CN114335268A - 一种提高mini LED键合良率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种提高mini LED键合良率的方法，包括在GaAs衬底上依次生长N型半导体层、量子阱层、P型半导体层；对P型半导体层进行粗化处理，在粗化面一侧蒸镀一层SiO2；在蓝宝石衬底的光滑一侧蒸镀一层SiO2；将外延片和蓝宝石衬底的SiO2层抛光平整；将二氧化硅溶胶旋涂在外延片的SiO2层表面；将蓝宝石衬底SiO2层与外延片SiO2层对齐，完成键合后，去除GaAs衬底获得。本发明通过将小粒径二氧化硅溶胶旋涂在已抛光的外延片键合层上，可增加键合层表面的平整度，同时起到促进键合的作用，有效增强键合层之间的键合强度，提高键合良率。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种提高mini LED键合良率的方法。
背景技术
随着 Mini LED 显示技术的迅速发展，Mini LED 显示产品已开始应用于超大屏高清显示，如监控指挥、高清演播、高端影院、医疗诊断、广告显示、会议会展、办公显示、虚拟现实等商用领域。AlGaInP基红光mini LED在制作过程中，需要通过SiO2键合层将原晶片与蓝宝石衬底键合，并去除原晶片的GaAs生长衬底。在进行衬底键合的过程中，需要通过物理研磨抛光的方法将SiO2键合层表面抛光的非常平整，键合层表面的平整度直接影响键合良率。目前抛光过程中常常出现局部未抛光平整的现象，尤其是原晶片表面经过粗化处理，更难得到平整的抛光面，导致现在的AlGaInP基红光mini LED键合良率低。
申请公布号为CN113690347A的专利公开了一种具有亚波长抗反射光栅miniLED的制作方法，包括以下步骤：外延片的生长、表面粗化处理、表面沉积Si02、表面化学机械抛光、表面活化和键合、去除原有GaAs基板、台面制作、P电极制作、N电极制作、隔离道蚀刻、钝化隔离、接触孔蚀刻、焊盘制作、蓝宝石减薄和抛光、临时键合、蒸镀Si02薄膜、光栅制作、解除临时键合、切割和劈裂的技术方案，该专利在外延片与蓝宝石片键合前对外延片进行了活化处理，虽然在一定程度上可以提高键合率，但是这并不能避免抛光不平整的现象；同样在制作光栅的临时键合过程中，在抛光后的晶圆表面涂覆临时键合胶来临时固定芯片，该临时性键合对键合良率、透光率以及芯片亮度并无要求，也不会对局部未抛光平整的现象进行改善，这些都无法改善mini LED的键合良率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种提高mini LED键合良率的方法，通过将小粒径二氧化硅溶胶纳米颗粒旋涂在已经抛光的外延片键合层上，可增加键合层表面的平整度，同时由于小粒径二氧化硅化学键更易打开，可起到促进键合的作用，有效增强键合层之间的键合强度，提高键合良率。
本发明提供一种提高mini LED键合良率的方法，具体包括以下步骤：
S1.在GaAs衬底上依次生长N型半导体层、量子阱层、P型半导体层；
S2.对S1中P型半导体层表面进行粗化处理；
S3.将S2中粗化处理后的外延片清洗干净，并在外延片粗化面一侧蒸镀一层SiO2；
S4.在蓝宝石衬底的光滑一侧蒸镀一层SiO2；
S5.通过物理研磨抛光技术将S3得到的外延片和S4得到的蓝宝石衬底的SiO2层抛光平整；
S6.将二氧化硅溶胶旋涂在S5得到的外延片的SiO2层表面；
S7.将S5得到的蓝宝石衬底SiO2层与S6得到的外延片SiO2层对齐，并紧密接触，完成键合；
S8.将S7键合后的外延片在氨水、双氧水混合溶液中浸泡去除GaAs衬底，露出外延层，检验键合良率。
在外延片进行键合时，对键合层表面的平整度要求很高。而外延片在粗化处理时，粗化深度在500-700nm，在粗糙的外延片表面沉积SiO2键合层，键合层表面会有起伏，物理抛光过程中常常会发生局部抛光不均匀，而二氧化硅溶胶可以很好的填补空缺，增加键合层表面的平整度。同时，在键合过程中，二氧化硅溶胶表面吸附有OH团，可以诱导键合层表面一些氧原子处于不稳定状态，使表面产生更多的悬挂键，进而发生缩合反应，邻近原子间相互反应产生共价键，使键合得以完成。
进一步的，上述技术方案中，所述二氧化硅溶胶的粒径为100-200nm。本技术方案中使用小粒径的二氧化硅溶胶，在键合过程中，小粒径的二氧化硅化学键更容易打开，可以起到促进键合的作用，增强键合层之间的键合强度。
进一步的，上述技术方案中，所述二氧化硅溶胶的制备方法为：将乙醇与水按8-12:1的比例加入到烧杯内混合，然后加入氨水调节pH至9-11，在磁力搅拌下将溶液温度加热到55-65℃，然后逐滴滴加正硅酸乙酯，搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶。
本技术方案中通过控制正硅酸乙酯的水解条件，可以得到粒径为100-200nm的小粒径二氧化硅溶胶，将其旋涂在经过抛光的外延片键合层上，可以增加键合层表面的平整度。
进一步的，上述技术方案中，所述溶液中滴加完正硅酸乙酯后，所述正硅酸乙酯的浓度为0.1mol/L。
进一步的，上述技术方案S2中，使用碘酸溶液浸泡2-3min进行粗化处理。
进一步的，上述技术方案S3中，使用丙酮溶液进行清洗，超声处理15-20min。
进一步的，上述技术方案S3、S4中，蒸镀SiO2层的厚度为2-4μm。
进一步的，上述技术方案S7中，键合条件包括：温度为400-450℃，压力为15000-16000kg。
进一步的，上述技术方案，S8中，所述氨水、双氧水混合溶液中氨水、双氧水的体积比例为1:10，浸泡时间为25-35min。
本发明与现有技术相比，其有益效果有：
本发明通过控制正硅酸乙酯的水解条件，得到粒径为100-200nm的二氧化硅溶胶，将制得的二氧化硅溶胶纳米颗粒旋涂在已经经过抛光的外延片键合层上，可以增加键合层表面的平整度；同时，在键合过程中，小粒径的二氧化硅溶胶表面吸附有OH团，可以诱导键合层表面一些氧原子处于不稳定状态，使表面产生更多的悬挂键，进而发生缩合反应，邻近原子间相互反应产生共价键，使键合得以完成，可以起到促进键合的作用，有效增强了键合层之间的键合强度，进而提高键合良率。
附图说明
图1为本发明粗化后的外延片结构截面示意图；
图2为本发明抛光后的外延片结构截面示意图；
图3为本发明旋涂二氧化硅溶胶后的外延片结构截面示意图。
示意图中标号说明：
1、GaAs衬底；2、外延层；3、键合层；4、二氧化硅溶胶。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
请参阅图1-图3，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
本发明提供一种提高mini LED键合良率的方法，具体包括以下步骤：
S1.在GaAs衬底1上生长外延层2，依次生长N型半导体层、量子阱层、P型半导体层；
S2.对S1中P型半导体层表面进行粗化处理；具体地，使用碘酸溶液进行粗化处理，浸泡2-3min，并生长出键合层3，其中，粗化处理后的外延片结构截面示意图如图1所示；
S3.将S2中粗化处理后的外延片清洗干净，并在外延片粗化面一侧蒸镀一层SiO2；具体地，使用丙酮溶液进行清洗，并超声处理15-20min；蒸镀的SiO2层的厚度为2-4μm；
S4.在蓝宝石衬底的光滑一侧蒸镀一层SiO2；具体地，蒸镀的SiO2层的厚度为2-4μm；
S5.通过物理研磨抛光技术将S3得到的外延片和S4得到的蓝宝石衬底的SiO2层抛光平整，其中，抛光后的外延片结构截面示意图如图2所示；
S6.将二氧化硅溶胶4旋涂在S5得到的外延片的SiO2层表面；具体地，二氧化硅溶胶的制备方法为：将乙醇与水按8-12:1的比例加入到烧杯内混合，然后加入氨水调节pH至9-11，在磁力搅拌下将溶液温度加热到55-65℃，然后逐滴滴加正硅酸乙酯，搅拌均匀，得到粒径为100-200nm的二氧化硅溶胶，其中，旋涂二氧化硅溶胶后的外延片结构截面示意图如图3所示；
S7.将S5得到的蓝宝石衬底SiO2层与S6得到的外延片SiO2层对齐，并紧密接触，完成键合；具体地，键合时的条件包括温度为400-450℃，压力为15000-16000kg；
S8.将S7键合后的外延片在氨水、双氧水混合溶液中浸泡去除GaAs衬底，露出外延层，检验键合良率；具体地，采用氨水、双氧水的体积比例为1:10的混合溶液进行浸泡，浸泡时间为25-35min。
实施例1
一种提高mini LED键合良率的方法，具体包括以下步骤：
S1.在GaAs衬底上依次生长N型半导体层、量子阱层、P型半导体层；
S2.将外延片在碘酸溶液内浸泡2min，取出后冲水旋干，完成对P型半导体表面的粗化处理；
S3.将S2中粗化处理后的外延片放入丙酮溶液超声清洗15min，烘干后在外延片粗糙面一侧蒸镀一层SiO2，厚度为3μm；
S4.在蓝宝石衬底的光滑一侧蒸镀一层厚度为3μm的SiO2；
S5.通过物理研磨抛光技术将S3得到的外延片和S4得到的蓝宝石衬底的SiO2层抛光平整；
S6.将二氧化硅溶胶旋涂在S5得到的外延片的SiO2层表面；其中，二氧化硅溶胶的制备方法为：将乙醇与水按10:1的比例加入到烧杯内混合，然后加入氨水调节pH至10，在磁力搅拌下将溶液温度加热到60℃，然后逐滴滴加正硅酸乙酯，搅拌均匀，得到粒径为100-200nm的二氧化硅溶胶。
S7.将S5得到的蓝宝石衬底SiO2层与S6得到的外延片SiO2层对齐，并紧密接触，在温度为400℃、压力为16000Kg的条件下完成键合；
S8.将S7键合后的外延片在氨水、双氧水体积比为1:10的混合溶液中浸泡30min,去除GaAs衬底，露出外延层，检验键合良率。
实施例2
一种提高mini LED键合良率的方法，具体包括以下步骤：
S1.在GaAs衬底上依次生长N型半导体层、量子阱层、P型半导体层；
S2.将外延片在碘酸溶液内浸泡2.5min，取出后冲水旋干，完成对P型半导体表面的粗化处理；
S3.将S2中粗化处理后的外延片放入丙酮溶液超声清洗18min，烘干后在外延片粗糙面一侧蒸镀一层SiO2，厚度为2μm；
S4.在蓝宝石衬底的光滑一侧蒸镀一层厚度为2μm的SiO2；
S5.通过物理研磨抛光技术将S3得到的外延片和S4得到的蓝宝石衬底的SiO2层抛光平整；
S6.将二氧化硅溶胶旋涂在S5得到的外延片的SiO2层表面；其中，二氧化硅溶胶的制备方法为：将乙醇与水按8:1的比例加入到烧杯内混合，然后加入氨水调节pH至9，在磁力搅拌下将溶液温度加热到55℃，然后逐滴滴加正硅酸乙酯，搅拌均匀，得到粒径为100-200nm的二氧化硅溶胶。
S7.将S5得到的蓝宝石衬底SiO2层与S6得到的外延片SiO2层对齐，并紧密接触，在温度为420℃、压力为15500Kg的条件下完成键合；
S8.将S7键合后的外延片在氨水、双氧水体积比为1:10的混合溶液中浸泡25min,去除GaAs衬底，露出外延层，检验键合良率。
实施例3
一种提高mini LED键合良率的方法，具体包括以下步骤：
S1.在GaAs衬底上依次生长N型半导体层、量子阱层、P型半导体层；
S2.将外延片在碘酸溶液内浸泡3min，取出后冲水旋干，完成对P型半导体表面的粗化处理；
S3.将S2中粗化处理后的外延片放入丙酮溶液超声清洗20min，烘干后在外延片粗糙面一侧蒸镀一层SiO2，厚度为4μm；
S4.在蓝宝石衬底的光滑一侧蒸镀一层厚度为4μm的SiO2；
S5.通过物理研磨抛光技术将S3得到的外延片和S4得到的蓝宝石衬底的SiO2层抛光平整；
S6.将二氧化硅溶胶旋涂在S5得到的外延片的SiO2层表面；其中，二氧化硅溶胶的制备方法为：将乙醇与水按12:1的比例加入到烧杯内混合，然后加入氨水调节pH至11，在磁力搅拌下将溶液温度加热到65℃，然后逐滴滴加正硅酸乙酯，搅拌均匀，得到粒径为100-200nm的二氧化硅溶胶。
S7.将S5得到的蓝宝石衬底SiO2层与S6得到的外延片SiO2层对齐，并紧密接触，在温度为450℃、压力为15000Kg的条件下完成键合；
S8.将S7键合后的外延片在氨水、双氧水体积比为1:10的混合溶液中浸泡35min,去除GaAs衬底，露出外延层，检验键合良率。
对比例
一种mini LED键合方法，具体包括以下步骤：
S1.在GaAs衬底上依次生长N型半导体层、量子阱层、P型半导体层；
S2.将外延片在碘酸溶液内浸泡2min，取出后冲水旋干，完成对P型半导体表面的粗化处理；
S3.将S2中粗化处理后的外延片放入丙酮溶液超声清洗15min，烘干后在外延片粗糙面一侧蒸镀一层SiO2，厚度为3μm；
S4.在蓝宝石衬底的光滑一侧蒸镀一层厚度为3μm的SiO2；
S5.通过物理研磨抛光技术将S3得到的外延片和S4得到的蓝宝石衬底的SiO2层抛光平整；
S6.将S5得到的蓝宝石衬底SiO2层与S5得到的外延片SiO2层对齐，并紧密接触，在温度为400℃、压力为16000Kg的条件下完成键合；
S7.将S6键合后的外延片在氨水、双氧水体积比为1:10的混合溶液中浸泡30min,去除GaAs衬底，露出外延层，检验键合良率。
观察实施例1-3和对比例的制作过程，并采用白膜粘附法检验实施例1-3和对比例的键合良率，结果如表1所示。
表1 键合良率
| 组别 | 键合良率 | 外延层情况 |
| 实施例1 | 98% | 无脱落 |
| 实施例2 | 96% | 无脱落 |
| 实施例3 | 95% | 无脱落 |
| 对比例 | 60% | 脱落明显 |
从表1的检测结果可以看出，使用本发明制作方法得到的外延片的键合良率都在95%以上，而未使用二氧化硅溶胶旋涂键合层的，其键合良率只有60%。观察制备外延层的表观，对比例未使用二氧化硅溶胶旋涂键合层，其外延层脱落明显，而实施例中使用本发明制作方法得到的外延片，其外延层无脱落现象。
综上所述，本发明通过将小粒径二氧化硅溶胶旋涂在已经抛光的外延片键合层上，可增加键合层表面的平整度，同时由于小粒径二氧化硅化学键更易打开，可起到促进键合的作用，有效增强键合层之间的键合强度，提高键合良率。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种提高mini LED键合良率的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1.在GaAs衬底上依次生长N型半导体层、量子阱层、P型半导体层；
S2.对S1中P型半导体层表面进行粗化处理；
S3.将S2中粗化处理后的外延片清洗干净，并在外延片粗化面一侧蒸镀一层SiO2；
S4.在蓝宝石衬底的光滑一侧蒸镀一层SiO2；
S5.通过物理研磨抛光技术将S3得到的外延片和S4得到的蓝宝石衬底的SiO2层抛光平整；
S6.将二氧化硅溶胶旋涂在S5得到的外延片的SiO2层表面；
S7.将S5得到的蓝宝石衬底SiO2层与S6得到的外延片SiO2层对齐，并紧密接触，完成键合；
S8.将S7中键合后的外延片在氨水、双氧水混合溶液中浸泡去除GaAs衬底，露出外延层，检验键合良率。
2.根据权利要求1所述的一种提高mini LED键合良率的方法，其特征在于，所述二氧化硅溶胶的粒径为100-200nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高mini LED键合良率的方法，其特征在于，所述二氧化硅溶胶的制备方法为：将乙醇与水按8-12:1的比例加入到烧杯内混合，然后加入氨水调节pH至9-11，在磁力搅拌下将溶液温度加热到55-65℃，然后逐滴滴加正硅酸乙酯，搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶。
4.根据权利要求3所述的一种提高mini LED键合良率的方法，其特征在于，所述溶液中滴加完正硅酸乙酯后，所述正硅酸乙酯的浓度为0.1mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种提高mini LED键合良率的方法，其特征在于，S2中，使用碘酸溶液浸泡2-3min进行粗化处理。
6.根据权利要求1所述的一种提高mini LED键合良率的方法，其特征在于，S3中，使用丙酮溶液进行清洗，超声处理15-20min。
7.根据权利要求1所述的一种提高mini LED键合良率的方法，其特征在于，S3、S4中，蒸镀SiO2层的厚度为2-4μm。
8.根据权利要求1所述的一种提高mini LED键合良率的方法，其特征在于，S7中，键合条件包括：温度为400-450℃，压力为15000-16000kg。
9.根据权利要求1所述的一种提高mini LED键合良率的方法，其特征在于，S8中，所述氨水、双氧水混合溶液中氨水、双氧水的体积比例为1:10，浸泡时间为25-35min。
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| CN116995175A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-11-03 | 南昌凯捷半导体科技有限公司 | 一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED及其制作方法 |
| CN116995175B (zh) * | 2023-09-21 | 2024-02-06 | 南昌凯捷半导体科技有限公司 | 一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED及其制作方法 |
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