CN108336207B - 一种高可靠性led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高可靠性LED芯片的制作方法，通过在芯片的表面形成贯穿整个芯片的沟槽，从而使芯片在共晶焊接之后，通过清洗液来清洗助焊剂，并将助焊剂残留物去除。具体的，清洗液通所述沟槽可以充分浸润和清洗第一焊料层(相对与第一电极)和第二焊料层(相对与第二电极)之间的区域，从而防止助焊剂残留物将第一焊料层和第二焊料层之间形成导电连接，进而防止芯片漏电，提高芯片在封装应用时的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种高可靠性LED芯片及其制作方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，LED芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。
传统LED芯片一般为蓝宝石衬底，具有散热性能较差，容易发生漏电，光衰严重，电压高等问题，严重影响LED芯片的可靠性能。
倒装LED芯片和传统LED芯片相比，具有发光效率高、电流分布均匀、散热好、电压降低、效率高等优点。
现有的倒装LED芯片在进行共晶焊接固晶时，需要利用助焊剂来进行辅助焊接，从而保证焊接工艺的稳定性，降低空洞率。但是，助焊剂含有有机酸类和卤素等的杂质，容易导致其残留物绝缘阻抗降低而漏电，此外，助焊剂的残留物在高温高湿的环境下会吸收空气中的水份，从而改变残留物本身的分子结构而引起导电。现有的倒装LED芯片只是采用简单的平面电极结构设计，往往导致在焊接封装后PN电极之间存在残留的助焊剂而导致芯片漏电。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高可靠性LED芯片及其制作方法，防止助焊剂残留在芯片的电极上，避免芯片漏电，提高芯片封装的可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高可靠性LED芯片的制作方法，包括：
提供发光结构，所述发光结构包括衬底、外延层和金属反射层，所述外延层包括依次设于所述衬底表面的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述金属反射层设于所述第二半导体层上；
对所述发光结构进行刻蚀，形成刻蚀至第一半导体层的第一孔洞；
在所述发光结构表面沉积一层绝缘层，形成第一绝缘层，并对所述第一绝缘层进行刻蚀，形成刻蚀至金属反射层表面的第二孔洞，并将所述第一孔洞裸露出来；
在所述第一绝缘层表面、第一孔洞和第二孔洞内沉积形成一金属层，形成在第一孔洞上的金属层为第一金属层，形成在第二孔洞上的金属层为第二金属层，所述第一金属层和所述第二金属层之间设有沟槽，且所述第一金属层和第二金属层之间相互绝缘；
在所述第一金属层表面、第二金属层表面和所述沟槽上依次形成第二绝缘层和阻绝层；
对所述阻绝层和第二绝缘层进行刻蚀，形成刻蚀至第一金属层上的第三孔洞，形成刻蚀至第二金属层上的第四孔洞；
在所述第三孔洞内沉积形成第一焊料层，在所述第四孔洞内沉积形成第二焊料层，且所述第一焊料层和第二焊料层之间相互绝缘。作为上述方案的改进，所述沟槽贯穿所述第一金属层和第二金属层，并延伸到所述第一绝缘层上。
作为上述方案的改进，所述第一金属层和所述第二金属层之间设有两条沟槽，且两条沟槽之间设有金属层。
作为上述方案的改进，所述阻绝层由SiO2、SiN和聚酰亚胺中的一种或几种制成。
作为上述方案的改进，所述阻绝层为类金刚石薄膜。
作为上述方案的改进，所述金属反射电极层由ITO、Ag、Au、Al、Cr、Ni和Ti中的一种或几种制成。
作为上述方案的改进，所述第一绝缘层由SiC、SiO2、SiNx和SiOxNy中的一种或几种制成。
作为上述方案的改进，所述金属反射层是采用沉积工艺在第二半导体层表面形成的，其中，所述金属反射层在氮气的环境下进行高温退火，形成欧姆接触。
作为上述方案的改进，所述第三孔洞位于第一孔洞的正上方，所述第四孔洞位于第二孔洞的正上方。
相应地，本发明还提供了一种高可靠性LED芯片，包括；
衬底；
设于所述衬底表面的发光结构，所述发光结构包括依次设于所述衬底表面的第一半导体层、有源层、第二半导体层、金属反射层和第一绝缘层；
设于第一绝缘层表面并延伸至第一半导体层的第一金属层，设于第一绝缘层表面并延伸至金属反射层的第二金属层；
贯穿第一绝缘层并设置在第一金属层和第二金属层之间的沟槽；
依次设于第一绝缘层表面和沟槽上的第二绝缘层和阻绝层；
设于阻绝层表面并延伸至第一金属的第一焊料层，设于阻绝层表面并延伸至第二金属的第二焊料层，且所述第一焊料层与所述第二焊料层之间相互绝缘，所述第一焊料层位于所述第一金属层的正上方，所述第二焊料层位于所述第二金属层的正上方。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种高可靠性LED芯片的制作方法，通过在芯片的表面形成贯穿整个芯片的沟槽，从而使芯片在共晶焊接之后，通过清洗液来清洗助焊剂，并将助焊剂残留物去除。具体的，清洗液通所述沟槽可以充分浸润和清洗第一焊料层(相对与第一电极)和第二焊料层(相对与第二电极)之间的区域，从而防止助焊剂残留物将第一焊料层和第二焊料层之间形成导电连接，进而防止芯片漏电，提高芯片在封装应用时的可靠性。
2、本发明提供的一种高可靠性LED芯片的制作方法，本申请通过在第二绝缘层表面形成一层阻绝层，所述阻绝层与助焊剂的润湿性能不同，从而降低助焊剂在第一金属层和第二金属层之间的粘附性能，进一步减少第一金属层和第二金属层之间区域的助焊剂的残留，增强清洗效果，降低封装漏电隐患。此外，阻绝层还可以增强芯片的绝缘性能，防止助焊剂以及活泼的Au、Sn、In等金属焊料在高温焊接的过程中扩散到芯片的内部，进一步提高芯片的可靠性。
附图说明
图1是本发明高可靠性LED芯片的制作流程示意图；
图2a是本发明发光结构的结构示意图；
图2b是本发明形成第一孔洞后的结构示意图；
图2c是本发明形成第一绝缘层和第二孔洞后的结构示意图；
图2d是本发明形成第一金属层、第二金属层和沟槽后的结构示意图；
图2e是本发明形成第二绝缘层和阻绝层后的结构示意图；
图2f是本发明形成第三孔洞和第四孔洞后的结构示意图；
图2g是本发明高可靠性LED芯片的结构示意图；
图3是图2g的俯视图；
图4是本发明高可靠性LED芯片的清洗示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图1，图1为本发明一种高可靠性LED芯片的制作方法流程图，其中，本发明提供的一种高可靠性LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
S1：提供发光结构；
参见图2a，提供发光结构，所述发光结构包括衬底10、外延层和金属反射层30，所述外延层包括依次设于所述衬底10表面的第一半导体层21、有源层22和第二半导体层23，所述金属反射层30设于所述第二半导体层23上。
衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中优选衬底为蓝宝石衬底。具体的，所述衬底为纳米图案衬底，倒装LED芯片从衬底一侧出光，在衬底制作纳米图案，增加折射效率，从而提高倒装LED芯片的出光效率。
具体的，本申请实施例提供的第一半导体层和第二半导体层均为氮化镓基半导体层，有源层为氮化镓基有源层；此外，本申请实施例提供的第一半导体层、第二半导体层和有源层的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。
其中，第一半导体层可以为N型半导体层，则第二半导体层为P型半导体层；或者，第一半导体层为P型半导体层，而第二半导体层为N型半导体层，对于第一半导体层和第二半导体层的导电类型，需要根据实际应用进行设计，对此本申请不做具体限制。
需要说明的是，为了提高后续的刻蚀工艺的良率，所述外延层的厚度为4-10μm。当外延层的厚度低于4μm，LED芯片的亮度会降低，在后续刻蚀时，LED芯片容易出现裂片的情况。但外延层的厚度大于10μm，LED芯片的亮度会降低，增加刻蚀的难度和时间。
所述金属反射层30是采用沉积工艺在第二半导体层表面形成的。具体的，所述金属反射层30在氮气的环境下进行高温退火，形成欧姆接触。这里有利于提高芯片的光电性能。其中，所述金属反射层30由ITO、Ag、Au、Al、Cr、Ni和Ti中的一种或几种制成。
需要说明的是，在本申请的其他实施例中，所述衬底10与所述外延层之间设有缓存冲层(图中未示出)。
S2：形成第一孔洞；
参见图2b，对所述发光结构进行刻蚀，形成刻蚀至第一半导体层21的第一孔洞31。
具体的，采用电感耦合等离子(ICP)工艺对所述发光结构进行刻蚀，贯穿所述金属反射层30、第二半导体层23和有源层22并延伸至所述第一半导体层21的第一孔洞31。在本申请的其他实施例中，第一孔洞31可以刻蚀到第一半导体层21的表面，也可以刻蚀到第一半导体层21。
S3：形成绝缘层和第二孔洞；
参见图2c，在所述发光结构表面沉积一层绝缘层，形成第一绝缘层40，并对所述第一绝缘层40进行刻蚀，形成刻蚀至金属反射层30表面的第二孔洞32，并将所述第一孔洞31裸露出来。
具体的，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺，在所述金属反射层30表面沉积一层绝缘层，形成第一绝缘层40。其中，所述第一绝缘层40由SiC、SiO2、SiNx和SiOxNy中的一种或几种制成。在本申请的其他实施例中，所述第一绝缘层40还可以由其他电性绝缘物质组成。
采用电感耦合等离子(ICP)或者湿法腐蚀工艺对所述第一绝缘层40进行刻蚀，贯穿所述绝缘层40并延伸到金属反射层30表面的第二孔洞32，且贯穿所述第一绝缘层40并将所述第一孔洞31裸露出来。
S4：形成第一金属层、第二金属层和沟槽；
参见图2d，在所述第一绝缘层40表面、第一孔洞31和第二孔洞内32内沉积形成一金属层，形成在第一孔洞31上的金属层为第一金属层51，形成在第二孔洞32上的金属层为第二金属层52，所述第一金属层51和所述第二金属层52之间设有沟槽53，且所述第一金属层51和第二金属层52之间相互绝缘。其中，所述第一金属层51与所述第一半导体层21导电连接，所述第二金属层52与所述第二半导体层23导电连接。
具体的，采用电子束蒸发(E-beam)或者磁控溅射(sputter)工艺在所述第一绝缘层40表面、第一孔洞31和第二孔洞内32内沉积形成一金属层，形成在第一孔洞31上的金属层为第一金属层51，形成在第二孔洞32上的金属层为第二金属层52。其中，在形成金属层后进行充分退火以形成良好的欧姆接触，从而提高芯片的光电性能。所述沟槽53贯穿所述金属层，并延伸到所述第一绝缘层40表面。优选的，所述第一金属层51和所述第二金属层52之间设有两条沟槽53，且两条沟槽53之间设有第三金属层。金属层由Cr、Ti、Ni、AuSn、Pt、Au和Sn中的一种或几种制成。
本申请通过在芯片的表面形成贯穿整个芯片的沟槽53，从而使芯片在共晶焊接之后，通过清洗液来清洗助焊剂，并将助焊剂残留物去除。具体的，清洗液通所述沟槽可以充分浸润和清洗第一焊料层81(相对与第一电极)和第二焊料层82(相对与第二电极)之间的区域，从而防止助焊剂残留物将第一焊料层81和第二焊料层82之间形成导电连接，进而防止芯片漏电，提高芯片在封装应用时的可靠性。
S5：形成第二绝缘层和阻绝层；
参见图2e，在所述第一金属层表面、第二金属层表面和所述沟槽53上依次形成第二绝缘层60和阻绝层70。
具体的，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺，在所述第一金属层表面、第二金属层表面和沟槽上沉积一层绝缘层，形成第二绝缘层60。其中，所述第二绝缘层60由SiC、SiO2、SiNx和SiOxNy中的一种或几种制成。在本申请的其他实施例中，所述第二绝缘层60还可以由其他电性绝缘物质组成。
采用气相沉积、表面涂覆或离子注入表面工艺在所述第二绝缘层60表面形成致密的阻绝层70。具体的，所述阻绝层70由SiO2、SiN和聚酰亚胺中的一种或几种制成。或者，所述阻绝层70为类金刚石薄膜。
需要说明的是，阻绝层70与助焊剂(主要成分是松香)的润湿性能不同，从而降低助焊剂在第一金属层51和第二金属层52之间的粘附性能，进一步减少第一金属层51和第二金属层52之间区域的助焊剂的残留，增强清洗效果，降低封装漏电隐患。此外，阻绝层70还可以增强芯片的绝缘性能，防止助焊剂以及活泼的Au、Sn、In等金属焊料在高温焊接的过程中扩散到芯片的内部，进一步提高芯片的可靠性。
S6：形成第三孔洞和第四孔洞；
参见图2f，对所述阻绝层70和第二绝缘层60进行刻蚀，形成刻蚀至金属层上的第三孔洞71和第四孔洞72。
具体的，采用电感耦合等离子(ICP)或者湿法腐蚀工艺对所述阻绝层70和第二绝缘层60进行刻蚀，形成贯穿所述阻绝层70和第二绝缘层60并刻蚀至金属层上的第三孔洞71和第四孔洞72。其中，所述第三孔洞71位于第一孔洞31的正上方，所述第四孔洞72位于第二孔洞32的正上方。
S7：形成第一焊料层和第二焊料层；
参见图2g，在所述第三孔洞71内沉积形成第一焊料层81，在所述第四孔洞72内沉积形成第二焊料层82，且所述第一焊料层81和第二焊料层82之间相互绝缘。
具体的，采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺在在所述第三孔洞71内沉积形成第一焊料层81，在所述第四孔洞72内沉积形成第二焊料层82，且所述第一焊料层81和第二焊料层82之间相互绝缘。其中，所述第一焊料层81与所述第一金属层51导电连接，所述第二焊料层82与所述第二金属层52导电连接。
相应地，参见图2g，本发明还提供了一种高可靠性LED芯片，包括；
衬底10；
设于所述衬底10表面的发光结构，所述发光结构包括依次设于所述衬底表面的第一半导体层21、有源层22、第二半导体层23、金属反射层30和第一绝缘层40；
设于第一绝缘层40表面并延伸至第一半导体层21的第一金属层51，设于第一绝缘层40表面并延伸至金属反射层30的第二金属层52；
贯穿第一绝缘层40并设置在第一金属层51和第二金属层52之间的沟槽53；
依次设于第一绝缘层40表面和沟槽53上的第二绝缘层60和阻绝层70；
设于阻绝层70表面并延伸至第一金属51的第一焊料层81，设于阻绝层70表面并延伸至第二金属52的第二焊料层82，且所述第一焊料层81与所述第二焊料层82之间相互绝缘。
衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中优选衬底为蓝宝石衬底。具体的，所述衬底为纳米图案衬底，倒装LED芯片从衬底一侧出光，在衬底制作纳米图案，增加折射效率，从而提高倒装LED芯片的出光效率。
具体的，本申请实施例提供的第一半导体层和第二半导体层均为氮化镓基半导体层，有源层为氮化镓基有源层；此外，本申请实施例提供的第一半导体层、第二半导体层和有源层的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。
其中，第一半导体层可以为N型半导体层，则第二半导体层为P型半导体层；或者，第一半导体层为P型半导体层，而第二半导体层为N型半导体层，对于第一半导体层和第二半导体层的导电类型，需要根据实际应用进行设计，对此本申请不做具体限制。
所述金属反射层30的材质为ITO、Ag、Au、Al、Cr、Ni和Ti中的一种。所述第一绝缘层40的材质为SiC、SiO2、SiNx和SiOxNy中的一种。
需要说明的是，所述第一金属层51和第二金属层52之间相互绝缘。其中，所述第一金属层51与所述第一半导体层21导电连接，所述第二金属层52与所述第二半导体层23导电连接。优选的，所述第一金属层51和所述第二金属层52之间设有两条沟槽53，且两条沟槽53之间设有金属层。所述金属层的材质为Cr、Ti、Ni、AuSn、Pt、Au和Sn中的一种。
参见图3和图4，本申请通过在芯片的表面形成贯穿整个芯片的沟槽53，从而使芯片在共晶焊接之后，通过清洗液来清洗助焊剂，并将助焊剂残留物去除。具体的，清洗液通所述沟槽可以充分浸润和清洗第一焊料层81(相对与第一电极)和第二焊料层82(相对与第二电极)之间的区域，从而防止助焊剂残留物将第一焊料层81和第二焊料层82之间形成导电连接，进而防止芯片漏电，提高芯片在封装应用时的可靠性。
所述第二绝缘层60的材质为SiC、SiO2、SiNx和SiOxNy中的一种。所述阻绝层70的材质为SiO2、SiN和聚酰亚胺中的一种。或者，所述阻绝层70为类金刚石薄膜。
需要说明的是，阻绝层70与助焊剂(主要成分是松香)的润湿性能不同，从而降低助焊剂在第一金属层51和第二金属层52之间的粘附性能，进一步减少第一金属层51和第二金属层52之间区域的助焊剂的残留，增强清洗效果，降低封装漏电隐患。此外，阻绝层70还可以增强芯片的绝缘性能，防止助焊剂以及活泼的Au、Sn、In等金属焊料在高温焊接的过程中扩散到芯片的内部，进一步提高芯片的可靠性。
其中，所述第一焊料层81与所述第一金属层51导电连接，所述第二焊料层82与所述第二金属层52导电连接。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种高可靠性LED芯片的制作方法，包括：
提供发光结构，所述发光结构包括衬底、外延层和金属反射层，所述外延层包括依次设于所述衬底表面的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述金属反射层设于所述第二半导体层上；
对所述发光结构进行刻蚀，形成刻蚀至第一半导体层的第一孔洞；
在所述发光结构表面沉积一层绝缘层，形成第一绝缘层，并对所述第一绝缘层进行刻蚀，形成刻蚀至金属反射层表面的第二孔洞，并将所述第一孔洞裸露出来；
在所述第一绝缘层表面、第一孔洞和第二孔洞内沉积形成一金属层，形成在第一孔洞上的金属层为第一金属层，形成在第二孔洞上的金属层为第二金属层，所述第一金属层和所述第二金属层之间设有沟槽，且所述第一金属层和第二金属层之间相互绝缘；
在所述第一金属层表面、第二金属层表面和所述沟槽上依次形成第二绝缘层和阻绝层；
对所述阻绝层和第二绝缘层进行刻蚀，形成刻蚀至第一金属层上的第三孔洞，形成刻蚀至第二金属层上的第四孔洞；
在所述第三孔洞内沉积形成第一焊料层，在所述第四孔洞内沉积形成第二焊料层，且所述第一焊料层和第二焊料层之间相互绝缘。
2.根据权利要求1所述的高可靠性LED芯片的制作方法，其特征在于，所述沟槽贯穿所述第一金属层和第二金属层，并延伸到所述第一绝缘层上。
3.根据权利要求1或2所述的高可靠性LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层之间设有两条沟槽，且两条沟槽之间设有金属层。
4.根据权利要求1所述的高可靠性LED芯片的制作方法，其特征在于，所述阻绝层由SiO2、SiN和聚酰亚胺中的一种或几种制成。
5.根据权利要求1所述的高可靠性LED芯片的制作方法，其特征在于，所述阻绝层为类金刚石薄膜。
6.根据权利要求1所述的高可靠性LED芯片的制作方法，其特征在于，所述金属反射电极层由ITO、Ag、Au、Al、Cr、Ni和Ti中的一种或几种制成。
7.根据权利要求1或6所述的高可靠性LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第一绝缘层由SiC、SiO2、SiNx和SiOxNy中的一种或几种制成。
8.根据权利要求6所述的高可靠性LED芯片的制作方法，其特征在于，所述金属反射层是采用沉积工艺在第二半导体层表面形成的，其中，所述金属反射层在氮气的环境下进行高温退火，形成欧姆接触。
9.根据权利要求1所述的高可靠性LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第三孔洞位于第一孔洞的正上方，所述第四孔洞位于第二孔洞的正上方。
10.一种高可靠性LED芯片，包括；
衬底；
设于所述衬底表面的发光结构，所述发光结构包括依次设于所述衬底表面的第一半导体层、有源层、第二半导体层、金属反射层和第一绝缘层；
设于第一绝缘层表面并延伸至第一半导体层的第一金属层，设于第一绝缘层表面并延伸至金属反射层的第二金属层；
贯穿第一绝缘层并设置在第一金属层和第二金属层之间的沟槽；
依次设于第一绝缘层表面和沟槽上的第二绝缘层和阻绝层；
设于阻绝层表面并延伸至第一金属的第一焊料层，设于阻绝层表面并延伸至第二金属的第二焊料层，且所述第一焊料层与所述第二焊料层之间相互绝缘，所述第一焊料层位于所述第一金属层的正上方，所述第二焊料层位于所述第二金属层的正上方。
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