專利名稱：發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)與其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)與其制作方法，尤指一種利用半導(dǎo)體工 藝所制作出具有硅質(zhì)栽板的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)照明產(chǎn)業(yè)為了將白熾燈泡光源做有效集光，將燈杯制作成拋物面的 形狀，將燈泡放置在燈杯的焦點(diǎn)使散射的光線能有效被收集，而成近乎直線射出，而燈杯表面更可制作漫射結(jié)構(gòu)(diffiiser)增加其光線柔和效果。然而， 近年來由于白熾燈泡本身的發(fā)光效率不高，并且會(huì)產(chǎn)生較高的輻射熱，因此 具有壽命長(zhǎng)、體積小、發(fā)光效率高、耗電量低以及環(huán)境污染低等優(yōu)點(diǎn)的發(fā)光 二極管漸漸地取代了白熾燈泡，而成為新照明光源的主流。但當(dāng)光源由傳統(tǒng)的白熾燈泡進(jìn)化到發(fā)光二極管光源時(shí)，由于發(fā)光二極管 晶粒結(jié)構(gòu)與白熾燈泡結(jié)構(gòu)差異甚大，因此無法沿用白熾燈泡的拋物面集光燈 杯。請(qǐng)參考圖1,圖1為現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，現(xiàn) 有技術(shù)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)10包含有發(fā)光二極管晶粒12、粘著引腳14以及引腳 16，其中粘著引腳14包含有平底杯型槽，且發(fā)光二極管晶粒12設(shè)置于粘著 引腳14的平底杯型槽中。此外，發(fā)光二極管晶粒12的兩電極藉由導(dǎo)線18 分別電連接到粘著引腳14與引腳16上。在現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)10中，光線從發(fā)光二極管晶粒12發(fā)射出后， 除了向上發(fā)射的部分外，還有側(cè)向的散光，雖然光線可藉由平底杯型槽將一 部分的光線向上反射，但因?yàn)槠降妆筒鄄⒎菫榱己玫募饨Y(jié)構(gòu)，仍會(huì)有部 分的光線于此平底杯型槽中被散亂反射而浪費(fèi)掉，比起傳統(tǒng)白熾燈泡的拋物 面燈杯的集光效率遜色許多，因此改善發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的集光效率，仍為業(yè) 界極力改善的課題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)與其制作方法，其具有指向性發(fā)光與良好散熱效果的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，并且可利用半導(dǎo)體工藝制作出具有 集光效果的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。為達(dá)上述的目的，本發(fā)明提供一種具有硅質(zhì)栽板的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包 含有硅質(zhì)栽板，該硅質(zhì)載板的上表面具有拋物面形狀的凹杯結(jié)構(gòu)，并且該凹 杯結(jié)構(gòu)底部具有多個(gè)孔洞貫穿該硅質(zhì)載板、反射層，設(shè)置于該凹杯結(jié)構(gòu)的上 表面、導(dǎo)電層，填滿該凹杯結(jié)構(gòu)底部的該孔洞，并且突出于該孔洞上，其中 該導(dǎo)電層突出于該孔洞上的部分為支撐底座以及發(fā)光二極管設(shè)置于該支撐 底座的頂端，并且該發(fā)光二極管位于該凹杯結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)。為達(dá)上述的目的，本發(fā)明提供一種制作具有硅質(zhì)載板的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu) 的方法。首先提供硅質(zhì)載板，并于該硅質(zhì)載板的下表面制作出多個(gè)孔洞。接 著于該硅質(zhì)載板的下表面形成一導(dǎo)電層，且該導(dǎo)電層填滿該孔洞以作為支撐 底座。隨后于該硅質(zhì)栽板的上表面制作出具有拋物面形狀的凹杯結(jié)構(gòu)，并使 該支撐底座由該凹杯結(jié)構(gòu)的底部突出而外露。之后再于該凹杯結(jié)構(gòu)的上表面 形成反射層，并將發(fā)光二極管與該支撐底座接合，使該發(fā)光二極管位于該凹 杯結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)。本發(fā)明利用微機(jī)電工藝與半導(dǎo)體工藝制作出使發(fā)光二極管得以懸空的 置放的支撐底座與拋物面形狀的凹杯結(jié)構(gòu)，有效地避免非平坦的凹杯結(jié)構(gòu)無 法置放發(fā)光二極管的問題，使得發(fā)光二極管的側(cè)向散光與背面散光可以被聚 集，而向上發(fā)光，達(dá)到指向性的功效，并且本發(fā)明利用半導(dǎo)體蝕刻工藝于凹 杯結(jié)構(gòu)表面形成微漫射結(jié)構(gòu)，可有效避免炫光發(fā)生。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。 圖3為凹杯結(jié)構(gòu)的微漫射結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖。 圖4、 5、 6、 7、 8、 9和IO為制作本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方 法示意圖。附圖標(biāo)記說明 10 發(fā)光二極管結(jié)構(gòu) 14 粘著引腳 18 導(dǎo)線12 發(fā)光二極管晶粒16 引腳50 發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)52硅質(zhì)栽板54凹杯結(jié)構(gòu)56導(dǎo)電層58反射層60發(fā)光二極管62介電層100珪質(zhì)栽板102孑L洞104遮罩106蝕刻停止層108導(dǎo)電層110遮罩112凹杯結(jié)構(gòu)114反射層116發(fā)光二極管具體實(shí)施方式
請(qǐng)參考圖2，圖2為本發(fā)明發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖2所示，發(fā) 光二極管結(jié)構(gòu)50包含有珪質(zhì)栽板52，具有拋物面形狀的凹杯結(jié)構(gòu)54位于硅 質(zhì)載板52的上表面，多個(gè)孔洞位于凹杯結(jié)構(gòu)54的底部并貫穿硅質(zhì)載板52、 反射層58設(shè)置于珪質(zhì)載板52的凹杯結(jié)構(gòu)54內(nèi)的上表面、導(dǎo)電層56填滿凹 杯結(jié)構(gòu)54底部的孔洞，并且突出于孔洞之外，以及發(fā)光二極管60。導(dǎo)電層 56突出于孔洞上的部分為支撐底座，發(fā)光二極管60設(shè)置于支撐底座的頂端， 并且發(fā)光二極管60位于凹杯結(jié)構(gòu)54的焦點(diǎn)。另外，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)50另 包含介電層62，位于硅質(zhì)栽板52與導(dǎo)電層56之間，此介電層為氧化硅、氮 化硅或氮氧化硅所構(gòu)成，并可作為工藝上的蝕刻停止層之用。硅質(zhì)載板52的材料包含有多晶硅、非晶硅或單晶硅，并且可為方形硅 晶片或圓形硅晶片，且其中可包含有已制作完成的集成電路或無源元件(圖 未示)。由于硅具有良好的熱傳導(dǎo)的效果，因此可提升發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的散 熱效能，另外，硅的熱膨脹系數(shù)與發(fā)光二極管的材料相近，亦可提高發(fā)光二 極管結(jié)構(gòu)的可靠性。反射層58為高反射性材質(zhì)所構(gòu)成，例如金屬或光學(xué)薄膜，并且具有 拋物面的形狀，用來將發(fā)光二極管60的側(cè)向與背面所散射的光線反射向上 (如圖2的箭頭所示)。此外，反射層58與導(dǎo)電層56并未接觸而為互相絕緣。 導(dǎo)電層56為金屬所構(gòu)成，可為面狀金屬層或金屬線路層，用來電學(xué)連接發(fā) 光二極管60與外部驅(qū)動(dòng)電路(圖未示)，讓發(fā)光二極管60能夠被驅(qū)動(dòng)。值得注意的是凹杯結(jié)構(gòu)54的表面另可具有微漫射結(jié)構(gòu)(micro-diffiiser)， 如圖3所示，圖3為凹杯結(jié)構(gòu)的微漫射結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖。凹杯結(jié)構(gòu)54表面的微漫射結(jié)構(gòu)使得設(shè)置在凹杯結(jié)構(gòu)54上的反射層58也具有微漫射結(jié) 構(gòu)，此微漫射結(jié)構(gòu)讓發(fā)光二極管60所發(fā)出的光線在經(jīng)由反射層58反射時(shí)會(huì) 被漫射，以避免因表面光滑所產(chǎn)生的炫光效果。于本實(shí)施例中，此微漫射結(jié) 構(gòu)的高低起伏相差約1微米，使反射層58具有明顯的漫射效果。另外，凹杯結(jié)構(gòu)54底部的孔洞，因?yàn)樨灤┕栀|(zhì)載板52，使導(dǎo)電層56 得以藉此孔洞/人石圭質(zhì)載板52的下表面延伸至石圭質(zhì)載板52的上表面，因此即 使本發(fā)明的凹杯結(jié)構(gòu)54的底部并非平坦面，發(fā)光二極管60亦能夠直接置放 于凹杯結(jié)構(gòu)54之內(nèi)而與導(dǎo)電層56電連接，不需另外焊線，因而可節(jié)省工藝 上的制造成本。此外，由于導(dǎo)電層56的支撐底座突出于孔洞的上方，可用 來將發(fā)光二極管60撐離凹杯結(jié)構(gòu)54的表面，讓發(fā)光二極管60可懸空設(shè)置 于凹杯結(jié)構(gòu)54的焦點(diǎn)。因此從發(fā)光二極管60所發(fā)出的側(cè)向散光與背面散光， 可藉由拋物面形狀的反射層58向上集光，如同將光源置于拋物面鏡焦點(diǎn)的 聚光功能一樣，以達(dá)到具有指向性的集光效果。本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)藉由拋物面形狀的凹杯結(jié)構(gòu)將發(fā)光二極管所 發(fā)出的光收集并一致朝上發(fā)射，并且為了避免炫光，利用凹杯結(jié)構(gòu)的微漫射 結(jié)構(gòu)，將光線作柔和處理。請(qǐng)參考圖4至圖10，圖4至圖10為制作本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管結(jié) 構(gòu)的方法示意圖。如圖4所示，提供硅質(zhì)栽板IOO，先利用半導(dǎo)體光刻工藝 于硅質(zhì)載板100的下表面制作出具有圖案的遮罩104，并利用蝕刻工藝于硅 質(zhì)載板100的下表面制作出多個(gè)具有傾斜角度的高深寬比孔洞102，其中用 于制作高深寬比孔洞102的蝕刻工藝可使用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)技術(shù)、交替蝕 刻法(BOSCH)的等離子體離子蝕刻技術(shù)的干式蝕刻工藝或使用氫氧化鉀 (KOH)溶液、氫氧化四曱基銨(TMAH)或乙二胺鄰笨二酚(EDP)為蝕刻液的濕 式蝕刻工藝。如圖5所示，去除遮罩104，接著于孔洞102內(nèi)形成蝕刻停止層106。 此蝕刻停止層106為介電材料所構(gòu)成，例如氧化層(SiCg、氮化層(SixNy) 或氮氧化硅層(SiOxNy)，并且此蝕刻停止層106的制作方式包含有常壓化學(xué) 氣相沉積(APCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體化學(xué)氣相沉積 (PEC VD)或高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDP CVD)等方式。如圖6所示，再于蝕刻停止層106上形成導(dǎo)電層108，并且使導(dǎo)電層108 填滿孔洞102作為支撐底座。此導(dǎo)電層108系由金屬所構(gòu)成，其制作方式可利用濺鍍(Sputtering)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或蒸鍍(Evaporation)等方式來形成。如圖7所示，然后利用半導(dǎo)體光刻工藝于硅質(zhì)栽板100的上表面制作出 具有圖案的遮罩110，再用濕式蝕刻工藝于硅質(zhì)載板100的上表面制作具有 傾斜側(cè)壁的凹杯結(jié)構(gòu)112。濕式工藝包含有使用氬氧化鉀溶液、氬氧化四曱 基銨或乙二胺鄰苯二酚為蝕刻液。如圖8所示，接著利用干式蝕刻工藝將凹杯結(jié)構(gòu)112的表面進(jìn)一步蝕刻 成拋物面形狀，并且曝露出支撐底座上的蝕刻停止層106,之后再于凹杯結(jié) 構(gòu)112的表面制作出微漫射結(jié)構(gòu)(微漫射結(jié)構(gòu)如圖3所示)，其中干式蝕刻工 藝包含有反應(yīng)離子蝕刻工藝或交替蝕刻法的等離子體離子蝕刻工藝。值得注 意的是此蝕刻停止層106是用來保護(hù)導(dǎo)電層108不被干式蝕刻所侵蝕，并且 讓支撐底座的深度可以精確的控制，使得發(fā)光二極管設(shè)置在支撐底座上時(shí)可 以準(zhǔn)確的位于凹杯結(jié)構(gòu)112的焦點(diǎn)上。如圖9所示，利用干式或濕式蝕刻工藝蝕刻該蝕刻停止層106至支撐底 座露出，然后再于凹杯結(jié)構(gòu)112的上表面形成反射層114。此反射層114為 高反射率的薄膜，例如金屬或光學(xué)薄膜，可藉由濺鍍、化學(xué)沉積方式或蒸 鍍等方式形成于凹杯結(jié)構(gòu)112上。如圖IO所示，去除遮罩IIO，并利用固晶工藝，例如覆晶方式或玻璃 膠粘接法，將發(fā)光二極管116與支撐底座接合，使發(fā)光二極管116位于凹杯 結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)，即完成本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。綜上所述，本發(fā)明利用半導(dǎo)體光刻與蝕刻工藝于硅質(zhì)載板上制作拋物面 形狀的凹杯結(jié)構(gòu)，并且于凹杯結(jié)構(gòu)中制作支撐底座用以承載發(fā)光二極管，使 發(fā)光二極管得以懸空的置放于凹杯結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)，可有效避免非平坦的凹杯結(jié) 構(gòu)無法置放發(fā)光二極管的問題，再配合固晶工藝將發(fā)光二極管封裝于支撐底 座上，完成具有硅質(zhì)載板的指向性發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié) 構(gòu)藉由拋物面的凹杯結(jié)構(gòu)將發(fā)光二極管側(cè)向散光與背面散光加以收集與反 射，使其向上發(fā)光，達(dá)到指向性的功效，另外，本發(fā)明利用半導(dǎo)體蝕刻工藝 于凹杯結(jié)構(gòu)表面形成微漫射結(jié)構(gòu)，以防止炫光。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變 化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1. 一種具有硅質(zhì)載板的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包含有硅質(zhì)載板，該硅質(zhì)載板的上表面具有拋物面形狀的凹杯結(jié)構(gòu)，并且該凹杯結(jié)構(gòu)底部具有多個(gè)孔洞貫穿該硅質(zhì)載板；反射層設(shè)置于該凹杯結(jié)構(gòu)的上表面；導(dǎo)電層，填滿該凹杯結(jié)構(gòu)底部的該孔洞，并且突出于該孔洞上，其中該導(dǎo)電層突出于該孔洞上的部分為支撐底座；以及發(fā)光二極管設(shè)置于該支撐底座的頂端，并且該發(fā)光二極管位于該凹杯結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，另包含有一介電層，位于該 導(dǎo)電層與該石圭質(zhì)栽板之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中該反射層為金屬或光學(xué) 薄膜，并且與該導(dǎo)電層電學(xué)絕緣。
4. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中該反射層的表面具有微 漫射結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中該微漫射結(jié)構(gòu)的高低起 伏相差約1微米。
6. —種制作具有硅質(zhì)載板的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的方法，包含有 提供硅質(zhì)栽板；于該硅質(zhì)載板的下表面制作出多個(gè)孔洞；于該硅質(zhì)載板的下表面形成導(dǎo)電層，且該導(dǎo)電層填滿該孔洞以作為支撐 底座；于該硅質(zhì)載板的上表面制作出具有拋物面形狀的凹杯結(jié)構(gòu)，并使該支撐 底座由該凹杯結(jié)構(gòu)的底部突出而外露；于該凹杯結(jié)構(gòu)的上表面形成反射層；以及將發(fā)光二極管與該支撐底座接合，使該發(fā)光二極管位于該凹杯結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，另包含有形成該導(dǎo)電層之前，先于該孔 洞內(nèi)形成蝕刻4f止層。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中該蝕刻停止層為氧化層、氮化層或氮氧化硅層。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中該蝕刻停止層是利用常壓化學(xué)氣相 沉積、低壓化學(xué)氣相沉積、等離子體化學(xué)氣相沉積或高密度等離子體化學(xué)氣 相; 冗積方式形成。
10. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中形成該具有該拋物面形狀的該凹杯 結(jié)構(gòu)的步驟包含有利用濕式蝕刻工藝于該硅質(zhì)栽板的上表面制作具有傾斜側(cè)壁的凹杯結(jié)構(gòu)；利用干式蝕刻工藝將該凹杯結(jié)構(gòu)蝕刻成該拋物面形狀，并且曝露出該支 撐底座上的該蝕刻停止層；以及蝕刻該蝕刻停止層至該支撐底座露出。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中該濕式蝕刻工藝使用氫氧化鉀溶 液、氫氧化四曱基銨或乙二胺鄰苯二酚為蝕刻液。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中該干式蝕刻工藝包含有反應(yīng)離子 蝕刻工藝或交替蝕刻法的等離子體離子蝕刻工藝。
13. 如權(quán)利要求6所述的方法，另包含有在該凹杯結(jié)構(gòu)形成之后，于該 凹杯結(jié)構(gòu)的表面制作出微漫射結(jié)構(gòu)。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中該微漫射結(jié)構(gòu)是利用千式蝕刻工 藝所形成。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中該干式蝕刻工藝包含有反應(yīng)離子 蝕刻工藝或交替蝕刻法的等離子體離子蝕刻工藝。
16. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中該導(dǎo)電層為金屬。
17. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中該孔洞是利用蝕刻工藝加以形成， 且該蝕刻工藝包含有反應(yīng)離子蝕刻工藝、交替蝕刻法的等離子體離子蝕刻工 藝，或使用氫氧化鉀溶液、氫氧化四曱基銨或乙二胺鄰笨二酚為蝕刻液的濕 式蝕刻工藝。
全文摘要
一種具有硅質(zhì)載板的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包含有硅質(zhì)載板、導(dǎo)電層與發(fā)光二極管。該硅質(zhì)載板的上表面具有拋物面形狀的凹杯結(jié)構(gòu)，并且該凹杯結(jié)構(gòu)底部具有多個(gè)孔洞貫穿該硅質(zhì)載板。該導(dǎo)電層填滿該凹杯結(jié)構(gòu)底部的該孔洞，且突出于該孔洞上。該發(fā)光二極管設(shè)置于突出部分的頂端，并且位于該凹杯結(jié)構(gòu)的焦點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101257067SQ200710005879
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者張宏達(dá), 林弘毅 申請(qǐng)人:探微科技股份有限公司