[发明专利]一种晶片级荧光体涂层方法和利用该方法制造的器件

说明书

这项发明是在政府的支持下完成的，合同号为USAF 05-2-5507。政府对本发明具有一定的权利。

本申请是Chitnis等人于2007年1月22日提交的第No.11/656,759号美国专利申请的部分继续申请(CIP)，且要求享有相应的优先权。

技术领域

本发明涉及制造半导体器件的方法，特别是用于发光二极管的晶片级涂层的方法。

背景技术

发光二极管(LED)是将电能转换为光的固态器件，一般包括夹在相反掺杂的层之间的一层或多层半导体材料的有源层。当在掺杂层两端施加偏压时，空穴和电子注入到有源层中，在那里它们复合产生光。光从该有源层和发光二极管的所有表面发出。

常规的LED不能从其有源层产生白光。从一个发蓝色光的LED所发出的光被发光二极管周围的黄色荧光体、聚合物或染料转换为白光，其中典型的荧光体是掺铈的钇铝石榴石(Ce:YAG)。[参见Nichia公司的白光LED，零件编号NSPW300BS，NSPW312BS等；又参见Lowrey的美国专利No.5959316，“荧光体LED器件的多重封装”]。周围的荧光体材料将一些发光二极管的蓝光波长“向下转换(downconvert)”，将其颜色改变为黄色。一部分蓝光穿过荧光体而不被改变，而很大一部分光线被向下转换为黄色。发光二极管发出蓝色和黄色光，它们合成为白光。在另一种方案中，从发射紫色或紫外光的LED发出的光由LED周围的多色荧光体或染料转为白光。

一个在LED上涂覆荧光体层的常规方法是采用注射器或喷嘴在发光二极管上注入混合有环氧树脂或硅酮聚合物的荧光体。但是，使用这种方法可能难以控制荧光体层的几何结构和厚度。因此，从LED以不同的角度发出的光可能会通过不同数量的转换材料，这可导致LED具有随视角而变的不均匀的色温。由于几何结构和厚度难以控制，也可能难以一致性地生产具有相同或相似发射特性的LED。

另一种常规的涂覆LED的方法是模板印刷(stencil printing)，如Lowery的欧洲专利申请EP1198016A2中所述。多个发光半导体器件被排列在一个衬底上，相邻的发光二极管之间具有期望的距离。模板上提供有与LED对准的开口，模板的孔略大于LED，且模板比LED厚。模板定位在衬底上，其中每个发光二极管分别位于模板的相应开口中。然后将一种组合物沉积在模板的开口中，覆盖发光二极管，其中一种典型的组合物是在可被热或光固化的硅酮聚合物中的荧光体。在孔被填充后，将模板从衬底上移除，模板组合物被固化为固态。

类似于上述的注射器方法，使用模板方法也难以控制含荧光体的聚合物的几何结构和厚度。模板组合物可能无法完全填充模板的开口，使得所产生的层并不均匀。含荧光体的组合物还可能粘在模板的开口中，这减少了留在LED上的组合物的量。模板的开口也可能与LED没有对准。这些问题可能会导致发光二极管具有非均匀的色温，且难以一致性地生产具有相同或相似的发射特性的发光二极管。

已考虑了LED的各种涂层工艺，包括旋涂、喷涂、静电沉积(ESD)和电泳沉积(EPD)。例如旋涂或喷涂的工艺通常要在荧光体沉积的过程中使用粘结材料，而其它工艺需要在沉积荧光体颗粒/粉末后立即添加一种粘结剂以稳定荧光体颗粒/粉末。

对于这些方法，关键的挑战是在涂层工艺之后对器件上引线焊垫的接驳。对于典型的硅酮粘结材料以及其它粘结材料如环氧树脂或玻璃，难以用标准晶片制造技术中处理引线焊垫的接驳。硅酮与常用的晶片制造材料如丙酮以及一些显影液和抗蚀剂剥落液不兼容。这将限制对特定的硅酮和工艺步骤的挑选和选择。硅酮也是高温(大于150℃)固化的，它高于常用的光致抗蚀剂的玻璃转变温度。固化的含有荧光体的硅酮薄膜也难以刻蚀，在氯和CF₄等离子体中的蚀刻速率非常缓慢，且对固化的硅酮树脂的湿法腐蚀通常是效率低下的。

发明内容

本发明公开了在晶片级制造半导体器件如LED芯片的新方法，且公开了采用该方法制造的LED芯片和LED芯片晶片。根据本发明，一种制造发光二极管(LED)芯片的方法包括通常在衬底上提供多个发光二极管。基座形成在发光二极管上，每个基座与一个发光二极管电气接触。在上述发光二极管上形成涂层，所述涂层掩埋至少一些基座。然后将涂层平面化，在LED上留下一些涂层材料，同时露出至少一些掩埋的基座，使它们可用于接触。本发明披露了类似的用于制造包含倒装芯片安装在载体衬底上的发光二极管芯片的方法。根据本发明，类似的方法也可用于制造其它半导体器件。