[发明专利]白色发射LED芯片以及用于制造其的方法

说明书

本发明在第FA8650-05-2-5507号合约下通过政府支持完成。政府对该发明具有一定权利。

本发明的背景

技术领域

本发明通常涉及半导体器件，并且更具体地说涉及引线接合自由（wire-bond free）的白光发射器件以及用于制造该白光发射器件的方法。相关技术的描述

发光二级管（LED）是将电能转化为光的固态器件，并且通常地包括一个或多个夹置在相对掺杂层之间的一个或多个半导体材料的活性层。当横跨掺杂层施加偏压时，空穴和电子被注入到活性层中，空穴和电子在活性层重新接合以产生光。光从活性层并且从LED的所有表面发射出来。

传统LED不能从它们的活性层产生白光。来自蓝色发射LED的光通过用黄色荧光剂、聚合物或染色剂围绕LED而转换为白光，典型的荧光剂是铈掺杂钇铝石榴石（Ce:YAG）。[参见Nicha Corp.白色LED，第NSPW300BS，NSPW312BS号部分等；还参见Lowrey的第5,959,316号专利“Multiple Encapsulation ofPhosphor-LED Devices”]。围绕的荧光剂材料将LED的蓝色光中的一些的波长向下转换，将其颜色改变为黄色。蓝色光中的一些穿过荧光剂而不被改变，同时光的大量部分被向下转换为黄色。LED发射蓝色与黄色光，蓝色与黄色光接合以提供白色光。在另一个方法中，来自紫色或紫外发射LED的光通过用多色荧光剂或染色剂围绕LED而转化为白光。

用于制造高效的半导体器件的一种方法称作倒装芯片，或者引线接合自由安装。LED的倒装芯片涉及将LED安装到基座（submount）基板侧上。然后光被提取出并且通过透明基板发射，或者基板可以一起移除。倒装芯片安装是用于安装基于SiC的LED特别理想的技术。由于SiC比GaN具有更高的折射率，因此在活性区域中产生的光不在GaN/SiC界面处发生内部反射（即向回反射到基于GaN的层中）。当利用本技术领域中已知的一些芯片成形技术时，基于SiC的LED的倒装芯片安装提供了改进的光提取。SiC LED的倒装芯片封装还具有诸如改进的热提取/消散的其它益处，根据用于芯片的特定应用，这些益处可能是所期望的。

已经尝试用于制造白色发射倒装芯片安装器件的多种方法。例如，Philips Lumileds已经开发了薄膜倒装芯片技术，该技术接合它们的“Lumiramic”荧光剂板来形成白色发射的引线接合自由LED。为了制造这些器件，在单个化的芯片等级执行多个制造步骤。基础LED是在移除LED基板之前安装到基座晶片的单独的倒装芯片。然后将Lumiramic板单独地接合到每个芯片。

作为另一个实例，在美国专利第2008/0173884号公开（转让给作为本发明的同一申请人）中，引线接合自由晶片涂覆有载有荧光剂的硅树脂并且然后在其制造之后固化。然后，涂覆的晶片可以通过将荧光剂涂层打磨到均一的厚度而被进一步处理。最后，晶片被切割，并且将单个化的芯片布置成用于晶粒附接。

尽管倒装芯片、或引线接合自由的LED芯片设计适于多种应用，但白色发射倒装芯片器件可能很难制造。为使总体的光提取最大化同时限定从器件的侧壁的光发射，可以将LED晶片基板薄化或者完全移除。如此，用于剩余材料的机械支撑件基本上地由电极、以及封装或者基座（器件倒装芯片安装在其上）提供。这可以形成机械上易坏并且在制造和晶粒处理过程中低产出的器件。在封装后的可靠性问题也是一个问题。

此外，基础LED材料（诸如SiC、GaN、以及多种接触金属）可以具有诸如在<20ppm/°C范围内的较低的热膨胀系数（CTE）。

可替换地，为使芯片发射白光而提供的一些材料（诸如硅树脂涂层）具有高的CTE，诸如在>100ppm/°C的范围内。低CTE和高CTE材料通常地附接到彼此以形成完整的器件，因此形成CTE误配。CTE误配可能加重白色发射倒装芯片器件的机械上易坏的属性。这可能在温度周期过程中导致器件故障。

发明内容

本发明提供了用于制造半导体器件的装置和方法，所述半导体器件诸如白光发射的倒装芯片发光器件，其高度有效并且在机械上坚固。通过执行在晶片级而不是芯片级的处理步骤，该器件的制造允许较高的产量和较低的成本。根据本发明的一个实施方式包括用于制造LED芯片的方法。该方法包括预先形成加盖晶片，该加盖晶片包括转换材料。制造包括多个LED的引线接合自由LED晶片。然后，使用粘合剂将加盖晶片接合到LED晶片。最后，当完成所有最终制造步骤时，将LED芯片单个化。