发光二极管的光电化学偏压技术的利记博彩app

专利名称：发光二极管的光电化学偏压技术的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及形成发光二极管(LED)，并且具体地，涉及关于一种用于在电化学蚀刻期间对暴露的LED层加电偏压的方法。
背景技术：
典型倒装芯片LED在该LED的底表面上具有反射性P接触及η接触，且这些接触直接连接至基板上的接合衬垫。由该LED产生的光主要发射穿过该LED表面的顶表面。以此方式，不存在阻隔光的顶部接触，且不需要丝焊。在制造期间，将基板晶圆布满LED管芯阵列，且将这些LED管芯作为一批在该晶圆上进行进一步处理。最终，通过(例如)锯切来单粒化该晶圆。可通过在已外延生长所有LED层之后移除透明蓝宝石生长衬底来增加倒装芯片氮化镓(GaN)LED的效率。在移除该衬底之后，蚀刻暴露的GaN层以薄化该层并产生粗糙化表面来增加光提取。用于该暴露的层的良好蚀刻技术是光电化学(PEC)蚀刻，其包括:对要蚀刻的层加电偏压；将LED浸没于含有偏压电极的碱溶液(base solution)(例如,KOH)中；及将UV光施加至该暴露的层。暴露于UV光在半导体层中产生了电子-空穴对。空穴在电场的影响下迁移至GaN层的表面，接着在该表面处与GaN及碱溶液反应以破坏GaN键(bond)。该暴露的层通常为N型限制层或该N型层上的半绝缘层(例如，缓冲层)。用于对暴露的N型LED层加偏压的一种可能方法是在基板晶圆上提供接地金属图案，该金属图案连接至该晶圆上的所有N金属接合衬垫，因此在PEC蚀刻期间对暴露的N型层加电偏压。在PEC蚀刻之后，当锯切该基板晶圆以分割这些LED时，偏压金属图案被切割，因此对每个单粒化的LED的后续操作无影响。申请人:已发现，使用基板上的互连金属来加偏压的一个问题是:在锯切该基板晶圆以用于分割之后，连接至N金属的迹线暴露于侧壁上。这减少了在有效的N电极与背侧上的接地衬垫之间的爬电距离(creepage distance)。这限制了在爬电可在N金属与接地之间发展之前可串联连接的LED的最大数目。此外，经锯切的金属可在锯切期间沿基板管芯的侧壁遭到污染且形成跨越基板边缘或侧面或至另一引线的漏电路径。互连金属的另一问题在于，除非在单粒化(singulation)锯切之前切割了金属，否则不能测试LED串。这添加了工艺步骤。另外，当在单一管芯中形成多个微型LED时，N层不能与可锯切的互连金属互连。需要一种在PEC蚀刻期间对安装于基板晶圆上的LED的暴露的层加偏压的有效技术，该技术不具有上文描述的金属互连的缺点。

发明内容
描述一种晶圆级工艺，其使用PEC蚀刻来同时蚀刻安装于单一基板晶圆上的任何数目的LE:D。尽管本发明在实例中是使用倒装芯片LED进行描述，但任何类型的LED (诸如，具有一个或多个顶部丝焊电极的LED)可使用本发明。最初，在蓝宝石衬底上形成LED。单粒化这些LED且将其安装于基板晶圆上。该基板晶圆具有用于接合至倒装芯片LED的N(阴极)及P (阳极)电极的金属衬垫。这些金属衬垫延伸至将最终连接至电源的端子。接着(诸如)通过使用激光剥离工艺从每个LED管芯移除蓝宝石衬底。接着使用PEC蚀刻工艺蚀刻所有LED的暴露的层(假设为N型)以用于薄化及粗糙化来增加光提取。替代直接连接至用于在PEC蚀刻期间对这些LED的所有N型层加偏压的基板晶圆的全部N金属的金属互连，接近N金属(诸如，与N金属间隔50微米)在该基板晶圆上形成金属图案。该金属图案与N金属电隔离，因此不影响这些LED的操作。然而，当将该基板晶圆浸没于KOH溶液中以用于PEC蚀刻且在PEC蚀刻工艺期间将该金属图案接地(加偏压)时，KOH溶液的相对低的电阻率(例如，0.016欧姆米)实际上将该金属图案短路至N金属以用于将所有LED的N型层加偏压至接地。可使用其它偏压电压。在该PEC蚀刻工艺之后，该金属图案对这些LED的操作无影响，这是因为其与该基板晶圆上的N金属电隔离。因此，该基板不遭受因锯切穿过连接至基板的N金属的先前技术的金属互连而招致的缺点中的任一者。因为本发明的金属图案与LED电隔离，所以可测试晶圆上的串联连接的LED的串。在另一实施例中，P层为发光层，且在使用本发明的技术对该P层加偏压的同时使用PEC蚀刻来蚀刻该P层。在另一实施例中，该蚀刻可为不使用UV的电化学(EC)蚀刻而非PEC蚀刻。PEC蚀刻是电化学蚀刻的子集。可将该工艺的若干方面应用于并非基于GaN的LED，诸如AlGaAs及AlInGaP LED。


图1示出布满了 LED管芯阵列的基板晶圆。图2是根据本发明的一实施例的图1的基板晶圆上的四个LED区域的放大俯视图，示出加偏压金属图案。图3是根据本发明的一实施例的基板晶圆上的两个LED区域沿图2的线3_3截取的简化且压缩的横截面图，示出加偏压金属图案。图4是KOH溶液的摩尔电导率对浓度的先前技术曲线图。图5是根据本发明的一实施例的基板上的实际接合衬垫图案以及PEC加偏压金属的表示。图6A示出测试先前技术的LED串时的问题，这些LED在位于基板晶圆上时与加偏
压金属互连。图6B示出在使用本发明时，可测试基板晶圆上的LED的串。图7是基板晶圆上的金属图案的俯视图，其图示使用本发明在将LED安装于晶圆上之前如何对P及N接触衬垫加偏压以用于电镀、继而以对LED加偏压以用于PEC蚀刻。图8是图示基板上的电镀衬垫的横截面图。相同或等效的组件以相同数字标记。
具体实施例方式图1示出布满了 LED管芯12的阵列的基板晶圆10。可存在数百个管芯12接合至晶圆10。基板基底材料可为陶瓷、硅、绝缘铝或其它材料。图2是晶圆10上的四个邻近LED区域的特写，示出晶圆10表面上的N金属14及P金属16。金属14/16形成用于接合至LED管芯12的电极的衬垫。LED 12及金属14/16可为任何大小。金属14/16可为镀有Ni/Au的铜，用于接合至LED管芯12的底表面上的阴极与阳极Ni/Au电极。可通过超声焊接或其它方法将LED电极接合至金属14/16。金属14/16可由延伸穿过晶圆10的通孔连接至晶圆10中的每个基板的底部衬垫。在单粒化之后，可接着将底部衬垫表面安装(surface mount)于印刷电路板上。金属图案20形成得极其接近N金属14(诸如50微米)以便为电绝缘的。间隙经选择以使得在PEC蚀刻期间，KOH溶液(或其它电解质溶液)充当导体以将金属图案20短路至N金属14以在PEC蚀刻期间对LED管芯12的N层加偏压。在一实施例中，KOH溶液(例如，使用4摩尔/公升的浓度)的电阻率为约0.016欧姆米。在典型实例中，这将导致跨越50微米的间隙小于1.4欧姆，假设间隙的宽度约为11.56毫米且金属化的厚度为50微米[(0.016欧姆米X50微米间隙)/(11.56毫米X50微米厚度)=1.384欧姆]。该间隙可为10微米或10微米以下至几百微米(例如，300)以便在干燥环境中将金属图案20与N金属14电隔离，同时在PEC蚀刻期间提供足够偏压。沿间隙的相对边缘的宽度及迹线厚度直接决定两个金属之间的导电性。在PEC蚀刻期间存在极少电流，因此通过KOH溶液的任何电阻率不会显著影响PEC工艺。金属图案20包括汇流条22及24，其连接至偏压电压V，诸如接地或其它电压。金属图案20可为任何宽度或厚度。在PEC蚀刻之后，金属图案20变成隔离的，且在单粒化期间汇流条22及24的锯切不影响LED管芯12的性能。在另一实施例中，对不使用UV的电化学(EC)蚀刻执行加偏压以加速蚀刻工艺。图3是沿图2中的线3-3截取的LED管芯12及基板晶圆10的简化且压缩的横截面图。LED管芯12是简化的但大体上包括外延地(印itaxially)生长的半导体N型层26、半导体有源层28及半导体P型层30。对于倒装芯片而言，将P型层30及有源层28的部分蚀刻掉以暴露N型层26，且沉积N电极32以接触N型层26。P电极34接触P型层30。在一实施例中，这些LED为AlInGaN且发射蓝光至琥珀光。在一实施例中，这些半导体层是在蓝宝石衬底上外延地生长。在LED管芯12自LED晶圆单粒化且安装于基板晶圆10上之后(其中可选底部填充材料沉积于LED管芯12下方)，通过(例如)激光剥离移除蓝宝石衬底，这暴露了 N型层26。N型层26可包括用于成核、应力消除及包层的各种层。可接着使用各种方法中的任一者(包括PEC蚀刻)来薄化N型层26。PEC蚀刻可用于所有薄化，或可与其它方法组合以用于薄化N型层26。优选地，PEC蚀刻至少用于粗糙化N型层26的表面以获得改良的光提取。基板晶圆10上已形成有用于在PEC蚀刻期间加偏压的金属14和16，以及金属图案20。图3中的金属图案20示意性地示出为由表示图2中的总线22的线36电连接至其它金属图案20。金属14及16由延伸穿过晶圆10的通孔42连接至底部阴极衬垫38及底部阳极衬垫40。在PEC蚀刻中，电场产生于待蚀刻的表面与溶液之间以增加蚀刻速率且控制蚀刻速率。为了实现这种加偏压，LED管芯12的N型层26经由金属图案20、KOH溶液及N金属衬垫14耦接至接地(或其它合适的偏压电压)。图4是来自2003公开案的简化曲线图，其说明KOH溶液的电导率对其浓度。对于小于几百微米的间隙而言，KOH溶液的电阻低得足以在金属图案20 (图2)与N金属14之间提供足够低的电流桥以用于在PEC蚀刻期间对N型层26加偏压。如图3中所示出，执行了层26的暴露的表面的PEC蚀刻46。箭头46也表示导电溶液。可在PEC蚀刻期间完全蚀刻穿过层26以产生多孔层。为了执行PEC蚀刻，至少待蚀刻的层浸没于电解质溶液中且通过施加至金属图案20的电位来加偏压。将具有正电位的电极浸没于电解质溶液中以对碱溶液加偏压。合适的电解质溶液的实例为0.2 M至4 M的Κ0Η，但也可使用许多其它合适的电解质溶液，无论是碱性溶液或是酸性溶液。所使用的溶液及其浓度取决于待蚀刻的材料的组份及期望的表面纹理。层26的外延表面暴露于能量大于表面层的带隙的光。在一实例中，使用波长为约365 nm及强度介于约10 mW/cm2和约100 mW/cm2之间的紫外光。暴露于光会在半导体层中产生电子-空穴对。空穴在电场的影响下迁移至GaN层的表面。空穴接着根据反应式2GaN+60F +6e+ =2Ga (OH)3 +N2在表面处与GaN及碱溶液反应以破坏GaN键。通过N型层26的电流对于每个1X1 mm2的LED管芯12可为约10 μ A。PEC电压应保持低于二极管击穿电压(例如，低于5伏特)。GaN层的PEC蚀刻的额外细节可见于John Epler的美国公开案第2006/0014310号及第2010/0006864号中，这些公开案让与本受让人且以引用的方式并入本文中。层26的表面的所得的粗糙化减少了在LED结构内的内反射以增加提取效率。关于形成LED管芯及基板晶圆的其它描述见于John Epler的美国公开案第2010/0006864号中，该公开案让与本受让人且以引用的方式并入本文中。在蚀刻工艺之后，磷光体可沉积于LED上以对光进行波长转换。图5不出用于基板晶圆上的单一 LED管芯的实际金属衬垫配置,不出了用于在PEC蚀刻期间对LED管芯的暴露的N型层加偏压的N金属14、P金属16及金属图案20。在图5中，50微米间隙为约11.56 mm长。在已从KOH溶液移除晶圆10、将其清洗及干燥之后，可测试LED管芯12而不必担心金属图案20的影响。图6A示出在单一管芯中形成的微型LED (或LED单元)的串的先前技术实例。可通过沟槽来分开单一管芯，且金属层串联连接这些微型LED的阳极与阴极。在通过基板晶圆上的金属迹线48来直接互连LED阴极以用于在PEC蚀刻期间对N型层加偏压的先前技术的情况下，仅可测试该串中的最左边的微型LED 50，这是因为其它微型LED被迹线48短路。图6B示出根据本发明的微型LED的串的实例，其中这些微型LED的阴极在不处于电解质溶液中时与加偏压金属图案20电隔离。注意到，金属图案20与N金属14的指状交叉为经由KOH溶液实现的电接触提供了长的长度。由于微型LED的阴极未一起短路，因此可通过在该串的终端54/55之间施加电流来执行对该微型LED管芯的串的测试。
在LED管芯12安装于晶圆10上之前，可使用图7中示出的加偏压互连以Ni/Au电镀晶圆10上的铜迹线(形成至少图3中的金属14、16、20、38及40)。图7示意性地说明用于对基板晶圆10上的N金属14及P金属16加偏压以用于电镀金属14及16以及用于稍后对N金属14加偏压以用于PEC蚀刻的偏压技术。图7中示出的金属结构也允许通过将电流施加至特定行线及列线来独立测试每个LED管芯。所有N金属14由N金属列总线54及连接总线线56在基板晶圆10之前表面上连接在一起。所有P金属16通过以P金属行总线58及连接总线线57来互连基板晶圆10的底表面上的阳极衬垫40 (图3)而连接于一起，连接总线线57最终短路至连接总线线56 (诸如，通过晶圆10的外部的互连)。在金属14及16以及基板晶圆10的底表面上的衬垫的电镀期间，总线线56及57连接至偏压电压，且晶圆10上的所有金属镀有Ni/Au层。图8示出镀有Ni/Au层60的N金属14及P金属16的铜晶种层。也镀了铜侧壁，这是因为已图案化晶种层。这加宽了用于与LED管芯12的Ni/Au电极61接合的衬垫，从而改善了基板10上的LED管芯的置放的容差。在不合乎需要的技术中，可在电镀工艺期间使用互连的栅格将所有基板10铜衬垫一起短路，其中将稍后在单粒化期间锯切穿过该栅格。然而，若要在单粒化之前测试个别LED，将必须激光切割每个连接。因此，对于具有8X8个衬垫的阵列，将存在至少64次激光切割。这将耗时且添加费用。图7的结构通过互连独立的列中的N金属14及连接独立的行中的P金属16来解决此问题。由于N金属14仅在四列中连接至水平总线线56，因此仅需要在电镀之后在点62处作四次激光切割来隔离这些列。类似地，由于P金属16仅在四行中连接至总线(由于在外部，因此未示出)，因此仅需要在电镀之后在点64处作四次激光切割来隔离这些行。因此，仅需要八次激光切割而非64次。差异随着LED管芯位置的数目增加而呈几何级增加。在电镀基板10衬垫之后，接着将LED管芯安装于基板晶圆10上。在PEC蚀刻期间，对总线线56加偏压(诸如，通过将其连接至接地)，且通过金属图案20将列总线54电连接至总线线56，金属图案20由低电阻率PEC蚀刻溶液短路至行总线54。这对LED的N型层加偏压。金属图案20与列总线54指状交叉以用于增加经由PEC蚀刻溶液实现的电耦合的览度。在PEC蚀刻之后，可通过将列总线及行总线的组合连接至驱动电流来在晶圆10上独立寻址及测试个别LED。N金属14及P金属16的行列连及行互连仍允许个别地寻址每个LED管芯，这是因为列已通过点62处的四次激光切割而彼此隔离，且行已通过点64处的另外四次激光切割而彼此隔离。在PEC蚀刻及任何进一步晶圆级处理(例如，模制透镜、密封、沉积磷光体等)之后，沿LED区域的边界锯切或切断基板晶圆10以单粒化LED。单粒化这些LED可切穿金属图案20，但该切穿对LED的性能无影响。也切穿列总线54及行总线58以隔离N金属14与P金属16的衬垫。因此，所公开的工艺通过用于PEC蚀刻(或电化学蚀刻)的直接互连来克服先前描述的缺点且使得能够进行无法通过常规互连执行的测试，常规互连需要在独立工艺步骤中切割这些互连。在本公开中，术语“基板”意欲意谓用于至少一个LED管芯的支撑件，其中该基板上的电接触电连接至LED管芯上的电极，且其中该基板具有待连接以接收驱动电流的电极。尽管已示出及描述了本发明的特定实施例，但对于本领域的技术人员而言将明显的是，可作出诸多改变及修改，而不会在本发明的较广方面中脱离本发明，且因此所附权利要求将落入于本发明的真实精神及范畴内的所有这种改变及修改涵盖于其范畴内。
权利要求
1.一种用于制造发光二极管(LED)结构的方法，所述方法包括: 提供多个LED，每个LED包括至少第一半导体层，所述第一半导体层经暴露且连接至每个LED的第一电极； 提供基板晶圆，其具有第一金属部分，所述第一金属部分电连接至每个LED的第一电极以用于向每个LED提供激励电流，所述基板晶圆具有第二金属部分，所述第二金属部分接近所述第一金属部分但并不电连接至所述第一金属部分； 将至少所述第一半导体层浸没于溶液中以用于电化学(EC)蚀刻，所述溶液具有将所述第二金属部分电连接至所述第一金属部分的电导；以及 在所述EC蚀刻期间利用第一偏压电压对所述第二金属部分加偏压以对所述第一半导体层加偏压以用于蚀刻所述第一半导体层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中执行EC蚀刻包括:将至少所述第一半导体层浸没于碱溶液中^fUV光施加至所述第一半导体层；及利用第二偏压电压对所述碱溶液加偏压以在所述碱溶液与所述第一半导体层之间产生电场。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一偏压电压是接地电位。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二金属部分与所述第一金属部分隔开约10微米至300微米之间的间隙。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二金属部分与所述第一金属部分指状交叉以用于增加通过所述溶液实现的电接触的长度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中这些LED中的至少一些串联连接，所述方法进一步包括通过在串联的LED的端子电极之间耦合电流来测试串联的LED。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个LED为倒装芯片。
8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过蚀刻所述第一半导体层来执行所述PEC蚀刻以粗糙化所述第一半导体层的表面。
9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括单粒化所述基板晶圆，包括电隔离所述第二金属部分，所述单粒化不切割所述第一金属部分的任何部分。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 通过经由第一互连器将电镀偏压电压耦合至所述第一金属部分而在浸没的步骤之前电镀所述第一金属部分；以及 在浸没的步骤之前将所述互连器与所述第一金属部分断开。
11.一种发光二极管(LED)结构，包括: LED，其包括至少第一半导体层，所述第一半导体层连接至所述LED的第一电极；以及 基板，其具有第一金属部分，所述第一金属部分电连接至所述LED的所述第一电极以用于向所述LED提供激励电流，所述基板具有第二金属部分，所述第二金属部分沿着所述第一金属部分延行且接近所述第一金属部分但并不电连接至所述第一金属部分， 所述第二金属部分与所述LED电隔离，所述第二金属部分经配置以用于在所述第一半导体层的电化学(EC)蚀刻期间对所述第一半导体层加偏压，藉此用于所述EC蚀刻的溶液将所述第二金属部分电连接至所述第一金属部分以用于将偏压电压耦合至所述第一金属部分。
12.根据权利要求11所述的结构， 其中所述第二金属部分与所述第一金属部分指状交叉。
13.根据权利要求11所述的结构，其中所述第二金属部分与所述第一金属部分隔开约10微米至300微米之间的间隙。
14.根据权利要求11所述的结构，其中所述基板已从基板晶圆单粒化，其中单粒化将所述第二金属部分与所述晶圆的其它部分电隔离。
15.根据权利要求11 所述的结构，其中所述第一半导体层是已经受EC蚀刻的N型层。
全文摘要
安装于基板晶圆上的LED阵列中的每个LED具有至少一个第一半导体层，该第一半导体层经暴露且连接至每个LED的第一电极。该基板晶圆具有第一金属部分，该第一金属部分接合至每个LED的该第一电极以用于向每个LED提供激励电流。该基板晶圆还具有第二金属部分，该第二金属部分沿着该第一金属部分延行且接近该第一金属部分但并不电连接至该第一金属部分。该第二金属部分可与该第一金属部分指状交叉。该第二金属部分连接至偏压电压。当该晶圆浸没于导电溶液中以用于该暴露的第一半导体层的电化学(EC)蚀刻时,该溶液将该第二金属部分电连接至该第一金属部分以用于在该EC蚀刻期间对该第一半导体层加偏压。
文档编号H01L33/22GK103155190SQ201180049514
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月10日 优先权日2010年10月12日
发明者Y.魏 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司