CN103296155A - 一种薄膜led外延芯片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜LED外延芯片的制造方法,包括提供一个基底、在基底上形成牺牲层;在牺牲层上形成外延层;在外延层上形成若干个有效金属体,各有效金属体之间存在刻蚀间隙;以各有效金属体作为掩膜,纵向刻蚀处于刻蚀间隙中的外延层直至露出牺牲层,外延层被刻蚀成多个外延芯片;在各有效金属体上形成带有若干通孔的支持层;刻蚀牺牲层以剥离基底,使外延层另一个面裸露,支持层支撑各外延芯片;在每个外延芯片的另一个面上形成金属电极;从支持层上释放外延芯片。该方法将外延层分割成若干个LED外延芯片,刻蚀液可以通过支撑层的通孔分散到外延芯片周围与牺牲层接触,达到快速剥离的效果,同时也提高了外延芯片的合格率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高性能LED加工、高性能半导体物理器件技术领域,特别是指一种薄膜LED外延芯片的制造方法。
背景技术
由III-V族形成的电子器件正在向高效,多功能和实用的方向发展,具体的体现在高亮度LED,高效太阳能电池和其他的光电器件。外延薄膜剥离技术正在应用于这些生产领域,因此不仅生产出高性能光电器件,并且有助于生产成本的降低。薄膜外延应用于高亮度LED有独特的优势,P金属电极与外延层直接连接不仅电流分布均匀,电阻小,而且热的扩散非常好。这样使得产品的稳定性,寿命都有提高。由于薄膜产品的热扩散得到了改善,因此,在后续封装工序时,对于制冷系统的要求也会降低,生产成本降低。然而目前对于外延薄膜都是整体剥离,利用选择性刻蚀液对牺牲层选择刻蚀,该刻蚀液只能先接触牺牲层的外周,然后逐步刻蚀外延薄膜内部的牺牲层,这种剥离速度非常慢,电子器件一直浸泡在刻蚀液中,虽然短时间不会被刻蚀,但是时间过长,刻蚀液会对外延层的造成的缺陷增多,影响其成品率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种薄膜LED外延芯片的制造方法,该方法将外延层分割成若干个LED外延芯片,然后利用覆盖支持层为LED外延芯片提供支持载体和足够的支持强度,刻蚀液可以通过支撑层的通孔分散到每个分割的外延芯片周围与牺牲层尽可能接触,从而达到快速剥离的效果,同时也提高了LED外延芯片的合格率。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:一种薄膜LED外延芯片的制造方法,包括:
A.提供一个基底;
B.在基底上形成牺牲层;
C.在牺牲层上形成外延层;
D.在外延层上形成若干个有效金属体,各有效金属体之间存在刻蚀间隙;
E.以各有效金属体作为掩膜,纵向刻蚀处于刻蚀间隙中的外延层直至露出牺牲层,外延层被刻蚀成多个外延芯片;
F.在各有效金属体表面上形成带有若干通孔的支持层;
G.刻蚀牺牲层以剥离基底,使外延层的另一个面裸露,支持层支撑各外延芯片;
H.在每个外延芯片的另一个面上形成金属电极;
I.从支持层上释放外延芯片。
作为一种优选的方案,所述步骤D有效金属体的形成方法包括:
D1.在外延层上选择性覆盖若干个掩膜体,各掩膜体之间设有生长间隙;
D2.在外延层和掩膜体上形成若干个金属体,该金属体包括处于各生长间隙内的有效金属体、处于掩膜体上的无效金属体;
D3.移出掩膜体和无效金属体,使各有效金属体之间存在刻蚀间隙;
作为另一种优选的方案,所述步骤D有效金属体的形成方法包括:
D11.在外延层上形成金属层;
D12.在金属层上选择性覆盖若干个掩膜体,各掩膜体之间存在间隙;
D13.刻蚀金属层未覆盖的部位,使金属层分割成若干个有效金属体,各有效金属体之间存在刻蚀间隙
D14.移出掩膜体;
作为另一种优选的方案,所述步骤D中有效金属体的平面形状为圆形或多边形,有效金属体面积为0.5-400平方毫米,有效金属体厚度为2-15微米。
作为另一种优选的方案,所述有效金属体厚度为2-7微米时,所述步骤D2金属体的形成方式或D11中金属层的形成方式为:用物理气象沉积的方法沉淀 而成。
作为另一种优选的方案,所述有效金属体厚度为8-15微米时,所述步骤D2金属体的形成方式或D11中金属层的形成方式为:用物理气象沉积的方法沉淀一定厚度的有效金属体或金属层后,再利用无极电镀工艺增厚有效金属体或金属层。
作为另一种优选的方案,所述刻蚀间隙为50-400微米。
作为另一种优选的方案,所述支持层为PET、PEI、PE、PP,PVDF、PPS中的一种或多层复合,其厚度为20-1000微米。
作为另一种优选的方案,所述步骤I中的释放方式为:加热或者紫外光方法释放。
作为另一种优选的方案,所述步骤F中支持层的形成方式为:胶粘材料预先涂至支持层表面,然后在支持层上加工若干个通孔,最后将通孔粘附于有效金属体的表面上
采用了上述技术方案后,本发明的效果是:该方法在外延层上设置相互分离的有效金属体,各金属体之间存在刻蚀间隙,刻蚀间隙选择性的刻蚀掉外延层使牺牲层在刻蚀间隙处裸露,利用支持层为外延层提供载体和足够的支撑力,然后在对基底剥离使,牺牲层剥离液可从支持层中的通孔进入到刻蚀间隙内,从而牺牲层剥离液快速分散到每一个分割的LED外延芯片周围,使剥离速率大大提高,从而减少了LED外延芯片的缺陷。
而步骤D中的有效金属体的形成方式优选两种,可先在外延层上形成间隔的掩膜体,然后在掩膜体之间的生长间隙上形成有效金属体;或者可以先在外延层上形成金属层,再利用掩膜体将金属层切割成有效金属体;这两种方法都能快速有效地使LED外延芯片分割,且每个LED外延层设有效金属体,有效金属体的形成成本低,工艺简单。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例1或2经步骤A、B、C后得到的结构剖视图;
图2a、3a是本发明实施例1经步骤D后得到结构剖视图;
图2b、2c、3b是本发明实施例2经步骤D后的结构剖视图;
图4是实施例1或2经步骤E后得到的结构剖视图;
图5是实施例1或2经步骤F后得到的结构剖视图;
图6是实施例1或2经步骤G后得到的结构剖视图;
图7是实施例1或2经步骤H后得到的结构剖视图;
图8是实施例1或2另添加功能层后得到结构剖视图;
图9是是实施例1或2经步骤I后得到的结构剖视图;
上述各附图中:1.基底1;2.牺牲层2;3.外延层3;3a.外延芯片3a;4.掩膜体4;4a.掩膜体;5.有效金属体5;5a.金属层;6.刻蚀间隙;7.支持层7;8.金属电极;9.功能层。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
一种薄膜LED外延芯片的制造方法,包括:
A.如图1所示,提供一个基底1,该基底1表面具有良好的平整度。
B.在基底1上形成牺牲层2,该牺牲层2的材料可以是砷化铝,也可以是磷化物,如,磷化镓铟(InGaP)、磷化镓铝(AlGaP)、AlGaInP等,该牺牲层2最终在剥离外延层3时会被特定的牺牲层剥离液刻蚀,使外延层3与基底1剥离;
C.在牺牲层2上形成外延层3,该外延层3又称器件层;
D.在外延层3上形成若干个有效金属体5,各有效金属体5之间存在刻蚀间隙6,该刻蚀间隙6优选为50-400微米。该实施例中,如图2a、3a所示,步骤D中有效金属体5的形成方法包括:D1.在外延层3上选择性覆盖若干个掩膜体4,各掩膜体4之间设有生长间隙;该掩膜体4一般优选为光刻胶,首先在外延 层3上铺光刻薄膜后,利用光照冲洗,形成分离的光刻胶体;该光刻胶体即作为模板;
D2.在外延层3和掩膜体4上形成若干个金属体,该金属体包括处于各生长间隙内的有效金属体5、处于掩膜体上的无效金属体;该步骤中,由于是在外延层3和掩膜体4上整体形成金属体,那么就会有形成于生长间隙内需要保留的有效金属体5,以及处于光刻胶体上需要去除的无效金属体;有效金属体5可作为LED外延芯片3a的P-金属电极;此时可以发现,各有效金属体5之间存在光刻胶体;然后在经过D3移出掩膜体4(即光刻胶体)和处于掩膜体4表面的无效金属体,这样使各有效金属体5之间露出刻蚀间隙6;其中,该所述步骤D中有效金属体5的平面形状为圆形或多边形,如四边形、六边形、八边形等,有效金属体5面积为0.5-400平方毫米,有效金属体5厚度为2-15微米。该有效金属体5的形成方式可以根据其厚度进行优选,例如,所述有效金属体5厚度为2-7微米时,所述步骤D2金属体的形成方式为:用物理气象沉积的方法沉淀而成。若此金属体厚度仍然不能满足使用要求,例如需要有效金属体5厚度为8-15微米时,所述步骤D2金属体的形成方式则采用物理气象沉积的方法和无极电镀工艺结合的方法形成,首先利用物理气象沉积方法沉淀一定厚度的有效金属体5后,再利用无极电镀工艺增厚有效金属体5。该处的有效金属体5一般选用具有很好反光性能的金属和其他金属的结合,如,Ag和Ni,Cu等。
步骤E.如图4所示,以各有效金属体5作为掩膜,纵向刻蚀处于刻蚀间隙6中的外延层3直至露出牺牲层2,外延层3被刻蚀成多个外延芯片3a;刻蚀外延层3的刻蚀液可以是非选择性蚀刻加上选择性蚀刻的结合;外延层3被刻蚀成多个外延芯片3a后,由于牺牲层2依然存在,那么外延层3依然被基底1支撑;
步骤F.如图5所示,在各有效金属体5表面上形成带有若干通孔的支持层7,该支持层7中的通孔的形状可以是多种多样,例如矩形孔或者十字形孔(附图中并未示出),该通孔的主要目的是便于牺牲层剥离液透过支持层7,从刻蚀间 隙6进入与牺牲层2接触;优选的,在通孔为矩形孔,孔的尺寸宽度50-300微米,长度2-20毫米。而该支持层7是具有一定硬度的材料,其作用是作为剥离下来的所有外延芯片3a载体和支撑,使所有外延芯片3a都保持在相对平坦的同一平面,便于后序工艺的进行。那么该支持层7可为PET、PEI、PE、PP,PVDF、PPS中的一种或多层复合,其厚度为20-1000微米。而该支持层7的形成方式为先利用胶粘材料涂至支持层7表面,然后将支持层7粘附于有效金属体5的表面上。胶粘材料可以是PSA,EVA,Polyepoxide聚环氧树脂等,其厚度在10-70微米之间。他们可以是压力型的,高温型的和紫外光敏感型的。
步骤G.如图6所示,刻蚀牺牲层2以剥离基底1,使外延层3的另一个面裸露,支持层7支撑各外延芯片3a;此时,由于刻蚀间隙6和支持层7的通孔的存在,那么牺牲层剥离液会最大程度与牺牲层2接触,取代了目前常规的由牺牲层2外周边向内部缓慢刻蚀的方法,极大的提高的剥离的效率,减少了剥离过程中外延芯片3a产生的缺陷。该剥离过程的温度控制在30-75℃,剥离时间一般为2-60分钟。
步骤H.如图7所示,在每个外延芯片3a的另一个面上形成金属电极8;由于该处的金属电极8为N-电极,而该金属电极8作为LED外延芯片3a的正面,为了尽可能的使金属电极8不阻挡外延芯片3a,利用光刻胶加金属剥离工艺或用光刻加无极电镀的方法,最终在外延芯片3a的另一个面上形成电极金属线,该电极金属线即作为N-电极,线宽10-100微米,而为了使每个外延芯片3a的各部分的导通电流均匀,确保发光质量,电极金属线在每个外延芯片3a表面的布置应当尽可能的均匀。例如,可以为由一个圆和八条夹角为45°的半径构成的图案。
如图8所示,在步骤I之前,可以加另一步骤,为了使LED外延芯片3a的发光角度更大,也为了保护N-金属电极8不裸露,再在金属电极8的外表面上设置一层功能层9,该功能层9还同时也应该具有一定的惰性,从而保护N-金属电极8。
步骤I.如图9所示,从支持层7上释放外延芯片3a该的释放方式为加热或者紫外光方法释放,分离后的支持层7经过一定的处理后可以再重复使用。
实施例2
该实施例中的制造方法与实施例1中的方法基本相同,其不同点在于有效金属体5的形成方法存在差异。即,本实施例中所述步骤D有效金属体5的形成方法包括:
D11.在外延层3上形成金属层5a,如图2b所示,该金属层5a形成方法可与实施例1中的金属体的形成方法一致,可根据金属层5a的厚度进行方法选择。
D12.如图2C所示,在金属层5a上选择性覆盖若干个掩膜体4a,各掩膜体4a之间存在间隙;该掩膜体4a优选的也为光刻胶体,利用光刻胶技术,使金属层5a上覆盖一层掩膜体4a,该掩膜体4a覆盖的金属层5a部位就不会被刻蚀;
D13.刻蚀金属层5a未覆盖的部位,使金属层5a分割成若干个有效金属体5,此时有效金属体5的形状和掩膜体4a的形状一致,因此需事先对掩膜体4a的形状进行设定,以使有效金属体5的形状符合要求,各有效金属体5之间存在刻蚀间隙6。
D14.移出掩膜体4a;如图3b所示,图3b和图3a的结构相同,即通过该实施例中有效金属体5形成方法可以同样得到实施例1中的有效金属体5。
综上所示,该制造方法利用刻蚀间隙6先分割外延层3,使牺牲层2处在刻蚀间隙6的部位裸露,以便与牺牲层剥离液接触,这样,大大提高了剥离效果,减少了外延芯片3a上的缺陷。
Claims (10)
1.一种薄膜LED外延芯片的制造方法,包括:
A.提供一个基底;
B.在基底上形成牺牲层;
C.在牺牲层上形成外延层;
D.在外延层上形成若干个有效金属体,各有效金属体之间存在刻蚀间隙;
E.以各有效金属体作为掩膜,纵向刻蚀处于刻蚀间隙中的外延层直至露出牺牲层,外延层被刻蚀成多个外延芯片;
F.在各有效金属体表面上形成带有若干通孔的支持层;
G.刻蚀牺牲层以剥离基底,使外延层的另一个面裸露,支持层支撑各外延芯片;
H.在每个外延芯片的另一个面上形成金属电极;
I.从支持层上释放外延芯片。
2.如权利要求1所述的一种薄膜LED外延芯片的制造方法,其特征在于:所述步骤D有效金属体的形成方法包括:
D1.在外延层上选择性覆盖若干个掩膜体,各掩膜体之间设有生长间隙;
D2.在外延层和掩膜体上形成若干个金属体,该金属体包括处于各生长间隙内的有效金属体、处于掩膜体上的无效金属体;
D3.移出掩膜体和无效金属体,使各有效金属体之间存在刻蚀间隙;
3.如权利要求1所述的一种薄膜LED外延芯片的制造方法,其特征在于:所述步骤D有效金属体的形成方法包括:
D11.在外延层上形成金属层;
D12.在金属层上选择性覆盖若干个掩膜体,各掩膜体之间存在间隙;
D13.刻蚀金属层未覆盖的部位,使金属层分割成若干个有效金属体,各有效金属体之间存在刻蚀间隙
D14.移出掩膜体;
4.如权利要求2或3所述的一种薄膜LED外延芯片的制造方法,其特征在于:所述步骤D中有效金属体的平面形状为圆形或多边形,有效金属体面积为0.5-400平方毫米,有效金属体厚度为2-15微米。
5.如权利要求4所述的一种薄膜LED外延芯片的制造方法,其特征在于:所述有效金属体厚度为2-7微米时,所述步骤D2金属体的形成方式或D11中金属层的形成方式为:用物理气象沉积的方法沉淀而成。
6.如权利要求4所述的一种薄膜LED外延芯片的制造方法,其特征在于:所述有效金属体厚度为8-15微米时,所述步骤D2金属体的形成方式或D11中金属层的形成方式为:用物理气象沉积的方法沉淀一定厚度的有效金属体或金属层后,再利用无极电镀工艺增厚有效金属体或金属层。
7.如权利要求2或3所述的一种薄膜LED外延芯片的制造方法,其特征在于:所述刻蚀间隙为50-400微米。
8.如权利要求7所述的一种薄膜LED外延芯片的制造方法,其特征在于:所述支持层为PET、PEI、PE、PP,PVDF、PPS中的一种或多层复合,其厚度为20-1000微米。
9.如权利要求8所述的一种薄膜LED外延芯片的制造方法,其特征在于:所述步骤I中的释放方式为:加热或者紫外光方法释放。
10.如权利要求9所述的一种薄膜LED外延芯片的制造方法,其特征在于:所述步骤F中支持层的形成方式为:胶粘材料预先涂至支持层表面,然后在支持层上加工若干个通孔,最后将通孔粘附于有效金属体的表面上。
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