降低高亮度LED成本的晶圓粘結(jié)及檢測(cè)

　　高亮度LED的主要用途包括車燈、信號(hào)燈以及背光顯示等。雖然高亮度led的成本較高，但其優(yōu)越性使LED應(yīng)用還是可以接受。高亮度發(fā)LED也具有用于普通照明的潛力。為使高亮度LED的成本降低到可用于居室、辦公室和停車場(chǎng)，有必要提高高亮度LED的制造的生產(chǎn)效率來(lái)達(dá)到降低單比特流明成本的目的。這樣高亮度LED就可代替現(xiàn)在還在生產(chǎn)的白熾燈和各種熒光燈。高亮度LED的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是其壽命是用數(shù)十年來(lái)衡量的。

　　多種高亮度LED的光子向各個(gè)方向發(fā)射，包括向基板方向的下方。如果基板有比LED發(fā)光區(qū)小的帶隙，基板會(huì)吸收大約一半的反射光，這就大大減少了光的輸出。如果把一片含有發(fā)光二極管的晶圓粘結(jié)到一片具有高反射率表面的基板晶圓上，基板晶圓還有能散熱，射向基板的光將被反射回并穿過(guò)發(fā)射區(qū)，這就大大提高了總光亮輸出。

　　許多材料，如硅，砷化鎵，氮化鎵，磷化鎵，和藍(lán)寶石等，可用來(lái)制作LED.在復(fù)合半導(dǎo)體上生長(zhǎng)出光子層并轉(zhuǎn)移到硅或相似的材料的支撐晶圓上，并且晶圓的背面是暴露出來(lái)的。現(xiàn)在復(fù)合半導(dǎo)體只有大到4英寸。這就限制了LED晶圓與晶圓的結(jié)合的大小只有2到4英寸的直徑。另外一個(gè)問(wèn)題就是兩個(gè)需要粘結(jié)的晶原有不同的熱膨脹系數(shù)而導(dǎo)致粘結(jié)過(guò)程非常緩慢。因?yàn)槊看沃荒苷辰Y(jié)一對(duì)晶圓，這就限制了高亮度LED的生產(chǎn)率，單位成本也很高。這些限制可通過(guò)使用新開(kāi)發(fā)的SUSS晶圓粘結(jié)裝置來(lái)突破，這個(gè)裝置可實(shí)現(xiàn)多對(duì)晶圓的同步粘結(jié)。

　　以氮化鎵為原料的高亮度LED生產(chǎn)有兩種方法：即金-金熱壓和金錫共熔粘結(jié)。在金-金熱壓粘結(jié)過(guò)程中，一層1至3微米厚的金和阻隔粘結(jié)層被涂在每片晶圓上。為了消除表面污染影響固態(tài)擴(kuò)散機(jī)理，需進(jìn)行幾個(gè)步驟的清洗（紫外臭氧或化學(xué)濕處理）。粘結(jié)時(shí)的溫度是250°to400°，壓力是1至7MPa,時(shí)間從幾分鐘到幾小時(shí)。低溫時(shí)需增加時(shí)間和壓力。如果時(shí)間和壓力不夠，通常晶圓與晶圓間只有局部的結(jié)合。

　　錫金共熔法是通過(guò)固體與液體的擴(kuò)散而形成金屬間化合的合金來(lái)達(dá)到粘結(jié)的。一晶圓涂了一層薄金，而另一晶圓涂了一層厚度可達(dá)5微米的金錫。必要時(shí)可涂擴(kuò)散阻隔層。為避免錫在高溫時(shí)氧化，晶圓粘合需在氣體中進(jìn)行，如在氮?dú)浠旌蠚猓?5%N2,5%H2）中。這種方法只需低壓和用比熔點(diǎn)稍高的溫度，可在幾分鐘內(nèi)完成粘結(jié)。