晶圓在高亮度LED生產(chǎn)中的粘結(jié)

　　高亮度LED的主要用途包括車燈、信號燈以及背光顯示等。 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也具有用於普通照明的潛力。為使高亮度LED的成本降低到可用於居室、辦公室和停車場，有必要提高高亮度LED的制造的生產(chǎn)效率來達(dá)到降低單位元流明成本的目的。這樣高亮度LED就可代替現(xiàn)在還在生產(chǎn)的白熾燈和各種螢光燈。高亮度LED的一個顯著優(yōu)點是其壽命是用數(shù)十年來衡量的。

　　多種高亮度LED的光子向各個方向發(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發(fā)射區(qū)，這就大大提高了總光亮輸出。

　　許多材料，如矽，砷化鎵，氮化鎵，磷化鎵，和藍(lán)寶石等，可用來制作LED。在復(fù)合半導(dǎo)體上生長出光子層并轉(zhuǎn)移到矽或相似的材料的支撐晶圓上，并且晶圓的背面是暴露出來的?，F(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。另外一個問題就是兩個需要粘結(jié)的晶原有不同的熱膨脹系數(shù)而導(dǎo)致粘結(jié)過程非常緩慢。因爲(wèi)每次只能粘結(jié)一對晶圓，這就限制了高亮度LED的生產(chǎn)率，單位成本也很高。這些限制可通過使用新開發(fā)的SUSS晶圓粘結(jié)裝置來突破，這個裝置可實現(xiàn)多對晶圓的同步粘結(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)擴散機理，需進(jìn)行幾個步驟的清洗（紫外臭氧或化學(xué)濕處理）。粘結(jié)時的溫度是250°to 400°，壓力是1至7 MPa，時間從幾分鐘到幾小時。低溫時需增加時間和壓力。如果時間和壓力不夠，通常晶圓與晶圓間只有局部的結(jié)合。

　　錫金共熔法是通過固體與液體的擴散而形成金屬間化合的合金來達(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。必要時可涂擴散阻隔層。為避免錫在高溫時氧化，晶圓粘合需在氣體中進(jìn)行，如在氮氫混合氣（95% N2， 5% H2）中。這種方法只需低壓和用比熔點稍高的溫度，可在幾分鐘內(nèi)完成粘結(jié)。

　　已開發(fā)出的用於多對晶圓同步粘結(jié)的裝置是根據(jù)8英寸晶圓平臺而來的。為提高產(chǎn)量，8英寸直徑平臺可一次接納八個2英寸，四個3英寸，或是三個4英寸晶圓（圖一），并可進(jìn)行同步粘結(jié)。

　　圖一：SUSS Microtec 開發(fā)的三對4英寸晶圓同步粘結(jié)的裝置。