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CN100423305C - 用于安装发光器件的安装衬底及其制造方法 - Google Patents

用于安装发光器件的安装衬底及其制造方法 Download PDF

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CN100423305C
CN100423305C CNB2005100841101A CN200510084110A CN100423305C CN 100423305 C CN100423305 C CN 100423305C CN B2005100841101 A CNB2005100841101 A CN B2005100841101A CN 200510084110 A CN200510084110 A CN 200510084110A CN 100423305 C CN100423305 C CN 100423305C
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Abstract

一种用于安装发光器件的安装衬底及其制造方法，其中，由于用于安装集成有齐纳二极管的发光器件的安装衬底可以通过硅体微机械加工处理而不使用扩散掩模制造，一些涉及扩散掩模的过程可以被省略，从而降低了加工成本，而且其中，由于发光器件可以直接被倒装焊接到用于集成有齐纳二极管的发光器件的安装衬底上，所以封装发光器件和稳压装置的过程可以被简化。

Description

用于安装发光器件的安装衬底及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于安装集成有作为稳压器装置使用的齐纳二极管(Zener diode)的发光器件的安装衬底及其制造方法。尤其是涉及用于安装使用硅体显微机械加工处理集成PN齐纳二极管或具有双向阈电压特性的齐纳二极管的发光器件的安装衬底及其制造方法。
背景技术
通常，发光器件例如发光二极管或使用直接跃迁型半导体的III-V族化合物半导体材料的激光二极管，由于薄膜生长技术以及半导体材料领域的发展可以产生包括绿、蓝、紫外等多种颜色的光。
而且，还可以通过使用荧光材料或结合各种颜色产生高效率的白光。
上述的技术发展成熟使得发光器件能够具有广泛的应用，例如光通信系统的传输模块、能代替构成液晶显示器(LCD)背光的冷阴极荧光灯(CCFL)的发光二极管(LED)背光、能代替荧光灯或白炽灯的白光LED系统、交通信号灯，还应用于显示设备。
图1为一般LED装置的截面图。为了制造该LED装置，使用化学汽相沉积法将缓冲层102、n-接触层103、n-镀层(未图示)、活性层104、p-镀层(未图示)和p-接触层105顺序地沉淀在由蓝宝石、n-GaAs、GaN等制成的基底101的顶部。
然后，通过光刻过程和干式/湿式蚀刻过程进行台面蚀刻使n-接触层103暴露。
然后，在p-接触层105的顶部形成由具有良好光透光率的透明电极形成的电流扩散层106。为与外部电路电气连接，在电流扩散层106和n-接触层103上分别形成p-电极107-p和n-电极107-n，因此形成LED装置。
换句话说，在向发光器件的p-电极107-p和n-电极107-n之间施加来自外部电路的电压时，空穴和电子就被注入p-电极107-p和n-电极107-n。当空穴和电子在活性层104中再结合时，额外能量转换成光，再通过电流扩散层和基底向外部射出。
同时，如果在该类型发光器件中产生静电或浪涌电压，过量电荷流入半导体层并且最后导致发光器件的故障。
上述问题在介电基底上制造该器件的情况下变得更严重。当在该器件中产生浪涌电压，施加的电压可能上升到数千伏。因此，当发光器件的耐压(容许电压)较低时，则应该安装额外的保护装置。
作为保护装置，例如，多个普通二极管串联连接，从而该二极管可以在电压比发光器件的驱动电压更高时被接通。
因此，如图2a和2b所示，作为稳压装置使用的PN或PNP(NPN)齐纳二极管200、300以其相对电极相互连接的方式与发光器件100连接。因此，提供给发光器件的电压被限制到齐纳二极管的Vz(齐纳电压)。
如果齐纳二极管的反向电压等于或大于Vz，反向电流(从n-电极向p-电极流动的电流)增加并且在齐纳二极管两端之间的端电压保持几乎恒定，也就是Vz。
这样，齐纳二极管不仅被用作保护装置，还被广泛地用作保持负载电压恒定以对抗输入电压或负载的变化的稳压装置。
作为保护装置的上述齐纳二极管与如发光器件的被保护的装置分别地制造，然后并联电气连接。或者，发光器件和齐纳二极管也可以通过倒装焊接连接在硅安装衬底上。
图3a至3g为说明现有PN齐纳二极管制造过程的截面图。图3a和3b为形成掩模的过程。
首先，齐纳二极管是利用量子力学中的隧道效应的装置，因此必须使用具有低阻抗的基底201。由于该器件的齐纳电压(Vz)由基底的电阻率和扩散杂质的浓度决定，所以必须使用含有适当浓度杂质的基底(如图3a所示)。
而且，为了有选择地使杂质扩散进基底，在基底的上下表面沉积扩散掩模202(一般使用氧化硅膜)。然后，有选择地蚀刻沉积在基底上表面的扩散掩模并形成图案(如图3b所示)。
图3c为扩散步骤。形成扩散掩模图案后，实施扩散过程。与基底中的杂质不同类型的杂质通过扩散掩模被蚀刻的部分(图3c中“B”部分)被注入基底。该杂质注入过程可以通过使用加热炉的扩散过程和离子注入过程进行。
这里，杂质不通过保留扩散掩模的部分“A”注入基底，因为该杂质被扩散掩模遮盖了。
然后，除去扩散掩模(如图3d所示)，并在基底201的上表面沉积保护膜203。从而，暴露基底201的扩散区域D(如图3e所示)。
最后，如图3f和3g所示，在基底201的暴露扩散区域D的上表面上形成电极204-f，并且在基底201的下表面上形成电极204-b。从而，制成齐纳二极管200。
如上所述，根据现有技术的齐纳二极管要求多个工序过程，如扩散掩模沉积过程、扩散掩模光处理过程和扩散掩模蚀刻过程。因此，由于增加了制造工序，而导致不能降低制造成本的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题。本发明的一个目的是提供一种用于安装发光器件的安装衬底及其制造方法，其中用于安装集成了齐纳二极管的发光器件的安装衬底可以通过硅体显微机械加工处理制造而不使用扩散掩模，因此减少了涉及扩散掩模的过程并因此降低了制造成本。
本发明的另一个目的是提供一种用于安装发光器件的安装衬底及其制造方法，其中封装发光器件和稳压装置的过程可以通过直接倒装焊接发光器件到集成齐纳二极管装置的发光器件的安装衬底而被简化。
根据为达到本发明的目的的第一个方面，提供一种用于安装发光器件的安装衬底，包括：基底，掺杂了第一极性杂质；第一扩散层，通过使具有与第一极性杂质不同极性的第二极性杂质注入并扩散到基底形成，然后部分扩散层被去除，通过基底上没有形成扩散区域的基底区域使基底的上表面分成两部分；绝缘层，形成于基底的上表面上，并具有暴露第一扩散层的一个划分区域的一部分的第一开口和暴露在基底上没有形成扩散区域的基底区域的一部分的第二开口；第一电极线路，形成在绝缘层的上表面上并通过第一开口连接到第一扩散层；和第二电极线路，通过第二开口连接到基底区域。
根据为达到本发明的目的的第二个方面，提供一种用于安装发光器件的安装衬底，包括：基底，掺杂了第一极性杂质；第一扩散层，通过使具有与第一极性杂质不同极性的第二极性杂质注入并扩散到基底形成，然后第一区域和第二区域的扩散层被去除，通过基底上没有形成扩散区域的第一区域使基底的上表面分成两部分，各个被分开的基底上表面通过基底上没有形成扩散区域的第二区域被再次分成两部分；绝缘层，形成于基底的上表面上，并具有暴露形成于第一区域和第二区域之间的第一扩散层的第一开口和第二开口；第一电极线路，形成在绝缘层上并通过第一开口连接到第一扩散层；和第二电极线路，通过第二开口连接到第一扩散层。
根据为达到本发明的目的的第三个方面，提供一种制造用于安装发光器件的安装衬底的方法，包括以下步骤：制备掺杂了第一极性杂质的基底；注入并扩散具有与第一极性杂质不同极性的第二极性杂质到基底的上表面和下表面中，以形成第一扩散层和第二扩散层；在基底上表面形成掩模层，使得暴露第一扩散层的一部分；蚀刻暴露的第一扩散层和基底而形成槽，然后去除掩模层；在槽和通过去除掩模层而暴露的第一扩散层上形成绝缘层；蚀刻形成在第一扩散层和槽上的绝缘层以形成暴露第一扩散层的第一接触区域和暴露基底的第二接触区域；以及形成通过第一接触区域连接到第一扩散层的第一电极线路和通过第二接触区域连接到基底的第二电极线路。
根据为达到本发明的目的的第四个方面，提供一种制造用于安装发光器件的安装衬底的方法，包括以下步骤：制备掺杂了第一极性杂质的基底；注入并扩散具有与第一极性杂质不同极性的第二极性杂质到基底的上表面和下表面，以形成第一扩散层和第二扩散层；分别在基底的上表面和下表面上形成掩模层；去除形成在基底上表面上的部分掩模层而形成结合发光二极管的第一区域和在基底的相对横向上各与第一区域分隔以分离扩散层的第二区域；蚀刻第一扩散层和第一区域和第二区域中的基底；在包含蚀刻区域的基底上形成绝缘层；蚀刻第一区域和第二区域之间的绝缘层而形成暴露第一扩散层的第一接触区域和第二接触区域；以及形成通过第一接触区域连接到第一扩散层的第一电极线路和通过第二接触区域连接到第一扩散层的第二电极线路。
附图说明
从以下结合附图对优选实施例的描述，使本发明的上述和其他目的、特征、优点显而易见。附图中：
图1为一般发光二极管的截面图；
图2a和2b为发光器件和稳压装置的等效电路图；
图3a至3g为制造常规PN齐纳二级管的方法截面图；
图4a至4g为根据本发明的第一实施例制造用于安装发光器件的安装衬底的方法的截面图；
图5为根据本发明的第一实施例的用于安装发光器件的安装衬底的截面图；
图6a和6b为根据本发明的第一实施例安装发光器件到安装衬底的过程的截面图；
图7a至7i为根据本发明的第二实施例的制造用于安装集成了具有双向阈电压特性的齐纳二极管的发光器件的安装衬底的方法的截面图；及
图8为根据本发明的第二实施例的用于安装发光器件的安装衬底的截面图。
具体实施方式
以下参照附图，通过优选实施例对本发明进行详细说明。
图4a至4g为根据本发明的第一实施例制造用于安装发光器件的安装衬底的方法的截面图，并显示了使用硅体显微机械加工制造用于安装集成有能够保护发光器件免受浪涌电压和静电影响的齐纳二极管的发光器件的安装衬底的过程。
如图4a所示，首先制备掺杂了第一极性杂质的基底300。
优选地，基底300为硅基底。
然后，在基底300的上表面和下表面上注入并扩散具有与第一极性杂质不同极性的第二极性杂质而形成第一和第二扩散层310、311(如图4b所示)。
这时，第二极性杂质可以不使用任何扩散掩模而被注入并扩散进基底300的上表面和下表面。
这里，第一和第二扩散层310、311指从基底300表面扩散到预定深度的层。
然后，分别在基底300的上表面和下表面上形成掩模层321、322。形成在基底300上表面上的部分掩模层321被除去(如图4c所示)。
这时，掩模层321被部分地除去以暴露第一扩散层310到外部。
如果基底300为硅基底，优选使用氮化硅膜作为掩模层321、322，而且掩模层321的部分除去通过湿式蚀刻法进行。
接着，蚀刻通过除去掩模层321暴露的第一扩散层310和位于第一暴露扩散层下方的基底300以形成槽330。然后除去掩模层321、322(参见图4d)。
这里，槽330通过以下方式形成：按结晶方向实施各向异性湿式蚀刻(如果基底300为硅基底时，基底被蚀刻使得[100]面的蚀刻率高而[111]面的蚀刻率低)而得到图4d所示的湿式蚀刻面。
优选地，在[100]面和[111]面之间的角度为54.74度。而且，如此形成的[111]面可以作为用于反射从发光器件的侧面发出的光至基底的前表面的镜面使用。
然后，在第一暴露扩散层310和槽330上形成绝缘层340(如图4e所示)。
而且，部分形成于第一扩散层310以及槽330上的绝缘层340被蚀刻以形成暴露第一扩散层310的第一接触区域A和暴露基底300的第二接触区域B(如图4f所示)。
最后，形成通过第一接触区域A连接到第一扩散层310的第一电极线路351和通过第二接触区域B连接到基底300的第二电极线路352(如图4g所示)。
在如此构造的用于安装发光器件的安装衬底中，掺杂了第一极性杂质的基底300和掺杂并扩散了具有与第一极性杂质不同极性的第二极性杂质的第一扩散层310构成PN齐纳二极管。
而且，发光器件的电极结合在安装衬底的第一和第二电极线路351、352上，从而发光二级管被倒装焊接到安装衬底上。
如图5所示，根据本发明的第一实施例的用于安装发光器件的安装衬底，包括：基底300，掺杂了第一极性杂质；第一扩散层310，通过使具有与第一极性杂质不同极性的第二极性杂质被注入并扩散到基底中而形成，然后通过其上没有形成扩散区域的基底区域分成两部分；绝缘层340，形成于基底300的上表面上，并具有暴露第一扩散层310的一个被分开的区域的部分的第一开口341a和暴露其上没有形成扩散区域的基底区域的部分的第二开口341b；第一电极线路351，形成在绝缘层340的上表面上并通过第一开口341a连接到第一扩散层310；和第二电极线路352，通过第二开口341b连接到基底区域。
优选地，其上没有形成扩散区域的基底区域由通过蚀刻基底到一定深度形成的槽380构成。
安装衬底还包括：倒装焊接到第一和第二电极线路351、352的发光二极管。
优选地，槽380的侧壁是倾斜的。
而且，如果发光二极管的N-电极和P-电极之间存在高度差，绝缘层的厚度由发光二极管的电极之间的高度差决定。因此，发光二极管可以没有任何倾斜地被结合到安装衬底，从而提高连接可靠性。
如果结合到第一和第二电极线路的发光二极管的电极之间存在高度差，绝缘层以相当于发光二极管电极间的高度差的厚度形成，从而发光二极管可以以水平平衡状态被接合到安装衬底。
图6a和6b为根据本发明的第一实施例的安装发光器件到用于安装发光器件的安装衬底的过程的截面图。首先，在图4g所示的第一和第二电极线路351、352上分别形成焊料金属衬垫361、362(如图6a所示)。
然后，发光二极管400的电极401、402分别通过倒装焊接处理接合在焊料金属衬垫361、362的上表面上(参见图6b)。
图7a至7i为根据本发明的第二实施例的制造用于安装集成具有双向阈电压特性的齐纳二极管的发光器件的安装衬底的方法的截面图。其中，PNP(或NPN)齐纳二极管用作具有双向阈电压特性的齐纳二极管。
首先，制备掺杂了第一极性杂质的基底300(如图7a所示)。
优选地，基底300力硅基底。
然后，注入并扩散具有与第一极性杂质不同极性的第二极性杂质到基底300的上表面和下表面，以形成第一和第二扩散层310、320(如图7b所示)。
接着，在基底300的上表面和下表面上分别形成掩模层510、520。形成在基底300上表面上的掩模层510的某些部分被除去以形成接合发光二极管的第一区域(区域“F”)和在基底的相对横向上各与第一区域分隔以分离扩散层的第二区域(区域“E”)(如图7c所示)。
为此，应该除去掩模层510的部分至扩散层可以被蚀刻到特定程度相当的一定深度，以使得扩散层被分离。
在形成第一和第二区域之后，除去掩模层510。
然后，蚀刻第一扩散层310和在第一和第二区域中的基底300(如图7d所示)。
优选地，各个第二区域被蚀刻成V形槽的形式。
然后，在包括被蚀刻的区域的基底300上形成绝缘层520(如图7e所示)。
再在第一和第二区域之间蚀刻绝缘层520以形成暴露第一扩散层310的第一和第二接触区域G1、G2。
而且，随后形成通过第一接触区域G1连接到第一扩散层310的第一电极线路531和通过第二接触区域G2连接到第一扩散层310的第二电极线路532(如图7g所示)。
最后，在第一和第二电极线路531、532上分别形成焊料金属衬垫561、562。发光二极管700的电极701、702分别通过倒装焊接方法被接合到焊料金属衬垫561、562(如图7h和7i所示)。
如图8所示，根据本发明的第二个实施例的用于安装发光器件的安装衬底，包括：基底300，掺杂了第一极性杂质；第一扩散层310，通过使具有与第一极性杂质不同极性的第二极性杂质被注入并扩散到基底300中形成，然后通过其上没有形成扩散区域的第一区域分成两部分，各个被分开的扩散层随后通过其上没有形成扩散区域的第二区域分成两部分；绝缘层520，形成于基底300的上表面上，并具有暴露形成于第一和第二区域之间的第一扩散层310的第一和第二开口521a、521b；第一电极线路531，形成在绝缘层520上并通过第一开口521a连接到第一扩散层；第二电极线路532，通过第二开口521b连接到第一扩散层310。
优选地，其上没有形成扩散区域的第一和第二区域由通过蚀刻基底至预定深度形成的槽390、391a、391b构成。
更优选地，以V型槽391a、391b的形式蚀刻第二区域。
而且，用于安装发光器件的安装衬底还包括倒装焊接到第一和第二电极线路351、352的发光二极管。
如上所述，根据本发明，由于用于安装集成有齐纳二极管装置的发光器件的安装衬底可以通过硅体显微机械加工处理制造而不使用扩散掩模，一些涉及扩散掩模的过程可以被省略。因此，本发明具有降低了加工成本的优点。
而且，由于发光器件可以直接被倒装焊接到集成有齐纳二极管的发光器件的安装衬底上，所以具有封装发光器件和稳压装置的过程可以被简化的优点。
而且，如果发光二极管的N-电极和P-电极之间存在高度差，绝缘层的厚度可由发光二极管的电极之间的高度差决定。因此，发光二极管可以没有任何倾斜地被接合到安装衬底上，从而还具有提高接全可靠性的优点。
尽管本发明结合优选实施例进行描述和说明，但本发明不限于上述对本发明优选实施例的说明和图示。在不偏离本发明的技术思想的范围内，显而易见本领域技术人员可以进行多样的修改和变化。因此，本发明的实际范围应该根据权利要求的精神来确定。

Claims (20)

1. 一种用于安装发光器件的安装衬底，包括：
基底，掺杂了第一极性杂质；
第一扩散层，通过使具有与第一极性杂质不同极性的第二极性杂质注入并扩散到基底的上表面形成，然后部分扩散层被去除，通过基底上未形成扩散区域的基底区域使基底的上表面分成两部分；
绝缘层，形成于基底的上表面，并具有第一开口，第一扩散层的一个划分区域的一部分通过该第一开口暴露，和第二开口，基底上未形成扩散区域的基底区域的一部分通过第二开口暴露；
第一电极线路，形成在绝缘层的上表面并通过第一开口连接到第一扩散层(310)；及
第二电极线路，通过第二开口连接到基底区域。
2. 如权利要求1所述的安装衬底，其特征在于，基底上未形成扩散区域的基底区域由通过蚀刻部分基底到一定深度形成的槽构成。
3. 如权利要求1所述的安装衬底，其特征在于，基底为硅基底。
4. 如权利要求2所述的安装衬底，其特征在于，槽的侧壁是倾斜的。
5. 如权利要求1或2所述的安装衬底，其特征在于，还包括：通过倒装焊接到第一电极线路和第二电极线路的发光二极管。
6. 如权利要求5所述的安装衬底，其特征在于，其中焊接到第一电极线路和第二电极线路的发光二极管的电极之间存在高度差，并且绝缘层以对应于发光二级管电极间的高度差的厚度形成。
7. 一种用于安装发光器件的安装衬底，包括：
基底，掺杂了第一极性杂质；
第一扩散层，通过使具有与第一极性杂质不同极性的第二极性杂质注入并扩散到基底的上表面而形成，然后第一区域和第二区域的扩散层被去除，通过基底上没有形成扩散区域的第一区域使基底的上表面分成两部分，各被分开的基底上表面通过基底上没有形成扩散区域的第二区域被再次分成两部分；
绝缘层，形成于基底的上表面上，并具有暴露形成于第一区域和第二区域之间的第一扩散层的第一开口和第二开口；
第一电极线路，形成在绝缘层上并通过第一开口连接到第一扩散层；和
第二电极线路，通过第二开口连接到第一扩散层。
8. 如权利要求7所述的安装衬底，其特征在于，基底上没有形成扩散区域的第一区域和第二区域由通过蚀刻部分基底达到一定深度形成的槽构成。
9. 如权利要求7所述的安装衬底，其特征在于，各第二区域被蚀刻成V型槽形式。
10. 如权利要求7至9任意一项所述的安装衬底，其特征在于，还包括：倒装焊接到第一电极线路和第二电极线路的发光二极管。
11. 如权利要求8所述的安装衬底，其特征在于，构成第一区域的槽的侧壁是倾斜的。
12. 如权利要求7所述的安装衬底，其特征在于，基底为硅基底。
13. 一种制造用于安装发光器件的安装衬底的方法，包括以下步骤：
制备掺杂了第一极性杂质的基底；
注入并扩散具有与第一极性杂质不同极性的第二极性杂质到基底的上表面和下表面中，以形成第一扩散层和第二扩散层；
在基底上表面上形成掩模层，以暴露第一扩散层的部分；
蚀刻暴露的第一扩散层和基底以形成槽，然后去除掩模层；
在槽和通过去除掩模层而暴露的第一扩散层上形成绝缘层；
蚀刻形成在第一扩散层和槽上的绝缘层而形成暴露第一扩散层的第一接触区域和暴露基底的第二接触区域；
形成通过第一接触区域连接到第一扩散层的第一电极线路和通过第二接触区域连接到基底的第二电极线路。
14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，槽具有倾斜的侧壁。
15. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，蚀刻暴露的第一扩散层和基底而形成槽的步骤是进行湿式蚀刻处理以蚀刻第一扩散层和基底区域并形成槽。
16. 一种制造用于安装发光器件的安装衬底的方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备掺杂了第一极性杂质的基底；
注入并扩散具有与第一极性杂质不同极性的第二极性杂质到基底的上表面和下表面中，以形成第一扩散层和第二扩散层；
分别在基底的上表面和下表面上形成掩模层；
去除形成在基底上表面上的部分掩模层而形成结合发光二极管的第一区域和各在基底的相对横向上与第一区域分隔开以分离扩散层的第二区域；
蚀刻第一扩散层和第一区域和第二区域中的基底；
在包含蚀刻区域的基底上形成绝缘层；
蚀刻第一区域和第二区域之间的绝缘层而形成暴露第一扩散层的第一接触区域和第二接触区域；和
形成通过第一接触区域连接到第一扩散层的第一电极线路和通过第二接触区域连接到第一扩散层的第二电极线路。
17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，在蚀刻第一扩散层和第一区域和第二区域中的基底的步骤中，各第二区域被蚀刻成V型槽形式。
18. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，在蚀刻第一扩散层和第一区域和第二区域中的基底的步骤中，第一区域被蚀刻成侧壁倾斜的槽的形状。
19. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，基底为硅基底。
20. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：在形成第一电极线路和第二电极线路后，倒装焊接发光二极管到第一电极线路和第二电极线路。
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