[發明專利]一種垂直結構LED芯片制備方法

有效

• 申請號: 201510080028.5
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號: CN104701427B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 寧磊
• 申請（專利權）人: 西安神光皓瑞光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/48;H01L21/683
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 胡樂

技術領域：

本發明屬于LED芯片制備技術領域，具體涉及一種垂直結構LED芯片的制備方法。

背景技術：

LED已成為繼白熾燈、熒光燈之后的第三代照明光源。與傳統的照明光源相比，LED半導體照明光源具有的優點有：發光效率高、體積小、壽命長、節能、環保等。目前LED還未大規模進入普通照明的主要原因之一是LED發光效率及散熱條件有待進一步提高，二是降低LED的生產成本。垂直結構LED由于滿足量好的散熱條件，可以采用較大的電流去驅動，進而提高LED發光效率，同時具備良好的散熱條件。因此，垂直結構LED必然會加速LED應用于普通照明領域的進程，是半導體照明發展的必然趨勢。

GaN基垂直結構LED傳統制造工藝是：首先采用晶片鍵合的方法或者電鍍的方法將新襯底與外延片粘合在一起，然后利用紫外波段(248nm)的激光光源透過藍寶石襯底輻照樣品，激光穿出藍寶石襯底在藍寶石與緩沖層之界面處被吸收，快速而局域地產生900-1000℃高溫，使GaN分解生成金屬Ga以及N₂，實現GaN與藍寶石襯底的分離。目前遇到最大的問題其一是氮化鎵基外延片生長過程中產生較多的缺陷及應力，晶片鍵合過程中需要升溫，溫度降低時會導致氮化鎵內的缺陷數量進一步增多以及內應力進一步增加，因此晶片鍵合過程會損傷氮化鎵外延層，導致芯片漏電較大；其二是使用激光剝離技術過程中，通過聚焦激光光斑對其晶圓進行掃描，掃描時光斑與光斑之間的接觸會導致能量不均，其過程均勻性較差，造成GaN/藍寶石界面剝離不均勻問題，因此導致激光剝離良率較低，加工芯片漏電較大。

發明內容：

為了提高垂直結構芯片加工良率，本發明提供了一種新的制備垂直結構的方法，這種方法可以明顯降低芯片漏電，提高芯片生產良率。

本發明的技術方案如下：

一種垂直結構LED芯片制備方法，包括以下步驟：

1)在襯底上用MOCVD依次生長低溫GaN緩沖層、高溫U-GaN(非摻雜氮化鎵)以及后續外延層，最終完成LED外延結構的生長；

2)使用PECVD設備對外延片表面沉積1.2～1.5μm的SiO₂作為激光劃片保護層；

3)運用激光劃片機對晶圓表面進行劃片，劃片后的圖形尺寸與所加工芯片尺寸相同，劃片深度為15～25μm，然后通過250℃的酸洗液H₂SO₄：H₃PO₄＝3：1浸泡15～35sec，去除劃片道內的殘留顆粒，用BOE(Buffer Oxide Etcher，緩沖氧化硅蝕刻液)去除SiO₂激光劃片保護層；

4)按照所需芯片尺寸大小對外延片表面蒸發反射鏡及鍵合層，反射鏡及鍵合層的覆蓋均小于劃片后的芯片尺寸，反射鏡與鍵合層覆蓋區域邊緣距離劃片道5～10μm；

5)使用拋光機對晶圓片背面進行拋光，拋光后晶圓片的厚度為390～410μm；

6)利用高溫金屬鍵合工藝,在N₂環境下加壓將沉積鍵合層的外延片與硅或銅或鎢銅合金基板進行鍵合；

7)利用常溫超聲技術對鍵合后的外延片進行超聲震動，減少外延片襯底與U-GaN之間的內應力，使得外延片襯底與U-GaN之間的接觸產生松動；

8)接著用激光剝離機對外延片進行剝離，調整激光光斑，使得激光光斑大小及激光掃描步進與劃片后的所需芯片尺寸相適配(加工芯片的長與寬均是激光光斑直徑與激光掃描步進的整數倍)，然后對外延片進行激光掃描，達到襯底與氮化鎵的分離；

9)用ICP(電感耦合等離子體)對剝離后的u-GaN作表面處理；接著對剝離后的u-GaN面上用負性光刻膠作n電極掩膜，用電子束蒸鍍的方法沉積n型電極金屬；最后用去膠液剝離光刻膠以形成n型金屬電極圖形，垂直結構LED制作完成。

基于以上方案，本發明進一步作如下優化：

步驟1)中進行LED外延結構的生長過程中，生長高溫U-GaN后先進行濕法腐蝕，然后再進行后續外延層的生長，使得U-GaN與襯底呈點接觸的形式。