TW200810146A - A method for making a light emitting diode by electroless plating - Google Patents

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200810146 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種發光二極體之製造方法，尤其關於一種 使用無電電鏟（electroless plating )於發光二極體形成焊墊 (bondpad)之方法。 【先前技術】 一般製造發光二極體（light emitting diode ; LED )晶粒之方法 係於一成長基板上形成複數蟲晶層以及位於磊晶層上方之焊墊。 • 磊晶層中至少包含一 η型半導體層、一 p型半導體層、以及一位 於η型半導體層與ρ型半導體層間之發光層（active iayer)。當發 . 光層承受偏壓時，電子與電洞會結合而釋出光線。發光層可為單 異質結構（single heterostructure ; SH)、雙異質結構（double heterostmcture ; DH)、雙侧雙異質結構（double-side double heterostructure ; DDH)、以及多層量子井（multi-quantum well ; MQW)等。形成磊晶層之方法一般係使用化學氣相沉積法 (chemical vapor deposition ; CVD)或物理氣相沉積法（physical vapor deposition ; PVD ) 〇 _ 焊塾(bQndpad)通常藉由打線(wire bonding)或覆晶(flip chip) 方式使n型半導體層與p型半導體層與外部線路電連接，因此在 其材料選擇上，主要以適當厚度之金屬能承受打線時所造成之衝 擊為原則。形成焊墊之方式一般係將晶片（wafer)安置於轉盤上 進行蒸鍍’蒸鍛方向是全向性（omni-directional)，因此無須形成 焊墊的部分也會被焊墊材料所覆蓋，而這些材料必須被移除。由 晶粒之上視圖觀之，焊墊僅佔晶粒面積之約1〇〇/σ^2〇%，換言之， 覆蓋於晶粒表面上約80190%之材料以及覆蓋於轉盤與機台腔體 上之材料因未能形成焊墊而須被移除。即使這些未能形成焊墊之 材料可以回收，其回收率亦僅達5〇%^7〇%。 200810146 【發明内容】 本發明揭露一種發光二極體之製造方法，包含：提供一基 板、形成一半導體疊層於該基板上方，該半導體疊層包含一 1 型半導體層、一 η型半導體層及一位於該p型半導體層與該n 型半導體層間之發光區、形成一預覆層於該半導體疊層上方， 以與該ρ型半導體層及該η型半導體層中之至少其一電連接、 形成一絕緣層於一未被該預覆層覆蓋之區域，該ρ型半導體層 與該η型半導體層中之表面雜質濃度於該區域中係呈不均勻 分布、以及將該預覆層置入一電解液中，該電解液中包含有金 屬離子’該金屬離子在無外加電壓下會還原沉積於該預覆層 上0 【實施方式】 以下配合圖式說明本發明之實施例。 本發明係使用無電電鍍法（electroless plating) 形成發光二極體之焊墊（bond pad)。無電電鍍法係在無外 加電壓下，利用電解液（electrolyte)中金屬離子與被鍍 物間之化學反應，使金屬離子還原為固態金屬並沉積在被鍍物 表面。由於金屬離子之還原現象僅發生於具有被鍍物之區域， 在其他區域並不會產生金屬沉積，因此，幾乎所消耗之電解液 皆可用於在特定區域形成金屬層，相較於使用傳統蒸鍍或濺鍍 法形成焊墊，此法可以節省約2/3之電鍍金屬用量。 以下參考第1圖，說明使用無電電鍍法形成焊墊之流程。 首先，於步驟101中，形成一發光二極體磊晶結構，此發光 二極體磊晶結構至少包含一基板、一 n形半導體層、一 ρ形 半導體層以及位於η形半導體層與ρ形半導體層間之發光 區。當把加一偏壓於η形半導體層與ρ形半導體層，來自於η 200810146 形半導體層中之電子將與p形半導體層中之電洞於發光區中 結合而釋出光子。 、接著，於步驟102中，在發光二極體磊晶結構上形成一 作為晶種層（seedlayer)之金屬層或導體層，以利電解液 中之金屬離子還原並沉積金屬於這些區域上。 於步驟103中，在發光二極體磊晶結構未被晶種層覆蓋 之其他表面上覆盍一層保護層或絕緣層。電解液中之金屬離子 雖然不容易還原在未被晶種層覆蓋之區域上，但是，在如晶粒 間之渠道（trench)等表面粗糙度較高之區域，仍可能會有 電，液中之金屬離子沉積在其表面。此夕卜，口型半導體層與η 型轉體層中之電子與制可能會排斥與/或吸引電解^中、帶 正電之金屬離子，影響分布在ρ型半導體層與η型半導體層 上之金屬離子之沉積速率，導致沉積在ρ極焊塾與。極焊塾 上之金屬層厚度不同。 伽Ϊ步驟巾，、藉峨縣於___上形成焊 圖案。微驗已為業界人士所熟知，故不再贅述。 #發於^驟1Q5巾’至> 將上述結構中晶種層之部分或欲形 成電錢層之部分浸入電解液中，進行無 使^ 子還原為金屬並沉積在晶種層上。 狂厅1_離 於步驟106巾，移除保護層或絕緣層 用但不限於濕蝕刻及/或乾蝕刻。 ，、方式可使 第一實; 她之方法。 P極料與n辩塾分別位 200810146 於基板之二相對側。發光二極體之組成係包含但不限於j I-VI 族化合物、ΙΙΙ-V族化合物、m族氮化物發光二極體、或 其組合。以上述組成形成垂直型發光二極體之技術已為本發明 所屬技術領域中具有通常知識者所習知，在此不再詳述。 參考第2A目’係一垂直型發光二極體遙晶結構之剖面 圖。此結構係完成於焊墊形成之前。此蟲晶結構至少包含基板 20、η型半導體層21、發光層22、及p型半導體層23。p 型半導體層23上形成作為晶種層之預覆層Μ。口型半導體層 23與預覆層25間可以選擇性地形成導電層Μ。此外，導電 層24與p型半導體層23間可以選擇性地形成一透明導電層 (未顯示），此透縣電層可以作為—電流分散層或窗戶層曰。 在此，基板20之材料係包含但不限於AUnGap、

GaAS、sic、或si。導電層24之材料係包含但不 限於鉻（⑺、翻（Pt)、鎳⑽）、錯、或任何可 形成/好歐姆接觸之材料，其厚度則約介於 ~ 1、# /龍層25之材料包含但不限於金（Au)、銅 料二厚声貝丨:入h或任何可以作為無電電鍍法晶種層之材 科其尽度則約介於顧〜5_。 含但不限於勝CTO、IZ0、細、Zn〇層之材科係包 透明導電_。_ 24、_ 25 以使Γ型第半型半導體層23上形成一層絕緣層30 以使Ρ料導體層23與電舰_ 程，於絕緣層30上形成 f错由I知微影製 庾開孔31以暴露出預覆層25。絕緣 200810146 層30之材料係包含但不限於光阻、Si02、SiNx、或壓膜，其 厚度則約介於l〇〇A~l7/zm。 光阻可使用展研企業股份有限公司（DERY RESOURCES TAIWAN INC·)販售之PR800、亞俊企業有限公司、 (WELLSPRING & VIM TECH CORP·)販售之 NR9-3000P、 或cr灣:¾•智電子材料股份有限公司（az Electronic Materials Taiwan Co., Ltd·)販售之 NL〇F2035 〇 使 用Si〇2作為絕緣層30時，絕緣層3〇上可以選擇性地覆蓋由 鼎森科技股份有限公司（DINSON TECHNOLOGY INC.)販 售之 DNRL300。 參考第2C圖，係顯示利用無電電鍍法於預覆層25上形 成電鍍層25a。電解液之種類則取決於所要形成之電鍍層 25a，g電鑛層25a為金時，可以使用包含亞硫酸金納之電解 液，例如：台灣上村股份有限公司（Taiwan Uyemurac Co Ltd·)所販賣之G〇bright®TMX-22;當電鍍層為銅時， 可以使用包含硫酸銅之電解液；當電鍍層25a係鎳時，可以 使用包含硫酸鎳之電解液。 參考第2D圖。於電鍍層25a形成後，除去絕緣層3〇， 並於基板20下形成一 η極焊墊。最後，切割磊晶結構形成晶 粒。 參考第3圖❹ρ型半導體層23係藉由摻雜特定雜質以形 成多數受體（acceptor)，反之，η型半導體層21係藉由 掺雜特定雜質以形成多數施體（donor)。由於作為施體之電 子與作為受體之電洞有彼此吸引之傾向，為了維持電平衡，電 子會往P型半導體層遠離發光區之表層聚集。但是，半導體層 9 200810146 上之雜質濃度通常分布並不均勻，導致表層之電子分布亦不均 勻。電子密度較高之區域對於電解液中之金屬離子有較強之吸 引力，會加速金屬離子沉積在焊塾上。因此，於相同時間内， 摻雜濃度較高之區域所沉積之電鍍層較厚，摻雜濃度較低之區 域所沉積之電鍍層較薄。此外，單一區域中摻雜濃度分布之差 異亦可能影響金屬離子沉積，因而造成單一電鍍層上厚度分布 不均，甚至產生未鍍區域。本實施例中於P型半導體層上形成 絕緣層可以降低電子對於金屬離子之吸引力，使金屬離子於各 區域接近大致相同之沉積速率，進而形成厚度均勻的電鍍層。 本實施例中，電鍍層雖然形成於P型半導體側，但是，並 不排除其他可能性。若發光二極體磊晶結構係與上述之結構相 反，則電鍍層亦可以形成於η型半導體層側。此外，電鍵層 25a可以覆蓋預覆層25之整面，亦可僅覆蓋預覆層25表面 之部分區域。 第二實施例 以下以水平型發光二極體製程為例說明本發明之另一實 施例。所謂水平型發光二極體在此係指P極焊塾與n極焊墊 位於基板之同一侧。發光二極體之組成係包含但不限於工工巧工 族化合物、III-V族化合物、II：[族氮化物發光二極體、或 其組合。以上述組成形成水平型發光二極體之方法已為本發明 所屬技術領域中具有通常知識者所習知，故不再詳述。 參考第4A圖，係一水平型發光二極體磊晶結構之剖面 圖。此結構係完成於焊墊形成之前。此磊晶結構至少包含基板 4〇、η型半導體層41、發光層42及p型半導體層43。其中 200810146 基板4〇之材料係包含但*限於藍寶石（s卿hire)、⑽ ，石陶变、複合材料、玻璃、或任何可以適用於水平型發光 j體、"構之材料。p型半導體層43上形成作為晶種層之預 、曾曰45 p型半導體層43與預覆層45 _可以選擇性地形成 、電層44 〇n型半導體層41上形成作為晶種層之預覆層47, η型半導體層^與龍層47間可崎擇性地形成導電層 46此外、導電層44,ρ型半導體層43間，以及導電層仏 ” η至半導體層^間可以分別選擇性地形成透明導電層（未 顯示），此透明導電層可以作為—電流分散層或窗戶層。 導電層44與46之材料包含但不限於鉻（⑴、鈾（pt)、 鎳（Ni)、鍺（Ge)、或任何可以與半導體層形成良好歐姆 接觸之材料。導電層44與46之厚度可时別介於 1〇〇A〜1〇〇〇A。預覆層45與47之材料包含但不限於金(AU)、 銅（Cu)、鎳（Νι)、或任何可以作為無電電鍍法晶種層之 材料。預覆層45與47之厚度可以分別介於1〇〇a〜5〇〇〇a。 透明導電層之材料係包含但不限於IT〇、CT〇、ιζ〇、細、 ZnO、或如Ni/Au等之透明導電金屬層。導電層44、 扎、領覆層仏、預覆層47、與透明導電層各自可以使用化^ 氣相沉積、物理軋相沉積、或賤鍍等任一方式形成。 參考第4Β圖。於ρ型半導體層43與。型半導體層η 上形成-祕緣層50，用以隔離電雜，接著齡習知微影 製程，祕緣層5〇上形成開孔51a與Slb，以分別暴露出預 覆層47與45。絕緣層5〇之材料係包含但不限於光阻、灿2、 SiNx、或壓膜，其厚度則約介於1〇〇a〜17 光阻可 考第-實麵中所述之產品，紅灿2材獅祕緣層= 11 200810146 時’其上可以選擇性地覆蓋DNRL3〇〇。 參考第4c目，係顯示利用無電電鑛法分別於預覆層45 及47上形成電鍍層45a、47a。電解液之種類取決於所要形 成之電鍍層，其種類係如第一實施例所述。 接著’參考第4D圖。於電鑛層45a與47a形成後，將 絕緣層3〇除去，並切割晶片上之蟲晶結構以形細立之晶粒。 參考第5圖。於水平型發光二極體中，n型半導體層與p 型半導體層係位於基板之同一侧。n型半導體層表層之電洞與 P型半導體層表層之電子各自會排斥與吸引電解液中之金屬 離子，使p極焊墊上金屬離子之沉積速率高於n極焊墊上金 屬離子之沉積速率，導致沉積在p極焊墊上之電鍍層厚度大於 沉積在η極焊墊上之電鍍層厚度。此外，如第一實施例所述， 各焊墊上之電鍍層也可能會因表層雜質濃度差異而導致沉積 厚度分布不均的現象。藉由本實施例之方法，於η型半導體層 與Ρ型半導體層上形成絕緣層以降低電子與電洞對於金屬離 子之吸引力與/或排斥力，使金屬離子於各區域接近大致相同 之沉積速率，進而形成具有均勻厚度之電鏡層。 本實施例中，電鍍層45a與47a可以分別覆蓋預覆層45 與47之整面，亦可僅覆蓋預覆層45與47表面之部分區域。 上述各實施例中電鍍層之雜質濃度分布可以使用歐傑電 子影像能譜儀（Auger Electron Microprobe)、掃瞒電 子顯微鏡(Scanning Electron Microscope)或低食色電 子繞射(low energy electron diffraction)進行量 測。其中，歐傑電子影像能譜儀的量測範圍一般約達到數個單 層（monolayer) 〇 12 200810146 雖然本發明已說明如上，铁 或實施順序。對於本發明所非用罐制本發明之範園 明之精倾不脱本發 【圖式簡單說明】 第1圖係觸本㈣之半導體發光裝__ . 製程:：圖係顯示依照本發明-實施例之半導=裝置之 金離==如鋒嶋鄉_靖解液中對於 之製=?顯示依照本發明另-實施例之半導體發先裝置 第5圖係說明如第4A圖 離子分布之影響。 所示之半導體發裝置於電解液中對於金 【主要元件符號說明】 20 絲 42 21 η型半導體層 43 22 發光區 44 23 P型半導體層 45 24 導電層 45a 25 預覆層 46 25a 電鍍層 47 30 絕緣層 47a 31 開孔 50 40 絲 51a 41 η型半導體層 51b

發光區 P型半導體層 第一導電層 第一預覆層 第一電鍍層 第二導電層 第二預覆層 第一電錢層 第一開孔 第二開孔

Claims (1)

1. 200810146 十、申請專利範圍： 包含： 1· 一種發光二極體之製造方法 提供一基板； ，該半導體疊層包含一 ρ型 —位於該Ρ型半導體層與該 形成一半導體疊層於該基板上方 半導體層、-η型半導體層、及 η型半導體層間之發光區； 一，=覆層於該ρ料導體層與該η型半導體層中至少其 上方， 形成一， ，於該區域中係呈不均勻 未雜職層覆蓋之區域，該Ρ型半導體 層與該η型半導體層之表面雜 分布；以及 層之至部分置人—電解液中，該電解液中包含 ㈣子’該金屬離子在無外加電壓下會還原沉積於該預 覆層之上並形成一金屬層。 2·如請求項1所述之方法，更包含： 移除該絕緣層。 3·如請求項1所述之方法，更包含： 形成—導電層於該預覆層與該P型半導體層及該η型半導體 層中至少其一之間。 4·如請求項1所述之方法，更包含： 形成一透明導電層於該預覆層與該ρ型半導體層及該η型半 導體層中至少其一之間。 5.如請求項1所述之方法，其中該絕緣層係形成於該ρ型半導 體層與該η型半導體層之相同側。 200810146 6·如请求項1所述之方法，更包含： 分割該半導體璺層以形成至少一發光二極體晶粒。 7·如請求項1所述之方法，更包含： 形成一焊墊於與該預覆層相對之侧。 8·如請求項1所述之方法，其中該電解液係為亞硫酸金鈉、硫 酸銅、或硫酸鎳。 9·如請求項1所述之方法，其中該預覆層之材料係包含金、銅、 或鎳。

   瓜如=:述之方法’其中該導電層之材料係包含絡、 u. tL求〜妓，綱輯叙厚度係介於 12. =二二所述之方法，其中該絕緣層之厚度係介於 13. 如請求項3所述之方法，其中該導電 屑 ιοοΑ〜1 οηπΑ。 胃之厚度係介於

   14·如凊求項4所述之方法，其中該透明導電居 CTO、ιζ〇、ΑΖΟ、ζηο、或透明導電金屬層" 係為：[TO、