CN107623059A - 一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构及制备工艺，包括原始键合衬底、多层功能性键合层和三维空间阵列结构；三维空间阵列结构由多层的功能性键合层构成，位于原始键合衬底和被键合材料之间；三维空间阵列结构的特征尺寸在100um以下，三维空间阵列结构中的空隙中填充有软性导电导热材料；所述原始键合衬底表面有一金属镀层，三维空间阵列结构的多功能键合层制备在金属镀层之上，后与被键合材料键合；或者制备在被键合材料表面，后与原始键合衬底键合。本发明通过在被键合材料和键合衬底之间形成稳定的三维空间阵列结构，有效降低了激光剥离时的阈值能量，同时不影响剥离外延层的质量，可以进行完整的外延剥离。

Description

一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构及制备工艺

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构及制备工艺。

背景技术

以铝铟镓氮材料(AlInGaN)体系为基础的可见光和紫外波段发光二极管(LightEmitting Diode，简称LED)自上世纪90年代实现高效蓝光发光技术起始，使得LED白光照明技术获得快速发展，产品的发光效率获得了持续提升，促使LED应用市场规模已突破数千亿元，同时近两年来随着AlGaN紫外波段器件的快速发展，使得其在UV固化、紫外线消毒杀菌、固体激光器等应用领域显现出良好的市场需求。

垂直结构的LED器件通过键合和激光剥离技术，实现了外延层的衬底转移，将外延层从适合其生长的衬底上转移到导热和导电性能更好的衬底上，极大的提高了LED单芯片的工作电流密度，同时克服原有衬底导热导电不佳的缺点。激光剥离工艺作为垂直结构器件制备的核心技术，目前仍存在一些问题：首先，对于剥离牺牲层多为AlN材料的紫外波段LED器件而言，需要很高的激光剥离能量，目前的激光剥离设备几乎达不到其剥离能量阈值，无法实现外延层的激光剥离；其次，对于所有使用较大能量进行剥离的工艺流程，大能量激光剥离会造成外延层的机械碎裂，产生微缺陷，同时一部分激光会照射到量子阱区域，进而影响到量子阱区域材料的晶格质量，使制成的芯片光学性能下降，造成器件漏电。同时，由于激光剥离能量较大，对周围芯片的冲击也很大，使芯片的整体良率大幅下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构及制备工艺，该结构可以有效降低半导体器件激光剥离工艺中所需的阈值能量，降低对激光剥离设备的能量要求，实现紫外发光器件的激光剥离，同时采用该键合衬底结构，可以有效解决激光剥离工艺对芯片的不利影响，提升工艺良率，降低产品漏电情况，为其规模化生产提供更好的解决方案。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构，包括原始键合衬底、多层功能性键合层和三维空间阵列结构；其中，三维空间阵列结构位于原始键合衬底和被键合材料之间，由多层的功能性键合层构成；三维空间阵列结构的特征尺寸在100um以下，三维空间阵列结构中的空隙中填充有软性导电导热材料；

所述原始键合衬底表面有一金属镀层，三维空间阵列结构的多功能键合层制备在金属镀层之上，后与被键合材料键合；或者制备在被键合材料表面，后与原始键合衬底键合。

本发明进一步的改进在于，所述三维空间阵列结构由网格状阵列、条状阵列、波纹状阵列、蜂窝状阵列中的一种或几种组成。

本发明进一步的改进在于，所述三维空间阵列结构由金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、铂、铜及其合金的一种或几种制成。

本发明进一步的改进在于，三维空间阵列结构采用光刻或压印后湿法刻蚀、激光烧蚀或3D打印制成。

本发明进一步的改进在于，三维空间阵列结构空隙中的填充物为金属铟，锡，银浆或铜浆。

本发明进一步的改进在于，所述金属镀层由金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、铂、铜及其合金的一种或几种制成。

本发明进一步的改进在于，所述三维空间阵列结构的占空比在1:0.01-1:30之间。

一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构的制备工艺，所述原始键合衬底表面有一金属镀层，三维空间阵列结构的多功能键合层制备在金属镀层之上，后与被键合材料键合，具体包括以下步骤：

1)在衬底上制备金属镀层；

2)在金属镀层表面使用图形化方法制备三维空间阵列结构；

3)在三维空间阵列结构中均匀填充功能性材料；

4)在被键合材料表面制备金属键合层；

5)将三维空间阵列结构与被键合材料上的金属键合层键合在一起。

一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构的制备工艺，在被键合材料表面有一金属镀层，三维空间阵列结构的多功能键合层制备在金属镀层之上，后与原始键合衬底键合，具体包括以下步骤：

1)在被键合材料上制备金属镀层；

2)在金属镀层表面使用图形化方法制备三维空间阵列结构；

3)在三维空间阵列结构中均匀填充功能性材料；

4)在原始键合衬底表面制备金属键合层；

5)将三维空间阵列结构与原始键合衬底上的金属键合层键合在一起。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明通过在被键合材料和键合衬底之间形成稳定的三维空间阵列结构，相比于没有三维空间阵列结构的衬底，其激光剥离时的阈值能量降低了10～40％，同时不影响剥离外延层的质量，可以进行完整的外延剥离。本发明经试验验证，与现有技术相比，降低了对于设备的能量要求，利用常规的激光剥离机就可以成功实现深紫外外延层的激光剥离，实现紫外波段的垂直发光器件；同时剥离能量的降低，减小了激光剥离对于芯片的不利影响，有效降低了芯片的漏电情况，在相同良率计算标准下，利用本衬底结构制备的产品良率较通用方法提升至少10％。

附图说明

图1a至图1d是本发明实施例1空间三维结构制备工艺示意图；

图1e-1至图1e-4是本发明实施例1列举的空间三维结构俯视图；

图1f和图1g是本发明实施例1填充工艺示意图；

图1h是本发明实施例1复合转移衬底键合后的示意图；

图2a至图2f是本发明实施例2复合转移衬底制备工艺示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例1：

图1a至1d、图1e-1至图1e-4以及图1f至图1h为用本发明实施例1一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构的工艺过程，其具体包括以下步骤：

1)在金属衬底101上制备金属镀层102，如图1a所示，金属镀层102由金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、铂及其合金的一种或几种制成，金属镀层102可以是混合金属制备的一层，或者是多层结构，比如蒸发3微米钛和5微米金；

2)在复合金属镀层102表面使用紫外压印技术制备阵列化压印图案103，如图1b所示；

3)湿法腐蚀金属镀层102金属，露出金属衬底101，如图1c所示；

4)去除压印图案103后，在金属衬底101上形成三维空间阵列结构，形成复合转移键合衬底111，如图1d所示；三维空间阵列结构为网格状阵列、条状阵列、波纹状阵列、蜂窝状阵列或不规则阵列结构等结构中的一种或几种，其举例的俯视图如图1e-1至图1e-4所示，白色区域为空间阵列结构，黑色区域为空隙。空间阵列结构的高度在0.05微米至120微米间，空间阵列结构的占空比的范围在1:0.01至1:30之间；占空比为在同一高度处，空间阵列结构面积与空隙面积的比例；

5)在复合转移键合衬底111的三维空间阵列结构的空隙中填充铟金属104，如图1f所示；

6)在被键合材料105表面制备金属键合层106，如图1g所示；

7)将复合转移键合衬底111与被键合材料的金属键合层相键合，形成稳定的键合结构，如图1h所示，完成复合转移衬底键合工艺全过程。

实施例2：

图2a至图2f为用本发明实施例2一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构的工艺过程，其具体包括以下步骤：

1)在深紫外外延片201上利用光刻方法形成三维空间阵列结构光刻胶图形202，如图2a所示，在光刻胶上制备金属镀层203，如图2b所示，金属镀层203由金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、铂及其合金的一种或几种制成，金属镀层203可以是混合金属制备的一层，或者是多层结构，比如蒸发10nm金属镍和4微米金锡合金；

2)去除光刻胶后即在深紫外外延片201表面形成三维空间阵列结构，如图2c所示，空间阵列结构如实例1步骤4所述；

3)在深紫外外延片表面201的三维空间阵列结构的空隙中填充导电银浆204，如图2d所示；

4)在原始键合衬底205表面制备金属键合层206，如5um金锡合金，如图2e所示；

5)将深紫外外延片与原始键合衬底的金属键合层相键合，形成复合转移衬底结构211，如图2f所示，完成复合转移衬底键合工艺全过程。

Claims (9)

1.一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构，其特征在于，包括原始键合衬底、多层功能性键合层和三维空间阵列结构；其中，三维空间阵列结构位于原始键合衬底和被键合材料之间，由多层的功能性键合层构成；三维空间阵列结构的特征尺寸在100um以下，三维空间阵列结构中的空隙中填充有软性导电导热材料；

所述原始键合衬底表面有一金属镀层，三维空间阵列结构的多功能键合层制备在金属镀层之上，后与被键合材料键合；或者制备在被键合材料表面，后与原始键合衬底键合。

2.根据权利要求1所述的一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构，其特征在于，所述三维空间阵列结构由网格状阵列、条状阵列、波纹状阵列、蜂窝状阵列中的一种或几种组成。

3.根据权利要求1所述的一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构，其特征在于，所述三维空间阵列结构由金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、铂、铜及其合金的一种或几种制成。

4.根据权利要求1所述的降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构，其特征在于，三维空间阵列结构采用光刻或压印后湿法刻蚀、激光烧蚀或3D打印制成。

5.根据权利要求1所述的降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构，其特征在于，三维空间阵列结构空隙中的填充物为金属铟，锡，银浆或铜浆。

6.根据权利要求1所述的一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构，其特征在于，所述金属镀层由金、银、铝、铟、锡、镍、铬、钛、铂、铜及其合金的一种或几种制成。

7.根据权利要求1所述的一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构，其特征在于，所述三维空间阵列结构的占空比在1:0.01-1:30之间。

8.权利要求1到7中任一项所述的一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构的制备工艺，其特征在于，所述原始键合衬底表面有一金属镀层，三维空间阵列结构的多功能键合层制备在金属镀层之上，后与被键合材料键合，具体包括以下步骤：

1)在衬底上制备金属镀层；

2)在金属镀层表面使用图形化方法制备三维空间阵列结构；

3)在三维空间阵列结构中均匀填充功能性材料；

4)在被键合材料表面制备金属键合层；

5)将三维空间阵列结构与被键合材料上的金属键合层键合在一起。

9.权利要求1到7中任一项所述的一种降低激光剥离能量阈值的复合转移衬底结构的制备工艺，其特征在于，在被键合材料表面有一金属镀层，三维空间阵列结构的多功能键合层制备在金属镀层之上，后与原始键合衬底键合，具体包括以下步骤：

1)在被键合材料上制备金属镀层；

2)在金属镀层表面使用图形化方法制备三维空间阵列结构；

3)在三维空间阵列结构中均匀填充功能性材料；

4)在原始键合衬底表面制备金属键合层；

5)将三维空间阵列结构与原始键合衬底上的金属键合层键合在一起。