CN112750921B - 一种砷化镓基led芯片的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种砷化镓基LED芯片的制作方法，包括在外延片表面P型层制作欧姆接触层；对完成欧姆材料制备的外延片进行热退火处理；在所述欧姆接触层表面制作P电极；将所述外延片固定到热解膜上，将外延片的衬底研磨至需要厚度，对研磨面进行去离子水冲洗；对研磨后的外延片进行N面蒸镀，蒸镀温度为180‑300℃；对蒸镀完成的晶片进行N面合金，合金温度为360‑380℃，合金过程中，所述热解膜脱落；对热解膜脱落的晶片进行半切测试，得到芯粒参数；对半切测试后的晶片进行全切操作，形成独立的芯粒。本发明进行研磨步骤前对晶片增加热解膜，热解膜作为薄晶片的支撑，降低研磨工步、研磨后蒸镀、研磨后切割等工步间的裂片率。
Description
技术领域
本发明涉及光电子技术领域,具体地说是一种砷化镓基LED芯片的制作方法。
背景技术
目前红光LED、红外LED的主流衬底材料仍为砷化镓衬底，主要因其在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料中是生产工艺最为成熟、应用最为广泛的材料,在微电子材料中仅次于硅，是目前制作半导体发光器件、光电探测器件的基础材料。砷化镓材料在光电子器件中的优点主要表现为：直接跃迁型能带结构，光电转换效率高；电子迁移率高；抗辐射性能好；温度系数小，可在较高温度下正常工作；在空气或水蒸气中能稳定存在；常温下化学性质稳定，不溶于盐酸；与红、橙、黄光LED外延层具有良好的晶格匹配，可大大提高外延层质量，降低位错密度，从而提高器件的使用寿命和光电参数。
在光电子器件领域，砷化镓衬底材料虽然展现出了诸多优点，但在生产和使用过程中也存在如易对环境造成污染、衬底生产技术要求较高、机械强度较低的一些缺点。因砷化镓衬底较低的机械强度导致其在芯片生产过程中易碎裂，尤其在管芯生产后期经衬底减薄处理后，加之各生产工艺过程中对衬底材料积累的内应力和机械损伤，极易发生碎裂。碎裂的芯片轻则影响后续生产效率和成品率，重则无法继续使用而直接报废，即增加了产品成本，又因对环境有污染而无法得到有效处理。虽然高质量的砷化镓衬底材料在一定程度上降低了芯片生产过程中的裂片率和损失，但价格也相对较高，不利于降低产品成本。因此，降低砷化镓基芯片生产过程的裂片率是保证后续正常生产、提高产品良率、降低成本的基础。
目前红光LED衬底减薄工艺中主要采用两种方式：其一为固体蜡熔化、凝固的方法将外延片粘附在研磨工件表面后进行衬底减薄，该种减薄贴片方法又分为两种，一种为直接通过蜡将外延片贴在研磨盘上进行研磨，但因研磨盘和外延片之间蜡层间隙小，故对外延片表面质量要求较高，如外延片表面带有颗粒物或翘曲度高则会直接导致贴片碎裂、裂纹、电极损伤、减薄厚度不均匀等，并且减薄完毕后，外延片不易从研磨工件上取下；第二种为在外延片和蜡层之间加入厚度相对均匀的蜡纸，蜡纸的使用可有效改善外延片因表面状况不佳导致裂片、减薄完不易取下的缺点，同时对电极也起到了保护作用，但因蜡层和蜡纸厚度均匀性无法精确控制而导致外延片减薄后最终厚度均匀性较差，厚度波动范围一般在几微米至几十微米，且贴片易产生气泡而使衬底在减薄后产生裂纹，影响产品最终质量和良率。
中国专利文献CN103489755A公开了一种在衬底减薄工艺中的粘片方法，所用材料不但包含光刻胶、PMGI层、高温蜡、低温蜡、减薄片托、玻璃片多种材料消耗，且工序较多，操作复杂，既增加了原料成本，又增加了人力成本，不利于提高产品效益。中国专利文献CN106098864A公开一种LED用砷化镓衬底减薄工艺中的贴片，利用双面热解膜替代蜡实现固定，待研磨完成后释放热解膜，对减薄后的晶片进行后续作业。该方法可以降低研磨工序的裂片率，但研磨后的工步(N面蒸镀、N面合金)仍然会因为晶片薄，出现高的裂片率。
发明内容
本发明实施例中提供了一种砷化镓基LED芯片的制作方法，以解决现有技术砷化镓基LED芯片制作过程中裂片率高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种砷化镓基LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
S1,在外延片表面P型层制作欧姆接触层；
S2，对完成欧姆材料制备的外延片进行热退火处理；
S3，在所述欧姆接触层表面制作P电极；
S4,将所述外延片固定到热解膜上，将外延片的衬底研磨至需要厚度，对研磨面进行去离子水冲洗；
S5,对研磨后的外延片进行N面蒸镀，蒸镀温度为180-300℃；
S6，对蒸镀完成的晶片进行N面合金，合金温度为360-380℃，合金过程中，所述热解膜脱落；
S7，对热解膜脱落的晶片进行半切测试，得到芯粒参数；
S8，对半切测试后的晶片进行全切操作，形成独立的芯粒。
进一步地，所述步骤S5中的蒸镀温度小于180℃，在所述步骤S5和S6之间还包括对蒸镀完的晶片进行热解膜解膜处理：N面向上，加热至180-250℃，将热解膜取下。
进一步地，步骤S1中，所述欧姆接触层的材料为ITO或AuBe，ITO薄膜的厚度为10-360nm，AuBe厚度10-20nm。
进一步地，所述步骤S2中，所述热退火处理的方式为快速热退火或炉管退火，退火温度为450-550℃，退火时间3-15min，氮气流量2-5L/min。
进一步地，所述步骤S3中，利用剥离法进行P电极制作。
进一步地，所述S4中，将所述外延片固定到热解膜上的具体过程为：
将外延片固定到单面热解膜的热解胶面；
对晶片进行定位，定位方法为使用0.1-1.0MPa的压力，在室温条件下，按压5-15min。
进一步地，进行衬底研磨的设备为真空吸附研磨；所述需要厚度为80-200um。
进一步地，所述步骤S5中的N面蒸镀金属为Ni、Ge、Au、Ti中的一种或几种。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
在砷化镓基LED芯片的制作过程中，进行研磨步骤前对晶片增加热解膜，研磨后不立即将晶片从热解膜上取下，直至完成N面金属合金，在合金过程中将热解膜脱落，在研磨过程中，热解膜作为薄晶片的支撑，降低研磨工步、研磨后蒸镀、研磨后切割等工步间的裂片率，节省成本，提高产品良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述方法实施例1的流程示意图；
图2是本发明所述方法中经步骤S1后形成的晶片结构示意图；
图3是本发明所述方法中经步骤S3后形成的晶片结构示意图；
图4是本发明所述方法中经步骤S4后形成的晶片结构示意图；
图5是本发明所述方法中经步骤S5后形成的晶片结构示意图；
图6是本发明所述方法中经步骤S6后形成的晶片结构示意图；
图7是本发明所述方法中经步骤S7后形成的晶片结构示意图；
图8是本发明所述方法中经步骤S8后形成的独立芯片结构示意图；
图9是本发明所述方法实施例2的流程示意图；
图中，1欧姆接触层、2外延片、3 P电极、4热解膜、5 N面金属、6半切走道。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图1所示，本发明砷化镓基LED芯片的制作方法包括以下步骤：
S1,在外延片表面P型层制作欧姆接触层；
S2，对完成欧姆材料制备的外延片进行热退火处理；
S3，在所述欧姆接触层表面制作P电极；
S4,将所述外延片固定到热解膜上，将外延片的衬底研磨至需要厚度，对研磨面进行去离子水冲洗；
S5,对研磨后的外延片进行N面蒸镀，蒸镀温度为180-300℃；
S6，对蒸镀完成的晶片进行N面合金，合金温度为360-380℃，合金过程中，所述热解膜脱落；
S7，对热解膜脱落的晶片进行半切测试，得到芯粒参数；
S8，对半切测试后的晶片进行全切操作，形成独立的芯粒。
在步骤S1中，利用电子束蒸发、溅射等方法，在外延片2表面，即P型层制作欧姆接触层1。欧姆接触层1的材料为ITO或AuBe，选用ITO薄膜的厚度为10-360nm，AuBe的厚度为10-20nm。经步骤S1得到如图2所示的晶片。
步骤S2中，对完成欧姆接触材料制备的外延片1进行热退火处理，退火方式为快速热退火(RTA)或炉管退火，退火温度450-550℃，退火时间3-15min，氮气流量2-5L/min。
步骤S3中，利用剥离方法进行P电极3制作，得到如图3所示的晶片。
步骤S4中，将完成P电极3制作的晶片进行研磨。先将外延片1固定到单面热解膜4的热解胶面，然后对晶片进行定位，定位方法为使用0.1-1.0MPa的压力，在室温条件下，按压5-15min；利用研磨设备进行研磨。使用的研磨设备为真空吸附研磨，在金刚砂磨料的作用下对衬底进行研磨，研磨到需要厚度80-200um,对研磨面进行去离子水冲洗，但不对热解膜4进行热解，热解膜4做为薄晶片的支撑。得到如图4所示的晶片。
步骤S5中，对研磨后的外延片1，进行N面蒸镀，N面金属5可以是Ni、Ge、Au、Ti中的一种或几种。蒸镀过程温度为180-300℃。得到如图5所示的晶片。
步骤S6中，对步骤5的晶片进行N面合金，合金温度360-380℃，合金过程中热解膜4达到热解温度，自行脱落。得到如图6所示的晶片。
步骤S7中，对步骤6的晶片沿半切走道6进行半切，得到如图7所示的晶片，对半切后的晶片进行测试，获得芯粒参数。
步骤S8中，对半切后的晶片，进行全切，形成一颗颗如图8所示的独立芯粒，完成整个芯片流程。
下面对上述步骤S1-S8中提到的数值范围进行进一步说明：
实施方式1：步骤S1中选用欧姆接触层的材料为ITO薄膜，其厚度为10nm(或者选用厚度为10nm的AuBe材料)；步骤S2中的退火温度为450℃，退火时间为10min，氮气流量为4L/min；步骤S4中定位时使用1.0MPa的压力按压5min，对衬底的研磨厚度为80um；步骤S5中的蒸镀温度为180℃；步骤S6中，合金温度为360℃。
实施方式2：步骤S1中选用欧姆接触层的材料为ITO薄膜，其厚度为360nm(或者选用厚度为20nm的AuBe材料)；步骤S2中的退火温度为550℃，退火时间为3min，氮气流量为5L/min；步骤S4中定位时使用1.0MPa的压力按压10min，对衬底的研磨厚度为200um；步骤S5中的蒸镀温度为300℃；步骤S6中，合金温度为380℃。
实施方式3：步骤S1中选用欧姆接触层的材料为ITO薄膜，其厚度为200nm(或者选用厚度为16nm的AuBe材料)；步骤S2中的退火温度为400℃，退火时间为15min，氮气流量为2L/min；步骤S4中定位时使用0.1MPa的压力按压15min，对衬底的研磨厚度为160um；步骤S5中的蒸镀温度为240℃；步骤S6中，合金温度为370℃。
如图9所示，基于上述实施例，在步骤S5中用小于180℃的温度进行N面蒸镀。在上述步骤S5和步骤S6之间还包括步骤S56，对蒸镀完的晶片进行热解膜处理。具体的处理过程为：晶片的N面向上，加热至180-250℃，用镊子将热解膜取下。
本实施例中，对应上式实施方式1，在步骤S5中的蒸镀温度为150℃；在步骤S56中，热解膜处理时的加热温度为250℃。对应上述实施方式2，在步骤S5中的蒸镀温度为170℃；在步骤S56中，热解膜处理时的加热温度为180℃。对应上述实施方式3，在步骤S5中的蒸镀温度为170℃；在步骤S56中，热解膜处理时的加热温度为210℃。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种砷化镓基LED芯片的制作方法，其特征是，包括以下步骤：
S1，在外延片表面P型层上制作欧姆接触层；
S2，对完成欧姆材料制备的外延片进行热退火处理；
S3，在所述欧姆接触层表面制作P电极；
S4，将所述外延片固定到热解膜上，热解膜作为外延片的支撑，将外延片的衬底研磨至需要厚度，对研磨面进行去离子水冲洗；
S5，对研磨后的外延片进行N面蒸镀，蒸镀温度为180-300℃；
S6，对蒸镀完成的晶片进行N面合金，合金温度为360-380℃，合金过程中，所述热解膜脱落；
S7，对热解膜脱落的晶片进行半切测试，得到芯粒参数；
S8，对半切测试后的晶片进行全切操作，形成独立的芯粒。
2.根据权利要求1所述的砷化镓基LED芯片的制作方法，其特征是，所述步骤S5中的蒸镀温度小于180℃，在所述步骤S5和S6之间还包括对蒸镀完的晶片进行热解膜解膜处理：N面向上，加热至180-250℃，将热解膜取下。
3.根据权利要求1或2所述的砷化镓基LED芯片的制作方法，其特征是，步骤S1中，所述欧姆接触层的材料为ITO或AuBe，ITO厚度为10-360nm，AuBe厚度10-20nm。
4.根据权利要求1或2所述的砷化镓基LED芯片的制作方法，其特征是，所述步骤S2中，所述热退火处理的方式为快速热退火或炉管退火，退火温度为450-550℃，退火时间3-15min，氮气流量2-5L/min。
5.根据权利要求1或2所述的砷化镓基LED芯片的制作方法，其特征是，所述步骤S3中，利用剥离法进行P电极制作。
6.根据权利要求1或2所述的砷化镓基LED芯片的制作方法，其特征是，所述S4中，将所述外延片固定到热解膜上的具体过程为：
将外延片固定到单面热解膜的热解胶面；
对外延片进行定位，定位方法为使用0.1-1.0MPa的压力，在室温条件下，按压5-15min。
7.根据权利要求6所述的砷化镓基LED芯片的制作方法，其特征是，进行衬底研磨的设备为真空吸附研磨；所述需要厚度为80-200um。
8.根据权利要求1或2所述的砷化镓基LED芯片的制作方法，其特征是，所述步骤S5中的N面蒸镀金属为Ni、Ge、Au、Ti中的一种或几种。
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