CN104868021A - 倒装led芯片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种倒装LED芯片及其制造方法。提供包括蓝宝石衬底，形成于所述蓝宝石衬底正面上的N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层的前端结构；在前端结构上形成有欧姆接触层、反射层，然后形成连接N型氮化镓层的第一电极和连接反射层的第二电极，之后在蓝宝石衬底的背面进行减薄，并形成粗糙氧化铝层。相比现有技术，这一层表面粗糙的同衬底材料一致的氧化铝层，达到表面粗化提升出光效率的效果，也克服了现有技术中容易对正面产生影响、成本高等缺陷，因此制备成本低、工艺复杂程度低、易实现大规模量产。

Description

倒装LED芯片及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种倒装LED芯片及其制造方法。

背景技术

传统的正装结构led芯片，P型GaN掺杂困难导致空穴载流子浓度低下和不易长厚而导致电流不易扩散，当前普遍采用在P型GaN表面制备超薄金属薄膜或ITO薄膜的方法达到电流得均匀扩散。但是金属薄膜电极层要吸收部分光降低出光效率，如果厚度减薄反过来又限制电流扩散层在P型GaN层表面实现均匀和可靠的电流扩散。ITO透光率虽然高达90％，但电导率却不及金属，电流的扩散效果亦有限。而且这种结构的电极和引线做到出光面，工作时会挡住部分光线。因此，这种P型接触结构制约了LED芯片的工作电流大小。另一方面，这种结构的PN结热量通过蓝宝石衬底导出，鉴于蓝宝石的导热系数很低，对大尺寸的功率型芯片来说导热路径较长，这种LED芯片的热阻较大，工作电流也受到限制。

为了克服正装led芯片的这些不足，业界提出一种倒装LED芯片(Flip chip)结构。如图1所示，包括蓝宝石衬底1、外延层2和焊接层3。在进行封装时首先制备具有适合共晶焊接的大尺寸倒装LED芯片，同时制备相应尺寸的散热载基板4，并在其上制作共晶焊接电极的金导电层和引出导电层，例如超声波金丝球焊点5。然后，利用共晶焊接设备将大尺寸倒装LED芯片与散热载基板4通过超声波金丝球焊点5焊接在一起。在这种结构中，光从蓝宝石衬底取出。由于光不从电流扩散层出射，这样不透光的电流扩散层可以加厚，可以均匀倒装LED芯片的电流密度分布。同时这种结构还可以将PN结的热量直接通过金导电层或金属凸点导给热导系数比蓝宝石高3～5倍的的硅衬底，散热效果更优；而且在PN结与P电极之间增加了一个光反射层，又消除了电极和引线的挡光，因此这种结构具有电、光、热等方面较优的特性。由于其兼顾出光效率高和散热性好的优点，目前国内外多家公司开始加大对倒装LED芯片的研发投入。

倒装LED芯片的出光效率是一个制约因素，业界通常通过出光面的粗化提升出光效率。主要有两种方法：1、利用SiC衬底芯片，使用衬底图形化的方法进行出光效率的提升；2、利用Al2O3衬底和晶能光电使用Si衬底制备的芯片，使用激光剥离技术结合湿法腐蚀(如KOH)的方法进行出光面的粗化。存在难点主要有需要保护芯片正面结构、需要额外制备掩膜、工艺条件控制严格等，因此，难度系数较大。另外，通过减薄蓝宝石衬底制备的倒装LED芯片，是没有进行出光面的粗化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种倒装LED芯片及其制造方法，提高倒装LED芯片的出光效率，避免对芯片正面的影响，并降低制作成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种倒装LED芯片的制造方法，包括：

提供前端结构，所述前端结构包括蓝宝石衬底，依次形成于所述蓝宝石衬底正面上的N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层；

在所述前端结构表面上形成欧姆接触层，并进行图案化，暴露出所述P型氮化镓层；

在所述欧姆接触层上形成反射层，并进行图案化，暴露出所述P型氮化镓层；

刻蚀暴露出的P型氮化镓层、量子阱层形成第一电极接触孔；

在所述第一电极接触孔中形成第一电极，并形成与反射层相连接的第二电极；

对所述蓝宝石衬底背面进行减薄，并在所述蓝宝石衬底背面形成粗糙氧化铝层。

可选的，对于所述的倒装LED芯片的制造方法，所述粗糙氧化铝层的厚度为表面粗糙度为Ra<0.4μm。

可选的，对于所述的倒装LED芯片的制造方法，所述粗糙氧化铝层通过电子束、溅射或离子辅助沉积方式的一种一种或多种，一层或分层形成。

可选的，对于所述的倒装LED芯片的制造方法，所述粗糙氧化铝层通过整个背面生长形成，或者分区域生长形成。

可选的，对于所述的倒装LED芯片的制造方法，在刻蚀形成第一电极接触孔之后，在形成第一电极和第二电极之前，还包括：

形成隔离层，所述隔离层覆盖所述反射层及第一电极接触孔的侧壁，所述隔离层还暴露出部分反射层。

可选的，对于所述的倒装LED芯片的制造方法，通过CMP工艺减薄所述蓝宝石衬底。

相应的，本发明还提供一种由上述的倒装LED芯片的制造方法制得的倒装LED芯片，包括：

蓝宝石衬底，依次形成于所述蓝宝石衬底正面上的N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层；

形成于所述P型氮化镓层上的欧姆接触层；

形成于所述欧姆接触层上的反射层；

贯穿所述反射层、欧姆接触层、P型氮化镓层及量子阱层的第一电极接触孔，第一电极形成于所述第一电极接触孔中并与N型氮化镓层相连接；第二电极与所述反射层相连接；

形成于所述蓝宝石衬底背面的粗糙氧化铝层。

可选的，对于所述的倒装LED芯片，还包括隔离层，所述隔离层覆盖所述反射层及第一电极接触孔的侧壁，所述第二电极贯穿所述隔离层。

本发明提供的倒装LED芯片及其制造方法中，在蓝宝石衬底的背面(即出光面)进行减薄后，形成了粗糙氧化铝层。相比现有技术，这一层表面粗糙的同衬底材料一致的氧化铝层，达到表面粗化提升出光效率的效果，也克服了现有技术中容易对正面产生影响、成本高等缺陷，因此制备成本低、工艺复杂程度低、易实现大规模量产。

附图说明

图1为现有技术中的倒装LED芯片的结构示意图；

图2为本发明实施例中倒装LED芯片的制造方法的流程图；

图3-图9为本发明实施例中倒装LED芯片的制造方法的过程中器件结构的示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的倒装LED芯片及其制造方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种倒装LED芯片及其制造方法，在蓝宝石衬底的背面(即出光面)进行减薄后，形成了粗糙氧化铝层。达到表面粗化提升出光效率的效果，也克服了现有技术中容易对正面产生影响、成本高等缺陷，因此制备成本低、工艺复杂程度低、易实现大规模量产。

以下列举所述倒装LED芯片及其制造方法的较优实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。

请参考图2，并结合图3-图9，其中图2为本发明实施例中倒装LED芯片的制造方法的流程图；图3～图9为本发明实施例中倒装LED芯片的制造方法的过程中器件结构的示意图。

如图2所示，所述倒装LED芯片及其制造方法包括：

首先，请参考图3，执行步骤S201，提供前端结构，所述前端结构包括蓝宝石衬底10；依次形成于所述蓝宝石衬底10正面上的N型氮化镓层(N-GaN)11、量子阱层(MQW)12和P型氮化镓层(P-GaN)13；具体的，所述N型氮化镓层11、量子阱层12和P型氮化镓层13可以采用MOCVD/MBE分子束外延等生长方法依次形成。

其次，请参考图4，执行步骤S202，在所述前端结构表面上形成欧姆接触层14，并进行图案化，暴露出所述P型氮化镓层13；在本发明实施例中，所述欧姆接触层14的材料例如可以是ITO(掺锡氧化铟)和/或AZO(掺铝氧化锌)。可以通过溅射(Sputter)方式或者等离子辅助沉积(RPD)方式形成。

接着，请参考图5，执行步骤S203，在所述欧姆接触层14上形成反射层15，并进行图案化，暴露出所述P型氮化镓层13；其中对反射层15的图案化可以是使得与欧姆接触层14在相同位置有着同样的开口。所述反射层15的材料例如可以是金属银(Ag)，还可以搭配有包括铬(Cr)、镍(Ni)作为粘附金属(未图示)，可以采用负胶去除(lift-out)技术，选择性的在设定区域蒸镀形成。所述反射层15的边缘可以略内缩，暴露出欧姆接触层14，从而使得之后形成的隔离层覆盖。

然后，请参考图6，执行步骤S204，刻蚀暴露出的P型氮化镓层13、量子阱层12形成第一电极接触孔16；所述刻蚀优选为采用干法刻蚀工艺，例如采用ICP/RIE刻蚀设备。在量子阱层12被刻蚀完全后，不可避免的，所述N型氮化镓层11也会被刻蚀，因此，需要对刻蚀工艺进行把关以尽可能减少对N型氮化镓层11的刻蚀。

之后，请参考图7，形成隔离层17，所述隔离层17覆盖所述反射层15及第一电极接触孔16的侧壁，所述隔离层17在第一电极接触孔16的一侧还形成有开口，从而暴露出反射层15。所述隔离层17的材料例如可以是氧化硅，经过PECVD，并结合光刻、BOE刻蚀技术形成，从而达到保护刻蚀边框的作用。

之后，请参考图8，执行步骤S205，在所述第一电极接触孔中形成第一电极18，并形成与反射层15相连接的第二电极19；所述第一电极18和第二电极19可以采用电子束/溅射的方式，使用负胶去除技术形成。所述第一电极18和第二电极19用作与封装基板(未图示)的键合。

最后，请参考图9，执行步骤S206，对所述蓝宝石衬底10背面进行减薄，并在所述蓝宝石衬底10背面形成粗糙氧化铝层20。例如可以采用CMP工艺减薄所述蓝宝石衬底10。较佳的，在本发明中，所述粗糙氧化铝层20的厚度为所述粗糙氧化铝层20的表面粗糙度例如是Ra<0.4μm。例如，所述粗糙氧化铝层20可以通过电子束、溅射或离子辅助沉积方式的一种形成。也可以是通过电子束、溅射或离子辅助沉积方式中的多种，分层形成。此外，例如，所述粗糙氧化铝层20可以是通过整个背面生长形成，或者是通过分区域生长形成。例如，所述粗糙氧化铝层20的生长在当蓝宝石衬底10减薄后，可以在划裂工艺步骤之前进行，也可以在划裂工艺步骤之后等。依据实际情况，本领域技术人员可以进行灵活变动。

请继续参考图9，经过上述步骤，获得本发明的倒装LED芯片，包括：

蓝宝石衬底10，依次形成于所述蓝宝石衬底10正面上的N型氮化镓层11、量子阱层12和P型氮化镓层13；形成于所述P型氮化镓层13上的欧姆接触层14；形成于所述欧姆接触层14上的反射层15；贯穿所述反射层15、欧姆接触层14、P型氮化镓层13及量子阱层12的第一电极接触孔，第一电极18形成于所述第一电极接触孔中并与N型氮化镓层11相连接；第二电极19与所述反射层15相连接；形成于所述蓝宝石衬底10背面的粗糙氧化铝层20。所述粗糙氧化铝层20的厚度为还包括隔离层17，所述隔离层17覆盖所述反射层15及第一电极接触孔的侧壁，所述第二电极19贯穿所述隔离层17。

本发明提供的倒装LED芯片及其制造方法中，在蓝宝石衬底的背面(即出光面)进行减薄后，形成了粗糙氧化铝层。相比现有技术，这一层表面粗糙的同衬底材料一致的氧化铝层，达到表面粗化提升出光效率的效果，也克服了现有技术中容易对正面产生影响、成本高等缺陷，因此制备成本低、工艺复杂程度低、易实现大规模量产。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种倒装LED芯片的制造方法，包括：

提供前端结构，所述前端结构包括蓝宝石衬底，依次形成于所述蓝宝石衬底正面上的N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层；

在所述前端结构表面上形成欧姆接触层，并进行图案化，暴露出所述P型氮化镓层；

在所述欧姆接触层上形成反射层，并进行图案化，暴露出所述P型氮化镓层；

刻蚀暴露出的P型氮化镓层、量子阱层形成第一电极接触孔；

在所述第一电极接触孔中形成第一电极，并形成与反射层相连接的第二电极；

对所述蓝宝石衬底背面进行减薄，并在所述蓝宝石衬底背面形成粗糙氧化铝层。

2.如权利要求1所述的倒装LED芯片的制造方法，其特征在于，所述粗糙氧化铝层的厚度为表面粗糙度为Ra<0.4μm。

3.如权利要求2所述的倒装LED芯片的制造方法，其特征在于，所述粗糙氧化铝层通过电子束、溅射或离子辅助沉积方式中的一种或多种，一层或分层形成。

4.如权利要求3所述的倒装LED芯片的制造方法，其特征在于，所述粗糙氧化铝层通过整个背面生长形成，或者分区域生长形成。

5.如权利要求1所述的倒装LED芯片的制造方法，其特征在于，在刻蚀形成第一电极接触孔之后，在形成第一电极和第二电极之前，还包括：

形成隔离层，所述隔离层覆盖所述反射层及第一电极接触孔的侧壁，所述隔离层还暴露出部分反射层。

6.如权利要求1所述的倒装LED芯片的制造方法，其特征在于，通过CMP工艺减薄所述蓝宝石衬底。

7.一种由权利要求1-6中任意一项所述的倒装LED芯片的制造方法制得的倒装LED芯片，其特征在于，包括：

蓝宝石衬底，依次形成于所述蓝宝石衬底正面上的N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层；

形成于所述P型氮化镓层上的欧姆接触层；

形成于所述欧姆接触层上的反射层；

贯穿所述反射层、欧姆接触层、P型氮化镓层及量子阱层的第一电极接触孔，第一电极形成于所述第一电极接触孔中并与N型氮化镓层相连接；第二电极与所述反射层相连接；

形成于所述蓝宝石衬底背面的粗糙氧化铝层。

8.如权利要求7所述的倒装LED芯片，其特征在于，还包括隔离层，所述隔离层覆盖所述反射层及第一电极接触孔的侧壁，所述第二电极贯穿所述隔离层。