CN104518056B - 一种反极性AlGaInP红光LED芯片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种反极性AlGaInP红光LED芯片的制备方法，包括如下步骤：（1）将GaAs衬底发光二极管的晶片与硅片键合在一起；（2）腐蚀GaAs衬底，将晶片沿垂直方向转动180度，继续腐蚀；（3）待GaAs衬底腐蚀完成后，刮除晶片边缘残留的金属膜层；（4）冲洗干净晶片表面；使用硫酸溶液对晶片表面的阻挡层进行腐蚀；（5）在晶片的对版标记处贴上面积比套刻对版标记大的耐高温胶带条；（6）然后进行N型金属电极的蒸镀，使用窗口腐蚀液腐蚀窗口；腐蚀完成后得到清晰的套刻对版标记图形。本发明通过在剥离GaAs衬底和腐蚀阻挡层两个工步之间插入去除晶片边缘残余金属膜层工步，避免了晶片在蒸镀N型电极之前受到污染，保证芯片表面干净，避免了后续工艺中出现电极缺失、导致降档及降低良率的问题。

Description

一种反极性AlGaInP红光LED芯片的制备方法
技术领域
本发明涉及一种反极性AlGaInP红光LED芯片的制备方法，属于半导体器件制备技术领域。
背景技术
半导体光电子学已经成为半导体科学领域中的一个十分活跃的分支。目前半导体光电子器件已经渗入许多重要的应用领域，成为绝大多数光电子系统不可缺少的部分。半导体器件具有体积小，重量轻，功耗低，寿命长，响应速度快，安全性好等优点。在半导发光器件这一高技术领域，近年来世界上先进的国家发展很快。新器件研制成功后迅速商品化，并很快形成产业，特别是己经广泛应用的发光二级管。超高亮度LED覆盖整个可见光谱范围，AlGaInP发光二极管在黄绿，橙色，橙红色，红色波段性能优越，在RGB白色光源，全色显示，交通信号灯等领域有着广泛的应用。传统发光二极管由于亮度较低，一般只能作为设备的指示灯或在室内显示使用。而对室外的大屏幕显示，广告牌，交通指示灯等则难以发挥作用。为了解决这样的问题，人们开始着手从事高发光效率，高亮度发光二极管的研究。
提高二极管的发光效率一直是技术追求的目标，提高优品率及良率，降低生产成本也是企业追求的目标。通过布拉格反射体，减少GaAs衬底对光的吸收，表面粗化，厚的电流扩展层，以及在电极下方设置CBL层等，这些对提高发光二极管的发光效率都有很好的作用。
但是对于提高产品的良率及优品率，节约生产成本的方法却鲜有研究。影响制备反极性AlGaInP红光LED芯片良率的问题其中一个主要原因表现为，在使用硅片置换GaAs衬底工艺过程中，GaAs衬底剥离后要进行一系列其它工艺作业，作业过程中会使晶片边缘残余金属碎化成金属粉末粘附在晶片表面，造成晶片表面受到污染，蒸镀完金属膜，光刻做上图形后表现为电极黏附不牢，图形缺失的现象，最终将导致产品的良率下降。影响生产成本的一个方面原因为工艺路线繁琐复杂，造成原材料用量较多。
鉴于此，有必要提供一种方法能够有效地解决电极缺失的问题，进而提高产品良率，提高芯片的发光效率，而且节约生产成本。
发明内容
针对现有反极性AlGaInP红光LED芯片的制备方法存在的不足，本发明提出一种能够避免污染晶片，减少电极缺失，提高生产效率，降低生产成本的芯片的制备方法。
本发明反极性AlGaInP红光LED芯片的制备方法，包括如下步骤：
（1）将GaAs衬底发光二极管的晶片与硅片键合在一起，此时的GaAs衬底发光二极管的晶片已经蒸镀好P型金属电极，硅片的抛光面蒸镀有TiAu或PtAu膜，TiAu或PtAu膜上蒸镀有Sn膜；
（2）将键合后的晶片放入衬底腐蚀液中，腐蚀GaAs衬底5-10分钟，有大量气泡产生时，取出放入去离子水中，将晶片沿垂直方向转动180度，然后重新放入衬底腐蚀液继续腐蚀20-50分钟；
（3）待GaAs衬底腐蚀完成后（将GaAs衬底完全腐蚀掉），放入去离子水中，刮除晶片边缘残留的金属膜层；GaAs衬底腐蚀完成后，表面会留下一层阻挡层；
（4）冲洗干净晶片表面的药品及附着在上面的金属粉末；然后使用硫酸溶液对晶片表面的阻挡层进行腐蚀，1-3分钟后取出；
（5）阻挡层腐蚀完成后，在晶片的对版标记处贴上面积比套刻对版标记大的耐高温胶带条；
（6）然后进行N型金属电极的蒸镀，蒸镀完成后，用镊子将耐高温胶带条撕去，此时的N型金属电极的金属膜相当于掩蔽膜的作用，保护窗口区域以外不被腐蚀，露出待腐蚀的窗口区域，使用窗口腐蚀液腐蚀窗口；腐蚀完成后得到清晰的套刻对版标记图形。使得下一步套刻工步能顺利快速进行。
所述衬底腐蚀液为氨水与水体积比为1:5的混合液。
所述硫酸溶液为体积比为1:10的硫酸水溶液。
所述窗口腐蚀液为柠檬酸与水体积比为1:3的混合液。
本发明通过在剥离GaAs衬底和腐蚀阻挡层两个工步之间插入去除晶片边缘残余金属膜层工步，避免了晶片在蒸镀N型电极之前受到污染，保证芯片表面干净，避免了后续工艺中出现电极缺失、导致降档及降低良率的问题。制作对版标记窗口时巧妙采用在窗口区域处粘贴耐高温胶带的方式，将制作套刻对版标记窗口与蒸镀N型电极同步进行，简化了芯片生产工艺。
附图说明
图1是步骤（1）所制得的晶片表面的示意图。
图2是步骤（3）所制得的晶片侧面的示意图。
图3是步骤（5）所制得的晶片表面的示意图。
图4是步骤（7）所制得的晶片表面的示意图。
其中：1、圆形电极，2、晶片边缘残余金属，3、对版标记窗口处的耐高温胶带条。
具体实施方式
本发明的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，是在现有的衬底剥离工艺中GaAs衬底剥离后增加一步去除晶片边缘残余金属膜层的步骤，通过使用镊子调整晶片的位置，用单刃刀片配合，使残留在晶片边缘的金属膜层全部被清除。保证了第一次蒸镀N型电极时晶片不被金属粉末污染，而导致电极缺失。在制作对版标记窗口时，巧妙采用在窗口区域处粘贴耐高温胶带的方法，将制作套刻对版标记窗口与蒸镀N型电极同步进行，简化了芯片生产工艺。具体过程如下所述：
（1）在GaAs基发光二极管晶片的P型材料表面使用电子束机台蒸镀上一层TiAu膜，经光刻工艺在P型材料表面做出圆形电极图形，然后使用PECVD（等离子体增强化学气相沉积）机台在晶片上蒸镀一层Si3N4或SiO2，经过光刻工艺将圆形电极上面的Si3N4或SiO2挖掉，露出TiAu材料的圆形电极001，如图1所示。在此基础上再次在圆形电极001上蒸上PtAu层金属薄膜，形成P型金属电极。
（2）在硅片的抛光面蒸镀上一层TiAu或PtAu膜，然后在TiAu或PtAu膜上蒸一层1-1.5μm厚的金属Sn。
（3）将步骤（1）蒸镀好P型金属电极的GaAs衬底发光二极管的晶片与步骤（2）制备的硅片使用压片机键合，在150℃条件下高温烘烤，使两者键合在一起。
（4）使用刀片刮除晶片边缘侧面因键合产生的铟球，然后将晶片按序号顺序装进花篮后放入已经配制好的氨水与水的体积比为1:5的衬底腐蚀液中，盛放腐蚀液的容器放入低温水浴，以有助于腐蚀过程中散热。经过5-10分钟有大量气泡产生时，把花篮提出腐蚀液，放入去离子水中，使用镊子将晶片沿垂直方向转动180度角，然后将花篮重新放入腐蚀液继续腐蚀20-50分钟，将GaAs衬底完全腐蚀掉。
（5）待GaAs衬底腐蚀完成后，此时晶片边缘出现如图2所示的残余金属膜层，将花篮取出放入去离子水中，检查晶片表面是否有残余颗粒未腐蚀干净，腐蚀干净后（将GaAs衬底完全腐蚀掉），使用镊子和刀片配合刮除晶片边缘残留的金属膜层。GaAs衬底腐蚀完成后，表面会留下一层阻挡层。
（6）全部刮除干净后，将花篮放入清洗台水槽中，将晶片表面的药品及附着的上面的金属粉末冲洗干净，晶片表面光亮呈暗棕色。然后使用体积比为1:10的硫酸水溶液对晶片暗棕色表面的阻挡层，进行腐蚀，1-3分钟后取出。阻挡层腐蚀完成后，卤素灯照射下，在暗棕色表面对版标记处贴上比套刻对版标记面积略大的矩形耐高温胶带条。如图3所示。然后进行N型金属电极的蒸镀。
（7）电极蒸镀完成后，用镊子将耐高温胶带条撕去，此时的N型电极金属膜相当于掩蔽膜的作用，保护窗口区域以外不被腐蚀，露出待腐蚀的窗口区域，将晶片放入柠檬酸与水的体积比为1:3的窗口腐蚀液开始腐蚀窗口。腐蚀完成后得到清晰的套刻对版标记图形，使得下一步套刻工步能顺利快速进行，并且简化了生产工艺，缩短了产品的在线周期。
经过步骤以上各个步骤后，在经过后面的一系列芯片制备工艺后，得到的芯片在显微镜下观察无缺失的电极图形，如图4所示，经后续常规工艺，完成芯片的制作。
本发明采用湿法腐蚀方式剥离衬底，剥离后使用镊子与刀片配合将晶片边缘残余金属膜层清除干净后再进行其它工艺的作业，这样免了污染晶片，减少电极缺失；在进行套刻工艺中采用粘贴耐高温胶带的方法制作对版标记窗口，简化了原有工艺的甩胶，曝光，显影，腐蚀的作业方式，提高了工作效率，降低了生产成本。

Claims (2)

1.一种反极性AlGaInP红光LED芯片的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
(1)将GaAs衬底发光二极管的晶片与硅片键合在一起，此时的GaAs衬底发光二极管的晶片已经蒸镀好P型金属电极，硅片的抛光面蒸镀有TiAu或PtAu膜，TiAu或PtAu膜上蒸镀有Sn膜；
(2)将键合后的晶片放入衬底腐蚀液中，腐蚀GaAs衬底5-10分钟，有大量气泡产生时，取出放入去离子水中，将晶片沿垂直方向转动180度，然后重新放入衬底腐蚀液继续腐蚀20-50分钟，将GaAs衬底完全腐蚀掉；
(3)待GaAs衬底腐蚀完成后，放入去离子水中，刮除晶片边缘残留的金属膜层；GaAs衬底腐蚀完成后，表面会留下一层阻挡层；
(4)冲洗干净晶片表面的药品及附着在上面的金属粉末；然后使用硫酸溶液对晶片表面的阻挡层进行腐蚀，1-3分钟后取出；
(5)阻挡层腐蚀完成后，在晶片的对版标记处贴上面积比套刻对版标记大的耐高温胶带条；
(6)然后进行N型金属电极的蒸镀，蒸镀完成后，用镊子将耐高温胶带条撕去，此时的N型金属电极的金属膜相当于掩蔽膜的作用，保护窗口区域以外不被腐蚀，露出待腐蚀的窗口区域，使用窗口腐蚀液腐蚀窗口，腐蚀完成后得到清晰的套刻对版标记图形；
所述衬底腐蚀液为氨水与水体积比为1:5的混合液；
所述窗口腐蚀液为柠檬酸与水体积比为1:3的混合液。
2.根据权利要求1所述的反极性AlGaInP红光LED芯片的制备方法，其特征是，所述硫酸溶液为体积比为1:10的硫酸水溶液。
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