CN104269480A - 一种led倒装芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种LED倒装芯片，自下而上依次包括：蓝宝石衬底、外延层、导电反射层、金属保护层、Vias、SiO2绝缘层和金属电极，其中，所述蓝宝石衬底为感应耦合等离子刻蚀后得到的背面图形化的蓝宝石衬底；所述蓝宝石衬底背面还设有增透膜，该增透膜为通过蒸镀方法制作的二氧化硅层和二氧化钛层交替排列的增透膜，该增透膜中二氧化硅层和二氧化钛层的层数共计为6层至15层的数量之间的层数，所述增透膜中二氧化硅层和二氧化钛层的厚度为20至300nm之间的数值。本发明还提供一种LED倒装芯片制作方法。本发明提供的LED倒装芯片，利用图形化蓝宝石衬底技术提高了LED倒装芯片底部的光的发射角度，增加了光的出射几率，提高了亮度，白光亮度提升1％-7％。
Description
技术领域
本申请涉及芯片制造技术领域，更具体地，涉及一种LED倒装芯片及其制作方法。
背景技术
目前LED产业正朝高亮度、高光效方向发展。早期的正装芯片由于P电极和由Ni/Au组成的电流扩散层会吸收一部分光，所以降低了芯片的出光效率。目前的正装芯片虽然导入了反射电极和ITO透明导电层，但由金属组成的反射电极并不能将光完全反射，还是有一部分光会被吸收，ITO透明导电层也不是完全透明的，也会将一些光吸收掉。所以目前的正装芯片被反射电极和ITO吸收掉的光约有25％左右。另外，正装芯片所用基板一般是蓝宝石，而蓝宝石的导热系数为22W/m·K，远比金属低，造成了正装芯片散热较难的问题，影响了器件的性能和可靠性。比如芯片封装成灯珠后由热量造成的环氧树脂变黄变污导致透光性能下降等问题。为提高芯片的出光效率和散热性能，目前大家已越来越趋向于研发和制作倒装芯片。倒装芯片发出的光经过银反射层反射后经蓝宝石衬底出光，该出光路径比正装芯片对光的吸收要小，特别地，由于倒装芯片的热量是通过金属、锡膏和支架传出，散热比正装芯片要好。所以相同尺寸的芯片在相同电流密度下倒装芯片的亮度更高，而且因为倒装芯片散热效果比正装要好，所以可以加大电流使用，实际上相当于降低了成本。但目前的倒装芯片光从蓝宝石衬底引出时的出光效率仍有提高的空间。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种LED倒装芯片及其制作方法以解决上述问题。
本申请公开了一种LED倒装芯片，自下而上依次包括：蓝宝石衬底、外延层、导电反射层、金属保护层、Vias、SiO2绝缘层和金属电极，其中，
所述蓝宝石衬底为感应耦合等离子刻蚀后得到的背面图形化的蓝宝石衬底；
所述蓝宝石衬底背面还设有增透膜，该增透膜为通过蒸镀方法制作的二氧化硅层和二氧化钛层交替排列的增透膜，该增透膜中二氧化硅层和二氧化钛层的层数共计为6层至15层的数量之间的层数，所述增透膜中二氧化硅层和二氧化钛层的厚度为20至300nm之间的数值。
优选地，所述导电反射层，进一步为金属银或金属铝的导电反射层。
优选地，所述金属保护层，进一步为Ti/W或W/Pt的金属保护层。
本发明还提供一种LED倒装芯片制作方法，包括：
在蓝宝石衬底上通过MOCVD生长外延层；
在外延层上制作导电反射层；
在导电反射层上面制作金属保护层；
制作直通到N型GaN的Vias；
在金属保护层表面制作SiO2绝缘层；
SiO2绝缘层开孔，露出N型GaN和P型GaN；
通过真空镀膜方法蒸镀金属，制作N电极和P电极；
将蓝宝石研磨减薄；
切割裂片成独立的芯粒；
将芯粒焊接在支架上，
其特征在于，在所述将蓝宝石研磨减薄与切割裂片成独立的芯粒之间还包括以下步骤：
用感应耦合等离子刻蚀方法对蓝宝石进行干法刻蚀，使得蓝宝石背面图形化；
将芯片正面用正性光刻胶进行保护，将蓝宝石背面图形化后残留的杂质清洗干净；
用去胶液将正性光刻胶去除；
在图形化的蓝宝石背面用蒸镀的方法制作二氧化硅层和二氧化钛层交替排列的增透膜，该增透膜中二氧化硅层和二氧化钛层的层数共计为6层至15层的数量之间的层数，该增透膜中二氧化硅层和二氧化钛层的厚度为20至300nm之间的数值。
优选地，所述将芯片正面用正性光刻胶进行保护，将蓝宝石背面图形化后残留的杂质清洗干净，进一步为将芯片正面用正性光刻胶进行保护，将蓝宝石背面图形化后残留的杂质用硫酸双氧水清洗干净。
优选地，所述导电反射层，进一步为金属银或金属铝的导电反射层。
优选地，所述金属保护层，进一步为Ti/W或W/Pt的金属保护层。
本申请制作的LED倒装芯片，相比现有技术相比，达到如下效果：
1)本发明利用图形化蓝宝石衬底技术提高了LED倒装芯片底部的光的发射角度，增加了光的出射几率；
2)本发明提供的LED倒装芯片提高了亮度，白光亮度提升1％-7％。
当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明提供的LED倒装芯片的结构示意图；
图2是本发明提供的LED芯片制作方法的流程示意图。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，简称PSS)是近年发展的一种LED芯片制作技术，是以蚀刻(干式蚀刻或湿式蚀刻)的方式在蓝宝石衬底上设计制作出微米级或纳米级的具有微结构特定规则的图案，藉以控制LED之输出光形式(蓝宝石基板上的凹凸图案会产生光散射或折射的效果增加光的取出率)，同时GaN薄膜成长于图案化蓝宝石基板上会产生横向磊晶的效果，减少生长在蓝宝石基板上GaN之间的差排缺陷，改善磊晶质量，并提升LED内部量子效率、增加光萃取效率。
为了得到高的出光效率率并减少光的全反射，本发明提供一种LED倒装芯片，结构图如图1所示，自下而上依次包括：蓝宝石衬底101、外延层102、导电反射层103、金属保护层104、Vias105、SiO2绝缘层106和金属电极107，其中，
蓝宝石衬底101为感应耦合等离子刻蚀后得到的背面图形化的蓝宝石衬底；
蓝宝石衬底101背面还设有增透膜1011，该增透膜1011是通过蒸镀方法制作的二氧化硅层和二氧化钛层交替排列的增透膜。
所述增透膜101中二氧化硅层和二氧化钛层的层数共计为6层至15层的数量之间的层数。
所述增透膜101各二氧化硅层和二氧化钛层的厚度为20至300nm之间的数值。
所述导电反射层103为金属银或金属铝的导电反射层。
所述金属保护层104为Ti/W或W/Pt的金属保护层。
本发明提供的LED倒装芯片正面用正性光刻胶进行保护。
图2为依据本发明一实施例的LED芯片制作方法的流程示意图。如图2所示，LED倒装芯片制作方法包括如下步骤：
步骤201：在蓝宝石衬底101上通过MOCVD生长外延层102，其中所述蓝宝石衬底101具有正面和背面，本发明提供的一个实施例中蓝宝石衬底为C-Plane蓝宝石基板。但需注意的是，本发明并不限定所提供蓝宝石衬底的类型与参数，例如厚度、直径、晶向、翘曲度等，具体参数依据具体设计要求而定。
在蓝宝石衬底101的正面上通过金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)技术生长外延层102用以制作外延片，例如氮化镓(GaN)基外延片。需注意的是，本发明并不限定所提供外延层的参数，例如波长、电压、外延光致发光值等，具体要求依据具体工艺而定。
步骤202：在外延层102上制作导电反射层103。本发明提供的一个实施例中的导电反射层所使用的金属材料为Ag，当然该导电反射层所使用的金属材料还可以为Al铝等，本发明并不限定所使用的金属材料，具体要求依据具体工艺而定。
步骤203：在导电反射层103上面制作金属保护层104，目的是防止银扩散。本发明提供的一个实施例中金属保护层为Ti/W，当然还可以为W/Pt，这里不做具体限定。
步骤204：制作直通到N型GaN的Vias，这里的Vias是指通孔，是将芯片局部区域的部分外延层用感应耦合等离子方法去除，露出N型GaN。这样蒸镀金属后，通孔里面就填满了金属，这些金属和N型GaN接触形成N电极。
步骤205：在金属保护层104的表面制作SiO2绝缘层106。氧化硅保护层可对芯片作钝化保护。通过PECVD方法沉积SiO2钝化膜，再经过光刻腐蚀等过程，刻蚀掉金属焊盘上的钝化材质，露出焊盘。
步骤206：SiO2绝缘层106开孔，露出N型GaN和P型GaN；
步骤207：用真空镀膜方法沉积金属，制作N电极和P电极；
步骤208：将蓝宝石研磨减薄。在本发明的一实施例中，在对蓝宝石衬底进行刻蚀之前，先对蓝宝石衬底进行研磨减薄并抛光；
步骤209：切割裂片成独立的芯粒；
步骤2014：将芯粒焊接在支架上，
其特征在于，在步骤208与步骤209之间还包括以下步骤：
步骤2010：用感应耦合等离子刻蚀方法对蓝宝石进行干法刻蚀，使得蓝宝石背面图形化；
用感应耦合等离子刻蚀(Inductive Coupled Plasma，简称ICP)技术对蓝宝石衬底的背面进行刻蚀，形成朝正面方向(也就是朝蓝宝石衬底的正面方向)凹陷的图形，以形成图形化蓝宝石衬底。请注意的是，本发明并不限制图形的具体形状、大小、位置等。需注意的是，本发明并不限制减薄抛光后的芯片的厚度。
步骤2011：将芯片正面用正性光刻胶进行保护，将蓝宝石背面图形化后残留的杂质清洗干净；
步骤2012：用去胶液将正性光刻胶去除；
步骤2013：在图形化的蓝宝石背面用蒸镀的方法制作二氧化硅层和二氧化钛层交替排列的增透膜。增透膜中二氧化硅层和二氧化钛层的层数共计为6层至15层的数量之间的层数，各二氧化硅层和二氧化钛层的厚度为20至300nm之间的数值，二氧化硅层的厚度与二氧化钛的厚度可以相等，也可以不相等，这里不做具体限定。
在本发明的一实施例中，在形成图形化蓝宝石衬底之后，用光刻胶(例如正性光刻胶)保护住LED芯片(也就是目前的蓝宝石衬底、外延层、导电反射层、金属保护层、Vias、SiO2绝缘层和金属电极)的正面(即露出图形化蓝宝石衬底的背面)，将图形化蓝宝石衬底的背面用强酸(例如硫酸双氧水)清洗干净，将光刻胶去除(例如用去胶液将正性光刻胶去除)。在完成上述操作之后，在图形化蓝宝石衬底的下表面用真空镀膜技术交替蒸镀不同的氧化物形成增透膜。在本发明的一实施例中，用蒸镀的方法(利用真空镀膜技术)交替蒸镀二氧化硅层和二氧化钛层的层数共计为6层至15层的数量之间的层数，各二氧化硅层和二氧化钛层的厚度为20至300nm之间的数值。
对比试验：
在蓝宝石衬底上通过MOCVD生长外延层，选取相同波长、电压、PeakI值(外延光致发光值)的六片外延片，确保六片外延片在芯片制作前的光电参数一致。分别用以下三种流程制作倒装样品做对比实验，每种流程做两片。
对比试验1：按照以下步骤制作倒装芯片：
(1)在外延层上制作银导电反射层，
(2)在导电反射层上面制作Ti/W金属保护层防止银扩散，
(3)制作直通到N型GaN的Vias，
(4)在金属保护层表面制作SiO2绝缘层，
(5)绝缘层开孔，露出N型GaN和P型GaN，
(6)用真空镀膜方法沉积金属，制作N电极和P电极，
(7)将蓝宝石研磨减薄，切割裂片成独立的芯粒，
(8)将芯粒焊接在支架上。
对比试验2：按照以下步骤制作倒装芯片：
(1)在外延层上制作银导电反射层，
(2)在导电反射层上面制作Ti/W金属保护层防止银扩散，
(3)制作直通到N型GaN的Vias，
(4)在金属保护层表面制作SiO2绝缘层，
(5)绝缘层开孔，露出N型GaN和P型GaN，
(6)用真空镀膜方法沉积金属，制作N电极和P电极，
(7)将蓝宝石研磨减薄，
(8)用ICP(感应耦合等离子刻蚀)对蓝宝石进行干法刻蚀，将蓝宝石背面图形化；
(9)将芯片正面用正性光刻胶进行保护，将蓝宝石背面图形化后残留的杂质用硫酸双氧水清洗干净；
(10)用去胶液将正性光刻胶去除；
(11)将芯片切割裂片成独立的芯粒，
(12)将芯粒焊接在支架上。
试验3，为按照本发明提供的LED倒装芯片制作方法施行以下步骤：
(1)在外延层上制作银导电反射层，
(2)在导电反射层上面制作Ti/W金属保护层防止银扩散，
(3)制作直通到N型GaN的Vias，
(4)在金属保护层表面制作SiO2绝缘层，
(5)绝缘层开孔，露出N型GaN和P型GaN，
(6)用真空镀膜方法沉积金属，制作N电极和P电极，
(7)将蓝宝石研磨减薄，
(8)用ICP(感应耦合等离子刻蚀)对蓝宝石进行干法刻蚀，将蓝宝石背面图形化；
(9)将芯片正面用正性光刻胶进行保护，将蓝宝石背面图形化后残留的杂质用硫酸双氧水清洗干净；
(10)用去胶液将正性光刻胶去除；
(12)在图形化的蓝宝石背面用蒸镀的办法制作SiO2/TiO2交替结构的增透膜，所述增透膜101中二氧化硅层和二氧化钛层的层数共计为10层，二氧化硅层和二氧化钛层各5层，二氧化硅层和二氧化钛层的厚度各为100nm。
(13)将芯片切割裂片成独立的芯粒；
(14)将芯粒焊接在支架上。
用相同的封装方式对上述六个样品进行封装，结果显示方法三比方法二白光亮度提升1％-2％，方法三比方法一亮度提高5％-7％。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者系统中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (7)
1.一种LED倒装芯片，其特征在于，自下而上依次包括：蓝宝石衬底、外延层、导电反射层、金属保护层、Vias、SiO2绝缘层和金属电极，其中，
所述蓝宝石衬底为感应耦合等离子刻蚀后得到的背面图形化的蓝宝石衬底；
所述蓝宝石衬底背面还设有增透膜，该增透膜为通过蒸镀方法制作的二氧化硅层和二氧化钛层交替排列的增透膜，该增透膜中二氧化硅层和二氧化钛层的层数共计为6层至15层的数量之间的层数，所述增透膜中二氧化硅层和二氧化钛层的厚度为20至300nm之间的数值。
2.如权利要求1所述的LED倒装芯片，其特征在于，所述导电反射层，进一步为金属银或金属铝的导电反射层。
3.如权利要求1所述的LED倒装芯片，其特征在于，所述金属保护层，进一步为Ti/W或W/Pt的金属保护层。
4.一种LED倒装芯片制作方法，包括：
在蓝宝石衬底上通过MOCVD生长外延层；
在外延层上制作导电反射层；
在导电反射层上面制作金属保护层；
制作直通到N型GaN的Vias；
在金属保护层表面制作SiO2绝缘层；
SiO2绝缘层开孔，露出N型GaN和P型GaN；
通过真空镀膜方法蒸镀金属，制作N电极和P电极；
将蓝宝石研磨减薄；
切割裂片成独立的芯粒；
将芯粒焊接在支架上，
其特征在于，在所述将蓝宝石研磨减薄与切割裂片成独立的芯粒之间还包括以下步骤：
用感应耦合等离子刻蚀方法对蓝宝石进行干法刻蚀，使得蓝宝石背面图形化；
将芯片正面用正性光刻胶进行保护，将蓝宝石背面图形化后残留的杂质清洗干净；
用去胶液将正性光刻胶去除；
在图形化的蓝宝石背面用蒸镀的方法制作二氧化硅层和二氧化钛层交替排列的增透膜，该增透膜中二氧化硅层和二氧化钛层的层数共计为6层至15层的数量之间的层数，该增透膜中二氧化硅层和二氧化钛层的厚度为20至300nm之间的数值。
5.如权利要求4所述的LED倒装芯片制作方法，其特征在于，所述将芯片正面用正性光刻胶进行保护，将蓝宝石背面图形化后残留的杂质清洗干净，进一步为将芯片正面用正性光刻胶进行保护，将蓝宝石背面图形化后残留的杂质用硫酸双氧水清洗干净。
6.如权利要求4所述的LED倒装芯片制作方法，其特征在于，所述导电反射层，进一步为金属银或金属铝的导电反射层。
7.如权利要求4所述的LED倒装芯片制作方法，其特征在于，所述金属保护层，进一步为Ti/W或W/Pt的金属保护层。
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