CN105322060A - 芯片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种芯片的制造方法，(1)在复合衬底上生长有结构的半导体薄膜，得到结构I；(2)将半导体薄膜进行光刻，定义出图形后刻蚀，刻蚀到腐蚀层，然后去掉光刻胶，清洗，分别形成反射欧姆接触层及反射欧姆接触层的阻挡保护层，得到结构II；(3)将结构II的阻挡保护层通过邦定压焊、电镀、或者两者混合的方式转移到导电衬底的粘结层上，得到结构III；(4)将结构III放入腐蚀液中腐蚀掉腐蚀层，得到结构V；(5)将结构V进行粗化，去边、钝化，得到钝化层，然后去掉要做电极地方的钝化层，做上N电极，最终得到成品。本发明避免了现在用激光剥离的方法需要减薄衬底、衬底上的残留、给半导体材料带来额外的缺陷和应力，简化芯片制造过程，降低芯片制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及芯片的制造方法。
背景技术
半导体发光器件具有广泛的用途。例如半导体发光二极管，可以应用于仪器工作状态指示、交通信号灯、大屏幕显示、照明等等。半导体发光器件，根据其所用衬底的电导率以及外延层设计的不同，具有同侧电极和上下电极两种结构(即垂直结构)，后来又衍生出了倒装芯片和薄膜倒装芯片；倒装芯片、垂直结构或薄膜倒装的发光器件，具有封装简单，可靠性较高等优点，是将来的主流芯片形式。目前LED芯片外延时主流衬底是蓝宝石衬底，蓝宝石衬底的垂直结构或倒装薄膜器件的一般制作方法是：将蓝宝石衬底上外延生长的具有LED结构的铟镓铝氮薄膜与新的支撑衬底通过金锡等合金绑定压焊在一起，然后通过激光剥离的办法去除生长衬底，实现铝镓铟氮(AlGaInN)薄膜从生长衬底到支撑衬底的转移；该技术方案的效果是可以改善器件的散热，将蓝宝石衬底上外延的铟镓铝氮薄膜转移到导热率、电导率高的硅衬底或者金属衬底上，这样实现了垂直结构或薄膜倒装结构芯片，这种芯片容易实现表面粗化而利于出光，有效的散热及出光使得这类器件的电光转换效率和可靠性均得到一定改善；制作同侧结构、倒装结构芯片时都需要保留蓝宝石，这就造成蓝宝石衬底的浪费，制作垂直芯片、薄膜倒装芯片时虽然要脱开蓝宝石，但是这个时候的蓝宝石很难重复使用，如此不管采用何种芯片的制造方法都浪费了蓝宝石，不利于芯片制造成本的降低；虽然垂直结构或倒装薄膜芯片有导热好、出光好的特点，或许是将来的发展趋势，但是在制作他们时，现有这种通过激光剥离转移的技术获得的器件可靠性仍然不理想，主要原因在激光剥离蓝宝石的过程中给芯片带来应力或者造成芯片损伤的问题并没有完全解决，在现有的这两种芯片的芯片制造过程中，也由于没有充分释放外延生长和芯片工艺过程中给芯片带来的的应力，对器件性能不利。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种芯片的制造方法。
一种芯片的制造方法，包括以下步骤：
(1)、在复合衬底上生长有结构的半导体薄膜，得到结构I；所述复合衬底包括衬底、在衬底上生长的腐蚀层以及在腐蚀层上生长的保护层；
(2)、将半导体薄膜进行光刻，定义出芯片图形后刻蚀，刻蚀到腐蚀层，然后去掉光刻胶，清洗，分别形成反射欧姆接触层及反射欧姆接触层的阻挡保护层，得到结构II；
(3)、将结构II的阻挡保护层通过邦定压焊、电镀、或者两者混合的方式转移到导电衬底的粘结层上，得到结构III；所述导电衬底从上到下依次包括：接触层、硅基板、阻挡层、粘结层；
(4)、将结构III放入腐蚀液中腐蚀掉腐蚀层，得到结构V；
(5)、将结构V进行粗化，去边、钝化，得到钝化层，然后去掉要做电极地方的钝化层，做上N电极，最终得到成品。
进一步地，如上所述的芯片的制造方法，步骤(1)中所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、MgAl2O4、MgO、Hf、Zr、ZrN、Sc、ScN、NbN、TiN、体材料GaN、AlN衬底或由所述蓝宝石、碳化硅、硅、MgAl2O4、MgO、Hf、Zr、ZrN、Sc、ScN、NbN、TiN、体材料GaN、AlN制备成的图形衬底中的一种。
进一步地，如上所述的芯片的制造方法，步骤(1)中所述腐蚀层为TiO2、MgO、ZnO薄膜中的一种，其生长方法采用有机化学气相沉积生长，腐蚀层的厚度在0.5-500微米。
进一步地，如上所述的芯片的制造方法，步骤(1)中所述保护层为SiC、GaN、AlN薄膜中的一种，厚度在0.1-2微米，其生长方法采用物理气相沉积法。
进一步地，如上所述的芯片的制造方法，所述半导体薄膜为AlGaInN薄膜、或GaAs、InGaAs、InP、InSb薄膜中的一种，生长方法采用MOCVD或MBE方法。
进一步地，如上所述的芯片的制造方法，所述粘结层为In、Sn、In与Sn的合金或AuSn合金；阻挡层为鵭、钛、铜、铬、铂、金，银，或其中两种或多种金属的合金或多层组合；所述硅基板为导电单晶硅或多晶硅片；所述接触层为Al、Au、Cr中的一种。
进一步地，如上所述的芯片的制造方法，所述腐蚀液为盐酸、氢氟酸或碱性腐蚀液。
进一步地，如上所述的芯片的制造方法，所述钝化层的原料为二氧化硅或硅胶，二氧化硅钝化层采用PECVD或溅射等方法制备；硅胶钝化层采用涂覆的方法制备；所述电极为N型AlGaInN的电极，其材料是Al、Ti、Cr、Au或者他们的组合。
有益效果：
本发明通过在复合衬底上生长半导体薄膜来制备芯片，这样在制造芯片的时候复合层的至少一层可以通过化学方法简单去除，避免了现在用激光剥离的方法需要减薄衬底、衬底上的残留、给半导体材料带来额外的缺陷和应力，简化芯片制造过程，降低芯片制造成本，达到提高LED芯片稳定性及寿命，同时衬底由于没有受到外来残留和损伤可以直接反复使用，可以达到降低芯片制造成本，有利于半导体照明的普及。
附图说明
图1为本发明实施例中步骤1结构示意图；
图2为本发明实施例中步骤2结构示意图；
图3为本发明实施例中步骤3结构示意图；
图4为本发明实施例中步骤4结构示意图；
图5为本发明实施例中步骤5结构示意图；
图6为本发明实施例经过粗化、钝化、做电极后得到的最终结构示意图。
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，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
本实施例提供一种芯片的制造方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：如图1所示，提供衬底101，在衬底101上生长腐蚀层102，在腐蚀层102上生长保护层103，在保护层103上生长有结构的半导体薄膜104。
其中，所述衬底101可以为蓝宝石、碳化硅、硅、MgAl2O4、MgO、Hf、Zr、ZrN、Sc、ScN、NbN、TiN、体材料GaN、AlN等衬底或它们对应的图形衬底中的任一一种，优选衬底101为蓝宝石、GaN或AlN。
所述腐蚀层102可以为TiO2、MgO、ZnO等薄膜，优选的腐蚀层102为ZnO薄膜；其生长方法采用有机化学气相沉积(MOCVD)生长，ZnO薄膜也可以采用MBE法生长。
所述保护层103用于保护腐蚀层102，可以为SiC、GaN、AlN薄膜，优选保护层103为AlN薄膜；其生长方法可以采用物理气相沉积(PVD)生长，但其生长方法也不局限于PVD，只要生长AlN、SiC、GaN等的反应或运载气体不与腐蚀层102层反应而破坏它，那么生长方法就是可行的。
所述半导体薄膜104为有结构的AlGaInN等半导体薄膜，也可以是其他化合物半导体薄膜如：GaAs、InGaAs、InP、InSb、AlGaInN等薄膜，其生长方法采用MOCVD生长，也可以是MBE方法；优选半导体薄膜104为有结构的AlGaInN薄膜，采用MOCVD生长。
步骤2：如图2所示，将上述外延片光刻出图形，将104进行刻蚀，刻蚀到102，然后去掉光刻胶，清洗，分别形成反射欧姆接触层105及欧姆接触的阻挡保护层106。
步骤3：如图3所示，将一块硅基板203的背面有接触层204、正面分别有阻挡层202、粘结层201的的导电基板和图2结构的外延片压焊在一起，其中粘结层201为In、Sn、或In与Sn的合金，阻挡层202为鵭、钛、铜、铬、铂、金，银，或其中两种或多种金属的合金或多层组合，203为导电单晶硅或多晶硅片，204可以为Al、Au、Cr等金属。
步骤4：如图4所示，将图3的结构根据腐蚀层放入盐酸、氢氟酸或碱性等腐蚀液的一种中腐蚀掉102，得到图5的结构示意图。
步骤：5：将图5的结构进行粗化，去边，钝化，做电极得到图6的器件，如图6所示，301为钝化层，可以是二氧化硅、硅胶等，SiO2可以采用PECVD或溅射等方法制备，硅胶可以才有涂覆的方法制备，302为芯片的N型AlGaInN的电极，其材料是Al、Ti、Cr、Au或者他们的组合如：Al/Ti/Au等，采用蒸发或溅射的方法制备。
本发明提供的芯片的制造方法，其中，所述腐蚀层优选ZnO，厚度在0.5-10微米之间，太厚时侧面容易被高温NH3、高温H2等气体腐蚀。所述保护层优选AlN，厚度在0.1-2微米之间，太薄很难保护易腐蚀层，太厚会降低产能增加成本。
本发明针对由于复合衬底与铝镓铟氮等半导体外延薄膜之间由于晶格常数及热膨胀系数的差异而引起的应力，通过粘结金属的设计，使金属绑定压焊完成后去掉衬底进行金属的退火，从而达到释放半导体薄膜应力及减少金属对半导体薄膜的应力效果。
本发明不限于蓝宝石复合衬底上铝镓铟氮薄膜，也可以是其他复合衬底上长其他半导体薄膜达到重复使用衬底的目的如在砷化镓复合衬底上外延铝镓铟磷等。
本发明由于在外延铝镓铟氮薄膜之前，先在衬底上生长易腐蚀层及其上的保护层从而形成复合衬底，并在外延铝镓铟氮薄膜之后通过干法刻蚀将外延铝镓铟氮薄膜分成器件大小的分立功能块，沟槽深度以刚刻蚀到腐蚀层为优。
所述粘结层为金属锡(Sn)、金属铟(In)等低熔点金属，或Sn与In的合金，或者是Sn或In与其他金属形成的低熔点金属合金。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、在复合衬底上生长有结构的半导体薄膜，得到结构I；所述复合衬底包括衬底、在衬底上生长的腐蚀层以及在腐蚀层上生长的保护层；
(2)、将半导体薄膜进行光刻，定义出芯片图形后刻蚀，刻蚀到腐蚀层，然后去掉光刻胶，清洗，分别形成反射欧姆接触层及反射欧姆接触层的阻挡保护层，得到结构II；
(3)、将结构II的阻挡保护层通过邦定压焊、电镀、或者两者混合的方式转移到导电衬底的粘结层上，得到结构III；所述导电衬底从上到下依次包括：接触层、硅基板、阻挡层、粘结层；
(4)、将结构III放入腐蚀液中腐蚀掉腐蚀层，得到结构V；
(5)、将结构V进行粗化，去边、钝化，得到钝化层，然后去掉要做电极地方的钝化层，做上N电极，最终得到成品。
2.根据权利要求1所述的芯片的制造方法，其特征在于，步骤(1)中所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、MgAl2O4、MgO、Hf、Zr、ZrN、Sc、ScN、NbN、TiN、体材料GaN、AlN衬底或由所述蓝宝石、碳化硅、硅、MgAl2O4、MgO、Hf、Zr、ZrN、Sc、ScN、NbN、TiN、体材料GaN、AlN制备成的图形衬底中的一种。
3.根据权利要求1所述的芯片的制造方法，其特征在于，步骤(1)中所述腐蚀层为TiO2、MgO、ZnO薄膜中的一种，其生长方法采用有机化学气相沉积生长，腐蚀层的厚度在0.5-500微米。
4.根据权利要求1所述的芯片的制造方法，其特征在于，步骤(1)中所述保护层为SiC、GaN、AlN薄膜中的一种，厚度在0.1-2微米，其生长方法采用物理气相沉积法。
5.根据权利要求1所述的芯片的制造方法，其特征在于，所述半导体薄膜为AlGaInN薄膜、或GaAs、InGaAs、InP、InSb薄膜中的一种，生长方法采用MOCVD或MBE方法。
6.根据权利要求1所述的芯片的制造方法，其特征在于，所述粘结层为In、Sn、In与Sn的合金或AuSn合金；阻挡层为鎢、钛、铜、铬、铂、金，银，或其中两种或多种金属的合金或多层组合；所述硅基板为导电单晶硅或多晶硅片；所述接触层为Al、Au、Cr中的一种。
7.根据权利要求1所述的芯片的制造方法，其特征在于，所述腐蚀液为盐酸、氢氟酸或碱性腐蚀液。
8.根据权利要求1所述的芯片的制造方法，其特征在于，所述钝化层的原料为二氧化硅或硅胶，二氧化硅钝化层采用PECVD或溅射等方法制备；硅胶钝化层采用涂覆的方法制备；所述电极为N型AlGaInN的电极，其材料是Al、Ti、Cr、Au或者他们的组合。
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