CN105702810A - 一种发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：在支撑基板上依次形成粘结金属层，阻挡层，高熔点金属层，Sn金属层；在发光二极管外延片上依次形成粘结金属层，阻挡层，高熔点金属层，Sn金属层；设定键合温度，把所述支撑基板和所述发光二极管外延片通过所述Sn金属层键合在一起；去除所述发光二极管外延片上的衬底和缓冲层，形成电极并切割形成单颗发光二极管。该方法通过采用含有高熔点的晶圆键合金属结构来键合LED外延片和基板，提高了晶圆的良率，制造出具有较高可靠性的LED。
Description
技术领域
本发明属于半导体领域，尤其涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术
在LED制造过程中，特别是在薄膜结构的LED制造中，往往需要衬底转移，也就是把外延层从外延衬底转移到另一个基板上。衬底转移要利用晶圆键合工艺，即把外延片和基板键合在一起，再把衬底去除。在这个过程中，为了保证LED的可靠性和良率，晶圆键合的温度不宜过高，否则很容易破坏金属和外延片的欧姆接触，同时温度过高也会降低外延层的量子效率，降低LED的出光效率。另外，键合后金属层之间不能有空洞，空洞容易导致外延层破碎，使LED失效。因此，这就要求在晶圆键合时要有液相金属出现才能最大程度避免键合金属层之间空洞的产生。总的来说，就是要求键合金属在较低的温度下有液相出现。而Sn的熔点是231℃，非常适合于LED的晶圆键合。
但是，在LED应用时，通常都需要将LED焊接到线路板上，而用的最多的焊接材料是Sn膏。在现有技术LED制造中仅采用Sn做键合金属，同时采用Sn作为焊接材料，这样在焊接的过程中会使得外延层和基板间的Sn也会融化，而最终导致LED失效。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种发光二极管的制造方法。该方法通过采用具有高熔点金属层的晶圆键合金属结构键合LED外延片和支撑基板，来提高晶圆的良率，制造出具有较高可靠性的LED。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种发光二极管的制造方法，包括如下步骤：在支撑基板上依次形成粘结金属层，阻挡层，高熔点金属层，Sn金属层；在发光二极管外延片上依次形成粘结金属层，阻挡层，高熔点金属层，Sn金属层；设定键合温度，把所述支撑基板和所述发光二极管外延片通过所述Sn金属层键合在一起；去除所述发光二极管外延片上的衬底和缓冲层，形成电极并切割形成单颗发光二极管。
优选地，该方法还包括在所述晶圆键合金属结构中的Sn金属层上形成一保护金属层。
优选地，所述保护金属层的材料为Au，其厚度为50nm。
优选地，所述支撑基板为硅基板。
优选地，所述高熔点金属层的材料为下列中的一种或多种：Ni、Au、Ag、Cu、Pt。
优选地，所述阻挡金属层的材料为下列中的一种或多种：Ti、W、TiW、TiWN、Pt。
优选地，所述粘结金属层的材料为下列中的一种或多种：Cr、Ti、Ni、TiW。
通过上述方法，本发明制备出一种发光二极管，包括：去除了衬底和缓冲层的发光二极管外延材料，其位于支撑基板上；含有高熔点金属的Sn合金层，其位于所述发光二极管外延材料和所述支撑基板之间；两个阻挡金属层，其分别位于所述支撑基板与所述Sn合金层之间以及所述发光二极管外延材料与所述Sn合金层之间；两个粘结金属层，其分别位于所述支撑基板与所述一阻挡金属层之间以及所述发光二极管外延材料和另一阻挡金属层之间。
优选地，所述高熔点金属为下列材料中的一种或多种：Ni、Au、Ag、Cu、Pt。
优选地，所述阻挡金属层的材料为下列中的一种或多种：Ti、W、TiW、TiWN、Pt。
本发明的有益效果：1）通过在Sn金属层的一表面设置一不易被氧化的保护金属层，来防止Sn表面被氧化；2）通过在Sn的另一表面放置一种熔点比Sn更高且能和Sn形成合金的金属，来形成熔点高于Sn的Sn合金；3）通过在高熔点金属层表面设置阻挡金属层来阻止Sn的进一步扩散，需要在高熔点金属后放一种阻挡Sn继续扩散的阻挡金属；4）通过在阻挡金属层表面设置一粘结金属层，来增加金属结构和外延片或基板之间的粘结强度。本发明提供的发光二极管的制造方法，不仅可以提高晶圆的良率，而且最终可以提高LED的可靠性，制造出高性能的LED。
附图说明
图1至图3为本发明一种发光二极管制造过程示意图。
具体实施方式
实施例1
为了进一步的说明本发明提供的一种发光二极管及其制造方法，下面将对其具体的一个制造过程进行描述，如图1至图3所示。
首先，如图1所示，在制作好Ni-Ag合金P电极的外延片21上磁控溅射300nm厚的粘结金属层TiW22，然后依次蒸镀200nm厚的阻挡金属层Pt23、400nm厚的高熔点金属层Ni24、1μm厚的Sn金属层25以及10nm厚的保护金属层Au26。
其次，如图2所示，用硅片作为支撑基板31，在支撑硅基板31上依次蒸发100nm厚的粘结金属层Cr32、200nm厚的阻挡金属层Pt33、400nm厚的高熔点金属层Ni34、1μm厚的Sn金属层35以及10nm厚的保护金属层Au36。
设定比Sn金属的熔点高约30℃的键合温度，将沉积有上述晶圆键合金属结构的外延片21和支撑硅基板31通过加温加压，使得液相的Sn会逐步被Ni和部分Au所吸收，形成含有高熔点金属Ni、Au的Sn合金37而键合在一起，如图3所示。
最后，去除外延片21上的衬底，切割形成性能较好，可靠性较高的单颗LED。
实施例2
本实施例与实施例1的制造方法相同，结构基本相似，其唯一的区别是：本实施例中所使用的高熔点金属层是Pt，最终通过高温键合以后形成Pt-Sn合金层。
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 (10)
1.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
在支撑基板上依次形成粘结金属层，阻挡层，高熔点金属层，Sn金属层；
在发光二极管外延片上依次形成粘结金属层，阻挡层，高熔点金属层，Sn金属层；
设定键合温度，把所述支撑基板和所述发光二极管外延片通过所述Sn金属层键合在一起；
去除所述发光二极管外延片上的衬底和缓冲层，形成电极并切割形成单颗发光二极管。
2.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于该方法还包括在所述晶圆键合金属结构中的Sn金属层上形成一保护金属层。
3.根据权利要求2所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于所述保护金属层的材料为Au，其厚度为50nm。
4.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于所述支撑基板为硅基板。
5.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于所述高熔点金属层的材料为下列中的一种或多种：Ni、Au、Ag、Cu、Pt。
6.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于所述阻挡金属层的材料为下列中的一种或多种：Ti、W、TiW、TiWN、Pt。
7.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于所述粘结金属层的材料为下列中的一种或多种：Cr、Ti、Ni、TiW。
8.一种发光二极管，包括：
去除了衬底和缓冲层的发光二极管外延材料，其位于支撑基板上；
含有高熔点金属的Sn合金层，其位于所述发光二极管外延材料和所述支撑基板之间；
两个阻挡金属层，其分别位于所述支撑基板与所述Sn合金层之间以及所述发光二极管外延材料与所述Sn合金层之间；
两个粘结金属层，其分别位于所述支撑基板与所述一阻挡金属层之间以及所述发光二极管外延材料和另一阻挡金属层之间。
9.根据权利要求8所述的一种发光二极管，其特征在于所述高熔点金属为下列材料中的一种或多种：Ni、Au、Ag、Cu、Pt。
10.根据权利要求8所述的一种发光二极管，其特征在于所述阻挡金属层的材料为下列中的一种或多种：Ti、W、TiW、TiWN、Pt。
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