CN103730480B - 一种高压驱动倒装led薄膜芯片的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法，制造方法是将生长衬底上生长的外延层分成多个芯片，并将每个芯片分成多个独立的子单元，制备子单元的欧姆接触，将子单元依次串联；将芯片转移至高热导性的二次衬底上，去除生长衬底，形成高压驱动倒装LED薄膜芯片。本发明在芯片上制作出多个子单元，在子单元之间通过芯片工艺依次串联，实现芯片高电压下工作，而且本发明可以实现晶圆级的粘合和衬底剥离，方法简单、易操作、更利于提高LED芯片的可靠性和产品的生产良率，降低成本，并且本发明将高压驱动倒装LED芯片的生长衬底去除并对GaN出光面进行粗化，更有利于光的提取。

Description

一种高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法

技术领域

本发明涉及LED技术领域，具体是涉及一种高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法及其结构。

背景技术

作为新型的固态照明光源，LED具有节能、环保、寿命长、体积小等优点，成为研究的热点。随着LED出光效率的提高，LED已经开始取代白炽灯和荧光灯等传统的照明光源，但是由于照明供电电压为220V，而普通的LED照明芯片的工作电压为3-4V，降压损耗较大，因此高压LED应运而生。

最早的高压LED是把很多小功率LED串联在基板上，构成大功率的高压LED单元。现有的高压LED一般是在制备LED器件的过程中，同一衬底上制造出多颗相互隔离的小功率LED，然后通过互联工艺串联起来实现高压工作，这大大减小了LED的面积，但是这也使得散热设计成为一个大的难题。

目前大部分的高压LED都是正装产品，LED的封装过程中，一般是把蓝宝石衬底面直接固定在散热板上，导致散热效果不佳，影响产品性能和寿命。倒装结构是提高散热的重要方法之一。高压LED的倒装产品主要分为两种：一种是通过基板上的电路串联实现的高压驱动倒装结构，一种是在芯片上已经完成子单元串联，再倒装到基板上的结构。

申请号为201210564002.4的中国专利申请，所使用的方法为第一种，在LED芯片的各个子单元上制备p面欧姆接触和n面欧姆接触，再与形成有电路的基板倒装焊，形成倒装器件。在基板上设置电路一方面会导致基板与LED芯片的接触面积减小，影响散热；另一方面由于LED子单元的尺寸较小，所以对基板设置电路需要有很高的要求，产品的良率低。

申请号为201110406583.4的中国专利申请采用第二种方法，在芯片上设置电路连接层将各个LED子单元串联在一起，再倒装到导热基底上，得到高压驱动的倒装LED芯片。但是此LED的出光面为生长衬底，生长衬底的厚度较大，光的提取受到了很大的限制。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种更有利于光提取的高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法及其结构。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法，其特点是包括如下步骤：

a、在一生长衬底的一表面上生长一外延层，该外延层包括依次生长的n型氮化镓、量子阱和p型氮化镓；

b、通过光刻和干法刻蚀去除部分区域的p型氮化镓、量子阱和部分的n型氮化镓，露出n型氮化镓；

c、光刻去除所述露出n型氮化镓的部分区域至生长衬底，形成沟槽，通过沟槽将外延层分成多个芯片结构，同时将每个芯片结构分成多个独立的子单元；

d、在各个子单元的p型氮化镓的表面分别制备一层p面欧姆接触层，该p面欧姆接触层也是反射镜层；

e、在各p面欧姆接触层的表面分别制备一层能够将p面欧姆接触层包覆在其内部的金属阻挡层；

f、在各金属阻挡层的表面及步骤c中形成的沟槽内制备一层相互连贯的绝缘层，并在沟槽内填充绝缘材料，并通过光刻去除部分区域的绝缘材料和绝缘层；

g、在去除了绝缘材料和绝缘层的区域生长一层导电材料，该导电材料和n型氮化镓能够形成欧姆接触，并通过光刻工艺实现相邻子单元的n型氮化镓和p型氮化镓之间的导电连接，形成电路连接层；

h、在电路连接层和绝缘层的表面上生长另一层绝缘材料层覆盖整个表面；

i、在绝缘材料层上生长一层金属材料层，将二次衬底粘合到金属材料层上；

j、去除生长衬底，粗化n型氮化镓；

k、制备p焊盘和n焊盘；

l、将芯片结构分割开来，完成高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造。

其中，上述步骤f中绝缘层为氮化硅绝缘层，填充的绝缘材料为氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或氮化铝或涂布玻璃或聚酰亚胺。

上述步骤h中绝缘材料层为氧化硅层或氮化硅层或氮氧化硅层或氮化铝层，优选热导性好的氮化硅层或氮氧化硅层或氮化铝层。

上述步骤i中的粘合方法为键合或电镀或导电胶粘合。

上述步骤i中二次衬底采用热导性好的硅或铜或碳化硅或陶瓷制成。

上述步骤j中去除生长衬底的方法为激光剥离法或湿法腐蚀法或研磨法或抛光法或ICP/RIE干法刻蚀法的任一种方法或几种方法的组合。

上述步骤j中粗化n型氮化镓的方法为光辅助电化学腐蚀法或湿法腐蚀法或ICP/RIE干法粗化法的任一种方法或几种方法的组合。

上述步骤k中制备p焊盘和n焊盘的步骤包括光刻制备p、n焊盘区域、腐蚀绝缘层和生长焊盘金属。

上述步骤l中分割芯片结构的方法为激光划片裂片法或锯片法。

本发明所述的高压驱动倒装LED薄膜芯片的结构，其特点是包括二次衬底及倒装在二次衬底上的LED芯片，所述的LED芯片包括多个分立的LED子单元，所述各LED子单元通过电路连接层依次串联，且所述的倒装在二次衬底上的LED芯片为去除了生长衬底的LED结构，其厚度为2～10μm，LED子单元的个数为2～70个。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明提出的一种高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法，制造的高压LED芯片，是在外延片上分隔出多个芯片，再在每个芯片上分出多个子单元，通过芯片工艺在子单元之间依次串联，实现芯片工作电压的提高，使其在高压下工作。而且，本发明采用晶圆级的粘合和衬底剥离，方法简单、易操作、更利于提高LED的可靠性和产品的生产良率，降低成本。并且，本发明将倒装结构高压LED芯片的生长衬底去除，可以对GaN出光面进行粗化，更有利于光的提取。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明实施例一制备倒装LED薄膜芯片的工艺流程图。

图2为本发明实施例一制备的倒装LED薄膜芯片的俯视图。

图3为本发明实施例一制备的倒装LED薄膜芯片的剖视图。

具体实施方式

实施例一：

如图1-图3所示，本发明实施例提供了一种高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法和通过这种方法制备的芯片的结构，制备方法包括：

步骤1）在蓝宝石生长衬底1上生长一外延层，该外延层包括依次生长的n型氮化镓（n-GaN）2、量子阱3和p型氮化镓4；

步骤2）光刻胶作为掩膜，ICP干法刻蚀去除部分区域的p型氮化镓、量子阱以及部分的n型氮化镓，露出n型氮化镓面5，具体地，ICP刻蚀的深度为0.5-2μm；

步骤3）光刻胶作为掩膜，ICP干法刻蚀露出的n型氮化镓的部分区域至生长衬底，形成沟槽6，形成的沟槽6将外延层分成多个芯片结构，同时将每个芯片结构分成多个独立的子单元，具体地，ICP的刻蚀深度为0.5-9.5μm；

步骤4）在各个子单元的p型氮化镓4的表面制备p面欧姆接触层7，此p面欧姆接触层也是反射镜层，具体地，P面欧姆接触层7的材料采用ITO、ZnO、镍、银、铝、金、铂、钯、镁、钨等金属中的一种、几种组合或者是它们的合金；

步骤5）在p面欧姆接触层7的表面制备一层金属阻挡层8，用于保护p面欧姆接触层7在后续的工艺中不被破坏，具体地，所述的金属阻挡层8采用镍、金、钛、铂、钯、钨等金属中的一种或几种或它们的合金制成；

步骤6）在金属阻挡层8的表面及沟槽6内制备一层相互连贯的绝缘层9，绝缘层9用于保护子单元的侧壁和表面，并用绝缘材料10填充沟槽6，通过光刻去除n面欧姆接触层和p面欧姆接触点的绝缘层9，具体地，绝缘层9为氮化硅绝缘层，填充沟槽6用的绝缘材料10为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、涂布玻璃、聚酰亚胺中的一种或几种；

步骤7）在去除了绝缘材料10和绝缘层9的区域生长一层导电材料，这层导电材料和n型氮化镓能够形成欧姆接触，并通过光刻工艺实现相邻子单元的n型氮化镓和p型氮化镓之间的导电连接，形成电路连接层11，具体地，电路连接层11采用铬、铝、镍、金、铂、钛、铟、钒、钯、钽、钕、铪、钪、钨等金属中的一种或几种或它们的合金制成；

步骤8）在电路连接层11和绝缘层9的表面上生长另一层绝缘材料层12平坦地覆盖整个表面，具体地，绝缘材料层12采用氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化铝中的任一种制成，优选的绝缘材料层12采用氮化硅、氮氧化硅、氮化铝等热导性好的材料制成；

步骤9）在绝缘材料层12上再生长一层金属材料13，将二次衬底14键合到金属材料层13上。具体地，金属材料层13采用金、锡、铟、钛、铅、镍、铂、钛等金属中的一种或几种或它们的合金制成，优选地，金属材料层13采用金锡合金或金铟合金制成。具体地，键合工艺采用温度为200-350℃，键合的压力为0-5000Kg。具体地，二次衬底14的材料采用硅、铜、碳化硅或陶瓷等热导性好的材料；

步骤10）采用激光剥离的方法去除蓝宝石生长衬底1，采用光辅助电化学腐蚀的方法粗化n-GaN，粗化的n-GaN15如图1所示；

步骤11）采用光刻制备p、n焊盘区域、腐蚀绝缘层的步骤来制备p焊盘16和n焊盘17；

步骤12）通过划片裂片的方法将芯片结构分割开来，完成高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造。

通过上述步骤制备的高压驱动倒装LED薄膜芯片的侧面结构如图3所示，包括二次衬底14、以及倒装在所述二次衬底14上的LED芯片18，其中LED芯片18包括多个分立的LED子单元19，具体地，LED子单元19通过电路连接层11依次串联，如图2所示，其中LED子单元的个数可以为2～70个。

实施例二：

与实施例一所不同的在于：

步骤1）在SiC衬底上依次生长n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓；

步骤3）在露出的n型氮化镓的的部分区域通过激光划片的方法划外延层至生长衬底，用湿法腐蚀去除烧蚀产物，形成沟槽6，形成的沟槽6将外延层分成多个芯片结构，并且将每个芯片结构分成多个独立的子单元，具体地湿法腐蚀的溶液为磷酸和硫酸的混合溶液，腐蚀的温度为140-260℃；

步骤9）在绝缘材料层12上再生长一层金属材料层13，将二次衬底14采用电镀的方法粘合到金属材料层13上。

步骤10）中采用研磨结合ICP刻蚀的方法去除SiC衬底；

步骤12）中采用锯片的方法将芯片结构分割开来。

实施例三：

与实施例一所不同的在于：

步骤1）在Si衬底上依次生长n型氮化镓、量子阱、p型氮化镓；

步骤9）在绝缘材料层12上再生长一层金属材料层13，将二次衬底14采用导电胶粘合的方法粘合到金属材料层13上；

步骤10）中采用湿法腐蚀方法去除Si衬底。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

a、在一生长衬底的一表面上生长一外延层，该外延层包括依次生长的n型氮化镓、量子阱和p型氮化镓；

b、通过光刻和干法刻蚀去除部分区域的p型氮化镓、量子阱和部分的n型氮化镓，露出n型氮化镓；

c、光刻去除所述露出n型氮化镓的部分区域至生长衬底，形成沟槽，通过沟槽将外延层分成多个芯片结构，同时将每个芯片结构分成多个独立的子单元；

d、在各个子单元的p型氮化镓的表面分别制备一层p面欧姆接触层，该p面欧姆接触层也是反射镜层；

e、在各p面欧姆接触层的表面分别制备一层能够将p面欧姆接触层包覆在其内部的金属阻挡层；

f、在各金属阻挡层的表面及步骤c中形成的沟槽内制备一层相互连贯的绝缘层，并在沟槽内填充绝缘材料，并通过光刻去除部分区域的绝缘材料和绝缘层；

g、在去除了绝缘材料和绝缘层的区域生长一层导电材料，该导电材料和n型氮化镓能够形成欧姆接触，并通过光刻工艺实现相邻子单元的n型氮化镓和p型氮化镓之间的导电连接，形成电路连接层；

h、在电路连接层和绝缘层的表面上生长另一层绝缘材料层覆盖整个表面；

i、在绝缘材料层上生长一层金属材料层，将二次衬底粘合到金属材料层上；

j、去除生长衬底，粗化n型氮化镓；

k、制备p焊盘和n焊盘；

l、将芯片结构分割开来，完成高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造。

2.根据权利要求1所述高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法，其特征在于上述步骤f中绝缘层为氮化硅绝缘层，填充的绝缘材料为氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或氮化铝或涂布玻璃或聚酰亚胺。

3.根据权利要求1所述高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法，其特征在于上述步骤h中绝缘材料层为氧化硅层或氮化硅层或氮氧化硅层或氮化铝层。

4.根据权利要求1所述高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法，其特征在于上述步骤i中的粘合方法为键合或电镀或导电胶粘合。

5.根据权利要求1所述高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法，其特征在于上述步骤i中二次衬底采用热导性好的硅或铜或碳化硅或陶瓷制成。

6.根据权利要求1所述高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法，其特征在于上述步骤j中去除生长衬底的方法为激光剥离法或湿法腐蚀法或研磨法或抛光法或ICP/RIE干法刻蚀法的任一种方法或几种方法的组合。

7.根据权利要求1所述高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法，其特征在于上述步骤j中粗化n型氮化镓的方法为光辅助电化学腐蚀法或湿法腐蚀法或ICP/RIE干法粗化法的任一种方法或几种方法的组合。

8.根据权利要求1所述高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法，其特征在于上述步骤k中制备p焊盘和n焊盘的步骤包括光刻制备p、n焊盘区域、腐蚀绝缘层和生长焊盘金属。

9.根据权利要求1所述高压驱动倒装LED薄膜芯片的制造方法，其特征在于上述步骤l中分割芯片结构的方法为激光划片裂片法或锯片法。