高亮度LED晶圆粘结及检测

　晶圆在高亮度LED生产中的粘结

　　高亮度LED的主要用途包括车灯、信号灯以及背光显示等。 虽然高亮度LED的成本较高，但其优越性使LED应用还是可以接受。高亮度发LED也具有用於普通照明的潜力。为使高亮度LED的成本降低到可用於居室、办公室和停车场，有必要提高高亮度LED的制造的生产效率来达到降低单位元流明成本的目的。这样高亮度LED就可代替现在还在生产的白炽灯和各种萤光灯。高亮度LED的一个显着优点是其寿命是用数十年来衡量的。

　　多种高亮度LED的光子向各个方向发射，包括向基板方向的下方。如果基板有比LED发光区小的带隙，基板会吸收大约一半的反射光，这就大大减少了光的输出。如果把一片含有发光二极管的晶圆粘结到一片具有高反射率表面的基板晶圆上，基板晶圆还有能散热，射向基板的光将被反射回并穿过发射区，这就大大提高了总光亮输出。

　　许多材料，如矽，砷化镓，氮化镓，磷化镓，和蓝宝石等，可用来制作LED。在复合半导体上生长出光子层并转移到矽或相似的材料的支撑晶圆上，并且晶圆的背面是暴露出来的。现在复合半导体只有大到4英寸。这就限制了LED晶圆与晶圆的结合的大小只有2到4英寸的直径。另外一个问题就是两个需要粘结的晶原有不同的热膨胀系数而导致粘结过程非常缓慢。因爲每次只能粘结一对晶圆，这就限制了高亮度LED的生产率，单位成本也很高。这些限制可通过使用新开发的SUSS晶圆粘结装置来突破，这个装置可实现多对晶圆的同步粘结。

　　以氮化镓为原料的高亮度LED生产有两种方法：即金-金热压和金锡共熔粘结。在金-金热压粘结过程中，一层1至3微米厚的金和阻隔粘结层被涂在每片晶圆上。为了消除表面污染影响固态扩散机理，需进行几个步骤的清洗（紫外臭氧或化学湿处理）。粘结时的温度是250°to 400°，压力是1至7 MPa，时间从几分钟到几小时。低温时需增加时间和压力。如果时间和压力不够，通常晶圆与晶圆间只有局部的结合。

　　锡金共熔法是通过固体与液体的扩散而形成金属间化合的合金来达到粘结的。一晶圆涂了一层薄金，而另一晶圆涂了一层厚度可达5微米的金锡。必要时可涂扩散阻隔层。为避免锡在高温时氧化，晶圆粘合需在气体中进行，如在氮氢混合气（95% N2， 5% H2）中。这种方法只需低压和用比熔点稍高的温度，可在几分钟内完成粘结。

　　已开发出的用於多对晶圆同步粘结的装置是根据8英寸晶圆平台而来的。为提高产量，8英寸直径平台可一次接纳八个2英寸，四个3英寸，或是三个4英寸晶圆（图一），并可进行同步粘结。

　　图一：SUSS Microtec 开发的三对4英寸晶圆同步粘结的装置。