專利名稱：帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片的制作方法
技術領域：
本發明揭示帶有防靜電二極管(ESD diode)的金屬化硅芯片和帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片，及低成本的生產技術和工藝。本發明提供了LED與硅晶片上的IC器件整合的一個具體實施實例。屬于半導體電子技術領域。
背景技術：
大功率半導體發光二極管具有取代白熾燈的巨大前途，但是，首先要解決技術和生產上的問題，主要問題包括，以藍寶石為生長襯底的氮化鎵基LED的散熱效率低。為此，氮化鎵基LED倒扣焊芯片被提出氮化鎵基LED芯片倒扣焊在硅支持襯底芯片上，硅支持襯底芯片上的兩個打線焊盤是為封裝時打金線從而與外界電源相連接。但是，金線會造成可靠性問題，金線所占用的空間增大了LED倒扣焊芯片的封裝管座的厚度，金線使得涂布均勻厚度的熒光粉變得困難，色溫的一致性部分地取決于熒光粉的厚度的均勻性。為解決上述問題，中國專利申請(申請號200510079706.2)發明了新型的LED通孔倒扣焊芯片(即LED芯片倒扣焊于金屬化硅芯片上)及低成本的生產技術和工藝。防靜電能力是對氮化鎵基LED倒扣焊芯片的一個基本要求，為解決防靜電問題，工業上采用把一個防靜電二極管與LED倒扣焊芯片并聯封裝在一起的方法。但是，該方法增加成本，增加打金線的數量，增大占用的面積。
因此，需要具有高防靜電能力的LED通孔倒扣焊芯片。
發明內容
本發明揭示幾種具有不同結構的帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片和帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片(即LED芯片倒扣焊于金屬化硅芯片上)。帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片的結構如下絕緣的硅芯片的第一表面具有防靜電二極管，該防靜電二極管的類型是從下述類型選出PN，NPN，有門(gate)(如圖2c)，無門(如圖2a，2b，2d，2e)，及它們的組合，等。在絕緣的硅芯片的每一面分別具有兩個電極，在同一面上的兩個電極互相電絕緣。第一面的兩個電極分別與防靜電二極管的兩個電極電聯接。同時，第一面的兩個電極分別通過通孔/金屬填充塞與第二面的兩個電極電聯接。第一面的兩個電極的位置和形狀與將要鍵合于其上的LED芯片的兩個電極的位置和形狀相配合，第二面的兩個電極的位置和形狀與將要鍵合于其上的熱沉上的兩個電極的位置和形狀相配合。
制造帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片的工藝步驟的一個具體實施實例如下在硅支持襯底晶片的第一面上的預定位置，通過光刻掩模/注入工藝，形成防靜電二極管，防靜電二極管的類型包括，但不限于NPN，PN，有門，無門，及它們的組合。在硅支持襯底晶片的兩面層疊導電金屬層。在硅支持襯底晶片的第一面的金屬層上，在預定的位置形成一組一組的電極，每組電極包括兩個電極第一電極和第二電極，其位置和形狀分別與后續鍵合于其上的LED芯片的P電極和N電極的位置和形狀相配合。第一和第二電極分別與防靜電二極管的兩個電極電聯接。在硅支持襯底晶片的第二面的金屬層上，在預定的位置形成一組一組的電極，每組電極包括兩個電極第三電極和第四電極，其位置和形狀分別與后續層疊于其上的熱沉的兩個電極的位置和形狀相配合。支持襯底晶片的第二面的第三和第四電極的位置分別與支持襯底晶片的第一面的第一和第二電極的位置相配合。在硅支持襯底晶片的預定的位置上形成通孔(throughhole)，在通孔中層疊導電金屬填充塞，所述的導電金屬填充塞把通孔兩端的電極連接，即第一電極和第三電極連接，第二電極和第四電極連接，因此，防靜電二極管的一個電極與第一電極和第三電極是電連接的，防靜電二極管的另一個電極與第二電極和第四電極是電連接的。
帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片的一個具體應用實例帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片。在金屬化硅晶片的第一面的金屬層上的預定的位置，鍵合LED晶片，使得LED晶片上的每一個LED芯片的P電極和N電極分別與金屬化硅晶片上的每一個金屬化硅芯片的第一面的第一電極和第二電極鍵合在一起。把金屬化硅晶片切成小片金屬化硅芯片，使得每一金屬化硅芯片上包括一個倒扣焊于其上的LED芯片，形成帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片。小片金屬化硅芯片可以有與LED芯片相同的尺寸和形狀，也可以有大于LED芯片的尺寸和不同的形狀。連接金屬化硅芯片兩面上的一對電極的通孔/金屬填充塞的數量是預定的。每個通孔/金屬填充塞具有預定的截面積。采用多個或者截面積較大的通孔/金屬填充塞連接金屬化硅芯片兩面上的一對電極的優點是(1)進一步提高支持襯底芯片的熱導率；(2)降低電阻，因而降低產生的熱量，降低電壓。本發明還揭示幾種不同的制造帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片的工藝。
本發明揭示的帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片，可以應用于其他需要帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片的半導體芯片和器件。
本發明的目的和能達到的各項效果如下(1)本發明的目的是提供帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片。
(2)本發明的目的是提供低成本的批量生產帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片的工藝方法。
(3)本發明的目的是提供帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片。
(4)本發明的目的是提供低成本的批量生產帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片的工藝方法。
(5)本發明提供了LED與硅晶片上的IC器件整合的一個具體實施實例。
本發明和它的特征及效益將在下面的詳細描述中更好的展示。
圖1a和圖1b展示在先的LED通孔倒扣焊芯片的兩個實例。
圖2a展示帶有裸NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片的一個具體實施實例。
圖2b展示帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片的一個具體實施實例。
圖2c展示帶有包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片的一個具體實施實例。
圖2d展示帶有裸PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片的一個具體實施實例。
圖2e展示帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片的一個具體實施實例。
圖3a到圖3e展示帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片的生產工藝的一個具體實施實例。
圖4a到圖4e展示帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片的生產工藝的一個具體實施實例。
圖5a和圖5b分別展示不同的帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片應用于LED芯片的具體實施實例，其中，防靜電二極管位于金屬化硅芯片與LED芯片鍵合的一面。
圖5c和圖5d分別展示不同的帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片應用于LED芯片的具體實施實例，其中，防靜電二極管位于金屬化硅芯片與LED芯片鍵合的一面。
圖6a和圖6b分別展示不同的帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片應用于LED芯片的具體實施實例，其中，防靜電二極管位于與金屬化硅芯片和LED芯片的鍵合面相遠離的一面。
圖6c和圖6d分別展示不同的帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片應用于LED芯片的具體實施實例，其中，防靜電二極管位于與金屬化硅芯片和LED芯片的鍵合面相遠離的一面。
圖6e和圖6f分別展示NPN和PN類型的防靜電二極管與LED芯片并聯的等效電路圖。
圖7展示本發明的低成本的批量生產帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片的工藝的第一個具體實施實例。
圖8展示本發明的低成本的批量生產帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片的工藝的第二個具體實施實例。
具體實施實例和發明的詳細描述雖然本發明的具體化實施實例將會在下面被描述，但下列各項描述只是說明本發明的原理，而不是局限本發明于下列各項具體化實施實例的描述。
注意下列各項(1)圖3和圖4分別展示的帶有包括絕緣層的NPN和PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片的生產技術和工藝可以應用于其它的帶有防靜電二極管的金屬化芯片的生產，例如，帶有裸NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片，帶有裸PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片，帶有包括門(gate)和絕緣層的防靜電NPN二極管的金屬化硅芯片。
(2)圖7和圖8分別展示的帶有包括絕緣層的NPN和PN類型的防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片的生產技術和工藝可以應用于其它的帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片的生產，例如，帶有裸NPN類型的防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片，帶有裸PN類型的防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片，帶有包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片。
(3)本發明提供了LED與硅晶片上的IC器件整合的一個具體實施實例。
圖1a展示在先的LED通孔倒扣焊芯片的第一個具體實施實例。LED通孔倒扣焊芯片100包括LED芯片101和硅支持襯底芯片107。LED芯片101的電極102和104通過鍵合盤103和105分別與硅支持襯底芯片107上的第一和第二電極108和106連接。鍵合盤103和105包括，但不限于共晶鍵合(eutecticbonding)，植金球鍵合(gold stud bump)，導電膠粘接，等。電極108和106是互相電絕緣的。第一和第二電極108和106分別通過通孔/金屬填充塞109和112與硅支持襯底芯片107的第二面上的第三和第四電極110和111電聯接。
圖1b展示在先的LED通孔倒扣焊芯片的第二個具體實施實例。第二個具體實施實例基本上與第一個具體實施實例相同。不同之處是第二個具體實施實例中，硅支持襯底芯片122的尺寸大于LED芯片121；第二個具體實施實例中的通孔/金屬填充塞123的數量大于1。
圖2a展示帶有NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片的第一個具體實施實例，即帶有裸NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片200。金屬化硅芯片200的第一面上具有裸NPN類型的防靜電二極管，該二極管包括由P區域203隔開的兩個N區域202和204。第一面上的第一和第二電極201和205分別與兩個N區域202和204電聯接。第一和第二電極201和205分別通過通孔/金屬填充塞206和208與金屬化芯片200的第二面上的第三和第四電極207和209電聯接。因此，第一電極201，N區域202，通孔/金屬填充塞206，和第三電極207電聯接。第二電極205，N區域204，通孔/金屬填充塞208，和第四電極209電聯接。第一和第二電極201和205電絕緣，第三和第四電極207和209電絕緣。
圖2b展示帶有NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片的第二個具體實施實例，即帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片210。第二個具體實施實例基本上與圖2a的第一個具體實施實例相同。不同之處是第二個具體實施實例中，絕緣層211覆蓋整個P區域203和部分N區域202和部分N區域204。第一面上的第一和第二電極201和205分別覆蓋絕緣層211的一部分。
圖2c展示帶有NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片的第三個具體實施實例，即帶有包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片220。第三個具體實施實例基本上與圖2a的第一個具體實施實例相同。不同之處是絕緣層221覆蓋P區域203和部分N區域202和部分N區域204，門(gate)222層疊于絕緣層221上，絕緣層223層疊于門222上。絕緣層223具有預定的形狀和尺寸，使得門222與第二電極205絕緣，使得門222與第一電極201電聯接。
圖2d展示帶有PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片的第一個具體實施實例，即帶有裸PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片230。金屬化硅芯片230的第一面上具有裸PN類型的防靜電二極管，該PN類型的二極管包括P區域232和N區域231。第一面上的第一和第二電極201和205分別與N區域231和P區域232電聯接。第一和第二電極201和205分別通過通孔/金屬填充塞206和208與金屬化硅芯片230的第二面上的第三和第四電極207和209電聯接。因此，第一電極201，N區域231，通孔/金屬填充塞206，和第三電極207電聯接。第二電極205，P區域232，通孔/金屬填充塞208，和第四電極209電聯接。第一和第二電極201和205電絕緣，第三和第四電極207和209電絕緣。
圖2e展示帶有PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片的第二個具體實施實例，即帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片240。第二個具體實施實例基本上與圖2d的第一個具體實施實例相同。不同之處是第二個具體實施實例中，絕緣層242覆蓋部分P區域243和部分N區域241。第一面上的第一和第二電極201和205分別覆蓋絕緣層242的一部分。
圖3展示本發明的帶有包括絕緣層的防靜電NPN類型的二極管的金屬化硅芯片的生產工藝的一個具體實施實例。同樣的工藝可以應用于生產其它的帶有NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片。
圖3a展示工藝步驟一在硅支持襯底晶片301的第一面上層疊光刻膠，蝕刻光刻膠使成為預定的圖形302和303，注入P類型摻雜，形成P區域304。剝離光刻膠302和303。
圖3b展示工藝步驟二在硅支持襯底晶片301的第一面上再一次層疊光刻膠，蝕刻光刻膠使成為預定的圖形311，312，和313。注入N類型摻雜，形成N區域310和314。N區域310和314分別在P區域304的兩側。
圖3c展示工藝步驟三剝離光刻膠311，312，和313。至此，帶有裸NPN類型的防靜電二極管的硅晶片已經制成，如果對該硅晶片繼續實行金屬化，則得到帶有裸NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅晶片。
圖3d展示工藝步驟四在硅支持襯底晶片的第一面上再一次層疊光刻膠，蝕刻光刻膠使成為預定的圖形322和323。層疊絕緣層321。絕緣層321覆蓋整個P區域304和部分N區域310和部分N區域314。剝離光刻膠322和323。
圖3e展示工藝步驟五在硅支持襯底晶片的第一面上層疊第一和第二電極330和333，在第二面上層疊第三和第四電極332和335。第一電極330與N區域310電聯接并覆蓋絕緣層321的一部分。第二電極333與N區域314電聯接并覆蓋絕緣層321的一部分。形成通孔/金屬填充塞331和334。通孔/金屬填充塞331聯接第一電極330和第三電極332；通孔/金屬填充塞334聯接第二電極333和第四電極335。
注意，(1)絕緣層321不是必要的，當沒有絕緣層321時，第一和第二電極330和333不要與P區域304電聯接；(2)可以繼續實施下列工藝在絕緣層321上層疊門(gate)，在門(gate)上層疊第二絕緣層(圖3中沒有顯示門(gate)和第二絕緣層)。第一電極330與門(gate)和N區域310電聯接并覆蓋第二絕緣層的一部分。第二電極333與N區域314電聯接并覆蓋第二絕緣層的一部分，但與門(gate)和P區域304電絕緣。至此，帶有包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的硅晶片已經制成，如果對該硅晶片繼續實行金屬化，則得到帶有包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅晶片。
圖4a展示工藝步驟一在硅支持襯底晶片401的第一面上層疊光刻膠，蝕刻光刻膠使成為預定的圖形402和403，注入P類型摻雜，形成P區域404。剝離光刻膠402和403。
圖4b展示工藝步驟二在硅支持襯底晶片401的第一面上再一次層疊光刻膠，蝕刻光刻膠使成為預定的圖形411和412。注入N類型摻雜，形成N區域410。
圖4c展示工藝步驟三剝離光刻膠411和412。至此，帶有裸PN類型的防靜電二極管的硅晶片已經制成，如果對該硅晶片繼續實行金屬化，則得到帶有裸PN類型的防靜電二極管的金屬化硅晶片。
圖4d展示工藝步驟四在硅支持襯底晶片的第一面上再一次層疊光刻膠，蝕刻光刻膠使成為預定的圖形422和423。層疊絕緣層421。絕緣層421覆蓋部分P區域404和部分N區域410。剝離光刻膠422和423。
圖4e展示工藝步驟五在硅支持襯底晶片的第一面上層疊第一和第二電極430和433，在第二面上層疊第三和第四電極432和435。第一電極430與N區域410電聯接并覆蓋絕緣層421的一部分。第二電極433與P區域404電聯接并覆蓋絕緣層421的一部分。形成通孔/金屬填充塞431和434。通孔/金屬填充塞431聯接第一電極430和第三電極432；通孔/金屬填充塞434聯接第二電極433和第四電極435。
注意，絕緣層421不是必要的，當沒有絕緣層421時，第一和第二電極430和433要互相電絕緣。
圖5展示本發明的帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片應用于LED倒扣焊芯片的四個具體實施實例。同樣的結構可以應用于其它的帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片和其它的半導體倒扣焊芯片。
圖5a展示本發明的帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片應用于LED芯片的第一個具體實施實例。LED芯片501具有兩個電極502和503。帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片511具有第一和第二電極512和513。該兩個電極分別與LED芯片501的兩個電極502和503鍵合。帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片511具有與圖2b的金屬化硅芯片210相同的結構。
在本具體實施實例中，金屬化硅芯片511與LED芯片501具有相同的形狀和尺寸。
圖5b展示本發明的帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片應用于LED芯片的第二個具體實施實例。LED芯片521具有兩個電極522和523，該兩個電極分別與金屬化硅芯片531的第一和第二電極532和533鍵合。在本具體實施實例中，金屬化硅芯片531的尺寸大于LED芯片521，兩者即可以具有相同的形狀，也可以具有不相同的形狀。金屬化硅芯片531的結構與圖2b的金屬化硅芯片210的相同。
注意，雖然圖5a和圖5b展示的金屬化硅芯片帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管，金屬化硅芯片也可以帶有其他的NPN類型的防靜電二極管。其他的NPN類型的防靜電二極管包括，但不限于，帶有裸NPN類型的防靜電二極管，帶有包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管，等。
圖5c展示本發明的帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片應用于LED芯片的第一個具體實施實例。LED芯片541具有兩個電極542和543。帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片551具有第一和第二電極552和553。該兩個電極分別與LED芯片541的兩個電極542和543鍵合。在本具體實施實例中，金屬化硅芯片551與LED芯片541具有相同的形狀和尺寸。金屬化硅芯片551具有與圖2e的金屬化硅芯片240相同的結構。
圖5d展示本發明的帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片應用于LED芯片的第二個具體實施實例。LED芯片561具有兩個電極562和563。帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片571具有第一和第二電極572和573。金屬化硅芯片571的第一和第二電極572和573分別與LED芯片561的兩個電極562和563鍵合。在本具體實施實例中，金屬化硅芯片571的尺寸大于LED芯片561，兩者即可以具有相同的形狀，也可以具有不相同的形狀。金屬化硅芯片571具有與圖2e的金屬化硅芯片240相同的結構。
注意，雖然圖5c和圖5d展示的金屬化硅芯片帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管，金屬化硅芯片也可以帶有其他的PN類型的防靜電二極管。其他的PN類型的防靜電二極管包括，但不限于，裸PN類型的防靜電二極管，等。
圖6a展示本發明的帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片應用于LED芯片的第三個具體實施實例。LED芯片601具有兩個電極602和603。帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片611的第一面具有第一和第二電極612和613。該兩個電極分別與LED芯片601的兩個電極602和603鍵合。金屬化硅芯片611的第二面具有第三和第四電極615和616。包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管614位于金屬化硅芯片611的第二面上。第三和第四電極615和616分別與防靜電二極管614的兩個N區域617和618電聯接。
帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片611具有與圖2b的金屬化硅芯片210相同的結構。在本具體實施實例中，金屬化硅芯片611與LED芯片601具有相同的形狀和尺寸。
圖6b展示本發明的帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片應用于LED芯片的第四個具體實施實例。LED芯片621具有兩個電極622和623，該兩個電極分別與金屬化硅芯片631的第一和第二電極632和633鍵合。金屬化硅芯片631的第二面具有第三和第四電極635和636。包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管634位于金屬化硅芯片631的第二面上。第三和第四電極635和636分別與防靜電二極管634的兩個N區域637和638電聯接。
在本具體實施實例中，金屬化硅芯片631的尺寸大于LED芯片621，兩者即可以具有相同的形狀，也可以具有不相同的形狀。金屬化硅芯片631的結構與圖2b的金屬化硅芯片210的相同。
注意，雖然圖6a和圖6b展示的金屬化硅芯片帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管，金屬化硅芯片也可以帶有其他的NPN類型的防靜電二極管。其他的NPN類型的防靜電二極管包括，但不限于，帶有裸NPN類型的防靜電二極管，帶有包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管，等。
圖6c展示本發明的帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片應用于LED芯片的第三個具體實施實例。LED芯片641具有兩個電極642和643。帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片651具有第一和第二電極652和653。該兩個電極分別與LED芯片641的兩個電極642和643鍵合。金屬化硅芯片651的第二面具有第三和第四電極655和656。包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管654位于金屬化硅芯片651的第二面上。第三和第四電極655和656分別與防靜電二極管654的N和P區域657和658電聯接。
在本具體實施實例中，金屬化硅芯片651與LED芯片641具有相同的形狀和尺寸。金屬化硅芯片651具有與圖2e的金屬化硅芯片240相同的結構。
圖6d展示本發明的帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片應用于LED芯片的第四個具體實施實例。LED芯片661具有兩個電極662和663。帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片671具有第一和第二電極672和673。金屬化硅芯片671的第一和第二電極672和673分別與LED芯片661的兩個電極662和663鍵合。金屬化硅芯片671的第二面具有第三和第四電極675和676。包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管674位于金屬化硅芯片671的第二面上。第三和第四電極675和676分別與防靜電二極管674的N和P區域677和678電聯接。
在本具體實施實例中，金屬化硅芯片671的尺寸大于LED芯片661，兩者即可以具有相同的形狀，也可以具有不相同的形狀。金屬化硅芯片671具有與圖2e的金屬化硅芯片240相同的結構。
注意，雖然圖6c和圖6d展示的金屬化硅芯片帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管，金屬化硅芯片也可以帶有其他的PN類型的防靜電二極管。其他的PN類型的防靜電二極管包括，但不限于，裸PN類型的防靜電二極管，等。
圖6e展示NPN類型的防靜電二極管682與LED芯片681并聯的等效電路。圖6a和圖6b展示的鍵合在一起的LED芯片和帶有包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片構成并聯電路，其等效電路由圖6e所示。
圖6f展示PN類型的防靜電二極管692與LED芯片691并聯的等效電路。圖6c和圖6d展示的鍵合在一起的LED芯片和帶有包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片構成并聯電路，其等效電路由圖6f所示。
注意，圖6e和圖6f展示的等效電路分別適用于LED芯片和帶有包括其他的PNP和PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片。其他的PNP和PN類型的防靜電二極管包括，但不限于，裸NPN類型的防靜電二極管，包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管，裸PN類型的防靜電二極管，等。
圖7a展示本發明的生產帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片的工藝流程的第一個具體實施實例。
工藝流程700在硅支持襯底晶片的第一面上與LED外延晶片上的每一個LED芯片對應的位置上形成ESD二極管。ESD二極管的類型包括，但不限于，NPN類型，PN類型。每一種類型包括，但不限于，裸NPN類型，裸PN類型，包括絕緣層的NPN類型，包括絕緣層的PN類型，包括門(gate)和絕緣層的NPN類型。形成ESD二極管的工藝流程包括，但不限于，圖3展示的本發明的工藝流程，圖4展示的本發明的工藝流程。
工藝流程701在硅支持襯底晶片的第一面和第二面上形成一組一組的電極，即形成金屬化硅晶片。每組電極包括兩個互相絕緣的電極。第一面上的每組電極分別與后繼鍵合的LED外延晶片上的對應的每一個LED芯片的兩個電極的位置相對應。第二面上的每組電極分別與封裝時后繼鍵合的每一個熱沉的兩個電極的位置相對應。第一面上的每個電極由通孔/金屬填充塞與第二面上對應的電極聯結成一個電極。所述的第一面上的每組電極的兩個電極分別與對應的每個ESD二極管的兩個電極相聯接。
工藝流程702鍵合LED外延晶片和金屬化硅晶片，金屬化硅晶片的第一面上的每一組的兩個電極分別與LED外延晶片上的每一個LED芯片的相對應的兩個電極鍵合，形成鍵合LED/金屬化硅晶片。
工藝流程703把鍵合LED/金屬化硅晶片切割為單個的帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片，金屬化硅芯片的尺寸和形狀與LED芯片的相同。
圖7b展示本發明的鍵合LED/金屬化硅晶片的截面圖。圖中只展示兩個LED芯片，LED1芯片721和LED2芯片725。金屬化硅晶片720在與LED1芯片721的兩個電極722和724相對應的位置有兩個電極726和729。電極722和724分別與電極726和729鍵合。電極726和729分別與金屬化硅晶片720的第二面上的電極728和730通過通孔/金屬填充塞727和731電聯接。NPN防靜電二極管723在電極726和729之間，NPN防靜電二極管723的兩個N區域分別與電極726和729電聯接。
注意，NPN防靜電二極管也可以在電極728和730之間，NPN防靜電二極管的兩個N區域分別與電極728和730電聯接。圖7展示的工藝流程的第一個具體實施實例也適用于LED芯片和帶有包括其他的PNP和PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片。其他的PNP和PN類型的防靜電二極管包括，但不限于，裸NPN類型的防靜電二極管，包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管，裸PN類型的防靜電二極管，等圖8a展示本發明的生產帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片的工藝流程的第二個具體實施實例。
工藝流程800在硅支持襯底晶片的第一面上與每一個LED芯片對應的位置上形成ESD二極管。ESD二極管的類型包括，但不限于，NPN類型，PN類型。每一種類型包括，但不限于，裸NPN類型，裸PN類型，包括絕緣層的NPN類型，包括絕緣層的PN類型，包括門(gate)和絕緣層的NPN類型。形成ESD二極管的工藝流程包括，但不限于，圖3展示的本發明的工藝流程，圖4展示的本發明的工藝流程。
工藝流程801在硅支持襯底晶片的第一面和第二面上形成一組一組的電極，即形成金屬化硅晶片。每組電極包括兩個互相絕緣的電極。第一面上的每組電極分別與后繼鍵合的每一個LED芯片的兩個電極的位置相對應。第二面上的每組電極分別與封裝時后繼鍵合的每一個熱沉的兩個電極的位置相對應。第一面上的每個電極由通孔/金屬填充塞與第二面上對應的電極聯結成一個電極。所述的第一面上的每組電極的兩個電極分別與對應的每個ESD二極管的兩個電極相聯接。
工藝流程802分別鍵合每一個LED芯片到金屬化硅晶片上的預定的位置，金屬化硅晶片的第一面上的每一組的兩個電極分別與每一個LED芯片的相對應的兩個電極鍵合，形成鍵合LED芯片/金屬化硅晶片。
工藝流程803把鍵合LED芯片/金屬化硅晶片沿切割線832切割為單個的帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片，金屬化硅芯片的尺寸大于LED芯片，金屬化硅芯片的形狀即可以與LED芯片的相同，也可以不同。
圖8b展示本發明的鍵合LED/金屬化硅晶片的截面圖。圖中只展示兩個LED芯片，LED1芯片821和LED2芯片825。金屬化硅晶片820在與LED1芯片821的兩個電極822和824相對應的位置有兩個電極826和829。電極822和824分別與電極826和829鍵合。電極826和829分別與金屬化硅晶片820的第二面上的電極828和830通過通孔/金屬填充塞827和831電聯接。包括絕緣層的NPN防靜電二極管823在電極826和829之間，包括絕緣層的NPN防靜電二極管823的兩個N區域分別與電極826和829電聯接。
注意，NPN防靜電二極管也可以在電極828和830之間，NPN防靜電二極管的兩個N區域分別與電極828和830電聯接。圖8展示的工藝流程的第二個具體實施實例也適用于LED芯片和帶有包括其他的PNP和PN類型的防靜電二極管的金屬化硅芯片。其他的PNP和PN類型的防靜電二極管包括，但不限于，裸NPN類型的防靜電二極管，包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管，裸PN類型的防靜電二極管，等上面的具體的描述并不限制本發明的范圍，而只是提供一些本發明的具體化的例證。因此本發明的涵蓋范圍應該由權利要求和它們的合法等同物決定，而不是由上述具體化的詳細描述和實施實例決定。
權利要求
1.一種帶有防靜電二極管(ESD diode)的金屬化硅芯片，包括，但不限于金屬化硅芯片；其中，所述的金屬化硅芯片的第一面上具有第一電極和第二電極，所述的第一電極和第二電極互相電絕緣；其中，所述的金屬化硅芯片的第二面上具有第三電極和第四電極，所述的第三電極和第四電極互相電絕緣；其中，所述的金屬化硅芯片的第一面上的第一電極和第二電極分別通過通孔/金屬填充塞與第二面上的第三電極和第四電極電連接；防靜電二極管；其中，所述的防靜電二極管位于金屬化硅芯片的第一面和第二面之間。
2.權利要求1的帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片，其中，所述的防靜電二極管包括，但不限于，裸NPN類型的防靜電二極管，裸PN類型的防靜電二極管，包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管，包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管，包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管。
3.權利要求2的帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片，其中，所述的裸NPN類型的防靜電二極管的兩個N區域分別與所述的金屬化硅芯片的同一面上的兩個電極電連接；其中，所述的包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的兩個N區域分別與所述的金屬化硅芯片的同一面上的兩個電極電連接；其中，所述的包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的兩個N區域分別與所述的金屬化硅芯片的同一面上的兩個電極電連接；其中，所述的裸PN類型的防靜電二極管的N區域和P區域分別與所述的金屬化硅芯片的同一面上的兩個電極電連接；其中，所述的包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的N區域和P區域分別與所述的金屬化硅芯片的同一面上的兩個電極電連接。
4.一種帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片，包括，但不限于金屬化硅芯片；其中，所述的金屬化硅芯片的第一面上具有第一電極和第二電極，所述的第一電極和第二電極互相電絕緣；其中，所述的金屬化硅芯片的第二面上具有第三電極和第四電極，所述的第三電極和第四電極互相電絕緣；其中，所述的金屬化硅芯片的第一面上的第一電極和第二電極分別通過通孔/金屬填充塞與第二面上的第三電極和第四電極電連接；防靜電二極管；其中，所述的防靜電二極管位于金屬化硅芯片的第一面和第二面之間；LED芯片；其中，所述的LED芯片的兩個電極分別與所述的金屬化硅芯片的第一面上的第一電極和第二電極電連接。
5.權利要求4的帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片，其中，所述的防靜電二極管包括，但不限于，裸NPN類型的防靜電二極管，裸PN類型的防靜電二極管，包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管，包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管，包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管。
6.權利要求5的帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片，其中，所述的裸NPN類型的防靜電二極管的兩個N區域分別與所述的金屬化硅芯片的同一面上的兩個電極電連接；其中，所述的包括絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的兩個N區域分別與所述的金屬化硅芯片的同一面上的兩個電極電連接；其中，所述的包括門(gate)和絕緣層的NPN類型的防靜電二極管的兩個N區域分別與所述的金屬化硅芯片的同一面上的兩個電極電連接；其中，所述的裸PN類型的防靜電二極管的N區域和P區域分別與所述的金屬化硅芯片的同一面上的兩個電極電連接；其中，所述的包括絕緣層的PN類型的防靜電二極管的N區域和P區域分別與所述的金屬化硅芯片的同一面上的兩個電極電連接。
7.權利要求4的帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片，其中，所述的防靜電二極管的位置是從一組位置中選出；所述的一組位置包括，但不限于，金屬化硅芯片的第一面上的第一電極和第二電極之間，金屬化硅芯片的第二面上的第三電極和第四電極之間。
8.一種制造帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片的工藝，包括，但不限于工藝步驟一在硅支持襯底晶片的第一面上層疊光刻膠，蝕刻所述的光刻膠使成為預定的圖形，注入P類型摻雜，形成P區域，剝離所述的光刻膠；工藝步驟二在所述的硅支持襯底晶片的第一面上再一次層疊光刻膠，蝕刻所述的光刻膠使成為預定的圖形，注入N類型摻雜，形成N區域；工藝步驟三剝離所述的光刻膠；工藝步驟四金屬化所述的硅支持襯底晶片，形成帶有防靜電二極管的金屬化硅晶片；切割所述的帶有防靜電二極管的金屬化硅晶片成為帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片。
9.權利要求8的制造帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片的工藝，進一步包括在進行所述的工藝步驟三之后，進行工藝步驟五所述的硅支持襯底晶片的第一面上再一次層疊光刻膠，蝕刻所述的光刻膠使成為預定的圖形，層疊絕緣層；其中，對于NPN類型的防靜電二極管，所述的絕緣層覆蓋整個P區域和部分N區域；其中，對于PN類型的防靜電二極管，所述的絕緣層覆蓋部分P區域和部分N區域；剝離所述的光刻膠；然后進行所述的工藝步驟四。
10.權利要求9的制造帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片的工藝，進一步包括在進行所述的工藝步驟五之后，進行工藝步驟六再一次層疊光刻膠，蝕刻所述的光刻膠使成為預定的圖形，在所述的絕緣層上層疊門(gate)；剝離所述的光刻膠；再一次層疊光刻膠，蝕刻所述的光刻膠使成為預定的圖形，在所述的門(gate)上層疊第二絕緣層；剝離所述的光刻膠；然后進行所述的工藝步驟四。
全文摘要
本發明揭示幾種具有不同結構的帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片和帶有防靜電二極管的LED通孔倒扣焊芯片(即LED芯片倒扣焊于帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片上)。帶有防靜電二極管的金屬化硅芯片的結構如下絕緣的硅芯片的第一表面具有防靜電二極管，該防靜電二極管的類型是從下述類型選出PN，NPN，有門(gate)，無門，及它們的組合，等。硅芯片的第一表面的兩個電極分別與防靜電二極管的兩個電極電聯接。
文檔編號H01L21/00GK1719609SQ20051008700
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月22日 優先權日2005年7月22日
發明者彭暉, 彭一芳 申請人:金芃, 彭暉