[发明专利]用于半导体晶片与装置的具有阻挡层的镍锡接合体系

说明书

本申请是申请日为2008年8月12日、申请号为200880111927.5、发明名称为“用于半导体晶片与装置的具有阻挡层的镍锡接合体系”的专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及用于在发光二极管(LED)制造期间将带有LED的基底晶片固定至其它基底晶片的金属接合体系的结构和组成。 

背景技术

发光二极管(LED)是一类通过促进在适当的半导体材料中的电子-空穴复合过程而将施加电压转换为光的光子半导体器件。而且，在复合过程中释放的一些或全部能量产生光子。 

典型的LED包括形成通过其发生电流注入的p-n结以产生复合过程的p型和n型外延层(“外延层”)。这些外延层典型地在相同或不同的半导体基底上生长。由于能够以相对高的晶体品质生产外延层，因而提高所得器件的品质和工作。器件的基底部分可能不需要相同水平的品质，或者在一些情况下，由与一个或多个外延层相同的材料形成的基底是不容易获得的(或者根本不能获得)。 

由于第III族氮化物材料的宽带隙和直接跃迁的特性，第III族氮化物材料有利于较短波长发光二极管；即，在电磁光谱的蓝色、紫色和紫外线区域中发射的那些。第III族氮化物材料能够结合其它颜色的二极管或者结合磷光体产生白光。同时，难以或者不可能获得适合尺寸和质量的第III族氮化物基底晶体。 结果，基于第III族氮化物材料体系的LED典型地包括蓝宝石或碳化硅(SiC)基底上的第III族氮化物外延层。 

出于许多原因，当该发光半导体材料的外延层在基底上形成(典型地通过化学气相沉积(“CVD”)生长)时，在一些情况下能够将该所得前体结构添加至另外的基底。第二基底可不同于半导体，或者如果其为半导体，出于半导电的目的第二基底不是必须存在。例如，在共同转让和共同未决的美国专利申请公开号20060060877中，出于安装和制造的目的使用第二基底，以形成最终LED结构的一部分。在此将公开号为20060060877的内容全部引入以作参考。作为在此处和别处提及的，一些类型的LED的制造包括降低原始基底厚度的一步或多步(例如，因为为了使开始制造步骤较容易，原始基底是较厚的)。相关的背景技术在共同转让的美国专利申请公开号20060049411、20060060872、20060060874和20060060879中提及。 

在其它结构中，为了反转(倒装)其常规取向，将发光二极管安装至第二基底。换句话说，在典型的取向中，将基底安装至引线框，外延层形成LED的发射面。然而，在倒装芯片取向中，外延层朝向引线框安装，基底设置LED的光发射面。此类倒装芯片二极管制造工艺中的各步骤能够需要带有LED的基底晶片暂时地或永久地连接至另外的基底晶片。在一些倒装芯片的实施方案中，在将外延层安装至暂时或永久的基底晶片之后，从外延层中除去带有LED的基底晶片。 

将带有LED的基底晶片(在此还称为“生长”晶片或基底)连接至另外的基底晶片(“载体”晶片或基底)的常规方式包括当期望永久接合时，以与焊接或钎焊相同或类似的方式使用各种金属层。在许多情形下，锡层(Ti)形成于或沉积于各个要连接的表面上，然后添加另外的接合金属(bonding metals)层，以在各 第一和第二基底(有时称为给体与受体基底)上形成接合金属结构。 

出于许多原因，金(Au)在这些接合金属层中已历史性地成为主要元素。因为其抗氧化和其它化学反应(这使其对于珠宝和相关物品理所当然地历史性具有价值)，金还由于其耐蚀性即，避免不期望地的与其环境的反应而受到青睐。金形成相对低熔点的合金或化合物的能力(相对于纯金)还使其对于钎焊(soldering)目的是理想的。 

然而，即使在单独的半导体器件中以少量使用时，当市场如今需求的数量超过数百万单独的发光二极管时，金的费用变得非常可观。 

作为另一因素，相互焊接的晶片需要施加一些热。因此，用于将LED基底晶片连接至第二基底晶片的焊接步骤将LED加热至某种程度。作为本领域技术人员公知的，升高发光半导体外延层的温度增加相应地在外延层中产生缺陷的概率。典型地，金-锡类焊接(压焊(bonding)、钎焊)体系需要约300℃以上的温度。虽然例如第III族氮化物材料的外延层能够理论上耐受此类温度，但实际上这些温度显著地增加接合步骤产生显著的缺陷的概率。