(biāo)記的說明13_陽極，27—晶圓。圖中箭頭方向?yàn)殡娮恿鲃?dòng)方向。
現(xiàn)有技術(shù)的硅基板電鍍凸點(diǎn)流程
步驟1:如圖2所示，在硅基板1上通過蒸鍍、光刻、蝕刻、沉積，在硅基板1上形成
絕緣層2及凸點(diǎn)下金屬層3，硅基板1上芯片內(nèi)部的凸點(diǎn)下金屬層3之間、芯
片之間的凸點(diǎn)下金屬層3之間，必須實(shí)現(xiàn)互連； 步驟2:如圖3所示，在硅基板1使用專用光刻設(shè)備和光刻膠，光刻制作一層與欲鍍金 屬層厚度相當(dāng)?shù)墓饪棠z4，并在凸點(diǎn)處形成光刻膠開口 5;
步驟3:如圖4所示，將硅基板1的凸點(diǎn)下金屬層3接入電路，電鍍形成電鍍焊料凸點(diǎn)
6;
步驟4:如圖5所示，去除光刻膠4;
步驟5:如圖6所示，回流形成回流后凸點(diǎn)7;
步驟6:將芯片內(nèi)部凸點(diǎn)下金屬層18之間和芯片之間的互連金屬去除，以免使用時(shí)發(fā) 生短路。
本發(fā)明實(shí)施例的N型硅基板圍墻、凸點(diǎn)電鍍流程
步驟1:在N型硅基板19，通過P型擴(kuò)散形成P型摻雜區(qū)15;在硅表面設(shè)置凸點(diǎn)下金
屬層18和圍墻下金屬層8，下金屬層18與圍墻下金屬層8之間電不導(dǎo)通；通 過N型注入，形成N型摻雜區(qū)17，如圖8所示； 步驟2:在N型硅基板19的待電鍍區(qū)一側(cè)，淀積第一絕緣層14以覆蓋整個(gè)平面區(qū)域， 并刻蝕掉第一絕緣層14中覆蓋圍墻下金屬層8部分和覆蓋凸點(diǎn)下金屬層18部 分；在第一絕緣層14的基礎(chǔ)上淀積第二絕緣層21，其覆蓋面積同刻蝕前的第 一絕緣層14，并刻蝕掉第二絕緣層21中覆蓋圍墻下金屬層8部分；在N型硅
基板19的另一側(cè)，蒸鍍背面金屬層20;如圖8所示；
步驟3:在N型硅基板19的背面金屬層20上接入電鍍恒流源負(fù)極，并確保圍墻下金 屬層8與電鍍液接觸，但將背面金屬層20與電鍍液隔斷，通入電流，電鍍形 成圍墻第一電鍍層22，如圖12和圖9所示；
步驟:刻蝕掉第二絕緣層21中覆蓋凸點(diǎn)下金屬層18部分，在N型硅基板19的背面 金屬層20上接入電鍍恒流源負(fù)極，并確保圍墻第一電鍍層22、凸點(diǎn)下金屬層 18以及背面金屬層20與電鍍液接觸，通入電流，電鍍形成圍墻第二電鍍層26、 P凸點(diǎn)區(qū)域10和N凸點(diǎn)區(qū)域12中的凸點(diǎn)電鍍層24,同時(shí)形成背面金屬電鍍 層25，如圖10、圖11所示。
由于N型硅基板19只有P凸點(diǎn)區(qū)域10、 N凸點(diǎn)區(qū)域12及圍墻下金屬層8區(qū)域需 要電鍍，圍墻下金屬層8和N凸點(diǎn)區(qū)域12可以位于第一金屬區(qū)9上，P凸點(diǎn)區(qū)域12 位于第二金屬區(qū)11上(見圖7)。圍墻與凸點(diǎn)(P和N凸點(diǎn))有不同的厚度、鍍層種類
要求，所以有必要進(jìn)行分步電鍍。在P凸點(diǎn)區(qū)域10、 N凸點(diǎn)區(qū)域12、圍墻下金屬層8 區(qū)域淀積多層不同類型的絕緣層，保證在電鍍圍墻時(shí)，P凸點(diǎn)區(qū)域10、 N凸點(diǎn)區(qū)域12 不沉積鍍層；當(dāng)圍墻第一電鍍層22厚度滿足要求時(shí)，蝕刻去除P凸點(diǎn)上的第二絕緣層 21中覆蓋凸點(diǎn)下金屬層18區(qū)域的部分，這時(shí)通過背面給電，在背面金屬層20、圍墻 第一電鍍層22、凸點(diǎn)下金屬層18上同時(shí)沉積錫基可焊性合金鍍層，即背面金屬電鍍層 25、圍墻第二電鍍層26和凸點(diǎn)電鍍層24，直到鍍層金屬厚度滿足規(guī)定的要求。
由于N型硅基板19背面也沉積有錫基可焊性鍍層，便于N型硅基板與銅、鋁等熱 沉的連接。
電鍍時(shí)，電路中電子的流向?yàn)楸趁娼饘賹?0 — N型硅基板19 一 P型摻雜區(qū) 15—圍墻下金屬層8或凸點(diǎn)下金屬層18—電鍍?nèi)芤阂魂枠O13—背面金屬層20。電路 利用了電子從N型硅基板19向P型摻雜區(qū)15的單向流動(dòng)，電子只能由N型硅基板 19流向P型摻雜區(qū)15，不能從P型摻雜區(qū)15流向N型硅基板19。這樣，N型硅基 板表面的單塊芯片內(nèi)部的待電鍍區(qū)域及芯片之間的待電鍍區(qū)域，不再需要金屬互連，就 能進(jìn)行電鍍。
權(quán)利要求
1. 一種倒裝焊發(fā)光二極管硅基板，其特征在于在N型硅基板的P型摻雜區(qū)布置圍墻下金屬層及凸點(diǎn)下金屬層，圍墻下金屬層與凸點(diǎn)下金屬層之間電不導(dǎo)通，并在N型硅基板背面淀積金屬，形成N型硅基板背面金屬層。
2、 如權(quán)利要求1所述的倒裝焊發(fā)光二極管硅基板，其特征在于在N型硅基板的背面金屬層表面，淀積有背面金屬電鍍層。
3、 一種倒裝焊發(fā)光二極管硅基板制造方法，其特征在于在N型硅基板(19)的 P型摻雜區(qū)布置圍墻下金屬層(8)及凸點(diǎn)下金屬層(18)，并在N型硅基板(19)背 面淀積金屬，形成N型硅基板背面金屬層(20);通過N型硅基板背面金屬層(20) 導(dǎo)電，先在N型硅基板(19)上電鍍圍墻第一電鍍層(22)，然后再同時(shí)電鍍圍墻第二 電鍍層(26)和P凸點(diǎn)區(qū)域及N凸點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的凸點(diǎn)電鍍層(24)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的倒裝焊發(fā)光二極管硅基板制造方法，其特征在于 分步電鍍的步驟為-第一步在N型硅基板(19)的待電鍍區(qū)一側(cè)，淀積第一絕緣層(14)以覆蓋整 個(gè)平面區(qū)域，并刻蝕掉第一絕緣層(14)中覆蓋圍墻下金屬層(8)部分和覆蓋凸點(diǎn)下 金屬層(18)部分；在第一絕緣層(14)的基礎(chǔ)上淀積第二絕緣層(21)，其覆蓋面積 同刻蝕前的第一絕緣層(14)，并刻蝕掉第二絕緣層(21)中覆蓋圍墻下金屬層(8) 部分；在N型硅基板(19)的另一側(cè)，蒸鍍背面金屬層(20);第二步在N型硅基板(19)的背面金屬層(20)上接入電鍍恒流源負(fù)極，并確 保圍墻下金屬層(8)與電鍍液接觸，通入電流，電鍍形成圍墻第一電鍍層(22);第三步刻蝕掉第二絕緣層(21)中覆蓋凸點(diǎn)下金屬層(18)部分，在N型硅基 板(19)的背面金屬層(20)上接入電鍍恒流源負(fù)極，并確保第一電鍍層(22)及凸 點(diǎn)下金屬層(18)與電鍍液接觸，通入電流，電鍍形成圍墻第二電鍍層(26)、 P凸點(diǎn) 區(qū)域(10)和N凸點(diǎn)區(qū)域(12)中的凸點(diǎn)電鍍層(24)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的倒裝悍發(fā)光二極管硅基板制造方法，其特征在于N型硅基板(19)背面通過蒸鍍得到背面金屬層(20)。
6、根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的倒裝焊發(fā)光二極管硅基板制造方法，其特征在于 在鍍圍墻第一電鍍層(22)時(shí)，N型硅基板(19)的背面金屬層(20)與電鍍?nèi)芤焊?離，在鍍圍墻第二電鍍層(26)時(shí)，N型硅基板背面金屬層(20)與電鍍?nèi)芤航佑|， 在N型硅基板背面金屬層(20)的表面淀積背面金屬電鍍層(25)。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種倒裝焊發(fā)光二極管硅基板及其制造方法，通過N型硅基板(19)背面金屬層(20)導(dǎo)電，使用第一絕緣層(14)和第二絕緣層(21)，實(shí)現(xiàn)圍墻下金屬層(8)和凸點(diǎn)下金屬層(18)的分步電鍍，解決N型硅基板圍墻和凸點(diǎn)的制造問題，在電鍍過程中，不必要求芯片之間及芯片內(nèi)部凸點(diǎn)下金屬層互連，就可在圍墻或凸點(diǎn)區(qū)域淀積金屬，并易于控制圍墻和凸點(diǎn)的高度，保證產(chǎn)品的良率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101388429SQ200810048739
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)明者鄭如定, 鮑堅(jiān)仁 申請(qǐng)人:武漢華燦光電有限公司