CN105470354B - Led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种LED芯片及其制作方法，在制作LED芯片的过程中，对金属反射层及第二金属衬底进行刻蚀形成第一坑道和第二坑道，在第二坑道形成光刻胶，利用光刻胶隔离开在第二金属衬底上形成的第三金属衬底，实现了LED芯片衬底免切割，从而避免了激光切割金属衬底时产生金属回熔而导致双胞或者多晶的问题，提高了芯片的整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明技术领域，更具体地说，涉及一种LED芯片及其制作方法。
背景技术
LED照明器件作为新一代的固体冷光源，由于具有低能耗、寿命长、易控制和安全环保等特点，因此，是目前最为理想的节能环保照明产品，适用各种场所。
目前，氮化镓基LED器件作为新型的节能、环保光源，已经成为固体照明技术领域的研究热点。并且，垂直结构的氮化镓基LED器件由于具有电流分布均匀、电流产生的热量小、电压降低、和发光效率高等诸多优点，已经受到了人们的广泛关注，且其研究已经取得了一系列的进展。
目前，垂直结构芯片的切割分离工艺都是采用激光切割的方式，而由于衬底需要有足够的厚度才能保证衬底转移后垂直结构芯片整体的机械支撑性能，从而保证垂直结构芯片质量的稳定性，因此在垂直结构芯片进行激光切割工艺过程中，往往用较大的激光功率对衬底进行切割，这样会因为激光的灼烧效会使垂直结构芯片的亮度产生衰减。此外，现有垂直结构芯片大部分采用金属及金属合金作为衬底，因此在激光切割的过程中还容易因为金属的回熔而导致双胞或者多晶的现象，从而影响良率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种LED芯片及其制作方法，以解决现有技术中因激光切割芯片产生芯片亮度衰减，影响LED芯片性能，不利于LED芯片大规模生产的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种LED芯片的制作方法，包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上依次形成外延层和金属反射层，其中，所述外延层包括依次形成的N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层；
对所述金属反射层背离所述第一衬底一侧表面进行刻蚀，形成贯穿所述金属反射层至所述外延层背离所述第一衬底一侧表面的图形化的第一坑道；
将第二金属衬底固定在所述金属反射层背离所述第一衬底一侧表面上；
对所述第二金属衬底背离所述第一衬底一侧表面与第一坑道垂直投影相对应区域进行图形化刻蚀，形成不贯穿所述第二金属衬底的第二坑道；
在所述第二坑道沿所述第二金属衬底背离所述第一衬底一侧垂直方向形成光刻胶；
在所述第二金属衬底背离所述第一衬底一侧形成第三金属衬底，所述第三金属衬底与所述光刻胶厚度相等；
将第四衬底固定在所述第三金属衬底和所述光刻胶背离所述第一衬底一侧表面上；
激光剥离所述第一衬底；
在所述外延层背离所述第二金属衬底一侧表面形成N型电极；
移除所述第四衬底；
去除所述光刻胶，形成第二坑道连接；
沿所述第二坑道连接对所述第二金属衬底和所述外延层进行劈裂，形成单颗LED芯片。
优选的，所述第二坑道面积小于等于第一坑道面积。
优选的，所述第二坑道的刻蚀深度为5-20um。
优选的，采用焊接工艺将所述第二金属衬底焊接在所述金属反射层背离所述第一衬底一侧表面上，在所述第二金属衬底与所述金属反射层之间形成焊接层。
优选的，采用电镀工艺或化学镀工艺在所述金属反射层上形成所述第三金属衬底，其中所述第三金属衬底由所述光刻胶隔离。
优选的，采用粘接工艺将所述第四衬底粘接在所述第三金属衬底和所述光刻胶背离所述第一衬底一侧表面上。
优选的，在所述外延层形成之前，形成一氮化镓缓冲层。
优选的，在激光剥离所述第一衬底后，形成所述N型电极前，对所述氮化镓缓冲层进行表面粗化。
优选的，所述金属反射层为Ag、Al、Pd、Pt、Au、W、Ni、Ti中的一种或几种合金。
优选的，所述第二金属衬底为高导热高导电金属衬底，如Cu、Ni、Mo、Mn、Sn、Pd、Pt、Au中的一种或几种合金，其厚度小于等于50微米。
优选的，所述第三金属衬底为高导热高导电金属衬底，如Cu、Ni、Mo、Mn、Sn、Pd、Pt、Au中的一种或几种合金，其厚度范围为50-200微米。
优选的，所述第四衬底为硬质衬底，如蓝宝石，硅、碳化硅、硬质金属中的一种，其厚度范围为300-1000微米。
优选的，所述金属反射层是采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺形成的。
优选的，采用光刻、显影、蚀刻等工艺形成第一坑道。
优选的，采用光刻、显影、蚀刻等工艺形成第二坑道。
优选的，所述N型电极是采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺形成。
相应的，本发明还提供了一种LED芯片，所述LED芯片采用上述制作方法制作而成。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
本发明所提供的LED芯片及其制作方法，通过在第一金属衬底形成第二坑道，并在第二坑道沿垂直方向形成光刻胶，在第二金属衬底背离第一衬底一侧形成第三金属衬底，第三金属衬底与光刻胶厚度相等，其中，光刻胶把第三金属衬底隔离开，在后续的步骤中，把光刻胶去掉，形成第二坑道连接，因此在后续的步骤中不需要对第三金属衬底进行激光切割，从而避免了激光切割过程中金属衬底的回熔而导致双胞或者多晶的问题，提高了芯片的整体性能。
另外，第二坑道与第一坑道呈垂直投影，在后续的劈裂过程中，每颗芯片之间只有部分的第二金属衬底、金属反射层和外延层相连接，总的厚度非常小，只需要通过劈刀就能劈裂开，不需要进行激光切割，避免了激光对外延层的损伤导致芯片光衰和良率低，从而提高芯片的良率。
此外，通过第四衬底作为临时的支持衬底，加强了芯片的整体机械强度，避免了在后续的激光剥离第一衬底时导致芯片碎裂、脱焊和降低产品良率，提高了芯片的稳定性和良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明实施例一提供的LED制作方法的流程图；
图2a-2j为本发明实施例一提供的LED制作工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
结合图1至图2j所示，图1为本申请实施例提供的一种LED芯片的制作方法的流程图，图2a至图2j为图1制作方法流程图对应的结构流程图；其中，制作方法包括：
S1、提供第一衬底。
参考图2a所示，提供第一衬底100，其中，第一衬底的材质为蓝宝石、硅、碳化硅、硬质金属中的一种，其厚度范围为300-1000微米。
S2、形成外延层和金属反射层。
参考图2b所示，在第一衬底100任意一表面形成外延层200，其中，外延层包括位于第一衬底表面的N型氮化镓层201、位于N型氮化镓层背离第一衬底一侧的有源层202和位于有源层背离第一衬底一侧的P型氮化镓层203。
以及，位于外延层200背离第一衬底一侧的金属反射层300。具体的，采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺在P型氮化镓层203上蒸镀金属反射层300，金属反射层300由Ag、Al、Pd、Pt、Au、W、Ni、Ti或其合金构成，其厚度范围约为100nm~500nm，而后将第一衬底放置在氮气的环境中高温退火5min~60min，以使形成的金属反射层更加致密均匀，欧姆接触性能更加良好。
需要说明的是，本申请实施例在外延层形成之前，在第一衬底上形成一氮化镓缓冲层，图中没有标出。
S3、对金属反射层进行图形化刻蚀，形成第一坑道。
参考图2c所示，采用光刻、显影、蚀刻等工艺在金属反射层300背离第一衬底一侧表面进行刻蚀，形成贯穿金属反射层300至外延层200背离第一衬底一侧表面的图形化的第一坑道301。
S4、将第二金属衬底固定在金属反射层背离第一衬底一侧表面上。
参考图2d所示，采用焊接工艺将第二金属衬底400焊接在金属反射层300表面上。其中，第二金属衬底为高导热高导电金属衬底，如Cu、Ni、Mo、Mn、Sn、Pd、Pt、Au中的一种或几种合金，其厚度小于等于50微米。
另外，在第二金属衬底400与金属反射层300之间形成一焊接层，图中没有显示焊接层。焊接层使第二金属衬底与金属反射层之间更好地固定在一起，在后续剥离第一衬底时，进一步避免芯片脱焊，碎裂。
S5、对第二金属衬底进行图形化刻蚀，形成第二坑道。
参考图2e所示，采用光刻、显影、蚀刻等工艺在第二金属衬底400背离第一衬底一侧表面与第一坑道301垂直投影相对应区域进行图形化刻蚀，形成不贯穿所述第二金属衬底400的第二坑道401。具体的，第二坑道401面积小于等于第一坑道301面积，第二坑道的刻蚀深度为5-20um。第二坑道与第一坑道呈垂直投影，有利于后续形成单颗芯片。
S6、沿第二坑道形成光刻胶及在第二金属衬底表面形成第三金属衬底。
参考图2f所示，在第二坑道401沿第二金属衬底400背离第一衬底一侧垂直方向形成光刻胶402。具体的，本申请对光刻胶的种类不做具体限制，可以为正性光刻胶、负性光刻胶或其他光刻胶。
另外，采用电镀工艺或化学镀工艺在金属反射层400背离第一衬底一侧表面形成第三金属衬底500。具体的，第三金属衬底为高导热高导电金属衬底，如Cu、Ni、Mo、Mn、Sn、Pd、Pt、Au中的一种或几种合金，其厚度范围为50-200微米，并与光刻胶厚度相等。光刻胶将第三金属衬底隔离开，在后续形成单颗芯片时能免于切割金属衬底，从而避免了激光切割金属衬底时产生金属回熔而导致双胞或者多晶的问题，提高了芯片的整体性能。
S7、将第四衬底固定在第三金属衬底和光刻胶背离第一衬底一侧表面上。
参考图2g所示，采用粘接的方法将第四衬底600固定在光刻胶402和第三金属衬底500背离第一衬底一侧表面上。具体的，第四衬底为硬质衬底，如蓝宝石，硅、碳化硅、硬质金属中的一种，其厚度范围为300-1000微米。第四衬底作为临时的支持衬底，加强了芯片的整体机械强度，减少后续工艺中第一衬底剥离后，由于内应力而产生的金属衬底翘曲，同时避免了在激光剥离第一衬底时导致芯片碎裂、脱焊和降低产品良率，提高了芯片的稳定性和良率。
S8、激光剥离第一衬底。
参考图2h所示，采用激光剥离工艺将第一衬底100自外延层200的表面剥离。剥离第一衬底，不仅提高芯片亮度和散热效果，总体增强芯片的光电性能，还在后续芯片的切割过程中减少芯片整体的切割厚度，实现芯片的免切割。
需要说明的是，本申请实施例在激光剥离第一衬底后，形成N型电极之前，对氮化镓缓冲层进行表面粗化，图中没有标出。
S9、形成N型电极、去掉第四衬底和光刻胶。
参考图2i所示，采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺在外延层200背离第二金属衬底400一侧表面形成N型电极700。
另外，去掉第四衬底600和光刻胶400，形成第二坑道连接403。
S10、形成单颗LED芯片。
参考图2j所示，采用劈刀沿第二坑道连接403至第一坑道301进行劈裂，形成单颗LED芯片。
相应的，本申请实施例还提供了一种LED芯片，LED芯片采用上述实施例提供的制作方法制作而成。
本申请实施例提供的一种LED芯片及其制作方法，包括：提供第一衬底；在所述第一衬底上依次形成外延层和金属反射层，其中，所述外延层包括依次形成的N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层；对所述金属反射层背离所述第一衬底一侧表面进行刻蚀，形成贯穿所述金属反射层至所述外延层背离所述第一衬底一侧表面的图形化的第一坑道；将第二金属衬底固定在所述金属反射层背离所述第一衬底一侧表面上；对所述第二金属衬底背离所述第一衬底一侧表面与第一坑道垂直投影相对应区域进行图形化刻蚀，形成不贯穿所述第二金属衬底的第二坑道；在所述第二坑道沿所述第二金属衬底背离所述第一衬底一侧垂直方向形成光刻胶；在所述第二金属衬底背离所述第一衬底一侧形成第三金属衬底，所述第三金属衬底与所述光刻胶厚度相等；将第四衬底固定在所述第三金属衬底和所述光刻胶背离所述第一衬底一侧表面上；激光剥离所述第一衬底；在所述外延层背离所述第二金属衬底一侧表面形成N型电极；移除所述第四衬底；去除所述光刻胶，形成第二坑道连接；沿所述第二坑道连接对所述第二金属衬底和所述外延层进行劈裂，形成单颗LED芯片。
由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，通过在第一金属衬底形成第二坑道，并在第二坑道沿垂直方向形成光刻胶，在第二金属衬底背离第一衬底一侧形成第三金属衬底，第三金属衬底与光刻胶厚度相等，其中，光刻胶把第三金属衬底隔离开，在后续的步骤中，把光刻胶去掉，形成第二坑道连接，因此在后续的步骤中不需要对第三金属衬底进行激光切割，从而避免了激光切割过程中金属衬底的回熔而导致双胞或者多晶的问题，提高了芯片的整体性能。
另外，第二坑道与第一坑道呈垂直投影，在后续的劈裂过程中，每颗芯片之间只有部分的第二金属衬底、金属反射层和外延层相连接，总的厚度非常小，只需要通过劈刀就能劈裂开，不需要进行激光切割，避免了激光对外延层的损伤导致芯片光衰和良率低，从而提高芯片的良率。
此外，通过第四衬底作为临时的支持衬底，加强了芯片的整体机械强度，避免了在后续的激光剥离第一衬底时导致芯片碎裂、脱焊和降低产品良率，提高了芯片的稳定性和良率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (16)
1.一种LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上依次形成外延层和金属反射层，其中，所述外延层包括依次形成的N型氮化镓层、有源层、P型氮化镓层；
对所述金属反射层背离所述第一衬底一侧表面进行刻蚀，形成贯穿所述金属反射层至所述外延层背离所述第一衬底一侧表面的图形化的第一坑道；
采用焊接工艺将第二金属衬底焊接在所述金属反射层背离所述第一衬底一侧表面上，在所述第二金属衬底与所述金属反射层之间形成焊接层；
对所述第二金属衬底背离所述第一衬底一侧表面与第一坑道垂直投影相对应区域进行图形化刻蚀，形成不贯穿所述第二金属衬底的第二坑道；
在所述第二坑道沿所述第二金属衬底背离所述第一衬底一侧垂直方向形成光刻胶；
在所述第二金属衬底背离所述第一衬底一侧形成第三金属衬底，所述第三金属衬底与所述光刻胶厚度相等；
将第四衬底固定在所述第三金属衬底和所述光刻胶背离所述第一衬底一侧表面上；
激光剥离所述第一衬底；
在所述外延层背离所述第二金属衬底一侧表面形成N型电极；
移除所述第四衬底；
去除所述光刻胶，形成第二坑道连接；
沿所述第二坑道连接对所述第二金属衬底和所述外延层进行劈裂，形成单颗LED芯片。
2.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第二坑道面积小于等于第一坑道面积。
3.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第二坑道的刻蚀深度为5-20um。
4.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，采用电镀工艺或化学镀工艺在所述金属反射层上形成所述第三金属衬底，其中所述第三金属衬底由所述光刻胶隔离。
5.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，采用粘接工艺将所述第四衬底粘接在所述第三金属衬底和所述光刻胶背离所述第一衬底一侧表面上。
6.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，在所述外延层形成之前，形成一氮化镓缓冲层。
7.根据权利要求6所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，在激光剥离所述第一衬底后，形成所述N型电极前，对所述氮化镓缓冲层进行表面粗化。
8.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述金属反射层为Ag、Al、Pd、Pt、Au、W、Ni、Ti中的一种或几种合金。
9.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第二金属衬底为高导热高导电金属衬底，为Cu、Ni、Mo、Mn、Sn、Pd、Pt、Au中的一种或几种合金，其厚度小于等于50微米。
10.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第三金属衬底为高导热高导电金属衬底，为Cu、Ni、Mo、Mn、Sn、Pd、Pt、Au中的一种或几种合金，其厚度范围为50-200微米。
11.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第四衬底为硬质衬底，为蓝宝石，硅、碳化硅、硬质金属中的一种，其厚度范围为300-1000微米。
12.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述金属反射层是采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺形成的。
13.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，采用光刻、显影、蚀刻工艺形成第一坑道。
14.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，采用光刻、显影、蚀刻工艺形成第二坑道。
15.根据权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述N型电极是采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺形成。
16.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片采用权利要求1～15任意一项所述的制作方法制作而成。
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