CN115084348B - 一种提升芯片可靠性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体领域，涉及一种提升芯片可靠性的方法，包括以下步骤：1）制备外延片；2）蒸镀第一半导体电极（201）和第二半导体电极（202）；3）生长一层钝化层（203）；4）将一部分第一半导体电极（201）上的钝化层（203）刻蚀掉一部分以使其变薄，使刻蚀部分与第一半导体电极（201）和第二半导体电极（202）之间的间隙相对应以形成锥形散热通道（200）；5）形成第一钝化层孔洞（204）和形成第二钝化层孔洞（205）；6）蒸镀与第一半导体电极（201）接触的第一半导体焊盘电极（206）和与第二半导体电极（202）接触的第二半导体焊盘电极（207）。其将散热器结构应用在芯片制造中，使散热器器件在芯片中达到散热的作用，提高芯片的使用寿命。

Description

一种提升芯片可靠性的方法
技术领域
本发明属于半导体芯片制备技术领域，涉及一种提升芯片可靠性的方法。
背景技术
半导体深紫外发光二极管(LED)作为一种新型的高效固态光源，被广泛的应用于医疗、公共卫生、水体杀菌等领域。与汞灯相比，铝镓氮基深紫外发光二极管具有效率高、寿命长、体积小、环境友好等优点，备受研究人员的关注。
近年来，随着技术的快速发展，高功效的铝镓氮基深紫外发光二极管逐渐走入市场。但是，高功效的铝镓氮基深紫外发光二极管在使用过程中会产生大量的热量。随着热量的不断累积，芯片的温度会升高，致使输出功率大幅衰减，无法充分发挥芯片的性能。
因此，芯片级的高效散热技术成为了半导体领域的研究热点。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种提升芯片可靠性的方法，其将散热器结构应用在芯片制造中，使散热器结构在芯片中达到散热的作用，提高芯片的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提升芯片可靠性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、制备外延片；
2）、在所述外延片上制备第一半导体层台面和第二半导体层台面并在所述第一半导体层台面上蒸镀第一半导体电极，在所述第二半导体层台面上蒸镀第二半导体电极；所述第一半导体电极由外圈圆环电极和由所述外圈圆环电极向中心延伸的多个第一锥形发散电极组成；
3）、整体生长一层钝化层；
4）、将一部分所述第一半导体的所述外圈圆环电极上的钝化层刻蚀掉一部分以使其变薄，并且使刻蚀部分与所述第一半导体电极和第二半导体电极之间的间隙相对应以形成锥形散热通道；
5）、将一部分所述第一半导体电极上的钝化层刻蚀掉一部分以形成第一钝化层孔洞，从而露出所述第一半导体电极；并将部分所述第二半导体电极上的钝化层刻蚀掉一部分以形成第二钝化层孔洞，从而露出所述第二半导体电极；
6）、在所述第一钝化层孔洞上蒸镀与所述第一半导体电极接触的第一半导体焊盘电极，并在所述第二钝化层孔洞上蒸镀与所述第二半导体电极接触的第二半导体焊盘电极。
优选地，所述芯片为圆形芯片，且所述第一半导体电极和第二半导体电极为相互交叉的齿轮状。
优选地，所述第二半导体电极由中心圆形电极和由所述中心圆形电极向外延伸的多个第二锥形发散电极组成，所述多个第一锥形发散电极和所述多个第二锥形发散电极相互交叉设置。
优选地，所述外延片包括依次叠加的衬底、第一半导体层、发光层和第二半导体层。
优选地，所述第一半导体电极的水平高度低于所述发光层的水平高度。
优选地，所述第一半导体电极的水平高度低于所述发光层的水平高度10nm以上。
优选地，所述钝化层的厚度为500nm~1000nm，且将一部分所述第一半导体外圈圆环电极上的钝化层刻蚀掉一部分后使剩余部分的厚度为5nm以上。
优选地，所述第一半导体电极和第二半导体电极是接触电极加扩展电极，或者是单一的接触电极。
优选地，所述第一半导体电极、第二半导体电极、第一半导体焊盘电极和第二半导体焊盘电极由从Cr、Ti、Ni、Al、Ag、Pt、Pd、Au、Rh或合金AuSn中选择的任意一种或几种导电材料制成。
优选地，共有8个所述锥形散热通道，且共有两个所述第一半导体焊盘电极和两个所述第二半导体焊盘电极。
与现有技术相比，本发明的提升芯片可靠性的方法具有如下有益技术效果中的一者或多者：
1、其通过在芯片中加入锥形散热通道，使芯片产生的结温通过散热通道与冷空气产生对流，将芯片产生的结温热量扩散到空气中，起到散热效果，能降低芯片的工作温度，减缓芯片输出功率的衰减速度，提升芯片性能。
2、其将芯片设计成圆形结构，第一半导体电极和第二半导体电极相互交叉形成齿轮状，使得第一半导体电极和第二半导体电极之间接触面积增多，有利于电流扩展，避免电流拥堵效应，提升了芯片可靠性能。
3、本发明涉及到的工艺均为常规工艺，易于实现。
附图说明
图1是本发明的提升芯片可靠性的方法的流程图；
图2是在外延片上形成第一半导体电极、第二半导体电极并形成钝化层后的剖视示意图；
图3是采用本发明的方法制备的芯片的俯视图；其中，由于钝化层是透明的，因此，为了更清楚地示出芯片的相关结构，在该图中没有示出钝化层；
图4是在芯片中形成的锥形散热通道的结构示意图。
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，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。
针对目前深紫外LED芯片存在的散热难题，本发明提供一种提升芯片可靠性的方法，其将散热器结构应用在芯片制造中，使器件在芯片中达到散热的作用，提高芯片的使用寿命。
图1示出了本发明的提升芯片可靠性的方法的流程图。如图1所示，本发明的提升芯片可靠性的方法包括以下步骤：
步骤一、制备外延片。
与现有技术类似，如图1所示，在本发明中，所述外延片也包括依次叠加的衬底100、第一半导体层101、发光层102和第二半导体层103。
优选地，在制备了所述外延片之后，使用无机溶剂、有机溶剂（例如硫酸/双氧水混合溶液、异丙醇溶液）清洗所述外延片上的杂质，以保证所述外延片的清洁。
步骤二、蒸镀第一半导体电极201和第二半导体电极202。
与现有技术类似，可以采用光刻与蒸镀的方法制备所述第一半导体电极201和第二半导体电极202。
具体地，先在制备的所述外延片的表面采用光刻胶做掩膜，也就是用光刻胶覆盖住部分所述第二半导体层103。然后，用干法刻蚀的方法，刻蚀出第一半导体层台面，也就是，刻蚀掉裸露的所述第二半导体层103以及位于其下的发光层102和部分所述第一半导体层101，从而形成第一半导体层台面。而未被刻蚀的所述第二半导体层103的一部分形成了第二半导体层台面。
形成了第一半导体层台面和第二半导体层台面之后，采用光刻胶做掩膜，利用金属蒸镀机在所述第一半导体层台面上蒸镀第一半导体电极201，并利用金属蒸镀机在在第二半导体层台面上蒸镀第二半导体电极202。
优选地，所述第一半导体电极201和第二半导体电极202由从Cr、Ti、Ni、Al、Ag、Pt、Pd、Au、Rh和合金AuSn中选择的任意一种或几种导电材料制成。例如，所述第一半导体电极201采用Ti、Al、Au、Pt组合体系制成。所述第二半导体电极202采用Ni、Au、Ti、Pt组合体系制成。
更优选地，如图2所示，所述第一半导体电极201的水平高度低于未被刻蚀的所述发光层102的底边水平高度。例如，所述第一半导体电极201的水平高度低于未被刻蚀的所述发光层102的底边水平高度10nm以上。
此外，在本发明中，如图3所示，所述芯片为圆形芯片，且所述第一半导体电极201和第二半导体电极202为相互交叉的齿轮状。由此，可以增加所述第一半导体电极201和第二半导体电极202之间的接触面积，有利于电流扩展，避免产生拥堵效应，从而能够提升芯片可靠性能。
优选地，所述第一半导体电极201由外圈圆环电极和自所述外圈圆环电极向中心延伸的多个第一锥形发散电极组成。所述第二半导体电极202由中心圆形电极和自所述中心圆形电极向外延伸的多个第二锥形发散电极组成。所述多个第一锥形发散电极和所述多个第二锥形发散电极相互交叉设置。
例如，如图3所示，所述第一半导体电极201由外圈圆环电极和由所述外圈圆环电极向中心延伸的8个第一锥形发散电极组成。所述第二半导体电极202由中心圆形电极和由所述中心圆形电极向外延伸的8个第二锥形发散电极组成。8个第一锥形发散电极和8个第二锥形发散电极相互交叉设置。当然，根据需要，所述第一锥形散发电极和第二锥形发散电极的数量不限于8个。
在本发明中，所述第一半导体电极201和第二半导体电极202可以是接触电极加扩展电极，也可以是单一的接触电极。
步骤三、整体生长一层钝化层203。
在蒸镀了所述第一半导体电极201和第二半导体电极202之后，在加工后的外延片上表面整体生长一层钝化层203，以保护芯片，避免漏电。
其中，所述钝化层203可采用常规的氧化硅，也可采用其它高导热绝缘材料，例如类金刚石碳膜。
优选地，采用类金刚石做所述钝化层203。更优选地，所述钝化层203的厚度为500nm~1000nm。
经过此步骤，其结构如图2所示。
步骤四、制备锥形散热通道200。
在形成了所述钝化层203之后，采用光刻和刻蚀的方法将一部分所述第一半导体的所述外圈圆环电极上的钝化层203刻蚀掉一部分以使其变薄。优选地，将一部分所述第一半导体的所述外圈圆环电极上的钝化层203刻蚀掉一部分后使剩余部分的厚度为5nm以上。
并且，在本发明中，使刻蚀部分与所述第一半导体电极201和第二半导体电极202之间的间隙相对应，以形成锥形散热通道200。
该锥形散热通道200的结构类似于散热器的鳍片，芯片产生的结温通过所述锥形散热通道200与冷空气产生对流，将芯片产生的结温热量扩散到空气中，起到散热效果。所述锥形散热通道200与空气接触的面积越多，散热效果越好。
对于如图3所示的结构，如图4所示，所述锥形散热通道200设计了8条。当然，根据结构的不同以及散热需求的不同，所述锥形散热通道200的数量不仅限于8条。
步骤五、形成第一钝化层孔洞204和第二钝化层孔洞205。
在上述结构的基础上，如图3所示，采用光刻和刻蚀的方法将一部分所述第一半导体电极201上的钝化层203刻蚀掉一部分以形成第一钝化层孔洞204，从而露出所述第一半导体电极201。
在图3中，所述第一钝化层孔洞204的形状为圆形且数量为4个。当然，所述第一钝化层孔洞204的形状不仅限于圆形，数量也不仅限于图3中所示的4个。
同时，采用光刻和刻蚀的方法将剩余部分所述第二半导体电极202上的钝化层203刻蚀掉一部分以形成第二钝化层孔洞205，从而露出所述第二半导体电极202。
在图3中，所述第二钝化层孔洞205的形状为圆形且数量为2个。当然，所述第二钝化层孔洞205的形状不仅限于圆形，数量也不仅限于图3中所示的2个。
步骤六、蒸镀第一半导体焊盘电极206和第二半导体焊盘电极207。
在形成了所述第一钝化层孔洞204和第二钝化层孔洞205之后，采用光刻和蒸镀的方法在所述第一钝化层孔洞204上蒸镀与所述第一半导体电极201接触的第一半导体焊盘电极206，并在所述第二钝化层孔洞205上蒸镀与所述第二半导体电极202接触的第二半导体焊盘电极207。至此，完成了芯片的制备。
在图3中，共有两个所述第一半导体焊盘电极206和两个所述第二半导体焊盘电极207。当然，随着所述散热通道8数量的增加，也可以增加所述第一半导体焊盘电极206和第二半导体焊盘电极207的数量。
优选地，所述第一半导体焊盘电极206和第二半导体焊盘电极207由从Cr、Ti、Ni、Al、Ag、Pt、Pd、Au、Rh和AuSn合金中选择的任意一种或几种导电材料制成。
本发明通过增加芯片的锥形散热通道，使芯片工作过程中产生的热量从锥形散热通道散发出去，降低芯片的工作温度，减缓芯片输出功率的衰减速度，提升芯片性能。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制。本领域的技术人员，依据本发明的思想，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种提升芯片可靠性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制备外延片；
步骤二、在所述外延片上制备第一半导体层台面和第二半导体层台面并在所述第一半导体层台面上蒸镀第一半导体电极（201），在所述第二半导体层台面上蒸镀第二半导体电极（202）；所述第一半导体电极（201）和第二半导体电极（202）为相互交叉的齿轮状；所述第一半导体电极（201）由外圈圆环电极和自所述外圈圆环电极向中心延伸的多个第一锥形发散电极组成；
步骤三、在步骤二加工后的外延片上表面整体生长一层钝化层（203）；
步骤四、将一部分所述第一半导体电极的所述外圈圆环电极上的钝化层（203）刻蚀掉一部分以使其变薄，并使刻蚀部分与所述第一半导体电极（201）和第二半导体电极（202）之间的间隙相对应以形成锥形散热通道（200）；
步骤五、将所述第一半导体电极（201）上的钝化层（203）刻蚀掉一部分以形成第一钝化层孔洞（204），从而露出所述第一半导体电极（201）；并将剩余部分所述第二半导体电极（202）上的钝化层（203）刻蚀掉一部分以形成第二钝化层孔洞（205），从而露出所述第二半导体电极（202）；
步骤六、在所述第一钝化层孔洞（204）上蒸镀与所述第一半导体电极（201）接触的第一半导体焊盘电极（206），并在所述第二钝化层孔洞（205）上蒸镀与所述第二半导体电极（202）接触的第二半导体焊盘电极（207）。
2.根据权利要求1所述的一种提升芯片可靠性的方法，其特征在于，所述芯片为圆形芯片。
3.根据权利要求2所述的一种提升芯片可靠性的方法，其特征在于，所述第二半导体电极（202）由中心圆形电极和自所述中心圆形电极向外延伸的多个第二锥形发散电极组成，所述多个第一锥形发散电极和所述多个第二锥形发散电极相互交叉设置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种提升芯片可靠性的方法，其特征在于，所述外延片包括依次叠加的衬底（100）、第一半导体层（101）、发光层（102）和第二半导体层（103）。
5.根据权利要求4所述的一种提升芯片可靠性的方法，其特征在于，所述第一半导体电极（201）的水平高度低于所述发光层（102）的底边水平高度。
6.根据权利要求5所述的一种提升芯片可靠性的方法，其特征在于，所述第一半导体电极（201）的水平高度低于所述发光层（102）的底边水平高度10nm以上。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种提升芯片可靠性的方法，其特征在于，所述钝化层（203）的厚度为500nm~1000nm，且将一部分所述第一半导体电极的所述外圈圆环电极上的钝化层（203）刻蚀掉一部分后使剩余部分的厚度为5nm以上。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种提升芯片可靠性的方法，其特征在于，所述第一半导体电极（201）和第二半导体电极（202）是接触电极加扩展电极，或者是单一的接触电极。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的一种提升芯片可靠性的方法，其特征在于，所述第一半导体电极（201）、第二半导体电极（202）、第一半导体焊盘电极（206）和第二半导体焊盘电极（207）由从Cr、Ti、Ni、Al、Ag、Pt、Pd、Au、Rh和合金AuSn中选择的任意一种或几种导电材料制成。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的一种提升芯片可靠性的方法，其特征在于，共有8个所述锥形散热通道（200），且共有两个所述第一半导体焊盘电极（206）和两个所述第二半导体焊盘电极（207）。
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