[发明专利]半导体外延片的压焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体外延片的压焊方法。

背景技术

铟镓铝氮半导体发光器件广泛的用于全色大屏幕显示、交通信号灯、背光源、固体照明等。铟镓铝氮半导体发光材料常用的衬底材料是蓝宝石、碳化硅和硅等材料。将原始衬底上生长的铟镓铝氮薄膜做成发光器件时，会存在以下缺点：发光材料利用率低、散热差、P型透明导电层对光有一定的吸收作用，因而对器件的光电性能存在一定的影响。利用外延片压焊(wafer bonding)和湿法剥离或激光剥离相结合的技术将原始衬底上生长的铟镓铝氮薄膜转移到新衬底上制备上下电极结构的发光器件，将可以改善出光效率、提高芯片利用率和降低LED的串连电阻。所以，近年来铟镓铝氮外延片的压焊(wafer bonding)技术被广泛采用。

目前的铟镓铝氮外延片的压焊一般采用Au或AuSn等塑性比较好或熔点比较低的金属作为压焊金属，加热方式一般采用传导加热方式，即加热方式是热阻加热。要实现外延片的压焊一般需要在一定的温度和压力情况下完成，加热器要同时承担传递压力和传递温度的作用，所以目前外延片压焊的加热器多半采用具有一定强度和厚度的金属制作。然而金属比热容较大，所以它的升温速率慢、升温时间长，这使得压焊金属容易扩散到GaN的表面破坏外延片的欧姆接触性能。对于降温，如果采用气体冷却或液体冷却会使得金属加热器产生很大的内应力，引起变形；如果不采用气体冷却或液体冷却，则降温时间会很长，它不但影响欧姆接触，而且影响生产效率。金属加热器反复加热会引起热疲劳使得加热器变形和产生裂纹。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种半导体外延片的压焊方法，该方法不需要通过热阻加热方式给压焊金属加热，可以防止热阻加热方式中的压焊金属由于热扩散而影响外延片的欧姆接触性能，该方法可最大程度的避免热阻加热方式给外延片造成的品质劣化。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种半导体外延片的压焊方法，包括如下步骤：

定位步骤：将待焊接的外延片和基板置于夹合装置上的工作台上，使外延片和基板的焊接面通过定位装置进行定位对接；

电磁焊接步骤：接通电磁线圈，并通过焊接机构上的夹合装置对外延片和基板施加夹合压力，通过电磁线圈发出的电磁波来加热外延片或基板上的压焊金属，使外延片和基板压焊在一起。

优选地，所述定位步骤包括：将待焊接的外延片和基板置于工作台上的定位环的孔内。在焊接机构包括定位盘的情况下，进一步改进是：将待焊接的基板置于工作台上的定位环孔底部的下定位盘上，或者直接将待焊接的基板置于工作台上的定位孔底部；再将外延片置于基板上；最后将上定位盘置于外延片上。上述优选方式需要手工完成。当然，外延片和基板也可以采用电脑自控方式对接，即让机械手通过电脑精确的计算和控制辅以感应器的定位来实现外延片和基板的对接。

优选地：一个外延片和一个基板组成一对焊接体，多对所述焊接体层叠起来置于所述工作台上进行压焊。一次将多对焊接体进行焊接的方式，可以大大提高焊接效率。

优选地：所述外延片和所述基板中至少其中一个的焊接面上有焊接金属。

优选地：所述电磁线圈发出的加热电磁波的频率范围是高频或者中频。

优选地：所述电磁线圈内有用于冷却的冷却管，在对外延片和基板焊接过程中，焊接机构中的冷却装置同时工作，冷却装置通过冷却管给电磁线圈进行冷却；冷却方式为液体冷却或者气体冷却。对电磁线圈的冷却，可以延长电磁线圈的寿命，当然，主要还是使工作环境处于一个较为低温的环境下，这样可以尽量避免外延片和基板的劣化。

优选地：所述夹合装置工作时，夹合装置通过设在夹合装置上的冷却装置冷却；冷却方式为液体冷却或者气体冷却。

优选地：所述压焊过程在大气环境下进行；或者在所述电磁焊接步骤前，将焊接机构置于真空装置中，将真空装置内的空气抽出，使压焊过程在真空环境下进行。将夹合装置及其工作台设于真空装置内，真空环境可以使整个倒封装工艺出于无尘的工作环境下，有利于提高外延片的加工质量。另外也可以出于成本考虑将夹合装置置于空气中，使整个工作环境置于自然条件下。

优选地，所述电磁焊接步骤包括：接通电磁线圈后，加热外延片至200℃～1063℃，然后再用夹合装置给外延片施加压力，再保温一定的时间至外延片和基板通过压焊金属层压焊在一起；电磁焊接步骤完成后，停止感应加热和撤除压力。加热温度由压焊金属的熔点决定，常用的压焊金属Sn的熔点在231.89℃，而Au的熔点是1063℃，而AuSn的熔点是280℃。

本发明的有益效果如下：