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。