[发明专利]一种用于垂直结构LED芯片的多层键合方法

说明书

技术领域

本发明属于LED芯片领域，涉及一种用于垂直结构LED芯片的多层键合方法。

背景技术

传统的LED芯片是在蓝宝石衬底上生长外延，然后通过微加工技术得到的。蓝宝石衬底具有质量好，价格便宜，热稳定性好等特点。但蓝宝石的缺点限制了LED性能的进一步提高。主要有以下几个方面：首先，蓝宝石导电性能差，因此传统的LED正装芯片将P、N电极置于同侧，通过将部分外延刻蚀至N型氮化镓面，一方面会损失掉一部分的出光面积，另一方面会导致电流拥挤效应，使得PN结温升高从而导致LED的稳定性下降。其次，蓝宝石的热传导性能差，也会导致LED的节温升高，这在大功率大面积器件中更加严重。

针对蓝宝石衬底的不足，垂直结构LED采用键合工艺将LED芯片转移至导热和导电性能更好的衬底上，然后再通过剥离蓝宝石衬底，得到电极分布在上下两面的垂直结构。垂直结构有利于电流扩展，使得LED发光更均匀，提高载流子的注入效率。其次，垂直结构省去了表面制作N电极的空间，因此单位发光面积比正装结构大，提高了外延的利用效率。最后，键合上热导率高的衬底使得器件散热性能好，提高了可靠性。

在晶片键合过程中，一般采用热压键合等，保证LED器件转移至目标衬底时，需要综合考虑键合温度、压力、时间等因素对键合质量的影响。键合温度高低一方面对晶片的应力分布有直接的影响，同时对后续加工过程中的其他工艺如切割、劈裂等产生重要影响。因此，高效、稳定的键合工艺对垂直结构LED芯片的加工至关重要。

目前，市场上垂直结构芯片的键合工艺主要采用金属共晶键合，晶片摆法一般为单层结构，如图1所示，显示为现有技术中单层键合工艺示意图，其中，一次只将一片晶片101和一片目标衬底102键合在一起，其中，晶片101上方为上加热基板103，目标衬底102下方为下加热基板104。在共晶键合过程中，两种金属熔合为合金并固化。可用于共熔晶键合的金属材料有AuSi、AuSn、AuGe、CuSn、AlGe，以及其它一些不常用的合金材料。共晶键合过程中，基片上的金属层在被称为共熔温度Te的特定温度下相互熔合。金属共晶冷却后发生了数个重要的工艺变化。其中最显著的变化为晶片的翘曲度将极大地升高，而翘曲的升高会提高后续工艺的难度。目前单层键合工艺的缺点就在于：晶片的翘曲度不可控，并且键合效率低。

因此，如何提供一种新的用于垂直结构LED芯片的键合方法，以控制晶片的翘曲度、提 高生产效率，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于垂直结构LED芯片的多层键合方法，用于解决现有技术中晶片的翘曲度不可控，并且键合效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于垂直结构LED芯片的多层键合方法，所述键合方法包括如下步骤：

S1：在键合机的下加热基板与上加热基板之间叠放至少两组待键合结构；所述待键合结构包括目标衬底及叠放于所述目标衬底上的晶片；所述目标衬底与所述晶片相对的一对表面中至少有一个表面形成有用于键合的键合材料层；

S2：通过所述上加热基板及所述下加热基板对所述待键合结构施加压力，并将所述待键合结构加热到预设温度，使每一组待键合结构中的所述目标衬底及晶片通过所述金属层键合，得到至少两组键合结构。

可选地，于所述步骤S1中，在键合机的下加热基板与上加热基板之间叠放2-10组待键合结构。

可选地，于所述步骤S2中，当所述目标衬底与所述晶片的热膨胀系数不同时，在升降温过程中，上、下加热基板的温度不同，且所述目标衬底与所述晶片中热膨胀系数较大的一个与温度较低的加热基板接触；当所述目标衬底与所述晶片的热膨胀系数相同时，在升降温过程中，上、下加热基板的温度相同。

可选地，所述目标衬底为Si衬底，于所述步骤S1中，所述目标衬底与所述晶片相对的一对表面中仅所述晶片表面形成有所述键合材料层，且所述键合材料层选用Au层或AuSi层。

可选地，于所述步骤S1中，所述目标衬底与所述晶片相对的一对表面均形成有所述键合材料层。

可选地，所述目标衬底选自Si、Mo及CuMoCu衬底中的任意一种。

可选地，所述晶片包括基片及生长于所述基片上的氮化镓外延层；所述基片选自蓝宝石、Si、SiC及氮化镓衬底中的任意一种。