一種垂直結(jié)構(gòu)led芯片制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于LED芯片制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制備方法。【背景技術(shù)】:
[0002]LED已成為繼白熾燈、熒光燈之后的第三代照明光源。與傳統(tǒng)的照明光源相比，LED半導(dǎo)體照明光源具有的優(yōu)點有:發(fā)光效率高、體積小、壽命長、節(jié)能、環(huán)保等。目前LED還未大規(guī)模進入普通照明的主要原因之一是LED發(fā)光效率及散熱條件有待進一步提高，二是降低LED的生產(chǎn)成本。垂直結(jié)構(gòu)LED由于滿足量好的散熱條件，可以采用較大的電流去驅(qū)動，進而提高LED發(fā)光效率，同時具備良好的散熱條件。因此，垂直結(jié)構(gòu)LED必然會加速LED應(yīng)用于普通照明領(lǐng)域的進程，是半導(dǎo)體照明發(fā)展的必然趨勢。
[0003]GaN基垂直結(jié)構(gòu)LED傳統(tǒng)制造工藝是:首先采用晶片鍵合的方法或者電鍍的方法將新襯底與外延片粘合在一起，然后利用紫外波段(248nm)的激光光源透過藍寶石襯底輻照樣品，激光穿出藍寶石襯底在藍寶石與緩沖層之界面處被吸收，快速而局域地產(chǎn)生900-1000°C高溫，使GaN分解生成金屬Ga以及N2，實現(xiàn)GaN與藍寶石襯底的分離。目前遇到最大的問題其一是氮化鎵基外延片生長過程中產(chǎn)生較多的缺陷及應(yīng)力，晶片鍵合過程中需要升溫，溫度降低時會導(dǎo)致氮化鎵內(nèi)的缺陷數(shù)量進一步增多以及內(nèi)應(yīng)力進一步增加，因此晶片鍵合過程會損傷氮化鎵外延層，導(dǎo)致芯片漏電較大；其二是使用激光剝離技術(shù)過程中，通過聚焦激光光斑對其晶圓進行掃描，掃描時光斑與光斑之間的接觸會導(dǎo)致能量不均，其過程均勻性較差，造成GaN/藍寶石界面剝離不均勻問題，因此導(dǎo)致激光剝離良率較低，加工芯片漏電較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]為了提高垂直結(jié)構(gòu)芯片加工良率，本發(fā)明提供了一種新的制備垂直結(jié)構(gòu)的方法，這種方法可以明顯降低芯片漏電，提高芯片生產(chǎn)良率。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片制備方法，包括以下步驟:
[0007]I)在襯底上用MOCVD依次生長低溫GaN緩沖層、高溫U-GaN (非摻雜氮化鎵)以及后續(xù)外延層，最終完成LED外延結(jié)構(gòu)的生長；
[0008]2)使用PECVD設(shè)備對外延片表面沉積1.2?1.5 μ m的S12作為激光劃片保護層；
[0009]3)運用激光劃片機對晶圓表面進行劃片，劃片后的圖形尺寸與所加工芯片尺寸相同，劃片深度為15?25 μπι，然后通過250°C的酸洗液％504:!1丨04= 3:1浸泡15?35sec,去除劃片道內(nèi)的殘留顆粒，用BOE (Buffer Oxide Etcher，緩沖氧化娃蝕刻液)去除3;102激光劃片保護層；
[0010]4)按照所需芯片尺寸大小對外延片表面蒸發(fā)反射鏡及鍵合層，反射鏡及鍵合層的覆蓋均小于劃片后的芯片尺寸，反射鏡與鍵合層覆蓋區(qū)域邊緣距離劃片道5?10 μπι;
[0011]5)使用拋光機對晶圓片背面進行拋光，拋光后晶圓片的厚度為390?410 ym ;
[0012]6)利用高溫金屬鍵合工藝，在N2環(huán)境下加壓將沉積鍵合層的外延片與硅或銅或鎢銅合金基板進行鍵合；
[0013]7)利用常溫超聲技術(shù)對鍵合后的外延片進行超聲震動，減少外延片襯底與U-GaN之間的內(nèi)應(yīng)力，使得外延片襯底與U-GaN之間的接觸產(chǎn)生松動；
[0014]8)接著用激光剝離機對外延片進行剝離，調(diào)整激光光斑，使得激光光斑大小及激光掃描步進與劃片后的所需芯片尺寸相適配(加工芯片的長與寬均是激光光斑直徑與激光掃描步進的整數(shù)倍)，然后對外延片進行激光掃描，達到襯底與氮化鎵的分離；
[0015]9)用ICP (電感耦合等離子體)對剝離后的U-GaN作表面處理；接著對剝離后的U-GaN面上用負(fù)性光刻膠作η電極掩膜，用電子束蒸鍍的方法沉積η型電極金屬；最后用去膠液剝離光刻膠以形成η型金屬電極圖形，垂直結(jié)構(gòu)LED制作完成。
[0016]基于以上方案，本發(fā)明進一步作如下優(yōu)化:
[0017]步驟I)中進行LED外延結(jié)構(gòu)的生長過程中，生長高溫U-GaN后先進行濕法腐蝕，然后再進行后續(xù)外延層的生長，使得U-GaN與襯底呈點接觸的形式。
[0018]上述濕法腐蝕是可以用堿性溶液或酸性溶液或二者結(jié)合使用，其中:使用堿性溶液可以是KOH、NaOH等；酸性溶液可以是!^04、仏504等；二者結(jié)合使用時可以先堿后酸，也可以先酸后堿。較佳方案是:先采用熔融的堿性溶液(KOH)腐蝕，用去離子水清洗甩干，之后再放入酸性溶液(H3PO4)腐蝕。
[0019]上述后續(xù)外延層包括依次生長的二次生長的U-GaN、N-GaN, MQW、P-AlGaN以及P-GaN0
[0020]步驟4)中的蒸發(fā)工藝具體為:蒸發(fā)前首先用負(fù)性光刻膠作掩膜，對不需要沉積金屬的部分用負(fù)性光刻膠覆蓋，然后用電子束蒸鍍機進行反射鏡及鍵合層的蒸發(fā)；之后進行光刻膠剝離、去膠、及快速退火。
[0021]上述反射鏡的材質(zhì)為Ni/Ag，其中Ni為I?5nm，Ag為100?150nm ;所述鍵合層的材質(zhì)為 Cr/Au/Sn，其中 Cr 為 25 ?35nm，Au 為 1900 ?2100nm，Sn 為 1400 ?1600nm。
[0022]步驟6)中的鍵合工藝為200?800°C，鍵合壓力為300?400N，時間為30min?Ih0
[0023]步驟7)中的超聲波頻率為20?25KHZ,時間為30min?lh。
[0024]步驟9)中的 N 型電極優(yōu)選 Ti/Al/Ti/Au、Cr/Al/Cr/Au、Cr/Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Ni/Au 或 Cr/Ti/Al/Ni/Au 結(jié)構(gòu)中的一種。
[0025]步驟3)中，采用250°C的酸洗液H2SO4-H3PO4= 3:1浸泡15?35sec，去除劃片道內(nèi)的殘留顆粒；采用HF =NH4F去除Si02激光劃片保護層，常用的比例為1:6、1:9等，根據(jù)需求可以進行稀釋。
[0026]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0027](I)使用KOH和H3POJM法腐蝕U-GaN生長層，KOH會沿著氮化鎵內(nèi)的螺位錯進行腐蝕，H3PO4^沿著氮化鎵內(nèi)的刃位錯進行腐蝕，KOH與H #04相結(jié)合會對氮化鎵內(nèi)的混合位錯進行腐蝕，濕法腐蝕后GaN和藍寶石基板之間形成點接觸，以利于氮化鎵與藍寶石襯底的分離。
[0028](2)通過激光劃片機對晶圓表面進行盲劃，以利于氮化鎵內(nèi)應(yīng)力的釋放，減少晶圓鍵合過程中應(yīng)力對氮化鎵造成的破壞。
[0029](3)激光剝離時通過調(diào)節(jié)激光光斑與掃描步進，使之與盲劃后的芯片大小相匹配，可以解決激光剝離過程中由于激光光斑能量不均問題形成的剝離良率低問題。
[0030](4)將外延片通過高溫鍵合工藝鍵合到硅或銅或鎢銅合金基板上，同時進行超聲，利用鍵合過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力以及超聲震動技術(shù)進一步提高氮化鎵與襯底的分離，提高垂直結(jié)構(gòu)芯片加工良率。
【附圖說明】
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[0031]圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
【具體實施方式】
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[0032]本發(fā)明的方案重點有三個環(huán)節(jié):其一是U-GaN生長結(jié)束后，進行KOH和比?04濕法腐蝕，透過GaN缺陷蝕刻至GaN/藍寶石界面，接著晶圓再次進入外延設(shè)備重新進行GaN外延生長，新生長的GaN會直接在蝕刻過的GaN上生長GaN，而不會在藍寶石上生長，此制程會在藍寶石界面的GaN處留下倒金字塔結(jié)構(gòu)，則GaN與藍寶石之間形成了點接觸，有利于之后的激光剝離形成垂直結(jié)構(gòu)；其二是在GaN外延層表面制備反射鏡(Ni/Ag或Ni/Al)與鍵合層(Cr/Ag/Sn)之前，利用激光劃片機對晶圓表面進行盲劃，盲劃尺寸與所需芯片尺寸相同，通過盲劃工藝使晶圓表面有規(guī)律的產(chǎn)生裂紋，可以釋放外延生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，晶圓鍵合過程中減少對氮化鎵外延的破壞。其三激光剝離時，對激光光斑及掃描步進進行調(diào)整，使之與盲劃后的芯片大小相匹配，即加工芯片的長與寬均是激光光斑直徑與掃描步進的整數(shù)倍，其過程可以解決激光剝離過程中的均勻性差問題。其四是利用高溫金屬鍵合工藝將GaN鍵合在硅或銅或鎢銅合金基板上，并利用常溫超聲技術(shù)對鍵合后的晶圓進行超聲震動，通過高溫鍵合工藝內(nèi)形成的應(yīng)力以及超聲技術(shù)