一種晶圓級led垂直芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及LED垂直芯片的制作,具體涉及一種晶圓級LED垂直芯片的制作方法。
【背景技術】
[0002]LED是提倡節能減排的社會背景下的產物,其環保、節能、抗震性能好,在未來照明市場上前景廣闊,被譽為第四代綠色照明光源。GaN作為第三代半導體材料代表之一,具有直接帶隙、寬禁帶、高飽和電子漂移速度、高擊穿電場和高熱導率等優異性能,在微電子應用方面得到了廣泛的關注。自1.Akasaki首次成功獲得p-GaN,實現藍光LED的新突破后,GaN基化合物一直是制備LED器件的主要材料,在室內照明、商業照明、工程照明等領域有著廣泛的應用。
[0003]高質量GaN材料一般都通過異質外延方法制作。作為常用于生長GaN的襯底,藍寶石有穩定的物理化學性質,但它與GaN間存在很大的晶格失配(16%)及熱失配(25%),造成生長的GaN薄膜質量較差;SiC雖然與GaN的晶格失配度僅3.5%,導熱率較高,但它的熱失配與藍寶石相當(25.6%),與GaN的潤濕性較差,價格昂貴,并且外延技術已被美國科銳公司壟斷,因此也無法普遍使用。相比較下,Si襯底具有成本低、單晶尺寸大且質量高、導熱率高、導電性能良好等諸多特點,并且Si的微電子技術十分成熟,在Si襯底上生長GaN薄膜有望實現光電子和微電子的集成。正是因為Si襯底的上述諸多優點,Si襯底上生長GaN薄膜進而制備LED越來越備受關注。但是,Si與GaN熱失配遠遠高于藍寶石,導致外延片更易產生裂紋,Si對可見光的吸收作用也會大大降低LED發光效率。
[0004]基于此,Si圖形襯底具有很好的優勢。通過人為在Si襯底制作溝槽,能釋放應力,抑制外延層的大面積生長,從而得到無裂紋的LED外延薄膜方塊。不過,Si圖形襯底由于溝槽的存在,使得后續芯片加工流程大大改變,目前基于Si圖形襯底LED外延薄膜的芯片制作鮮有報道。同時,Si吸光問題仍然存在。
[0005]由此可見,即便Si圖形襯底具有非常良好的發展前景,但要從Si圖形襯底上制作LED芯片,解決Si吸光問題,還需要開發新的方法及工藝。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的不足,本發明的目的是為了提供一種晶圓級LED垂直芯片的制作方法,該方法將Si襯底剝離,根本上解決Si吸光問題,同時在溝槽處引入S12阻隔層,能在不切割芯片的情況下實現晶圓尺寸垂直芯片光電性能的檢測,并且適用于任何晶圓級Si圖形襯底的垂直芯片制作,具有檢測工序簡化,兼容性好的優點。
[0007]為實現上述目的,本發明采用如下技術方案:
[0008]—種晶圓級LED垂直芯片的制作方法,包括以下步驟:
[0009]l)Si圖形襯底的制作:采用常規的勻膠、曝光、刻蝕工藝在Si襯底上實現圖形的轉移,得到Si圖形襯底;所述Si圖形襯底上的圖形包括若干個按矩陣排列的方形凸塊,每相鄰的兩個方形凸塊之間均設有溝槽;所述方形凸塊的邊長為0.5-2mm,溝槽的寬度為I O-15μηι,溝槽的深度為5-10μηι;
[0010]2)LED外延層的生長:Si圖形襯底經清洗、N2吹干后,采用薄膜沉積方法在Si圖形襯底上生長LED外延層;所述LED外延層具有與Si圖形襯底一致的圖形形貌;
[0011]3)Si02阻隔層的制作:采用等離子體增強化學氣相沉積方法,于LED外延層上沉積S12層,采用常規的勻膠、曝光、刻蝕工藝,去除LED外延層的對應每個方形凸塊位置上的S12層,形成第一方形缺口,留下LED外延層的對應溝槽位置上的S12層,形成S12阻隔層;控制第一方形缺口的邊長比方形凸塊的邊長小0.05-1μπι;
[0012]4)防腐層的制作:采用蒸鍍方法于LED外延層上依次蒸鍍兩種不同折射率的金屬材料,兩種不同折射率的金屬材料以交替層疊的方式設置,得到金屬反射層;所述金屬反射層具有與Si圖形襯底一致的圖形形貌;
[0013]5)鍵合基板的準備:采用浙江立晶光電科技有限公司的高摻平面Si襯底作為鍵合基板,通過蒸鍍方法于鍵合基板的正反兩面分別蒸鍍金屬Au層;所述金屬Au層的厚度為
0.5-1.5μπι;
[0014]6)晶圓級鍵合:將步驟4)得到的Si圖形襯底的金屬反射層與步驟5)得到的高摻平面Si襯底的金屬Au層采用晶圓級鍵合方法進行鍵合,鍵合物料為金錫合金;所述金屬反射層和金屬Au層共同構成LED垂直芯片的P電極;
[0015]7) Si圖形襯底的剝離:采用減薄方法將Si圖形襯底減薄至露出LED外延層;
[0016]8)Ν電極的制作:經有機溶劑清洗,采用常規的勻膠、曝光、刻蝕工藝,在經過步驟
7)處理后露出的LED外延層表面上蒸鍍預設的N電極。
[0017]作為優選,步驟2)所述薄膜沉積方法是金屬有機化學氣相沉積、分子束外延、脈沖激光沉積中的一種或兩者以上的組合。
[0018]作為優選,步驟3)所述S12阻隔層的厚度為lO-lOOnm,能防止垂直芯片在晶圓級性能檢測時電流經溝槽區域造成的短路。
[0019]作為優選,步驟4)所述蒸鍍方法為電子束蒸鍍、熱蒸鍍中的一種。
[0020]作為優選,步驟4)所述金屬反射層的厚度為10-50nm,起到反射光線的作用。
[0021]作為優選,步驟4)采用蒸鍍方法于LED外延層上依次蒸鍍1nm的Ti層、20nm的Ag層、1nm的Ti層、20nm的Ag層,得到金屬反射層。
[0022]作為優選,步驟5)所述高摻平面Si襯底的P摻電阻率為0.001-0.005Ω.cm,厚度為400-450μπι。所述高摻平面Si襯底可選擇浙江立晶光電科技有限公司生產的高摻平面Si襯底。
[0023]作為優選,步驟5)所述蒸鍍方法是電子束蒸鍍、熱蒸鍍中的一種。
[0024]作為優選,步驟7)所述的減薄方法是研磨、干法刻蝕、濕法腐蝕中的一種。
[0025]作為優選,步驟8)中,在經過步驟7)處理后露出的LED外延層表面上依次蒸鍍5nm的Cr金屬層、15nm的Pt金屬層、Ιμπι的Au金屬層作為N電極。
[0026]本發明的有益效果在于:
[0027]本發明提出的晶圓級LED垂直芯片的制作方法,將LED外延片轉移至高摻Si襯底以實現電流的垂直導通,同時引入以交替層疊的方式設置(ΑΒΑΒ型)的金屬反射層以反射光子,解決了常規Si襯底吸光的問題。該方法在溝槽處引入S12阻隔層,能在不切割芯片的情況下實現晶圓尺寸垂直芯片光電性能的檢測,并且適用于任何晶圓級Si圖形襯底的垂直芯片制作,具有檢測工序簡化,兼容性好的優點。
[0028]進一步的,以本發明制作的晶圓級LED垂直芯片為例,在不切割芯片的情況下測試的光電性能如下:在低工作電流20mA下,芯片的正向偏置電壓為2.8V,輸出功率達24mW;在高工作電流350mA下,芯片的正向偏置電壓為2.7V,輸出功率達620mW。測試數據證實了采用本發明技術制作的LED垂直芯片光電性能優良,有很好的應用前景。
【附圖說明】
[0029]圖1為實施例1中晶圓級LED垂直芯片的制作方法的流程圖。
[0030]圖2為實施例1中Si圖形襯底的截面示意圖。
[0031]圖3為實施例1中Si圖形襯底的圖形排布方式示意圖。
[0032]圖4為實施例1中生長于Si圖形襯底上的LED外延層截面圖。
[0033]圖5為實施例1中Si圖形襯底上經刻蝕的Si02阻隔層示意圖。
[0034]圖6為實施例1中鍵合的LED外延片示意圖。
[0035]圖7為實施例1中晶圓級LED垂直芯片示意圖。
[0036]其中,l、Si圖形襯底;2、LED外延層;3、Si02阻隔層;4、金屬反射層;5、金錫合金物料;6、金屬Au層;7、P摻平面Si襯底;8、N電極。
【具體實施方式】
[0037]下面,結合附圖以及【具體實施方式】,對本發明做進一步描述:本發明所采用原材料均可從市場購得。
[0038]實施例1:
[0039 ]如圖1所示,本實施例的一種晶圓級LED垂直芯片的制作方法,包括以下步驟:
[0040] l)Si圖形襯底的制作:采用常規的勻膠、曝光、刻蝕工藝在Si襯底上實現圖形的轉移,得到Si圖形襯底;所述Si圖形襯底上的圖形包括若干個按矩陣排列的方形凸塊(參照圖2,為Si圖形襯底的截面示意圖),每相鄰的兩個方形凸塊之間均設有溝槽;所述方形凸塊的邊長為Imm,溝槽的寬度為15μπι,溝槽的深度為5μπι ;圖形的排布方式如圖3所示。
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