CN102969412B - 集成led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成LED芯片及其制作方法。该方法包括以下步骤：S1、在衬底上生长外延层，形成晶片基体；S2、采用激光切割的方式在晶片基体上形成用于隔离相邻单胞的隔离槽，隔离槽的底部延伸至晶片基体的衬底处；S3、去除部分第二半导体层和发光层，露出位于其下的第一半导体层；S4、在第二半导体层的表面上形成透明导电膜；S5、在由第一半导体层、第二半导体层和发光层叠加形成的侧壁上、以及隔离槽中形成钝化层；S6、在由隔离槽隔离的各单胞之间形成金属连接线，形成集成LED芯片。本发明集成LED芯片及其制作方法，通过采用激光切割工艺形成隔离槽简化了制作工艺、提高了生产效率和增加了芯片的有效发光面积。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种集成LED芯片及其制作方法。
背景技术
阵列式高压/交流LED芯片由于具有明显的光效及应用领域的优势，成为未来LED，尤其是白光LED市场的一个重要的发展方向。
基于蓝宝石基板的蓝光LED芯片来说，一般的芯片制作方法中必不可少的步骤是要利用等离子体刻蚀设备将部分的P型GaN和量子阱移除，使N型GaN外露。
而对于集成LED芯片来说，最重要的步骤是要使得集成芯片的单胞与单胞之间形成绝对的电学隔离。即需要将N层的连接完全打断。目前的做法依然是采用等离子刻蚀的方法进行，但是包含量子阱层、N层直至缓冲层的厚度一般有4-5μｍ，尤其对于PSS衬底的外延层来说，厚度可达6μｍ以上，要刻蚀如此深的深度，对掩蔽材料以及掩蔽材料的高保真高选择比都有着很高的要求，另外对ICP的刻蚀工艺也提出了很高的要求。以目前通常ICP的刻蚀速率为来计算，刻蚀6μｍ深的隔离槽，光是刻蚀的时间就需要75分钟，长时间的等离子体的轰击势必会给设备以及晶片本身带来损伤，也很难做出清晰整齐的图形界面。
一种采用分步蚀刻以形成隔离槽的发光二极管的制作方法被提出，该方法虽然解决了上述问题，但是工序依旧过多，因此，本发明旨在提供一种更为简便有效的工艺方法。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术不足，提供一种集成LED芯片及其制作方法，以简化集成LED芯片的制备流程。
为此，在本发明中提供了一种集成LED芯片的制作方法，包括以下步骤：S1、在衬底上生长外延层，形成晶片基体，外延层包括自内向外设置的第一半导体层、发光层以及第二半导体层；S2、根据预设的芯片单胞尺寸，采用激光切割的方式在晶片基体上形成用于隔离相邻单胞的隔离槽，隔离槽的底部延伸至晶片基体的衬底处，形成具有第一过渡结构的晶片；S3、去除部分第二半导体层和发光层，露出位于其下的第一半导体层，形成具有第二过渡结构的晶片；S4、在第二半导体层的表面上形成透明导电膜，形成具有第三过渡结构的晶片；S5、在由所述第一半导体层、第二半导体层和发光层叠加形成的侧壁上、以及隔离槽中形成钝化层；S6、在由隔离槽隔离的各单胞之间形成金属连接线，形成集成LED芯片。
进一步地，上述步骤S2中进一步包括：S21、在晶片基体的表面形成具备耐酸腐蚀性能的保护层；S22、采用激光切割的方式在涂覆有保护层的晶片基体上形成隔离槽；S23、将具有隔离槽的晶片基体置于温度为150-250℃的热酸中浸泡5-20min，形成具有第一过渡结构的晶片；S24、去除保护层。
进一步地，上述步骤S2中采用激光切割的方式在晶片基体上形成隔离槽的步骤中，所采用的激光的功率为0.7-1.1W，激光相对于晶体基板的移动速度为30-60mm/s，相邻单胞中所形成的隔离槽的深度为5-7μm，宽度为3-5μｍ。
进一步地，上述步骤S2中形成隔离槽的步骤中，在相邻单胞之间形成2-3条隔离槽，各隔离槽沿其延伸方向连续或不连续延伸，隔离槽不连续延伸时，位于相邻单胞中各隔离槽相对于同一侧单胞的投影连续延伸。
进一步地，上述步骤S2中形成隔离槽的步骤中，在相邻单胞中形成2-3条隔离槽，且各隔离槽不连续延伸时，操作步骤包括：A1、预设各不连续延伸的隔离槽中各段的间距；A2、根据所预设的间距，采用激光依次切割隔离槽中不连续延伸的各段。
进一步地，上述步骤S2中形成隔离槽的步骤中，在相邻单胞中形成2-3条隔离槽，且各隔离槽不连续延伸时，操作步骤包括：B1、预设各不连续延伸的隔离槽中各段的间距；B2、根据所预设的间距，在各间隔部设置阻挡材料，形成预备件；B3、采用激光连续切割根据隔离槽的延伸方向连续切割预备件。
进一步地，在上述步骤S3形成具有第二过渡结构的晶片后还进一步包括监测步骤，监测步骤包括：C1、测量相邻单胞或不相邻的单胞间第一半导体层间的阻值，如果电阻大于1MΩ，则证明隔离槽有效；或者C2、在相邻单胞或不相邻的单胞间注入一定电流，如果电压无限大，则证明隔离槽有效。
进一步地，上述步骤S1中形成晶片基体的步骤还包括：在外延层远离衬底一侧的表面上形成保护膜；步骤S3中，在去除具有第一过渡结构的晶片中部分第二半导体层和发光层之前，还包括去除具有第一过渡结构的晶片表面保护膜的步骤。
进一步地，上述步骤S5中形成钝化层的步骤包括：S51、采用蒸镀或气相沉积的方式在第三过渡结构的晶片上形成钝化层；S52、采用光刻和化学刻蚀的方法去除部分钝化层，保留由第一半导体层、第二半导体层和发光层叠加形成的侧壁上、以及隔离槽中的钝化层。
同时，在本发明中还提供了一种集成LED芯片，该集成LED芯片由上述的制备方法制备而成。
本发明具有以下有益效果：本发明集成LED芯片及其制作方法，通过采用激光切割工艺形成隔离槽，再填充以绝缘材料形成钝化层与外界隔绝，在制作金属连接线即可实现集成芯片的各个单胞之间的电学隔离。相对于现有集成LED芯片制作方法制作工艺简单、激光刻蚀的方式可明显缩小单胞间的间距，从而实现在相同的规格下，具备比一般制作的集成芯片更大的有效发光面积。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
附图构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明，附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：
图1示出了根据本发明集成LED芯片的制作方法的流程图；
图2示出了根据本发明集成LED芯片的一种平面结构示意布局；
图3示出了图2中所示的集成LED芯片在镜片中的布局结构示意局；
图4示出了根据本发明集成LED芯片的另一种平面结构示意局布；以及
图5示出了图4中集成LED芯片的切割轨迹图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但如下实施例以及附图仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
在本发明的一种典型的实施方式中，提供了一种集成LED芯片的制作方法，如图1至图3所示，包括以下步骤：S1、在衬底上生长外延层，形成晶片基体，外延层包括由内自内向外设置的第一半导体层、发光层以及第二半导体层；S2、根据预设的芯片单胞1的尺寸，采用激光切割的方式在晶片基体上形成用于隔离相邻单胞的隔离槽2，隔离槽2的底部延伸至晶片基体的衬底处，形成具有第一过渡结构的晶片；S3、去除具有第一过渡结构的晶片中部分第二半导体层和发光层，露出位于其下的第一半导体层，形成具有第二过渡结构的晶片；S4、在具有第二过渡结构的晶片中的第二半导体层的表面上形成透明导电膜，形成第三过渡结构的晶片；S5、在第三过渡结构的晶片中由第一半导体层、第二半导体层和发光层叠加形成的侧壁上、以及隔离槽2中形成钝化层；S6、在由隔离槽2隔离的各单胞之间形成金属连接线3，形成集成LED芯片。
相对于现有集成LED芯片制作方法中深槽掩蔽和深槽刻蚀，难度大，损伤大，时间长，工序复杂的现状，上述集成LED芯片制作方法，通过采用激光切割工艺形成隔离槽2，在填充以绝缘材料形成钝化层与外界隔绝，在制作金属连接线即可实现集成芯片的各个芯片单胞1之间的电学隔离。其不但制作工艺简单、而且激光刻蚀的方式可明显缩小单胞间的间距，从而实现在相同的规格下，具备比一般制作的集成芯片更大的有效发光面积。
优选地，在上述集成LED芯片的制作方法中步骤S2中进一步包括：S21、在晶片基体的表面形成具备耐酸腐蚀性能的保护层；S22、采用激光切割的方式在涂覆有保护层的晶片基体上形成隔离槽；S23、将具有隔离槽的晶片基体置于温度为150-250℃的热酸中浸泡5-20min，形成具有第一过渡结构的晶片；S24、去除保护层。
在本申请发明中，上述步骤S21中保护层可以通过蒸发、溅射、气相沉积等方法形成，保护层的材料可以为氧化硅材料，其厚度优选为步骤S22中激光切割过程中对激光切割机没有特殊要求，采用业界通用的激光切割机即可，激光切割的过程中可以通过调整激光器的功率以及受台移动速度控制激光切割的深度和宽度，例如深度在5-7μm，宽度不小于3微米。步骤S23中所使用的热酸可以是浓硫酸、浓磷酸或者是二者的混合溶液，其中优选采用硫酸：磷酸=1:3的混合酸，本领域技术人员根据所使用的酸的浓度以及酸液的温度能够合理调节浸酸的时间，本发明中优选在温度为150-250℃的热酸中浸泡5-20min。步骤S24中去除保护层中，对于氧化硅保护层来说，可以选择氢氟酸或者氢氟酸+氟化铵混合液进行清洗去除。
在上述方法中，在激光切割隔离槽的过程中，采用保护层对晶片基体的表面进行保护，以防止激光烧灼产生的碎屑飞溅至晶片基体的上表面，并通过在切割工序完成后，去除保护层的过程将晶片基体表面的碎屑也一并被带走，以更好地保证产品性能；同时，通过采用热酸浸泡的方式去除激光切割过程中切割面上产生的黑色焦灼物，以防止短路漏电，并使得芯片的侧面呈倒梯形以增加出光，以提高产品性能。
优选地，在上述集成LED芯片的制作方法中步骤S2中采用激光切割的方式在晶片基体上形成隔离槽的步骤中，所采用的激光的功率为0.7-1.1W，激光相对于晶体基板的移动速度为30-60mm/s，相邻单胞中所形成的隔离槽2的深度为5-7μm，宽度为3-5μｍ。
本发明所提供的这种激光切割的方式通过控制激光的切割功率以及激光相对于晶体基板的移动速度，可以调整所形成的隔离槽的深度和宽度。相比于现有技术中的集成芯片产品，该方法所获得的集成芯片产品中隔离槽的宽度能够窄10μm以上，明显缩小单胞间的间距，从而实现在相同的规格下，具备比一般制作的集成芯片更大的有效发光面积。
优选地，如图4至图5所示，在上述集成LED芯片的制作方法中步骤S2中形成隔离槽2的步骤中，在相邻芯片单胞1之间形成2-3条隔离槽2，各隔离槽2沿其延伸方向连续或不连续延伸，隔离槽2不连续延伸时，位于相邻单胞中各隔离槽2相对于同一侧单胞的投影连续延伸。沿垂直于隔离槽2延伸方向的方向，相邻的隔离槽2间的间距为3-5μm.
为了进一步保证所制备的集成LED芯片的效果，保证相连单胞之间的隔离效果，优选地，在上述集成LED芯片的制作方法中步骤S2中形成隔离槽的步骤中，在相邻单胞中形成2-3条隔离槽，且各隔离槽不连续延伸时，操作步骤包括：A1、预设各不连续延伸的隔离槽中各段的间距；A2、根据所预设的间距，采用激光依次切割隔离槽中不连续延伸的各段。
优选地，在上述集成LED芯片的制作方法中步骤S2中形成隔离槽的步骤中，在相邻单胞中形成2-3条隔离槽，且各隔离槽不连续延伸时，操作步骤包括：B1、预设各不连续延伸的隔离槽中各段的间距；B2、根据所预设的间距，在各间隔部设置阻挡材料，形成预备件；B3、采用激光连续切割根据隔离槽的延伸方向连续切割预备件。
为了确保经上述方法所形成的深槽完全起到了单胞间隔离的效果，优选地，在上述集成LED芯片的制作方法中在步骤S3形成具有第二过渡结构的晶片后还进一步包括监测步骤，监测步骤包括：C1、测量相邻单胞或不相邻的单胞间第一半导体层间的阻值，如果电阻大于1MΩ，则证明隔离槽有效；或者C2、在相邻单胞或不相邻的单胞间注入一定电流，如果电压无限大，则证明隔离槽有效。
优选地，在上述集成LED芯片的制作方法中，步骤S1中形成晶片基体的步骤还包括：在外延层远离衬底一侧的表面上形成保护膜；步骤S3中，在去除具有第一过渡结构的晶片中部分第二半导体层和发光层之前，还包括去除具有第一过渡结构的晶片表面保护膜的步骤。
优选地，在上述集成LED芯片的制作方法中，一种可选的方式中步骤S5中形成钝化层的步骤包括：S51、采用蒸镀或气相沉积的方式在第三过渡结构的晶片上形成钝化层；S52、采用光刻和化学刻蚀的方法去除部分钝化层，保留由第一半导体层、第二半导体层和发光层叠加形成的侧壁上、以及隔离槽中的钝化层。另一种可选的方式中步骤S2可采用先光刻再成膜，最后去除光刻胶及覆盖其上的薄膜的方法来形成钝化层；
上述钝化层的厚度不低于钝化层的材质包括但不限定是是氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛等透明绝缘材料，优选的，作为钝化的常用材料选择使用氧化硅。
通过上述方法所制备的集成LED芯片，经激光刻蚀的方式所形成的隔离槽可明显缩小单胞间的间距，从而实现在相同的规格下，具备比一般制作的集成芯片更小的面积。
以下将结合具体实施例进一步说明本发明所提供的掩膜剂在制备带有纳米级图形的衬底的有益效果。
基于图1的制作用于氮化物外延生长的纳米级图形衬底的方法流程图，以下结合具体的实施例1对本发明制作的纳米级图形衬底的方法进一步详细说明。
实施例1
集成LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
一、采用蓝宝石衬底，在该衬底材料上生长外延层，外延层结构自下而上包括缓冲层，本征半导体层，第一半导体层，发光层以及第二半导体层。
二、对外延片进行常规清洗；通过蒸发、溅射、气相沉积等手段在其表面形成保护层，保护层材料优选为氧化硅材料，厚度优选
三、采用业界通用的激光切割机根据预设的芯片单胞尺寸大小对晶片实施激光切割，通过调整激光器的功率为0.9W以及激光切割机相对于晶片单体的移动速度为45mm/s，将切割深度控制在6μｍ；切割形成的断面将缓冲层、本征半导体层、第一半导体层、发光层、第二半导体层分割开来。切痕宽度为4μｍ。
四：将晶片置于高温热酸中进行浸泡，热酸采用硫酸：磷酸=1:3的混合酸，设定热酸温度为200℃，浸泡10min；
五：选择氢氟酸或者氢氟酸+氟化铵混合液进行清洗去除晶片表面的氧化硅保护层。
六：通过光刻和等离子蚀刻的方式移除位于上表面的第二半导体层及位于次表面的发光层的部分区域，使得第一半导体层外露，形成具有第二过渡结构的晶片.
七、测量具有第二过渡结构的晶片中相邻单胞或不相邻的单胞间第一半导体层间的阻值，该阻值为3.8-6MΩ，由此可见隔离槽有效。
八、按照常规手段在在具有第二过渡结构的晶片中的第二半导体层的表面上形成透明导电膜，形成第三过渡结构的晶片。
九、采用蒸镀法在第三过渡结构的晶片上形成厚度为的钝化层。采用光刻法可是去除部分钝化层，保留由第一半导体层、第二半导体层和发光层叠加形成的侧壁上、以及隔离槽中形成的钝化层，钝化层的为氧化硅。
十、采用常规的方法在具有钝化层的晶片中的单胞间电镀形成金属连接线以及电极，形成集成LED芯片。
将由本发明上述实施例1所制备的集成LED芯片在扫描电子显微镜（SEM）下观察晶片上的各单胞结构。经观察各单胞外框（即隔离槽）切割良好，且由上述第七步中测量可知所制备的集成LED芯片中相邻单胞或不相邻的单胞间第一半导体层间的阻值大于1MΩ，由此可见所制备的隔离槽有效。
在本发明所提供的集成LED芯片的制作方法中，通过采用激光切割代替传统的ICP刻蚀方法所形成的隔离槽不但宽度较窄（现有技术所制备的隔离槽宽度为15μｍ左右，上述实施例1所制备的隔离槽宽度为4μｍ），且工艺所用时间大大减小（现有技术所制备的隔离槽步骤的时间为75分钟左右，上述实施例1所制备的隔离槽步骤的时间仅需3分钟左右），该方法可以明显缩小单胞间的间距，从而实现在相同的规格下，具备比一般制作的集成芯片更小的面积和更高的产出；而且隔离槽制备步骤的工艺耗时由75分钟减小至3分钟，大大提高了芯片生产效率。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种集成LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在衬底上生长外延层，形成晶片基体，所述外延层包括自内向外设置的第一半导体层、发光层以及第二半导体层；
S2、根据预设的芯片单胞尺寸，采用激光切割的方式在所述晶片基体上形成用于隔离相邻单胞的隔离槽，所述隔离槽的底部延伸至所述晶片基体的衬底处，形成具有第一过渡结构的晶片；
S3、去除部分第二半导体层和发光层，露出位于其下的第一半导体层，形成具有第二过渡结构的晶片；
S4、在第二半导体层的表面上形成透明导电膜，形成具有第三过渡结构的晶片；
S5、在由所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述发光层叠加形成的侧壁上，以及所述隔离槽中形成钝化层；
S6、在由所述隔离槽隔离的各单胞之间形成连接线，形成所述集成LED芯片；其中，
所述步骤S2中采用激光切割的方式在所述晶片基体上形成隔离槽的步骤中，所采用的激光的功率为0.7-1.1W，激光相对于晶体基板的移动速度为30-60mm/s，相邻所述单胞中所形成的所述隔离槽的深度为5-7μm，宽度为3-5μm。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S2中进一步包括：
S21、在所述晶片基体的表面形成具备耐酸腐蚀性能的保护层；
S22、采用激光切割的方式在涂覆有保护层的晶片基体上形成隔离槽；
S23、将具有隔离槽的晶片基体置于温度为150-250℃的热酸中浸泡5-20min，形成所述具有第一过渡结构的晶片；
S24、去除所述保护层。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S2中形成隔离槽的步骤中，在相邻所述单胞之间形成2-3条隔离槽，各所述隔离槽沿其延伸方向连续或不连续延伸，所述隔离槽不连续延伸时，位于相邻所述单胞中各隔离槽相对于同一侧单胞的投影连续延伸。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S2中形成隔离槽的步骤中，在相邻所述单胞中形成2-3条隔离槽，且各隔离槽不连续延伸时，操作步骤包括：
A1、预设各不连续延伸的隔离槽中各段的间距；
A2、根据所预设的间距，采用激光依次切割所述隔离槽中不连续延伸的各段。
5.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S2中形成隔离槽的步骤中，在相邻所述单胞中形成2-3条隔离槽，且各隔离槽不连续延伸时，操作步骤包括：
B1、预设各不连续延伸的隔离槽中各段的间距；
B2、根据所预设的间距，在各间隔部设置阻挡材料，形成预备件；
B3、采用激光连续切割根据隔离槽的延伸方向连续切割所述预备件。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述步骤S3形成具有第二过渡结构的晶片后还进一步包括监测步骤，所述监测步骤包括：
C1、测量相邻所述单胞或不相邻的所述单胞间第一半导体层间的阻值，如果电阻大于1MΩ，则证明隔离槽有效；或者
C2、在相邻所述单胞或不相邻的所述单胞间注入一定电流，如果电压无限大，则证明隔离槽有效。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，
所述步骤S1中形成晶片基体的步骤还包括：在所述外延层远离衬底一侧的表面上形成保护膜；
所述步骤S3中在去除具有第一过渡结构的晶片中部分第二半导体层和发光层之前，还包括去除具有第一过渡结构的晶片表面保护膜的步骤。
8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S5中形成所述钝化层的步骤包括：
S51、采用蒸镀或气相沉积的方式在第三过渡结构的晶片上形成钝化层；
S52、采用光刻和化学刻蚀的方法去除部分钝化层，保留由所述第一半导体层、所述第二半导体层和发光层叠加形成的侧壁上、以及隔离槽中的钝化层。
9.一种集成LED芯片，其特征在于，所述集成LED芯片由权利要求1至8中任一项所述的制作方法制作而成。
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