一种采用晶圆级Si图形衬底制作LED垂直芯片的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用晶圆级Si图形衬底制作LED垂直芯片的方法,包括以下步骤：1)Si图形衬底的制作；2)LED外延层的生长；3)SiO2阻隔层的制作；4)防腐层的制作；5)沟槽处光刻胶的填充；6)Cu支撑层的电镀；7)Si图形衬底的腐蚀；8)N电极的制作；9)垂直芯片的分割。本发明专利技术将Si衬底剥离，根本上解决Si吸光问题；同时在沟槽处引入SiO2阻隔层，能在不切割芯片的情况下实现晶圆尺寸垂直芯片光电性能的检测，并且适用于任何晶圆级Si图形衬底的垂直芯片制作，具有检测工序简化，兼容性好的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及LED垂直芯片的制作，具体涉及。
技术介绍
LED是提倡节能减排的社会背景下的产物，其环保、节能、抗震性能好，在未来照明市场上前景广阔，被誉为第四代绿色照明光源。GaN作为第三代半导体材料代表之一，具有直接带隙、宽禁带、高饱和电子漂移速度、高击穿电场和高热导率等优异性能，在微电子应用方面得到了广泛的关注。自1.Akasaki首次成功获得p-GaN，实现蓝光LED的新突破后，GaN基化合物一直是制备LED器件的主要材料，在室内照明、商业照明、工程照明等领域有着广泛的应用。高质量GaN材料一般都通过异质外延方法制作。作为常用于生长GaN的衬底，蓝宝石有稳定的物理化学性质，但它与GaN间存在很大的晶格失配(16%)及热失配(25%)，造成生长的GaN薄膜质量较差;SiC虽然与GaN的晶格失配度仅3.5%,导热率较高，但它的热失配与蓝宝石相当(25.6%)，与GaN的润湿性较差，价格昂贵，并且外延技术已被美国科锐公司垄断，因此也无法普遍使用。相比较下，Si衬底具有成本低、单晶尺寸大且质量高、导热率高、导电性能良好等诸多特点，并且Si的微电子技术十分成熟，在Si衬底上生长GaN薄膜有望实现光电子和微电子的集成。正是因为Si衬底的上述诸多优点，Si衬底上生长GaN薄膜进而制备LED越来越备受关注。但是，Si与GaN热失配远远高于蓝宝石，导致外延片更易产生裂纹，Si对可见光的吸收作用也会大大降低LED发光效率。基于此，Si图形衬底具有很好的优势。通过人为在Si衬底制作沟槽，能释放应力，抑制外延层的大面积生长，从而得到无裂纹的LED外延薄膜方块。不过，Si图形衬底由于沟槽的存在，使得后续芯片加工流程大大改变，目前基于Si图形衬底LED外延薄膜的芯片制作鲜有报道。同时，Si吸光问题仍然存在。由此可见，即便Si图形衬底具有非常良好的发展前景，但要从Si图形衬底上制作LED芯片，解决Si吸光问题，还需要开发新的方法及工艺。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是为了提供，该方法将Si衬底剥离，根本上解决Si吸光问题，同时在沟槽处引入S12阻隔层，能在不切割芯片的情况下实现晶圆尺寸垂直芯片光电性能的检测，并且适用于任何晶圆级Si图形衬底的垂直芯片制作，具有检测工序简化，兼容性好的优点。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:—种采用晶圆级Si图形衬底制作LED垂直芯片的方法，包括以下步骤:l)Si图形衬底的制作:采用常规的匀胶、曝光、刻蚀工艺在Si衬底上实现图形的转移，得到Si图形衬底;所述Si图形衬底上的图形包括若干个按矩阵排列的方形凸块，每相邻的两个方形凸块之间均设有沟槽;所述方形凸块的边长为0.5-2mm，沟槽的宽度为I O-15μηι，沟槽的深度为5-10μηι;2)LED外延层的生长:Si图形衬底经清洗、N2吹干后，采用薄膜沉积方法在Si图形衬底上生长LED外延层;所述LED外延层具有与Si图形衬底一致的图形形貌；3)Si02阻隔层的制作:采用等离子体增强化学气相沉积方法，于LED外延层上沉积S12层，采用常规的匀胶、曝光、刻蚀工艺，去除LED外延层的对应每个方形凸块位置上的S12层，形成第一方形缺口，留下LED外延层的对应沟槽位置上的S12层，形成S12阻隔层；控制第一方形缺口的边长比方形凸块的边长小0.05-1μπι;4)防腐层的制作:采用蒸镀方法于LED外延层上依次蒸镀Cr层、Pt层、Au层，得到Au防腐层;所述Au防腐层具有与Si图形衬底一致的图形形貌；5)沟槽处光刻胶的填充:于防腐层上旋涂一层光刻胶，通过常规的曝光、刻蚀工艺，去除Au防腐层的对应每个方形凸块位置上的光刻胶，形成若干第二方形缺口；留下Au防腐层的对应沟槽位置上的光刻胶;控制第二方形缺口的边长与第一方形缺口的边长一致；6)Cu支撑层的电镀:采用电镀方法于Au防腐层的对应每个方形凸块位置上镀50-80μπι厚的Cu层，形成若干个方块状Cu支撑层;保证所述Cu支撑层不在对应沟槽的光刻胶处沉积;所述Au防腐层和Cu支撑层共同构成LED垂直芯片的P电极;得到晶圆级样品；7)Si图形衬底的腐蚀:用UV膜将晶圆级样品包裹，露出待腐蚀的Si图形衬的底面，采用HF、HNO3和HAc的混合溶液腐蚀Si图形衬底，直至刚好露出LED外延层；8)Ν电极的制作:经有机溶剂清洗，采用常规的匀胶、曝光、刻蚀工艺，在经过步骤7)处理后露出的LED外延层表面上蒸镀预设的N电极；9)垂直芯片的分割:采用有机溶剂将经过步骤8)处理后的沟槽处光刻胶去除，从而分隔成若干个方块状的LED垂直芯片。作为优选，步骤2)所述薄膜沉积方法是金属有机化学气相沉积、分子束外延、脉冲激光沉积中的一种或两者以上的组合。作为优选，步骤3)所述S12阻隔层的厚度为lO-lOOnm，能防止垂直芯片在晶圆级性能检测时电流经沟槽区域造成的短路。作为优选，步骤4)所述蒸镀方法为电子束蒸镀、热蒸镀中的一种；作为优选，步骤4)所述Cr、Pt层厚度为10-50nm，能实现功函数匹配，有利于后续Au防腐层的蒸镀及电流传导。作为优选，步骤4)所述Au防腐层厚度大于Ιμπι，能防止后续Si图形衬底腐蚀时腐蚀液渗入LED外延层对Cu支撑层造成破坏。作为优选，步骤5)所述沟槽处的光刻胶厚度为3_5μπι，起到绝缘作用，能防止后续电镀时Cu在沟槽处沉积。作为优选，步骤7)所述混合溶液中，HF、HNO3、HAc的体积比为2:5:4，通过控制腐蚀时间，可实现Si图形衬底的腐蚀。本专利技术的有益效果在于:1、本专利技术提出的晶圆级LED垂直芯片的制作方法，在沟槽处引入S12阻隔层，能在不切割芯片的情况下实现晶圆尺寸垂直芯片光电性能的检测，简化检测工序，提高检测效率。2、本专利技术在沟槽处引入绝缘的光刻胶，能有效防止后续电镀Cu时沟槽处Cu的附着，精确控制Cu在Au防腐层窗口附着，形成一个个芯片尺寸大小的方块区域，方便切割定位;此外，后续在垂直芯片分割工序中，光刻胶经溶解后，沟槽处的支撑厚度不足3μπι，可实现垂直芯片的自动分离，避开Disco刀切割造成的卷刀以及激光划片造成的芯片侧壁烧蚀，简化工序。3、本专利技术将Si衬底剥离，根本上解决Si吸光问题，并且适用于任何晶圆级Si图形衬底的垂直芯片制作，有很好的兼容性。进一步的，以本专利技术制作的晶圆级Si图形衬底上LED垂直芯片为例，在不切割芯片的情况下测试的光电性能如下:在低工作电流20mA下，芯片的正向偏置电压为3V，输出功率达26mW ；在高工作电流350mA下，芯片的正向偏置电压为2.9V，输出功率达640mW。测试数据证实了采用本专利技术技术制作的LED垂直芯片光电性能优良，有很好的应用前景。【附图说明】图1为实施例1中采用晶圆级Si图形衬底制作LED垂直芯片的方法的流程图。图2为实施例1中Si图形衬底的截面示意图。图3为实施例1中Si图形衬底的图形排布方式示意图。图4为实施例1中生长于Si图形衬底上的LED外延层截面图。图5为实施例1中Si图形衬底上经刻蚀的S12阻隔层示意图。图6为实施例1中沟槽处光刻胶的填充示意图。图7为实施例1中Cu在晶圆级外延片上的附着不意图。图8为实施例1中分割如晶圆级芯片的不意图。其中，l、Si图形衬底;2、LED外延层;3、Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用晶圆级Si图形衬底制作LED垂直芯片的方法，其特征是：包括以下步骤：1)Si图形衬底的制作：采用常规的匀胶、曝光、刻蚀工艺在Si衬底上实现图形的转移，得到Si图形衬底；所述Si图形衬底上的图形包括若干个按矩阵排列的方形凸块，每相邻的两个方形凸块之间均设有沟槽；所述方形凸块的边长为0.5‑2mm，沟槽的宽度为10‑15μm，沟槽的深度为5‑10μm；2)LED外延层的生长：Si图形衬底经清洗、N2吹干后，采用薄膜沉积方法在Si图形衬底上生长LED外延层；所述LED外延层具有与Si图形衬底一致的图形形貌；3)SiO2阻隔层的制作：采用等离子体增强化学气相沉积方法，于LED外延层上沉积SiO2层，采用常规的匀胶、曝光、刻蚀工艺，去除LED外延层的对应每个方形凸块位置上的SiO2层,形成第一方形缺口，留下LED外延层的对应沟槽位置上的SiO2层，形成SiO2阻隔层；控制第一方形缺口的边长比方形凸块的边长小0.05‑1μm；4)防腐层的制作：采用蒸镀方法于LED外延层上依次蒸镀Cr层、Pt层、Au层，得到Au防腐层；所述Au防腐层具有与Si图形衬底一致的图形形貌；5)沟槽处光刻胶的填充：于防腐层上旋涂一层光刻胶，通过常规的曝光、刻蚀工艺，去除Au防腐层的对应每个方形凸块位置上的光刻胶，形成若干第二方形缺口；留下Au防腐层的对应沟槽位置上的光刻胶；控制第二方形缺口的边长与第一方形缺口的边长一致；6)Cu支撑层的电镀：采用电镀方法于Au防腐层的对应每个方形凸块位置上镀50‑80μm厚的Cu层，形成若干个方块状Cu支撑层；保证所述Cu支撑层不在对应沟槽的光刻胶处沉积；所述Au防腐层和Cu支撑层共同构成LED垂直芯片的P电极；得到晶圆级样品；7)Si图形衬底的腐蚀：用UV膜将晶圆级样品包裹，露出待腐蚀的Si图形衬的底面，采用HF、HNO3和HAc的混合溶液腐蚀Si图形衬底，直至刚好露出LED外延层；8)N电极的制作：经有机溶剂清洗，采用常规的匀胶、曝光、刻蚀工艺，在经过步骤7)处理后露出的LED外延层表面上蒸镀预设的N电极；9)垂直芯片的分割：采用有机溶剂将经过步骤8)处理后的沟槽处的光刻胶去除，从而分隔成若干个方块状的LED垂直芯片。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：河源市众拓光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44