CN104617193A - 一种具备全角反射镜的发光二极管芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备全角反射镜的发光二极管芯片的制备方法，属于半导体技术领域。所述制备方法包括：提供一外延片；在外延片的正面形成划片道；在外延片上制备电流阻挡层、电流扩展层和电极，并减薄外延片；在外延片的背面蒸镀ODR；从外延片的正面沿着划片道进行激光划片；对外延片进行裂片加工，得到LED芯片；其中，在外延片的正面形成划片道，包括：在外延片的正面的第一区域覆盖光刻胶；在外延片的正面的第二区域和光刻胶上蒸镀金层；在金层内形成通孔；沿着金层内的通孔形成外延层内的划片道；沿着外延层内的划片道形成PSS层内的划片道；去除金层。本发明解决了LED芯片报废，为制造商带来成本损失的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种具备全角反射镜的发光二极管芯片的制备方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种能发光的半导体电子元件，具有体积小、亮度高、能耗小的特点，被广泛的应用于显示屏，背光源和照明领域。ODR(Omni Directional Reflector，全角反射镜)主要是由金属、以及二氧化硅、氧化钛组成，可以对任何方向入射的光都具有高反射率，通常将ODR蒸镀在LED外延片的蓝宝石衬底上，增加平均反射效率，提高LED芯片的光提取效率。
目前一种具备全角反射镜的发光二极管芯片的制备方法包括：在外延片的正面形成划片道；在外延片的背面蒸镀ODR；从外延片的正面沿着划片道进行激光划片；对外延片进行裂片加工，得到LED芯片。其中，在外延片的正面形成划片道时，使用二氧化硅作掩膜层，采用等离子体对外延片进行刻蚀，形成划片道。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
由于采用等离子体刻蚀外延片时，等离子体同时也会刻蚀二氧化硅且对二氧化硅的刻蚀速度也比较快，若二氧化硅层的厚度较小，则极易伤到外延片，造成LED芯片的电性参数不良，导致LED芯片报废，因此为了保证刻蚀充分，需要一层很厚的二氧化硅(达到10μm)，但是这样一方面会对沉积二氧化硅的设备的产能浪费很大，另一方面，太厚的二氧化硅层应力释放容易使外延片形变，导致外延片破碎，LED芯片报废，为制造商带来成本损失。
发明内容
为了解决现有技术会导致LED芯片报废，为制造商带来成本损失的问题，本发明实施例提供了一种具备全角反射镜的发光二极管芯片的制备方法。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种具备全角反射镜的发光二极管芯片的制备方法，所述方法包括：
提供一外延片，所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次形成在所述蓝宝石衬底上的图形化蓝宝石衬底PSS层、外延层，所述外延层包括依次层叠在所述PSS层上的N型层、有源层和P型层，所述外延层上开设有从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽；
在所述外延片的正面形成划片道，所述外延片的正面为所述外延片的与所述蓝宝石衬底相反的一侧的表面，所述划片道的深度等于所述划片道处的所述外延层的厚度与所述PSS层的厚度之和；
在所述外延片上制备电流阻挡层、电流扩展层和电极，并减薄所述外延片；
在所述外延片的背面蒸镀ODR，所述外延片的背面为所述蓝宝石衬底未生长所述PSS层的表面；
从所述外延片的正面沿着所述划片道进行激光划片；
对所述外延片进行裂片加工，得到LED芯片；
所述在所述外延片的正面形成划片道，包括：
在所述外延片的正面的第一区域覆盖光刻胶，所述第一区域为形成划片道的区域；
采用电子束蒸发，在所述外延片的正面的第二区域和所述光刻胶上蒸镀金层，所述第二区域为所述外延片的正面中除所述第一区域之外的区域；
采用剥离技术，在所述金层内形成通孔；
采用等离子体刻蚀，沿着所述金层内的通孔形成所述外延层内的划片道；
沿着所述外延层内的划片道形成所述PSS层内的划片道；
采用湿法腐蚀，去除所述金层。
在本发明一种可能的实现方式中，所述金层的厚度为200-500nm。
在本发明另一种可能的实现方式中，所述在所述外延片的正面的第一区域覆盖光刻胶，包括：
在所述外延片的正面涂覆光刻胶；
对所述外延片的正面上的光刻胶进行曝光和显影，去除所述第二区域的光刻胶。
可选地，所述光刻胶的厚度为3.0-3.5μm。
在本发明又一种可能的实现方式中，所述采用剥离技术，在所述金层内形成通孔，包括：
采用蓝膜剥离所述光刻胶上的金层；
去除残留的光刻胶，并冲水甩干。
可选地，所述去除残留的光刻胶，包括：
采用有机溶剂去除残留的光刻胶。
优选地，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
在本发明又一种可能的实现方式中，所述湿法腐蚀采用王水与水的混合溶液。
可选地，所述王水与水的混合溶液的体积比为，盐酸：硝酸：水＝3:1:1。
在本发明又一种可能的实现方式中，所述在所述外延片的背面蒸镀ODR，包括：
在所述外延片放入光学蒸镀机之后，抽真空至5.0*E-5Pa；
在所述外延片的背面蒸镀五氧化三钛和二氧化硅交替的膜层，并在五氧化三钛和二氧化硅交替的膜层上蒸镀一层氧化铝层；
在所述氧化铝层上蒸镀金属银的膜层；
在所述金属银的膜层上再蒸镀一层氧化铝层。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过首先在外延片的正面的第一区域覆盖光刻胶，然后采用电子束蒸发，在外延片的正面的第二区域和光刻胶上蒸镀金层，接着采用剥离技术，在金层内形成通孔，采用金层作掩膜，在外延片的正面形成划片道，由于等离子体不与金反应，因此金层可以很薄，不会由于太厚而造成浪费，也不会由于应力释放使外延片形变而导致外延片破碎和LED芯片报废，同时也可以有效保护外延片，避免造成LED芯片的电性参数不良和导致LED芯片报废，大大降低了外延片破裂的风险和由此带来的成本损失，节约了LED芯片的制造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种具备ODR的LED芯片的制备方法的流程图；
图2a-图2f是本发明实施例提供的制备LED芯片的过程中LED芯片的结构示意图；
图3a-图3f是本发明实施例提供的形成划片道的过程中外延片的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例
本发明实施例提供了一种具备ODR的LED芯片的制备方法，参见图1，该方法包括：
步骤100：提供一外延片。
在本实施例中，外延片包括蓝宝石衬底、以及依次形成在蓝宝石衬底上的PSS(Patterned Sapphire Substrate，图形化蓝宝石衬底)层、外延层，外延层包括依次层叠在PSS层上的N型层、有源层和P型层，外延层上开设有从P型层延伸到N型层的凹槽(详见图2a)。
图2a为步骤100执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为PSS层，3为外延层，31为N型层，32为有源层，33为P型层。
蓝宝石衬底的成分包括氧化铝。PSS层是在蓝宝石衬底上生长干法刻蚀用掩膜，用标准的光刻工艺将掩膜刻出图形，利用ICP(等离子体刻蚀)技术刻蚀蓝宝石得到的。外延片的尺寸可以为两英寸，也可以为四英寸，本申请对此不作限制。
可选地，该方法还可以包括步骤：
采用光刻和等离子体刻蚀，在外延层上刻蚀出从P型层延伸到N型层的凹槽，便于N电极的制备。
优选地，光刻时涂覆的光刻胶的厚度可以为3-4μm。
可选地，等离子体刻蚀时利用氯气形成的等离子体刻蚀外延层。
具体地，刻蚀深度可以为1.1-1.6μm。实验表明，刻蚀深度为1.1-1.6μm时，芯片的光电性能较好，不会受到刻蚀损伤。
在具体实现中，光刻时先涂覆一层光刻胶，然后经过曝光和显影，待刻蚀的区域会裸露出来。然后采用等离子刻蚀，就可以同时对光刻胶和待刻蚀的区域进行刻蚀，从而形成从P型层延伸到N型层的凹槽。
可选地，该方法还可以包括步骤：
清洗外延片。
具体地，清洗外延片为现有技术，在此不再详述。
步骤101：在外延片的正面形成划片道。
图2b为步骤101执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为PSS层，3为外延层，4为划片道。
在本实施例中，外延片的正面为外延片的与蓝宝石衬底相反的一侧的表面(图2b中用粗线表示)。划片道的深度等于划片道处的外延层的厚度与PSS层的厚度之和。
具体地，参见图1，该步骤101包括：
步骤101a：在外延片的正面的第一区域覆盖光刻胶。
其中，第一区域(图3a中用粗线表示)为形成划片道的区域。
图3a为步骤101a执行之后的外延片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为PSS层，3为外延层，5为光刻胶。
可选地，该步骤101a可以包括：
在外延片的正面涂覆光刻胶；
对外延片的正面上的光刻胶进行曝光和显影，去除第二区域的光刻胶。
其中，第二区域为外延片的正面中除第一区域之外的区域。
优选地，光刻胶的厚度可以为3.0-3.5μm。
步骤101b：采用电子束蒸发，在外延片的正面的第二区域和光刻胶上蒸镀金层。
其中，第二区域为外延片的正面中除第一区域之外的区域。
图3b为步骤101b执行之后的外延片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为PSS层，3为外延层，5为光刻胶，6为金层。
可选地，采用电子束蒸发时，真空度可以为3.0*10-7-5.0*10-7torr，功率可以为2000-4000W，镀率可以为5-10A/s。
优选地，金层的厚度可以为200-500nm。
步骤101c：采用剥离技术，在金层内形成通孔。
其中，采用剥离技术时，光刻胶(覆盖在第一区域上)和覆盖在光刻胶上的金层一起剥掉了，因此通孔在第一区域上。
图3c为步骤101c执行之后的外延片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为PSS层，3为外延层，4为划片道，6为金层。
具体地，金层内的通孔的厚度与金层的厚度相等。
可选地，该步骤101c可以包括：
采用蓝膜剥离光刻胶上的金层；
去除残留的光刻胶，并冲水甩干。
优选地，去除残留的光刻胶，可以包括：
采用有机溶剂去除残留的光刻胶。
具体地，有机溶剂可以为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
可选地，冲水甩干，可以包括：
利用甩干机冲水甩干。
步骤101d：采用等离子体刻蚀，沿着金层中的通孔形成外延层内的划片道。
图3d为步骤101d执行之后的外延片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为PSS层，3为外延层，4为划片道，6为金层。
可以理解地，执行步骤101c之后，外延层非划片道的区域有金层保护，因此进行等离子刻蚀时，等离子体只能刻蚀划片道处的外延层，去除从金层内的通孔处裸露出来的外延层，形成外延层内的划片道。
在具体实现中，该步骤101d可以采用ICP机实现。
具体地，外延层内的划片道的厚度与划片道处的外延层的厚度相等。
可选地，等离子体刻蚀形成外延层内的划片道时，上电极功率可以为1800-2400W，下电极功率可以为300-400W，刻蚀压力可以为2.5-3.5mtorr，刻蚀温度可以为0-10℃，刻蚀气体可以为20-40sccm的三氯化硼和100-140sccm的氯气。
需要说明的是，刻蚀深度可以根据刻蚀速率和刻蚀时间计算得到，当刻蚀速率一定时，可以通过调整刻蚀时间来获取需要的刻蚀深度。在本实施例中，外延层内的划片道位于N型层中，刻蚀深度大于N型层的厚度，可以保证外延层内的划片道中的材料刻蚀干净。
步骤101e：沿着外延层内的划片道形成PSS层内的划片道。
图3e为步骤101e执行之后的外延片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为PSS层，3为外延层，4为划片道，5为金层。
优选地，该步骤101e可以包括：
采用等离子体刻蚀，沿着外延层内的划片道形成PSS层内的划片道。
可以理解地，执行步骤101c和步骤101d之后，外延层非划片道的区域有金层保护，因此进行等离子体刻蚀时，等离子体只会沿着外延层内的划片道进行刻蚀，去除从外延层内的划片道处裸露出来的PSS层，从而形成PSS层内的划片道。
具体地，PSS层内的划片道的厚度与PSS层的厚度相等。
可选地，等离子体刻蚀形成PSS层内的划片道时，上电极功率为2000-2500W，下电极功率为500-800W，刻蚀压力为1.5-2.0mtorr，刻蚀温度为20-40℃，刻蚀气体为120-150sccm的三氯化硼。此时，刻蚀PSS层的速率较快，提高效率。
可选地，该步骤101e可以包括：
采用高温腐蚀，沿着外延层内的划片道形成PSS层内的划片道。
具体地，高温腐蚀可以白用浓硫酸和浓磷酸，腐蚀温度可以为250-300℃。
步骤101f：采用湿法腐蚀，去除金层。
图3f为步骤101f执行之后的外延片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为PSS层，3为外延层，4为划片道。
优选地，湿法腐蚀可以采用王水与水的混合溶液，对金的腐蚀效率较快。
具体地，王水包括盐酸和硝酸。
可选地，王水与水的混合溶液的体积比可以为，盐酸：硝酸：水＝3：1：1。
可选地，在步骤101f之前，该方法还可以包括：
去除残留的光刻胶，并冲水甩干。
优选地，去除光刻胶可以采用有机溶剂。
具体地，有机溶剂可以包括NMP(N-甲基吡咯烷酮)。
需要说明的是，采用上述实现方式，可以将划片道处的外延层和PSS层去除干净，使划片时激光顺利进入PSS层，且不会损伤划片道边缘处的外延层。
步骤102：在外延片上制备CBL(Current Blocking Layer，电流阻挡层)、电流扩展层和电极，并减薄外延片。
图2c为步骤102执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为PSS层，3为外延层，4为划片道，7为电流阻挡层，8为电流扩展层、9为电极。
具体地，电流扩展层为ITO(Indium Tin Oxide，铟锡氧化物)层。
可选地，减薄后的外延片的厚度可以为130-150μm。
在具体实现中，可以采用蒸发台在外延片上制备电流扩展层和电极。
优选地，在步骤102之后，该方法还可以包括：
用有机溶剂冲洗外延片。
需要说明的是，外延片减薄过程中需要先用石蜡将外延片粘在陶瓷盘上面，然后才能通过研磨的方式将外延片减薄至一定厚度，最后采用有机溶剂清洗，以去除外延片上的石蜡。
步骤103：在外延片的背面蒸镀ODR。
图2d为步骤103执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为PSS层，3为外延层，4为划片道，7为电流阻挡层，8为电流扩展层、9为电极，10为ODR。
在本实施例中，外延片的背面为蓝宝石衬底未生长PSS层的表面(图2d中的粗线表示)。
在具体实现中，该步骤103可以采用光学镀膜机实现。
可选地，该步骤103可以包括：
在外延片放入光学蒸镀机之后，抽真空至5.0*E-5Pa；
在外延片的背面蒸镀五氧化三钛和二氧化硅交替的膜层，并在五氧化三钛和二氧化硅交替的膜层上蒸镀一层氧化铝层；
在氧化铝层上蒸镀金属银的膜层；
在金属银的膜层上再蒸镀一层氧化铝层。
需要说明的是，通过蒸镀不同的氧化物和金属银实现ODR，可以提高芯片的发光亮度。
具体地，五氧化三钛和二氧化硅交替的膜层的层数可以为20层。
在具体实现中，蒸镀五氧化三钛和二氧化硅交替的膜层和在五氧化三钛和二氧化硅交替的膜层上的氧化铝层时，离子源的功率可以为800-1000W。蒸镀金属银的膜层时，离子源熄火。蒸镀金属银的膜层上的氧化铝层时，需要重新开启离子源，可以将离子源的功率稳定在1000W。
需要说明的是，氧化铝层的作用是防止膜层暴露在空气中被氧化。
步骤104：从外延片的正面沿着划片道进行激光划片。
图2e为步骤104执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为PSS层，3为外延层，4为划片道，7为电流阻挡层，8为电流扩展层、9为电极，10为ODR。
在具体实现中，该步骤104可以采用隐形切割技术实现。激光功率可以为0.3-0.6W，激光频率可以为90-110KHz，切深可以为40-50μm。
步骤105：对外延片进行裂片加工，得到LED芯片。
图2f为步骤105执行之后的LED芯片的结构示意图。其中，1为蓝宝石衬底，2为PSS层，3为外延层，4为划片道，7为电流阻挡层，8为电流扩展层、9为电极，10为ODR。
可以理解地，在步骤105以前且在步骤104之后，还可以包括步骤：检查划片道边缘处的外延层是否被激光灼伤。若划片道边缘处的外延层灼伤，则表示这些芯片都被损伤，不能正常发光，或者光电性能异常，无需继续加工。
本发明实施例通过首先在外延片的正面的第一区域覆盖光刻胶，然后采用电子束蒸发，在外延片的正面的第二区域和光刻胶上蒸镀金层，接着采用剥离技术，在金层内形成通孔，采用金层作掩膜，在外延片的正面形成划片道，由于等离子体不与金反应，因此金层可以很薄，不会由于太厚而造成浪费，也不会由于应力释放使外延片形变而导致外延片破碎和LED芯片报废，同时也可以有效保护外延片，避免造成LED芯片的电性参数不良和导致LED芯片报废，大大降低了外延片破裂的风险和由此带来的成本损失，节约了LED芯片的制造成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种具备全角反射镜ODR的发光二极管LED芯片的制备方法，所述方法包括：
提供一外延片，所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次形成在所述蓝宝石衬底上的图形化蓝宝石衬底PSS层、外延层，所述外延层包括依次层叠在所述PSS层上的N型层、有源层和P型层，所述外延层上开设有从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽；
在所述外延片的正面形成划片道，所述外延片的正面为所述外延片的与所述蓝宝石衬底相反的一侧的表面，所述划片道的深度等于所述划片道处的所述外延层的厚度与所述PSS层的厚度之和；
在所述外延片上制备电流阻挡层、电流扩展层和电极，并减薄所述外延片；
在所述外延片的背面蒸镀ODR，所述外延片的背面为所述蓝宝石衬底未生长所述PSS层的表面；
从所述外延片的正面沿着所述划片道进行激光划片；
对所述外延片进行裂片加工，得到LED芯片；
其特征在于，所述在所述外延片的正面形成划片道，包括：
在所述外延片的正面的第一区域覆盖光刻胶，所述第一区域为形成划片道的区域；
采用电子束蒸发，在所述外延片的正面的第二区域和所述光刻胶上蒸镀金层，所述第二区域为所述外延片的正面中除所述第一区域之外的区域；
采用剥离技术，在所述金层内形成通孔；
采用等离子体刻蚀，沿着所述金层内的通孔形成所述外延层内的划片道；
沿着所述外延层内的划片道形成所述PSS层内的划片道；
采用湿法腐蚀，去除所述金层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金层的厚度为200-500nm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述在所述外延片的正面的第一区域覆盖光刻胶，包括：
在所述外延片的正面涂覆光刻胶；
对所述外延片的正面上的光刻胶进行曝光和显影，去除所述第二区域的光刻胶。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶的厚度为3.0-3.5μm。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述采用剥离技术，在所述金层内形成通孔，包括：
采用蓝膜剥离所述光刻胶上的金层；
去除残留的光刻胶，并冲水甩干。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述去除残留的光刻胶，包括：
采用有机溶剂去除残留的光刻胶。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述湿法腐蚀采用王水与水的混合溶液。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述王水与水的混合溶液的体积比为，盐酸：硝酸：水＝3:1:1。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述外延片的背面蒸镀ODR，包括：
在所述外延片放入光学蒸镀机之后，抽真空至5.0*E-5Pa；
在所述外延片的背面蒸镀五氧化三钛和二氧化硅交替的膜层，并在五氧化三钛和二氧化硅交替的膜层上蒸镀一层氧化铝层；
在所述氧化铝层上蒸镀金属银的膜层；
在所述金属银的膜层上再蒸镀一层氧化铝层。
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