CN106098869A - 一种垂直结构led的衬底剥离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垂直结构LED的衬底剥离方法，该垂直结构LED包括依次层叠的高掺硅层、LED芯片层和硅衬底层，该方法包括以下步骤：1)首次超声清洗；2)研磨：使用金刚石磨盘对硅衬底层进行研磨，设置减薄量为硅衬底层总厚度的20‑90％；3)再次超声清洗；4)刻蚀：使用感应耦合等离子体对残余硅衬底层进行刻蚀，刻蚀腔压力为10‑3‑10‑5Pa，刻蚀气体为SF6。本方法采用物理研磨与化学刻蚀相结合的方式，以去除垂直结构LED的硅衬底，而对LED芯片层或高掺硅层几乎没有影响，可提高LED器件性能，可广泛应用于LED、LD、光电探测器、太阳能电池等领域。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体涉及一种垂直结构LED的衬底剥离方法。
背景技术
当前，氮化镓基LED主要是在蓝宝石衬底上生长制备的横向结构LED，因为该结构的电流方向水平流动，且蓝宝石热导率低等，导致LED寿命减少且不易制备大功率器件。因此，人们开始采用硅作为新型衬底来外延制备氮化镓基化合物半导体材料。硅衬底具有成本低、单晶尺寸大、导热率高、导电性能良好等特点，并且硅的微电子技术十分成熟，在硅衬底上生长氮化镓薄膜有望实现光电子和微电子的集成。由于硅衬底的上述诸多优点，硅衬底上生长氮化镓薄膜进而制备LED愈被人们关注。但是，硅与氮化镓的热失配远高于蓝宝石，导致外延片更容易产生裂纹，且硅对可见光的吸收也大大降低了LED的发光效率。
基于硅衬底在LED制备的缺点，研究人员开发了一系列衬底转移技术，主要是将硅衬底和外延层进行剥离，以期将外延片转移至其他高性能衬底上，从而获得性能更加优良的垂直结构器件。而转移的衬底材料包括高掺硅、金属等，其中，以高掺硅作为转移衬底材料，剥离原来的硅衬底有化学湿法剥离和物理干法方法两种。
湿法剥离具有成本低廉，工程流程简单等优点。但针对作为转移衬底的高掺硅而言，湿法剥离不仅会剥离原来的硅衬底，也会对高掺硅有所破坏，从而影响芯片性能。而物理法剥离硅衬底能够实现精确控制剥离对象，在剥离原硅衬底的同时，对高掺硅的转移衬底影响相对较小，但仍需要避免对转移衬底高掺硅造成破坏，保证了垂直芯片的完整。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是为了提供一种对转移衬底影响小的垂直结构LED的衬底剥离方法。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种垂直结构LED的衬底剥离方法，该垂直结构LED包括依次层叠的高掺硅层、LED芯片层和硅衬底层，该方法包括以下步骤：
1)首次清洗：将垂直结构LED依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中超声洗涤后，经去离子水清洗，用氮气吹干；
2)研磨：使用金刚石磨盘对硅衬底层进行研磨，设置减薄量为硅衬底层总厚度的20-90％；
3)再次清洗：将步骤2)处理过的垂直结构LED依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中超声洗涤后，经去离子水清洗，用氮气吹干；
4)刻蚀：使用感应耦合等离子体对残余硅衬底层进行刻蚀，刻蚀腔压力为10-3-10-5Pa，刻蚀气体为SF6。
作为优选，步骤1)中，依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声洗涤1-20min。
作为优选，步骤2)中，采用多孔陶瓷吸盘固定垂直结构LED。
作为优选，步骤2)中，研磨转速为每分钟1000-6000转，给进速度为每秒0.01-1μm。
作为优选，步骤2)中，减薄量为硅衬底层厚度的70-90％。
作为优选，步骤3)中，依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声洗涤1-20min。
作为优选，步骤4)中，气流量为10-10000mL/min，刻蚀时间为1-300min。
作为优选，步骤4)中，气流量为30-100mL/min，刻蚀时间为5-30min。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明采用物理研磨与化学刻蚀相结合的方式，以去除垂直结构LED的硅衬底，对LED芯片层或高掺硅层几乎没有影响；
本发明提出的制备方法可以精确去除硅衬底而不伤害器件功能层，提高LED器件性能，可广泛应用于LED、LD、光电探测器、太阳能电池等领域。
附图说明
图1为实施例1中垂直结构LED的结构示意图，附图标记：1、高掺硅层；2、LED芯片层；3、硅衬底层。
图2为实施例1中步骤2)处理后的垂直结构LED照片图。
图3为实施例1中步骤4)处理后的垂直结构LED照片图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
本发明提供一种垂直结构LED的衬底剥离方法，该垂直结构LED自上至下依次包括高掺硅层1、LED芯片层2和硅衬底层3，该方法包括以下步骤：
1)首次清洗：将垂直结构LED依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中超声洗涤后，经去离子水清洗，用氮气吹干；
通过首次清洗，除去垂直结构LED表面的有机、无机的可溶性及不溶性杂质，以减少因杂质存在造成对垂直结构LED表面研磨或刻蚀不平整的问题；
2)研磨：使用金刚石磨盘对硅衬底层进行研磨，设置减薄量为硅衬底层厚度的20-90％；
使用金刚石将部分的硅衬底层研磨去除，以减少刻蚀气体的使用量，从而减少刻蚀气体对转移衬底即高掺硅层的影响；
3)再次清洗：将步骤2)处理过的垂直结构LED依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中超声洗涤后，经去离子水清洗，用氮气吹干；
通过再次清洗，以去除垂直结构LED研磨后留下的碎屑，以使硅衬底层露出光滑的表面；
4)刻蚀：使用感应耦合等离子体对残余硅衬底层进行刻蚀，刻蚀腔压力为10-3-10-5Pa，刻蚀气体为SF6；
刻蚀的反应方程式如下：
SF6+Si→SiFx
刻蚀过程有助于除去剩余的硅衬底层，最终实现表面硅衬底完全去除。
实施例1：
一种垂直结构LED的衬底剥离方法，该垂直结构LED包括依次层叠的高掺硅层、LED芯片层和硅衬底层，该方法包括以下步骤：
1)首次清洗：将垂直结构LED依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声洗涤3min后，经去离子水清洗，用氮气吹干；
2)研磨：使用金刚石磨盘对硅衬底层进行研磨，将垂直结构LED放置多孔陶瓷吸盘上，硅衬底层朝上，设置研磨转速为每分钟4200转，给进速度为每秒0.2μm，设置减薄量为370μm，研磨20分钟后，原来420μm厚的硅衬底层减薄至50μm，取出垂直结构LED，如图2所示；
3)再次清洗：将步骤2)处理过的垂直结构LED依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声洗涤3min后，经去离子水清洗，用氮气吹干；
4)刻蚀：使用感应耦合等离子体对残余的50μm硅衬底层进行刻蚀，刻蚀腔压力为10-5Pa，刻蚀气体为SF6，气流量为50mL/min，刻蚀时间为10分钟，最终硅衬底层完全去除，如图3所示。由图3可见，完全去除硅衬底后的垂直结构LED表面光滑，LED芯片层保存完整，且高掺硅层几乎没有受到损害。
实施例2：
一种垂直结构LED的衬底剥离方法，该垂直结构LED包括依次层叠的高掺硅层、LED芯片层和硅衬底层，该方法包括以下步骤：
1)首次清洗：将垂直结构LED依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声洗涤20min后，经去离子水清洗，用氮气吹干；
2)研磨：使用金刚石磨盘对硅衬底层进行研磨，将垂直结构LED放置多孔陶瓷吸盘上，硅衬底层朝上，设置研磨转速为每分钟4200转，给进速度为每秒0.5μm，设置减薄量为340μm，研磨15分钟后，原来420μm厚的硅衬底层减薄至80μm，取出垂直结构LED；
3)再次清洗：将步骤2)处理过的垂直结构LED依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声洗涤20min后，经去离子水清洗，用氮气吹干；
4)刻蚀：使用感应耦合等离子体对残余的80μm硅衬底层进行刻蚀，刻蚀腔压力为10-5Pa，刻蚀气体为SF6，气流量为70mL/min，刻蚀时间为8分钟，最终硅衬底层完全去除。
实施例3：
一种垂直结构LED的衬底剥离方法，该垂直结构LED包括依次层叠的高掺硅层、LED芯片层和硅衬底层，该方法包括以下步骤：
1)首次清洗：将垂直结构LED依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声洗涤10min后，经去离子水清洗，用氮气吹干；
2)研磨：使用金刚石磨盘对硅衬底层进行研磨，将垂直结构LED放置多孔陶瓷吸盘上，硅衬底层朝上，设置研磨转速为每分钟4200转，给进速度为每秒0.01μm，设置减薄量为220μm，将原来420μm厚的硅衬底层减薄至200μm，取出垂直结构LED；
3)再次清洗：将步骤2)处理过的垂直结构LED依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声洗涤20min后，经去离子水清洗，用氮气吹干；
4)刻蚀：使用感应耦合等离子体对残余200μm硅衬底层进行刻蚀，刻蚀腔压力为10-3Pa，刻蚀气体为SF6，气流量为100mL/min，最终硅衬底层完全去除。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种垂直结构LED的衬底剥离方法，该垂直结构LED包括依次层叠的高掺硅层、LED芯片层和硅衬底层，该方法包括以下步骤：
1)首次清洗：将垂直结构LED依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中超声洗涤后，经去离子水清洗，用氮气吹干；
2)研磨：使用金刚石磨盘对硅衬底层进行研磨，设置减薄量为硅衬底层总厚度的20-90％；
3)再次清洗：将步骤2)处理过的垂直结构LED依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中超声洗涤后，经去离子水清洗，用氮气吹干；
4)刻蚀：使用感应耦合等离子体对残余硅衬底层进行刻蚀，刻蚀腔压力为10-3-10-5Pa，刻蚀气体为SF6。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声洗涤1-20min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，采用多孔陶瓷吸盘固定垂直结构LED。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，研磨转速为每分钟1000-6000转，给进速度为每秒0.01-1μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，减薄量为硅衬底层厚度的70-90％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声洗涤1-20min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中，气流量为10-10000mL/min，刻蚀时间为1-300min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中，气流量为30-100mL/min，刻蚀时间为5-30min。
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