CN107170857A - Led倒装芯片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及LED芯片工艺领域，公开了一种LED倒装芯片的制备方法，包括提供透光衬底；在透光衬底上生长外延层；同时刻蚀出隔离沟槽以及至少一个N电极沟槽以形成Mesa平台；在Mesa平台之上形成欧姆接触层；在欧姆接触层之上形成至少一个P‑finger，在各N电极沟槽之上分别制作一个N‑finger；在整个芯片表面形成高反绝缘层；图形化高反绝缘层以在至少一个P‑finger之上形成P导电通道，在至少一个N‑finger之上形成N导电通道；制作覆盖全部P导电通道和全部N导电通道的P焊垫和N焊垫；制作chip。本发明可以同时避开P电极上导电层吸收光和电极焊垫遮光，提高光强；缓解电流积聚，便于光学设计。

Description

LED倒装芯片的制备方法
技术领域
本发明涉及LED芯片的制作工艺领域，特别涉及一种LED倒装芯片的制备方法。
背景技术
作为节能领域的支柱产业，LED行业从发展之初就受到政府的大力扶持。随着投资LED行业产能的不断增加，LED芯片的需求呈现出饱和趋势，导致市场对处于LED行业上游领域芯片成本要求越来越高。为了适应市场的需求，高良率、低成本、高光效成为LED芯片研发的重点。
传统的蓝宝石衬底GaN芯片结构，P、N电极刚好位于芯片的出光面，在这种结构中，小部分p-GaN层和“发光”层被刻蚀，以便与下面的n-GaN层形成电接触；光从最上面的p-GaN层取出。p-GaN层有限的电导率要求在p-GaN层表面再沉淀一层电流扩散的导电层，这个电流扩散层会吸收部分光，从而降低芯片的出光效率；为了减少发射光的吸收，电流扩展层的厚度应减少到几百纳米，厚度的减少反过来又限制了电流扩散层在p-GaN层表面均匀和可靠地扩散大电流的能力。因此这种p型接触结构制约了LED芯片的工作功率，同时pn结的热量通过蓝宝石衬底导出去，导热路径较长，且蓝宝石的热导系数较金属低(为35W/mK)，因此，这种结构的LED芯片热阻会较大；此外，这种结构的p电极和引线也会挡住部分光线，所以，这种正装LED芯片的器件功率、出光效率和热性能均不可能是最优的。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种LED倒装芯片的制备方法，制备出的LED倒装芯片相对于正装LED芯片的电源转换效率有较大的提升。
技术方案：本发明提供了一种LED倒装芯片的制备方法，包括以下步骤：S1：提供具有n个芯片单元区域A1、A2······An的透光衬底，一个所述芯片单元区域为一个所述LED倒装芯片，其中，n≥1；S2：在所述透光衬底上生长外延层；S3：在各所述芯片单元区域上同时刻蚀出隔离沟槽以及至少一个N电极沟槽以形成Mesa平台；S4：在所述Mesa平台之上形成欧姆接触层；S5：在所述欧姆接触层之上形成至少一个P-finger，在各所述N电极沟槽之上分别制作一个N-finger；S6：在S5之后的整个芯片表面形成高反绝缘层；S7：图形化所述高反绝缘层以在至少一个所述P-finger之上形成P导电通道，在至少一个所述N-finger之上形成N导电通道；S8：制作覆盖全部所述P导电通道和全部所述N导电通道的P焊垫和N焊垫；S9：将各所述LED倒装芯片制作成chip。
优选地，所述外延层自下而上依次为缓冲层Buffer、N型半导体层N-GaN、发光层MQW和P型半导体层P-GaN。
优选地，在所述S3中，所述隔离沟槽位于各所述芯片单元区域的边缘四周，每个所述芯片单元区域中除所述N电极沟槽和所述隔离沟槽以外的区域为所述Mesa平台。
优选地，所述N电极沟槽和所述隔离沟槽的底部均位于所述N-GaN的上下表面之间。
优选地，在所述S4中，所述欧姆接触层的边缘与所述Mesa平台的边缘之间具有第一预设间距d1；和/或，在所述S5中，各所述N-finger的边缘与对应的各所述N电极沟槽的边缘之间具有第二预设间距d2。
优选地，在所述S9中，包含以下子步骤：S9-1：对所述透光衬底进行研磨抛光；S9-2：激光划裂所述经过研磨抛光后的透光衬底，以将各所述LED倒装芯片分割成倒装chip。
优选地，在所述S9中，包含以下子步骤：S9-1：对所述透光衬底进行研磨抛光；S9-2：将所述经过研磨抛光后的透光衬底进行表面粗化；S9-3：激光划裂所述经过表面粗化后的透光衬底，以将各所述LED倒装芯片分割成出光面粗化的倒装chip。
优选地，在所述S9中，包含以下子步骤：S9-1：对所述透光衬底进行研磨抛光；S9-2：通过激光剥离去除所述经过研磨抛光后的透光衬底；S9-3：通过激光划裂将各所述LED倒装芯片分割成薄膜倒装chip。
有益效果：本发明为了克服正装芯片的不足，将芯片制作成倒装结构，在这种结构中，光从透光衬底取出，不必从电流扩散层(即欧姆接触层)取出，由于不从电流扩散层出光，这样不透光的电流扩散层可以加厚，增加倒装芯片的电流密度。
附图说明
图1为生长了外延层的透明衬底的俯视图；
图2为图1中沿a-a面的断面图；
图3为刻蚀出Mesa平台后的俯视图；
图4为图3中沿a-a面的断面图；
图5为形成欧姆接触层后的俯视图；
图6为图5中沿a-a面的断面图；
图7为形成了P-finger和N-dinger后的俯视图；
图8为图7中沿a-a面的断面图；
图9为形成高反绝缘层后的俯视图；
图10为图9中沿a-a面的断面图；
图11为图形化高反绝缘层后的俯视图；
图12为图11中沿a-a面的断面图；
图13为形成p焊垫和N焊垫后的俯视图；
图14为图13中沿a-a面的断面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
实施方式1：
本实施方式提供了一种LED倒装芯片的制备方法，主要包括以下步骤：
S1：提供具有n个芯片单元区域A1、A2······An的透光衬底1001，一个该芯片单元区域即为一个LED倒装芯片，其中，n≥1，为了便于表述，本申请以下的描述中均以n＝1为例进行。
上述透光衬底1001可以选择蓝宝石Al2O3或氮化镓GaN等。
S2：在透光衬底1001上生长外延层。如图1和2，这里的外延层自下而上依次为缓冲层Buffer1013、N型半导体层N-GaN1014、发光层MQW1015和P型半导体层P-GaN10165。
S3：在使用光刻胶保护的情况下，在每个芯片单元区域上都同时刻蚀出和隔离沟槽1002以及两个N电极沟槽1003以形成Mesa平台1004(即光刻胶保护的区域)，其中的隔离沟槽1002位于各芯片单元区域的边缘四周，且隔离沟槽1002和N1003N-GaN1013的内部，即刻蚀结束后，N电极沟槽1003和隔离沟槽1002的底部位于N-GaN10143的上下表面之间，每个芯片单元区域中除N电极沟槽1003和隔离沟槽1002以外的区域为Mesa平台1004，如图3和4。
S4：在各Mesa平台10034的上表面形成覆盖部分Mesa平台1004的欧姆接触层1005，为了防止P电极与N电极之间短路，欧姆接触层1005的边缘至对应的各Mesa平台1004的边缘要留有第一预设间距d1，如图5和6。
上述欧姆接触层1005的材料可以为氧化铟锡ITO、氧化锌ZnO、掺铝氧化锌AZO或镍金AuNi等，制备方法可以为电子束蒸发E-beam、磁控溅射Sputter、原子层沉积ALD等。
S5：为便于电流扩展，在两个N电极沟槽1003之上各制作一个N-finger1007，且在两个N电极沟槽1003之间以及两侧共交替制作三个P-finger1006，各N-finger1007的边缘与对应的各N电极沟槽1003的边缘之间具有第二预设间距d2，如图7和8。
上述P-finger1006和N-finger1007的材料可以为Cr、Ag、Al、Ni、TiW、Pt、Au等金属材料，制备方法可以为E-beam、Sputter、ALD等。
S6：为了隔离P型导电区域和N型导电区域以及保护Mesa平台1004边框洁净不导通，同时具备倒装芯片中主要区域高反射率的作用，在S5之后的整个芯片表面形成高反绝缘层1008，如图9和10。
上述高反绝缘层1008的材料为不导电材料同时具有可见光范围内的高反射率，例如DBR(SiO2与五氧化三钛Ti3O5的叠层)等。
S7：图形化上述高反绝缘层1008以在每一个P-finger1006之上形成一个P导电通道1009，在每一个N-finger1007之上形成一个N导电通道1010；如图11和12。
上述P、N导电通道的个数不限，大于等于1即可，本实施方式中P导电通道1009为三个，N导电通道1010为两个。
S8：为了方便LED芯片封装，制作覆盖全部P导电通道1009和全部N导电通道1010的P焊垫1011和N焊垫1012；如图13和14。
在各LED倒装芯片中，为了防止P焊垫1011与N焊垫1012之间相邻两颗LED倒装芯片之间导通短路，P焊垫1011与N焊垫1012之间以及二者与对应的LED倒装芯片的边缘之间均通过高反绝缘层1008隔开。
上述P焊垫1011与N焊垫1012的材料可以为Au、锡Sn、Cr、Al、Pt、Ti等材料。
S10：将各LED倒装芯片制作成chip。
将上述S10结束后的2寸或更大直径的圆片的透光衬底1001进行研磨抛光，研磨厚度可在50-500um范围内，然后通过激光划裂上述经过研磨抛光后的透光衬底1001，以将各LED倒装芯片分割成LED倒装芯片Flip Chip LED。
至此，完成LED倒装芯片的制作。
本方法制作成的LED倒装芯片，可以同时降低P电极上导电层吸收光和电极焊垫遮光给芯片出光带来的负面影响，提高了光电性能。
本方法制成的LED倒装芯片相对正装LED芯片有如下几个特点：简化封装工艺，节省封装成本；提高封装生产良率；低热阻、高可靠性、高光效；本方法制成的LED倒装芯片相对普通倒装LED新品有如下几个特点：制作方法简单，设备成本低，不需要Ag/Al等金属做主体反射，避开了Ag/Al等金属的易团簇、易氧化、易迁移等造成芯片失效的难点。
实施方式2：
本实施方式为实施方式1的进一步改进，主要改进在于：为了弱化由于透光衬底1001的全反射角造成的出光效率低下的问题，在本实施方式中，将各LED倒装芯片制作成chip的方式相比较于实施方式1有了改进，本实施方式中在对透光衬底1001进行研磨抛光后(研磨厚度也可在50-500um范围内)，是将经过研磨抛光后的透光衬底1001先进行表面粗化，然后再对经过表面粗化后的透光衬底1001进行激光划裂，以将各LED倒装芯片分割成出光面粗化的LED倒装芯片Flip Chip LED。经过表面粗化的透光衬底1001表面比较粗糙，能够将由于全反射角遗漏的一部分光也反射出去，以提升出光率。
除此之外，本实施方式与实施方式1完全相同，此处不做赘述。
实施方式3：
本实施方式为实施方式1的进一步改进，主要改进在于本实施方式中，将各LED倒装芯片制作成chip的方式相比较于实施方式1有了改进，本实施方式中在对透光衬底1001进行研磨抛光后，是先将经过研磨抛光后的透光衬底1001通过激光剥离去除，然后再通过激光划裂将各LED倒装芯片分割成薄膜LED倒装芯片Thin Flim Flip Chip LED。这种方式使得制备得到的LED倒装芯片能够彻底把透光衬底1001去除，且其底面通过金属电极和支架形成导热快速通道，顶面发光层发热源直接接触封装胶体，使芯片的导热通道最短。
除此之外，本实施方式与实施方式1完全相同，此处不做赘述。
上述各实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种LED倒装芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：提供具有n个芯片单元区域A1、A2······An的透光衬底(1001)，一个所述芯片单元区域为一个所述LED倒装芯片，其中，n≥1；
S2：在所述透光衬底(1001)上生长外延层；
S3：在各所述芯片单元区域上同时刻蚀出隔离沟槽(1002)以及至少一个N电极沟槽(1003)以形成Mesa平台(1004)；
S4：在所述Mesa平台(1004)之上形成欧姆接触层(1005)；
S5：在所述欧姆接触层(1005)之上形成至少一个P-finger(1006)，在各所述N电极沟槽(1003)之上分别制作一个N-finger(1007)；
S6：在S5之后的整个芯片表面形成高反绝缘层(1008)；
S7：图形化所述高反绝缘层(1008)以在至少一个所述P-finger(1006)之上形成P导电通道(1009)，在至少一个所述N-finger(1007)之上形成N导电通道(1010)；
S8：制作覆盖全部所述P导电通道(1009)和全部所述N导电通道(1010)的P焊垫(1011)和N焊垫(1012)；
S9：将各所述LED倒装芯片制作成chip。
2.根据权利要求1所述的LED倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述外延层自下而上依次为缓冲层Buffer(1013)、N型半导体层N-GaN(1014)、发光层MQW(1015)和P型半导体层P-GaN(1016)。
3.根据权利要求2所述的LED倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述N电极沟槽(1003)和所述隔离沟槽(1002)的底部均位于所述N-GaN(1014)的上下表面之间。
4.根据权利要求1所述的LED倒装芯片的制备方法，其特征在于，在所述S3中，所述隔离沟槽(1002)位于各所述芯片单元区域的边缘四周，每个所述芯片单元区域中除所述N电极沟槽(1003)和所述隔离沟槽以外的区域为所述Mesa平台(1004)。
5.根据权利要求1所述的LED倒装芯片的制备方法，其特征在于，在所述S4中，所述欧姆接触层(1005)的边缘与所述Mesa平台(1004)的边缘之间具有第一预设间距d1；
和/或，在所述S5中，各所述N-finger(1007)的边缘与对应的各所述N电极沟槽(1003)的边缘之间具有第二预设间距d2。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的LED倒装芯片的制备方法，其特征在于，在所述S9中，包含以下子步骤：
S9-1：对所述透光衬底(1001)进行研磨抛光；
S9-2：激光划裂所述经过研磨抛光后的透光衬底(1001)，以将各所述LED倒装芯片分割成倒装chip。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的LED倒装芯片的制备方法，其特征在于，在所述S9中，包含以下子步骤：
S9-1：对所述透光衬底(1001)进行研磨抛光；
S9-2：将所述经过研磨抛光后的透光衬底(1001)进行表面粗化；
S9-3：激光划裂所述经过表面粗化后的透光衬底(1001)，以将各所述LED倒装芯片分割成出光面粗化的倒装chip。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的LED倒装芯片的制备方法，其特征在于，在所述S9中，包含以下子步骤：
S9-1：对所述透光衬底(1001)进行研磨抛光；
S9-2：通过激光剥离去除所述经过研磨抛光后的透光衬底(1001)；
S9-3：通过激光划裂将各所述LED倒装芯片分割成薄膜倒装chip。
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