專利名稱：一種led芯片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，以GaN和SiC為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料受到人們廣泛關(guān)注和大力研究，尤其是III-V族氮化物半導(dǎo)體材料以及與它們相關(guān)的合金和異質(zhì)結(jié)材料，在高溫、高頻大功率器件方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。目前，高亮度的藍(lán)綠LED已經(jīng)研制成功，但是高的穿透位錯(cuò)密度的存在限制了這些器件性能的進(jìn)一步提高，因此在實(shí)現(xiàn)高性能的LED方面能否取得突破性進(jìn)展，降低GaN位錯(cuò)密度至關(guān)重要。
現(xiàn)在國(guó)際上普遍應(yīng)用的GaN基發(fā)光二極管主要是異質(zhì)外延在平坦的襯底上，其中襯底可以為藍(lán)寶石等，這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于由于沒有晶格匹配的襯底材料，GaN基發(fā)光二極管都是異質(zhì)外延生長(zhǎng)在藍(lán)寶石、碳化硅或硅等襯底上，晶格常數(shù)的差異使外延材料存在著很多的位錯(cuò)，這些缺陷限制了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率；光從外延層進(jìn)入襯底時(shí)，由于界面比較平坦，光的入射角比較小，且GaN和襯底折射率相差不大，導(dǎo)致反射率低，大部分光會(huì)逸出到襯底，不能有效反射回外延層，大大降低了 GaN基發(fā)光二極管的出光效率。為了提高GaN基發(fā)光二極管的出光效率，已有多項(xiàng)工作圍繞圖形化襯底展開，主要是通過刻蝕藍(lán)寶石，制作圖形襯底。如公開號(hào)為1020080087406、1020060127623的韓國(guó)專利，在藍(lán)寶石上制作半球形掩模，在刻蝕藍(lán)寶石得到半球形的圖案，上述方法雖然部分減少了外延缺陷和提高了出光效率，但仍然存在如下缺點(diǎn)由于藍(lán)寶石的折射率為I. 8，同GaN的折射率比較相近，當(dāng)光從外延層進(jìn)入圖形化襯底時(shí)，反射率提高不明顯，對(duì)于GaN基發(fā)光二極管出光率的改善達(dá)不到預(yù)期效果。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管芯片的制造方法，米用該方法可提聞芯片的出光效率，從而能有效提聞芯片売度。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種LED芯片的制造方法，包括以下步驟(I)、在藍(lán)寶石襯底上制作掩蔽層，掩蔽層為Si3N4。掩蔽層厚度優(yōu)選6 8微米。(2)、在所述掩蔽層上制作光刻膠圖案，所述光刻膠圖案在掩蔽層表面形成多個(gè)單元，各單元之間有部分掩蔽層露出。(3)、在露出的掩蔽層上進(jìn)行激光刻線，劃至所述藍(lán)寶石襯底，形成釋放應(yīng)力線，該釋放應(yīng)力線將藍(lán)寶石襯底劃分為多個(gè)芯片單元；激光刻線所采用的激光波長(zhǎng)為200-400nm，釋放應(yīng)力線寬度為2_15微米，劃線深度為15-50微米。優(yōu)選地，激光波長(zhǎng)為355nm，釋放應(yīng)力線寬度為6微米，劃線深度為25微米。
(4)、去除所述光刻膠圖案。優(yōu)選采用去膜劑清洗，清洗時(shí)間為10-20分鐘。(5)、以所述掩蔽層作為保護(hù)層，使用磷酸、硫酸的混合液對(duì)釋放應(yīng)力線側(cè)壁進(jìn)行腐蝕,清除劃線生成物。優(yōu)選地，磷酸、硫酸的體積比為I :3，腐蝕溫度為300_350°C，腐蝕時(shí)間為50_60分鐘。( 6 )、使用清洗液去除所述掩蔽層，清洗液為氫氟酸。(7)、在上述步驟得到的表面具有釋放應(yīng)力線的藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體 外延層，該半導(dǎo)體外延層至少包括N型半導(dǎo)體層、位于所述N型半導(dǎo)體層之上的有源層，以及位于所述有源層之上的P型半導(dǎo)體層。制備半導(dǎo)體外延層時(shí)，優(yōu)選金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、分子束外延、氫化物氣相外延等技術(shù)。(8)、對(duì)每個(gè)芯片單元進(jìn)行刻蝕，以露出部分所述N型GaN層，然后在露出的N型GaN層上制作N電極、在P型GaN層上制作透明電極和P電極。(9)在芯片表面制作鈍化層，并露出N電極和P電極得到LED晶片；對(duì)LED晶片進(jìn)行背面研磨減薄，再裂片得到LED芯片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。本發(fā)明的LED芯片的制造方法包括如下步驟(I)、在藍(lán)寶石襯底上制作掩蔽層。所述藍(lán)寶石襯底可為普通藍(lán)寶石襯底或圖形化藍(lán)寶石襯底。所述掩蔽層一方面需與藍(lán)寶石襯底的粘附性好、以避免脫落，另一方面需抗激光輻射、耐高溫磷酸和硫酸腐蝕。掩蔽層的材料是SiO2, Si3N4，或Ni、Ti、Cr、Al、Ag、Pt中的一種或多種金屬和 Au 的組合，比如 Ni/Au、Ti/Au、Cr/Au、Ti/Al/Ti/Au、Ni/Ag/Au、Cr/Pt/Au等,掩蔽層的厚度可選5-10微米。掩蔽層優(yōu)選為SiO2,厚度優(yōu)選6 8微米。(2)、在所述掩蔽層上制作光刻膠圖案，所述光刻膠圖案在掩蔽層表面形成多個(gè)單元，各單元之間有部分掩蔽層露出。在激光劃線時(shí)所述光刻膠圖案只作為識(shí)別用。(3)、對(duì)步驟二所得結(jié)構(gòu)，在露出的掩蔽層上進(jìn)行激光劃線，劃至所述藍(lán)寶石襯底，形成釋放應(yīng)力線，將其劃分為多個(gè)芯片單元。激光劃線所采用的激光波長(zhǎng)為200-400nm，釋放應(yīng)力線寬度為2-15微米，劃線深度為15-50微米。在一具體實(shí)施例中，激光波長(zhǎng)為355nm，釋放應(yīng)力線寬度為6微米，劃線深度為25微米。(4)、去除所述光刻I父圖案。米用去膜劑清洗，清洗時(shí)間為5_60min。(5)、以所述掩蔽層作為掩膜，使用磷酸、硫酸的混合液對(duì)釋放應(yīng)力線側(cè)壁進(jìn)行腐蝕，清除劃線生成物。所述磷酸和硫酸的體積比為X Y，X+Y=1，0<X<1，腐蝕溫度為200-400°C，更優(yōu)選為300 350°C。腐蝕時(shí)間為30-90分鐘。在一具體實(shí)施例中，磷酸、硫酸的體積比為1/4比3/4，腐蝕溫度為230°C，腐蝕時(shí)間為50 60min。(6)、使用清洗液去除所述掩蔽層。使用清洗液去除所述掩蔽層時(shí)，所述清洗液因掩蔽層而異，Si02、Si3N4采用BOE (Buffered Oxide Etch)溶液或氫氟酸去除，Ni采用硝酸去除，Ti采用氫氟酸、熱的濃鹽酸或熱的濃硫酸去除，Cr采用鹽酸與Cr的混合液去除，Al采用強(qiáng)堿或稀酸去除，Ag采用硝酸和熱的濃硫酸去除，Pt、Au采用王水去除。在一具體實(shí)施例中，使用BOE去除Si02，清洗時(shí)間為10-60min。(7)、在步驟六所得結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)半導(dǎo)體外延層，由于藍(lán)寶石襯底上已形成了釋放應(yīng)力線，GaN等半導(dǎo)體材料無(wú)法在釋放應(yīng)力線上生長(zhǎng)，所以可外延自發(fā)生長(zhǎng)成被所述釋放應(yīng)力線向上延伸形成的深釋放應(yīng)力線分隔的各個(gè)單體芯片結(jié)構(gòu)。在生長(zhǎng)外延之前對(duì)生長(zhǎng)襯底進(jìn)行劃線，有助于釋放應(yīng)力、降低外延生長(zhǎng)GaN的位錯(cuò)密度、提高外延層晶體的質(zhì)量、減少由于缺陷和位錯(cuò)所產(chǎn)生的非輻射復(fù)合中心密度、提高內(nèi)量子效率。該半導(dǎo)體外延層至少包括N型半導(dǎo)體層、位于所述N型半導(dǎo)體層之上的有源層，以及位于所述有源層之上的P型半導(dǎo)體層。其中，制備半導(dǎo)體外延層時(shí)，可采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氫化物氣相外延(HVPE)等技術(shù)。本實(shí)施例優(yōu)選為利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上依次生長(zhǎng)N型GaN層、有源層，以及P型GaN層。有源層通常為量子阱層。
(8)、在步驟七所得結(jié)構(gòu)上對(duì)每個(gè)芯片單元進(jìn)行刻蝕，以露出部分所述N型GaN層，然后在露出的N型GaN層上制作N電極、在P型GaN層上制作透明電極和P電極。(9)最后在芯片表面制作SiO2鈍化層，并露出N電極和P電極。其中，刻蝕后制作透明電極、N/P電極和鈍化層是本領(lǐng)域公知技術(shù)，其制作步驟并不限制于本例所述，例如，也可以先制作鈍化層再制作N/P電極，鈍化層的材料也不限于Si02。對(duì)所得到的LED晶片進(jìn)行背面研磨減薄，再用裂片機(jī)裂片得到LED芯片。將芯片單元?jiǎng)濋_后再進(jìn)行外延生長(zhǎng)GaN有以下好處1)避免激光劃線對(duì)GaN的損傷；2)藍(lán)寶石襯底經(jīng)過劃線后應(yīng)力得到釋放，可以有效地降低外延生長(zhǎng)GaN的位錯(cuò)密度、提高外延層晶體的質(zhì)量、減少由于缺陷和位錯(cuò)所產(chǎn)生的非輻射復(fù)合中心密度，從而提高內(nèi)量子效率；3)磷酸、硫酸的混合液可以去除藍(lán)寶石的劃線生成物，減少劃線生成物對(duì)光的吸收，增加芯片側(cè)壁出光；4)由于藍(lán)寶石襯底片間的致密性差異較小，所以酸液蝕刻時(shí)間較一致、工藝穩(wěn)定性好，而GaN由于生長(zhǎng)條件的不同、其致密性往往存在差異、酸液蝕刻時(shí)間不一致、工藝穩(wěn)定性較差。采用本發(fā)明的方法得到的10X23mil芯片與常規(guī)10X23mil芯片的光電參數(shù)對(duì)t匕，如下表所示?？煽闯?，光功率(mW)提升15%、其他光電參數(shù)相當(dāng)，所以本發(fā)明方法可以有效降低GaN外延層的位錯(cuò)密度、提高外延層晶體的質(zhì)量、減少劃線生成物對(duì)光的吸收、提高LED芯片的出光效率。本發(fā)明中涉及的其他工藝條件為常規(guī)工藝條件，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的范疇，在此不再贅述。上述實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案。任何不脫離本發(fā)明精神和范圍的技術(shù)方案均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種LED芯片的制造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)、在藍(lán)寶石襯底上制作掩蔽層，掩蔽層為Si3N4； (2)、在所述掩蔽層上制作光刻膠圖案，所述光刻膠圖案在掩蔽層表面形成多個(gè)單元，各單元之間有部分掩蔽層露出； (3)、在露出的掩蔽層上進(jìn)行激光刻線，劃至所述藍(lán)寶石襯底，形成釋放應(yīng)力線，該釋放應(yīng)力線將藍(lán)寶石襯底劃分為多個(gè)芯片單元；激光刻線所采用的激光波長(zhǎng)為200-400nm，釋放應(yīng)力線寬度為2-15微米，劃線深度為15-50微米； (4)、去除所述光刻膠圖案； (5)、以所述掩蔽層作為保護(hù)層，使用磷酸、硫酸的混合液對(duì)釋放應(yīng)力線側(cè)壁進(jìn)行腐蝕，清除劃線生成物； (6)、使用清洗液去除所述掩蔽層； (7)、在上述步驟得到的表面具有釋放應(yīng)力線的藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體外延層，該半導(dǎo)體外延層至少包括N型半導(dǎo)體層、位于所述N型半導(dǎo)體層之上的有源層，以及位于所述有源層之上的P型半導(dǎo)體層； (8)、對(duì)每個(gè)芯片單元進(jìn)行刻蝕，以露出部分所述N型GaN層，然后在露出的N型GaN層上制作N電極、在P型GaN層上制作透明電極和P電極； (9)在芯片表面制作鈍化層，并露出N電極和P電極得到LED晶片；對(duì)LED晶片進(jìn)行背面研磨減薄，再裂片得到LED芯片。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述掩蔽層厚度為6 8微米。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(3)中的激光波長(zhǎng)為355nm，釋放應(yīng)力線寬度為6微米，劃線深度為25微米。如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(4)中采用去膜劑清洗，清洗時(shí)間為10-20分鐘。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(5)中的磷酸、硫酸的體積比為I:3，腐蝕溫度為300-350°C，腐蝕時(shí)間為50-60分鐘。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(6)中的清洗液為氫氟酸。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，制備半導(dǎo)體外延層時(shí)，可采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、分子束外延、氫化物氣相外延等技術(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管芯片的制造方法包括在藍(lán)寶石襯底上制作掩蔽，掩蔽層為Si3N4；在所述掩蔽層上制作光刻膠圖案；在露出的掩蔽層上進(jìn)行激光刻線；去除所述光刻膠圖案；以所述掩蔽層作為保護(hù)層，使用磷酸、硫酸的混合液對(duì)釋放應(yīng)力線側(cè)壁進(jìn)行腐蝕，清除劃線生成物；使用清洗液去除所述掩蔽層；在上述步驟得到的表面具有釋放應(yīng)力線的藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體外延層；對(duì)每個(gè)芯片單元進(jìn)行刻蝕；在芯片表面制作鈍化層，并露出N電極和P電極得到LED晶片；對(duì)LED晶片進(jìn)行背面研磨減薄，再裂片得到LED芯片。采用該方法可提高芯片的出光效率，從而能有效提高芯片亮度。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102856448SQ20121035162
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者虞浩輝, 周宇杭 申請(qǐng)人:江蘇威納德照明科技有限公司