CN105280759A - 一种晶圆级薄膜倒装led芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶圆级薄膜倒装LED芯片的制备方法，该制备方法采用衬底转移技术，避免了由于生长衬底不透光导致影响LED倒装芯片的出光问题，生产效率高、成本低。采用本发明的方法制备的倒装LED芯片光效高，免打线而且很容易做成白光，给降低LED照明成本提供了一种解决方案。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆级薄膜倒装LED芯片的制备方法。
背景技术
LED作为第三代的固态照明技术，正被大家高度关注。但是随着技术的发展，成熟的现有工艺正面临着巨大的挑战。目前最为成熟的是将氮化镓晶体层生长在蓝宝石绝缘衬底上，所以将正负电极做在同一侧，光从P面氮化镓层出射到环境。在此结构中电流会横向流过N型氮化镓层，导致电流拥挤，局部造成发热，降低了电光转换效率。同时蓝宝石衬底的导热性差，直接导致芯片的使用寿命降低。此外，这种结构的P电极和引线也会挡住部分光线进入器件封装。所以，这种正装LED芯片从器件结构本身对器件功率、出光效率和热性能等方面均构成较大的影响。为了克服正装芯片的这些不足，美国Lumileds公司发明了倒装芯片。氮化镓基LED芯片倒扣在硅基板上，硅基板上有两个打线焊盘，封装时大金线与外界电源连接。倒扣焊接技术工艺包括运用种球机，选用合适尺寸的金线和适当的种球温度，控制Wire-Bond（超声金丝）球的尺寸，接着利用Die-Bond（倒装焊接）机超声波进行焊接。目前的倒装芯片都是在透明衬底（例如蓝宝石衬底和SiC衬底）上制备的，但是透明衬底对光有一定的吸收，且为五面发光，对配光要求更高。更为重要的是目前这种制备倒装芯片的方法不适用于非透明的衬底外延技术，例如硅衬底，而硅衬底外延技术已经被认为是未来降低LED成本的最佳选择之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种倒装LED芯片的制备方法，不受外延衬底限制，生产效率高，成本低。
为了解决本发明的技术问题，本发明提供一种晶圆级薄膜倒装LED芯片的制备方法，该方法包括在生长衬底上依次生长缓冲层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层和金属反射层，在金属反射层表面部分区域刻蚀至暴露出N型GaN层形成N电极孔和第一沟槽，在金属反射层表面的部分区域和N电极孔的侧壁以及所述第一沟槽形成钝化层，在N电极孔内沉积金属并将多个N电极孔连接起来形成N电极，在未被钝化层覆盖的金属反射层上形成P电极，形成倒装晶片结构，该方法还包括在与所述生长衬底大小形状一致的基板上沉积一层键合金属层，刻蚀或切割所述与晶片P电极和N电极间隔位置相对的键合金属层和基板，形成第二沟槽和第三沟槽，其中所述键合金属层的第二沟槽和第三沟槽都与P电极和N电极之间的间隔位置大小相对应，将所述晶片和基板进行邦定，在所述基板背面沿着第二沟槽和第三沟槽进行切割腐蚀基板形成第四沟槽和第五沟槽，在所述第四沟槽和第五沟槽中灌入绝缘材料，烘烤固化后去除生长衬底和缓冲层，暴露出N型GaN层，沿着第四沟槽对晶片进行切割，形成单个LED芯片。
优选地，所述金属反射层的材料为下列中的一种：Ag、Al、Ni、Ni-Ag合金、Al-Ni合金、Ag-Ni-Al合金。
优选地，所述绝缘层的材料为下列中的一种或多种：SiO2、SiN、Al2O3。
优选地，所述键合金属层材料为下列中的一种或多种Au、Sn、Au-Sn合金、Ag-Sn合金、Ni-Sn合金、Al-Ge合金。
优选地，所述基板的材料为下列中的一种：硅、锗、CU-W合金、Mo、Cr。
优选地，所述绝缘材料为下列中的一种或多种：硅胶、环氧树脂、塑料。
优选地，所述制备方法还包括对N型GaN层进行表面粗化处理。
优选地，所述制备方法还包括在N型GaN层表面放置荧光薄片，形成白光LED。
本发明的有益效果：
本发明给出了一种晶圆级薄膜倒装LED芯片的制备方法，该制备方法采用衬底转移技术，避免了由于生长衬底不透光导致影响LED倒装芯片的出光问题，生产效率高、成本低。采用本发明的方法制备的倒装LED芯片光效高，免打线而且很容易做成白光，给降低LED照明成本提供了一种解决方案。
附图说明
图1至图10为本发明一个实施例的制备过程的示意图。
图中标识说明：
1为硅生长衬底，2为缓冲层，3为N型GaN层，4为多量子阱层，5为P型GaN层，6为金属反射层，7为N电极孔，8为第一沟槽，9为钝化层，10为N电极金属层，11为N电极，12为P电极，13为硅基板，14为键合金属层，15为第二沟槽，16为第三沟槽，17为第四沟槽，18为第五沟槽，19为硅胶。
具体实施方式
如图1至图10所示，本发明提供一种晶圆级薄膜倒装LED芯片的制备方法。
如图1所示，在硅生长衬底1上制备InGaAlN多层结构，从下至上依次为缓冲层2，N型GaN层3，多量子阱层4，P型GaN层5。使用蒸镀工艺在P型GaN层5表面沉积一层金属反射层6。如图2A所示，在金属反射层6表面部分区域使用ICP干法刻蚀至暴露出N型GaN层3形成N电极孔7和沟槽8,图2A为图2B沿AB线的剖面示意图。如图3所示，在反射金属层表面部分区域沉积一层钝化层9，所述钝化层9的材料为二氧化硅，所述钝化层9覆盖了N电极孔7的侧壁并填充所述第一沟槽8。如图4所示，在N电极孔7内沉积N电极金属至与晶片表面齐平，形成N电极金属层10。如图5所示，在钝化层9表面蒸镀AuSn合金形成N电极11，所述N电极11连接所有N电极金属层10，在未被钝化层9覆盖的金属反射层6上沉积AuSn合金作为P电极12。如图6所示，制备一大小和形状与硅生长衬底1一致的硅基板13，硅基板上13上沉积有一层与芯片P电极和N电极位置相符的AuSn,形成键合金属层14，刻蚀或切割所述与晶片P电极和N电极间隔位置相对的键合金属层和基板，形成第二沟槽15和第三沟槽16，其中所述第二沟槽15和第三沟槽16与P电极和N电极之间的间隔位置大小相对应。如图7所示，将所述晶片和基板13进行邦定，在所述基板13背面沿着第二沟槽15和第三沟槽16进行切割腐蚀基板13形成第四沟槽17和第五沟槽18，如图8所示。如图9所示，在所述第四沟槽17和第五沟槽18中灌入硅胶19，烘烤固化后去除生长衬底1和缓冲层2，暴露出N型GaN层3，沿着第四沟槽17对晶片进行切割，形成单个LED芯片，如图10所示。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种晶圆级薄膜倒装LED芯片的制备方法，包括
在生长衬底上依次生长缓冲层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层和金属反射层；
在金属反射层表面部分区域刻蚀至暴露出N型GaN层形成N电极孔和第一沟槽；
在金属反射层表面的部分区域和N电极孔的侧壁以及所述第一沟槽形成钝化层；
在N电极孔内沉积金属并将多个N电极孔连接起来形成N电极；
在未被钝化层覆盖的金属反射层上形成P电极，形成倒装晶片结构；
其特征在于，在与所述生长衬底大小形状一致的基板上沉积一层键合金属层，刻蚀或切割所述与晶片P电极和N电极间隔位置相对的键合金属层和基板，形成第二沟槽和第三沟槽，其中所述第二沟槽和第三沟槽都与P电极和N电极之间的间隔位置大小相对应；
将所述晶片和基板进行邦定，在所述基板背面沿着第二沟槽和第三沟槽进行切割腐蚀基板形成第四沟槽和第五沟槽,其中所述第四和第五沟槽的深度至第二沟槽和第三沟槽；
在所述第四沟槽和第五沟槽中灌入绝缘材料，烘烤固化后去除生长衬底和缓冲层，暴露出N型GaN层；
沿着第四沟槽对晶片进行切割，形成单个LED芯片。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆级薄膜倒装LED芯片的制备方法，其特征在于所述金属反射层的材料为下列中的一种：Ag、Al、Ni、Ni-Ag合金、Al-Ni合金、Ag-Ni-Al合金。
3.根据权利要求1所述的一种晶圆级薄膜倒装LED芯片的制备方法，其特征在于所述绝缘层的材料为下列中的一种或多种：SiO2、SiN、Al2O3。
4.根据权利要求1所述的一种晶圆级薄膜倒装LED芯片的制备方法，其特征在于所述键合金属层材料为下列中的一种或多种Au、Sn、Au-Sn合金、Ag-Sn合金、Ni-Sn合金、Al-Ge合金。
5.根据权利要求1所述的一种晶圆级薄膜倒装LED芯片的制备方法，其特征在于所述基板的材料为下列中的一种：硅、锗、CU-W合金、Mo、Cr。
6.根据权利要求1所述的一种晶圆级薄膜倒装LED芯片的制备方法，其特征在所述绝缘材料为下列中的一种或多种：硅胶、环氧树脂、塑料。
7.根据权利要求1所述的一种晶圆级薄膜倒装LED芯片的制备方法，其特征在于所述制备方法还包括对N型GaN层进行表面粗化处理。
8.根据权利要求1或7所述的一种晶圆级薄膜倒装LED芯片的制备方法，其特征在于所述制备方法还包括在N型GaN层表面放置荧光薄片，形成白光LED。
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