CN102496667B

CN102496667B - GaN基薄膜芯片的制造方法

Info

Publication number: CN102496667B
Application number: CN201110430261.3A
Authority: CN
Inventors: 刘硕; 郭恩卿; 伊晓燕; 王军喜; 李晋闽
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: CN102496667A

Abstract

一种GaN基薄膜芯片的制造方法，包括：1)在一蓝宝石衬底上生长外延层，该外延层包括N型层、活性层和P型层；2)在外延层上制作反射层；3)在反射层上涂覆第一树脂层；4)在第一树脂层上粘合第一临时基板，并固化；5)对蓝宝石衬底进行激光剥离，露出外延层的一面；6)在露出的外延层的一面涂覆第二树脂层；7)在第二树脂层粘合第二临时基板，并固化；8)去除第一临时基板和第一树脂层，露出反射层；9)在反射层上电镀永久支撑基板；10)去除第二临时基板和第二树脂层；11)粗化激光剥离掉蓝宝石衬底后的外延层的表面；12)在粗化后的外延层的表面制作电极。

Description

GaN基薄膜芯片的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体发光器件的制备工艺。更具体而言，本发明涉及采用激光剥离工艺GaN基薄膜芯片的制造方法。

背景技术

蓝宝石衬底作为GaN基LED外延生长的主要衬底，其导电性和导热性都比较差。由于导电性差，发光器件要采用横向结构，导致电流堵塞和发热。而较差的导热性能限制了发光器件的功率。采用激光剥离技术将蓝宝石衬底去除后，将发光二极管做成垂直结构，可以有效解决散热问题，并可以同时提高出光效率。但激光剥离蓝宝石衬底技术产业化的瓶颈就是成品率低。由于蓝宝石、氮化镓薄膜和支撑衬底三者的热膨胀系数的差异产生的应力，使氮化镓薄膜在蓝宝石剥离过程中容易破裂。普通的做法是寻找热膨胀系数相匹配的导电、导热性好的支撑衬底以及相应的键合技术。但由于键合界面的不平整和存在很小的空隙，在激光剥离过程中氮化镓分解气体的高能冲击和分解能量的不均匀造成蓝宝石剥离对氮化镓薄膜的拉扯力，会导致氮化镓薄膜的损伤。传统方法是将蓝宝石上的外延层通过热压的方法直接键合到导电导热衬底上，将蓝宝石激光剥离后做成器件，但是这样得到的芯片成品率很低。传统方法也没能解决剥离过程中的应力作用，会导致大量的薄膜芯片发生开裂。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种芯片制造方法，其用于降低在剥离蓝宝石衬底时外延薄膜破裂和键合过程(热压过程)对芯片的影响。

为了解决这些问题，本发明提出一种一种GaN基薄膜芯片的制造方法，包括：

1)在一蓝宝石衬底上生长外延层，该外延层包括N型层、活性层和P型层；

2)在外延层上制作反射层；

3)在反射层上涂覆第一树脂层；

4)在第一树脂层上粘合第一临时基板，并固化；

5)对蓝宝石衬底进行激光剥离，露出外延层的一面；

6)在露出的外延层的一面涂覆第二树脂层；

7)在第二树脂层粘合第二临时基板，并固化；

8)去除第一临时基板和第一树脂层，露出反射层；

9)在反射层上电镀永久支撑基板；

10)去除第二临时基板和第二树脂层；

11)粗化激光剥离掉蓝宝石衬底后的外延层的表面；

12)在粗化后的外延层的表面制作电极。

本发明还提供一种GaN基薄膜芯片的制造方法，包括：

2)在外延层上涂覆第一树脂层；

3)在第一树脂层上粘合第一临时基板，并固化；

4)对蓝宝石衬底进行激光剥离，露出外延层的一面；

5)在露出的外延层的一面涂覆第二树脂层；

6)在第二树脂层粘合第二临时基板，并固化；

7)去除第一临时基板和第一树脂层，露出外延层；

8)在外延层上制作反射层；

9)在反射层上电镀永久支撑基板；

10)去除第二临时基板和第二树脂层；

11)粗化激光剥离掉蓝宝石衬底后的外延层的表面；

12)在粗化后的外延层的表面制作电极。

本发明的有益效果如下：由于采用了多次基板转移，并且在第三次转移过程中，采取电镀永久支撑基板，可以使得临时基板和相应的树脂很顺利地被腐蚀掉，并且能够避免传统键合过程(热压)对芯片的影响，提高了生产的良率。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合附图和实施例对本发明进一步说明，其中：

图1a-图1o为本发明实施例1的制作流程示意图；

图2a-图2q为本发明实施例2的制作流程示意图；

图3本发明实施例1的方法流程示意图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1a-图1o及图3，本发明提供一种GaN基薄膜芯片的制造方法，包括：

1)首先用外延设备，主要包括MBE、MOCVD，HVPE等，比如用MOCVD在蓝宝石衬底10上生长外延层11，该外延层11包括N型GaN层111、活性层112和P型GaN层113，如图1a。将外延生长得到的外延片进行机械研磨减薄或抛光，其厚度可以是100-500微米，比如减薄到380-400微米，如图1b。采用激光切割、ICP或其它方刻蚀方法分立延层11，可以将外延层11完全分立，也可以不完全分立，如ICP刻蚀深度为5.5微米，如图1c；其中步骤2)和3)没有先后顺序。

2)在外延层11上制作反射层12，该反射层12是采用蒸发、溅射或电镀的方法制作，所述反射层12的材料为Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr或Ag，或Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO2、TiO2、ITO、Al2O3或MgF2的组合，所述反射层12的厚度为0.001微米-100微米；比如蒸发Ag层、Ti层和Au层组成，厚度分别0.3微米、0.3微米和0.3微米，如图1d。

3)在反射层12上涂覆第一树脂层13；该树脂层13可以为环氧树脂，其厚度为2-2000微米；比如树脂层13是一种改性环氧树脂，厚度为200-300微米，如图1e。

4)在第一树脂层13上粘合第一临时基板14，该第一临时基板14的材料为Si、陶瓷、光学玻璃、蓝宝石、Cu、GaAs或石墨，或W、Cu或Mo的组合，比如采用蓝宝石基板并固化；在紫外光照下将第一临时基板与树脂进行固化，固化时间根据所选择环氧树脂的型号而有所不同，一般2-30分钟，如图1f。

5)对蓝宝石衬底10进行激光剥离，露出外延层11的一面；激光剥离方式可以采用连续剥离或者逐一剥离，比如采用逐一剥离方式；剥离后蓝宝石衬底10与外延层11分离，露出外延层11的一面，如图1g。

6)在剥离后蓝宝石衬底10与外延层11分离，露出外延层11的一面上用蒸发或者溅射的方法制作保护层15，所述保护层15的材料为Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO₂、TiO₂、ITO、Al₂O₃或MgF₂，或及其组合，其厚度是0.001微米-100微米；比如蒸发0.5微米的Ti层和0.5微米的Au层，应该注意的是：该保护层15也不是必须的，如图1h。在露出的外延层11的一面(或者保护层15)涂覆第二树脂层16，树脂层16为另外一种环氧树脂，其厚度为2-2000微米；比如另一种改性环氧树脂，其厚度为600-700微米；如图1i。

7)在第二树脂层16粘合第二临时基板17，该第二临时基板17的材料为Si、陶瓷、光学玻璃、蓝宝石、Cu、GaAs或石墨，或W、Cu或Mo的组合，并固化；比如采用蓝宝石基板并固化；在紫外光照下将第一临时基板与树脂进行固化，固化时间根据所选择环氧树脂的型号而有所不同，一般2-30分钟，如图1j。

8)去除第一临时基板14和第一树脂层13，露出反射层12；其去除方法可以是先去除第一临时基板14后，再去除第一树脂层13，也可以直接腐蚀第一树脂层13，第一临时基板14也随之脱落。比如采用先腐蚀第一树脂层13，第一临时基板14也随之脱落，露出反射层12，这里需要指出，第一树脂层13和第二树脂层16具有选择腐蚀性，如图1k。

9)在所述反射层12上电镀永久支撑基板18；永久支撑基板18可以由Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Cu的一种或几种组成，厚度是50-10000微米，比如电镀厚度分别为130微米和30微米的Cu、Ni形成永久支撑基板180，如图1l。

10)去除第二临时基板17和第二树脂层16；其去除方法可以是先去除第二临时基板17后，再去除第二树脂层16，也可以直接腐蚀第二树脂层16，第二临时基板17也随之脱落。比如采用先腐蚀第二树脂层16，第二临时基板17也随之脱落，如图1m。去除保护层15，露出外延层11，比如用BOE溶液，如图1n。

11)将激光剥离掉蓝宝石衬底10后的外延层11的表面粗化；粗化方法可以是在碱性溶液，比如KOH溶液中进行腐蚀粗化，也可以通过干法蚀刻(如ICP)来粗化，形成粗化层。

12)在粗化后的外延层11的表面制作电极19。比如用蒸发或者PECVD方法钝化芯片，用蒸发、溅射或者电镀的方法制作电极19，完成芯片的制造过程，如图1o。

实施例2

请参阅图2a-图2q，本发明提供一种GaN基薄膜芯片的制造方法，包括：

1)首先用外延设备，主要包括MBE、MOCVD，HVPE等，比如用MOCVD在，蓝宝石衬底20上生长外延层21，该外延层21包括N型GaN层211、活性层212和P型GaN层213，如图2a。将外延生长得到的外延片进行机械研磨减薄或抛光，其厚度可以是100-500微米，比如减薄到200-220微米，如图2。采用激光切割、ICP或其它方刻蚀方法分立延层21，可以将外延层21完全分立，也可以不完全分立，如激光切割40微米，如图2c；其中步骤2)和3)没有先后顺序；

2)在外延层21上用蒸发或者溅射的方法制作保护层221，所述保护层221的材料为Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO₂、TiO₂、ITO、Al₂O₃或MgF₂，或及其组合，其厚度是0.001微米-100微米；比如蒸发0.1微米的Al层和0.5微米的Ti层，应该注意的是：该保护层221也不是必须的，如图2d。在保护层221(或者外延层21)上涂覆第一树脂层22，该树脂层22可以为丙烯酸树脂，其厚度为2-2000微米；比如树脂层22是一种改性丙烯酸树脂，厚度为200-300微米，如图2e。

3)在第一树脂层22上粘合第一临时基板23，该第一临时基板23的材料为Si、陶瓷、光学玻璃、蓝宝石、Cu、GaAs或石墨，或W、Cu或Mo的组合，比如采用光学玻璃基板，并固化；在加热环境下将第一临时基板与树脂进行固化，固化时间根据所选择丙烯酸树脂的型号而有所不同，一般5-60分钟，如图2f。

4)对蓝宝石衬底20进行激光剥离，露出外延层21的一面；激光剥离方式可以采用连续剥离或者逐一剥离，比如采用连续剥离方式；剥离后蓝宝石衬底20与外延层21分离，露出外延层21的一面，如图2g。

5)在露出的外延层21的一面上用蒸发或者溅射的方法制作保护层241，所述保护层241的材料为Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO₂、TiO₂、ITO、Al₂O₃或MgF₂，或及其组合，其厚度是0.001微米-100微米；比如蒸发2微米的Ni层和5微米的Al层，应该注意的是：该保护层241也不是必须的，如图2h。在保护层241(或者外延层21)上涂覆第二树脂层24，该树脂层24可以为丙烯酸树脂，其厚度为2-2000微米；比如树脂层24是另一种丙烯酸树脂，厚度为600-700微米，如图2i。

6)在第二树脂层24上粘合第二临时基板25，该第二临时基板25的材料为Si、陶瓷、光学玻璃、蓝宝石、Cu、GaAs或石墨，或W、Cu或Mo的组合，比如采用Si基板，并固化；在加热环境下将第一临时基板与树脂进行固化，固化时间根据所选择丙烯酸树脂的型号而有所不同，一般5-60分钟，如图2j。

7)去除第一临时基板23和第一树脂层22，露出保护层221(或者外延层21)；其去除方法可以是先去除第一临时基板23后，再去除第一树脂层22，也可以直接腐蚀第一树脂层22，第一临时基板23也随之脱落。比如采用机械研磨的方法去除第一临时基板23，再腐蚀第一树脂层22，露出保护层221(或者外延层21)，这里需要指出，第一树脂层22和第二树脂层24具有选择腐蚀性，如图2k。去除保护层221，露出外延层21。其去除方法可以采用选择性腐蚀去除，比如用BOE和盐酸，如图2l。

8)在外延层21上制作反射层26；该反射层26是采用蒸发、溅射或电镀的方法制作，所述反射层26的材料为Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr或Ag，或Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO₂、TiO₂、ITO、Al₂O₃或MgF₂的组合，所述反射层26的厚度为0.001微米-100微米；比如蒸发Ni层、Ag层和Au层组成，厚度分别0.1微米、0.8微米和3微米，如图2m。

9)在反射层26上电镀永久支撑基板27；永久支撑基板27可以由Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Cu的一种或几种组成，厚度是50-10000微米，比如电镀厚度分别为30微米、130微米和30微米的Cr、Cu、Ni形成永久支撑基板27，如图2n。

10)去除第二临时基板25和第二树脂层24，露出保护层241(或者外延层21)；其去除方法可以是先去除第二临时基板25后，再去除第二树脂层24，也可以直接腐蚀第二树脂层24，第二临时基板25也随之脱落。比如采用化学腐蚀的方法去除第二临时基板25，再腐蚀第二树脂层24，露出保护层241(或者外延层21)，如图2o。去除保护层241，露出外延层21。其去除方法可以采用选择性腐蚀去除，比如用硝酸和盐酸，如图2p。

11)将激光剥离掉蓝宝石衬底20后的外延层21的表面粗化；粗化方法可以是在碱性溶液，比如KOH溶液中进行腐蚀粗化，也可以通过干法蚀刻(如ICP)来粗化，形成粗化层，还可以采用电子束曝光方法制作光子晶体；

12)在粗化后的外延层21的表面制作电极28。比如用蒸发或者PECVD方法钝化芯片，用蒸发、溅射或者电镀的方法制作电极28，完成芯片的制造过程，如图2q。

本发明公开了一种GaN基薄膜芯片的制造方法，涉及半导体发光器件的制备工艺，用于解决在剥离蓝宝石衬底时GaN薄膜损伤的问题。该制造方法包括在蓝宝石衬底上生长N型GaN层、活性层、P型GaN层，形成外延层；刻蚀外延层；在外延层上涂树脂，黏附第一临时基板并固化；对蓝宝石衬底进行激光剥离；将剥离后的表面与第二临时基板键合；除掉第一临时基板和树脂层，露出外延层；与永久支撑基板进行键合；腐蚀第二临时基板。本发明由于采用了多次转移，并且在第二次转移过程中，采取了键合的方式固定第二临时基板，可以使得第一次临时基板和相应的树脂可以很顺利的腐蚀掉，使得工艺简便，提高了生产的良率。

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的的限制，凡是依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范围之内，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims

1.一种GaN基薄膜芯片的制造方法，包括：

2)在外延层上制作反射层；

3)在反射层上涂覆第一树脂层；

4)在第一树脂层上粘合第一临时基板，并固化；

5)对蓝宝石衬底进行激光剥离，露出外延层的一面；

6)在露出的外延层的一面涂覆第二树脂层；

7)在第二树脂层上粘合第二临时基板，并固化；

8)去除第一临时基板和第一树脂层，露出反射层；

9)在反射层上电镀永久支撑基板，该永久支撑基板由Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Cu的一种或几种组成，厚度是50-10000微米；

10)去除第二临时基板和第二树脂层；

11)粗化激光剥离掉蓝宝石衬底后的外延层的表面；

12)在粗化后的外延层的表面制作电极。

2.根据权利要求1所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中在外延层和第二树脂层之间还有一层保护层。

3.根据权利要求1所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中反射层是采用蒸发、溅射或电镀的方法制作。

4.根据权利要求3所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中反射层的材料为Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr或Ag，或Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO₂、TiO₂、ITO、Al₂O₃或MgF₂的组合。

5.根据权利要求3所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中所述反射层的厚度为0.001微米100微米。

6.根据权利要求1所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中第一树脂层和第二树脂层为丙烯酸树脂或环氧树脂，其厚度为22000微米。

7.根据权利要求2所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中所述保护层的材料为Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO₂、TiO₂、ITO、Al₂O₃或MgF2，或及其组合，其厚度是0.001微米100微米。

8.根据权利要求1所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中第一临时基板和第二临时基板的材料为Si、陶瓷、光学玻璃、蓝宝石、Cu、GaAs或石墨，或W、Cu或Mo的组合。

9.一种GaN基薄膜芯片的制造方法，包括：

1)在蓝宝石衬底上生长外延层，该外延层包括N型层、活性层和P型层；

2)在外延层上涂覆第一树脂层；

3)在第一树脂层上粘合第一临时基板，并固化；

4)对蓝宝石衬底进行激光剥离，露出外延层的一面；

5)在露出的外延层的一面涂覆第二树脂层；

6)在第二树脂层上粘合第二临时基板，并固化；

7)去除第一临时基板和第一树脂层，露出外延层；

8)在外延层上制作反射层；

10)去除第二临时基板和第二树脂层；

11)粗化激光剥离掉蓝宝石衬底后的外延层的表面；

12)在粗化后的外延层的表面制作电极。

10.根据权利要求9所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中在外延层和第一树脂层之间还有一层保护层。

11.根据权利要求9所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中在外延层和第二树脂层之间还有一层保护层。

12.根据权利要求9所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中反射层是采用蒸发、溅射或电镀的方法制作。

13.根据权利要求12所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中反射层的材料为Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr或Ag，或Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO₂、TiO₂、ITO、Al₂O₃或MgF₂的组合。

14.根据权利要求12所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中所述反射层的厚度为0.001微米100微米。

15.根据权利要求9所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中第一树脂层和第二树脂层为丙烯酸树脂或环氧树脂，其厚度为22000微米。

16.根据权利要求10所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中所述保护层的材料为Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO₂、TiO₂、ITO、Al₂O₃或MgF₂，或及其组合，其厚度为0.001微米-100微米。

17.根据权利要求11所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中所述保护层的材料为Ti、Ni、Al、Pt、Pd、Au、Cr、Ag、SiO₂、TiO₂、ITO、Al₂O₃或MgF₂，或及其组合，其厚度为0.001微米-100微米。

18.根据权利要求9所述的GaN基薄膜芯片的制造方法，其中第一临时基板和第二临时基板的材料为Si、陶瓷、光学玻璃、蓝宝石、Cu、GaAs或石墨，或W、Cu或Mo的组合。