[發(fā)明專利]垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制造方法

有效

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• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113594305B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范偉宏;畢京鋒;郭茂峰;李士濤;趙進超;金全鑫;石時曼
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門士蘭明鎵化合物半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 北京成創(chuàng)同維知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純;岳丹丹

公開了一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制造方法，包括在第一晶圓表面形成第一鍵合層，第一晶圓包括第一襯底以及外延層；在第二襯底表面形成第二鍵合層；在第一鍵合層和/或第二鍵合層表面上形成第三鍵合層；通過第一鍵合層、第二鍵合層及第三鍵合層將第一晶圓與第二襯底鍵合；將第一襯底剝離；第一鍵合層、第二鍵合層為高熔點金屬層，第三鍵合層為低熔點金屬層。在襯底轉(zhuǎn)移過程中，通過第一鍵合層、第二鍵合層、第三鍵合層將外延層和第二襯底鍵合，第一鍵合層、第二鍵合層為高熔點金屬層，第三鍵合層為低熔點金屬層，在鍵合溫度略高于第三鍵合層的熔點溫度的環(huán)境下將外延層和第二襯底鍵合，以降低因材料晶格常數(shù)和熱膨脹系統(tǒng)差異所導(dǎo)致的鍵合后翹曲問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制造方法。

背景技術(shù)

垂直結(jié)構(gòu)LED芯片相比水平結(jié)構(gòu)LED芯片具有高亮度的優(yōu)勢。一方面，垂直結(jié)構(gòu)LED芯片是將外延層從絕緣和散熱差的藍寶石襯底轉(zhuǎn)移到導(dǎo)電導(dǎo)熱能力優(yōu)異的鍵合襯底上，進而能承受更高的工作電流從而獲得更高的亮度。另一方面，垂直結(jié)構(gòu)LED芯片更容易將出光表面進行微納加工，進而降低外延層和空氣界面的全反射來增加光提取效率。

在垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制造過程中，襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)是至關(guān)重要的步驟。目前的襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)中一般會采用共晶鍵合或熱壓鍵合方式。共晶鍵合工藝是利用具有合適共晶溫度的二元或多元鍵合層實現(xiàn)外延層和鍵合襯底的粘結(jié)，鍵合層一般由導(dǎo)電性能良好和低熔點的金屬組成。然而由于鍵合襯底和外延層之間存在顯著的晶格常數(shù)差異和熱膨脹系數(shù)差異，且部分鍵合層在制備過程中內(nèi)部具有較嚴重的應(yīng)力，容易導(dǎo)致垂直結(jié)構(gòu)LED晶圓發(fā)生翹曲現(xiàn)象。熱壓鍵合工藝主要采用金金鍵合工藝，由制造設(shè)備提供較大的鍵合壓力。對于鍵合襯底為金屬襯底的情況，由于金屬襯底自身具有較高韌性，僅需要緩解翹曲問題即可，但對于鍵合襯底為硬脆性材料的硅襯底的情況，在襯底剝離過程或后續(xù)加工過程中，容易出現(xiàn)碎片現(xiàn)象，進而使得制造得到的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片良率低、成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制造方法，以避免在襯底轉(zhuǎn)移過程中因鍵合造成的嚴重翹曲問題和晶圓碎片現(xiàn)象。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制造方法，包括：在第一晶圓表面形成第一鍵合層，所述第一晶圓包括第一襯底以及位于所述第一襯底表面的外延層；

在第二襯底表面形成第二鍵合層；

在所述第一鍵合層和/或第二鍵合層表面上形成第三鍵合層；

通過所述第一鍵合層、所述第二鍵合層以及所述第三鍵合層將所述第一晶圓與所述第二襯底鍵合在一起；

將所述第一襯底剝離；

其中，所述第一鍵合層、所述第二鍵合層為高熔點金屬層，所述第三鍵合層為低熔點金屬層。

可選地，采用液相瞬態(tài)鍵合工藝將所述第一晶圓與所述第二襯底鍵合在一起。

可選地，所述第一晶圓和所述第二襯底的鍵合環(huán)境為真空，鍵合溫度比所述第三鍵合層的熔點溫度高5℃～20℃，鍵合壓力為5000kgf～15000kgf，鍵合時間不小于10分鐘。

可選地，所述鍵合溫度為160℃～260℃。

可選地，在第一晶圓表面形成第一鍵合層以及在第二襯底表面形成第二鍵合層的步驟后，還包括：

對所述第一鍵合層和所述第二鍵合層進行快速退火處理以形成降低應(yīng)力的所述第一鍵合層和降低應(yīng)力的所述第二鍵合層。

可選地，所述快速退火處理的方法包括激光退火技術(shù)或者強光退火技術(shù)，所述退火處理的溫度為400℃～800℃，所述退火處理的時間小于2分鐘。