晶片接合方法及发光二极管的制作方法技术

本发明专利技术提供的晶片接合方法及发光二极管的制作方法，其透过预先改变异质材料在键合前的内应力，使得异质材料在键合后的翘曲度得以获得改善，所述晶片接合方法包括以下步骤：一种晶片接合的方法，包括步骤：（1）提供目标晶片和接合用晶片；（2）研磨接合用晶片的上表面，形成具有机械残留应力的粗糙面，使得所述接合用晶片呈现翘曲状态；（3）在所述接合用晶片上形成键合层；（4）将所述目标晶片与所述接合用晶片键合，所述接合用晶片的内应力抵消键合过程中因目标晶片与接合晶片的热膨胀系数不同所产生的内应力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，具体的说是一种改善翘曲度的发光二极管及其制作方法。
技术介绍
发光二极管具有低能耗，高寿命，稳定性好，体积小，响应速度快以及发光波长稳定等良好光电特性，被广泛应用于照明、家电、显示屏及指示灯等领域。近年来，为了提高LED发光功率和效率，发展了衬底转移技术，例如在衬底上通过MOCVD沉积外延层薄膜，然后采用接合技术将外延薄膜黏结到半导体或金属基板上，并去除衬底，如图1所示。当采用晶片接合时，由于外延片与接合基板的膨胀系数的差别，使得高温高压键合后，回到室温时，在异质材料间存在内应力。片源受内应力的作用呈现翘曲状态，如图2和3所示，给后续工序的操作造成不便，增加破片隐患，导致良率损失影响产品品质。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术透过预先改变异质材料在键合前的内应力，使得异质材料在键合后的翘曲度得以获得改善。本专利技术的技术方案为：一种晶片接合的方法，包括步骤：（1）提供目标晶片和一接合用晶片；（2）研磨接合用晶片的上表面，形成具有机械残留应力的粗糙面，使得所述接合用晶片呈现翘曲状态；（3）在所述接合用晶片上形成键合层；（4）将所述目标晶片与所述接合用晶片键合，所述接合用晶合的内应力抵消键合过程中因目标晶片与接合用晶片的热膨胀系数不同所产生的内应力。优选地，所述目标晶片为半导体外延片，如发光二极管外延片或太阳能外延片，所述接合用晶片为键合基板，诸如Si片。优选地，所述步骤（2）中使用颗粒粒径为8.0~15.0μm的研磨粉进行研磨Si片的上表面，形成具有机械残留应力的粗糙面，经研磨后的Si表面的粗糙度Ra值为300nm~500nm，翘曲度为5.0~15.0mm。本专利技术进一步提供了一种发光二极管的制作方法，包括以下步骤：（1）提供一生长衬底，在其上形成发光外延结构；（2）选择一基板，研磨所述基板的上表面，形成具有机械残留应力的粗糙面，使得所述基板呈现翘曲状态；（3）在所述基板的粗糙面上沉积键合层；（4）将所述发光外延结构与所述基板进行键合，在此过程中所述基板的内应力抵消键合过程中因外延片与基板的热膨胀系数不同所产生的内应力；（5）去除生长衬底。优选地，所述步骤（2）中采用研磨粉进行研磨所述基板的上表面，所述研磨粉颗粒粒径为8.0~15.0μm。优选地，所述步骤（2）中研磨后的基板的粗糙面的粗糙度Ra值为300nm~500nm。优选地，所述步骤（2）中研磨后的基板的翘曲度为5.0~15.0mm。优选地，所述步骤（3）中的键合层为NiSn键合层。优选地，上述发光二极管的制作方法还包括步骤（6）：在所述基板的下表面形成一具有张应力的电极层，所述电极层的张压力作用于其上结构，以抵消所述发光二极管结构存在的压缩应力。优选地，所述电极层包括粘附层、张应力层，其中张应力层的厚度为500nm以上。优选地，所述张应力层选择张应力较大且可作为半导体器件电极的金属，如为镍、钽或钼等。优选地，所述电极层为Ti/Ni/Au，其中Ni层的厚度为500nm以上。优选地，所述步骤（6）中采用蒸镀形成所述Ni层，其蒸镀速率≤0.5nm/s，蒸镀真空度≤10-3Pa。本专利技术还提供了一种发光二极管，包括：基板、位于所述基板上表面的金属键合层、位于所述金属键合层之上的发光外延结构、位于所述发光外延结构上面的顶电极及形成于所述基板的下表面的一具有张应力的电极层，所述电极层的张压力作用于所述外延结构，以抵消所述发光外延结构存在的压缩应力。其中，电极层的材料选择张应力较大且可作为半导体器件电极的金属，如镍、钽、钼等。优选地，所述电极层包括粘附层和张应力层，其中张应力层的厚度为500nm以上。优选地，所述电极层为Ti/Ni/Au，采用蒸镀形成所述Ni层。经过研究发现，Ni层蒸镀厚度、蒸镀速率、蒸镀真空度和基板温度均会对翘曲改善程度有影响，在一个较佳实施例中，所述Ni层厚度≥500nm，蒸镀速率≤0.5nm/s，蒸镀真空度≤10-3Pa ，基板温度≤40℃。本专利技术至少具备以下有益效果：（一）预先透过研磨的方式，使基板取得了带有与键合后片源翘曲方向相反的形变(相反方向的内应力)，以抵消高温高压键合过程材料因热膨胀系数不同所产生的内应力，使得异质材料在键合后的翘曲度得以获得改善，减少了后续的黄光对位偏移，切割偏移等问题，所造成的良率损失；（二）通过在基板的下表面设置具有张应力的电极层，利用金属薄膜的张应力，进一步改善片源翘曲。附图说明图1示意了现有的一种晶片键合示意图。图2~3示意了图1所示键合后的晶片状态图，其呈翘曲状态。图4显示本专利技术实施例1的一种发光二极管的制作流程图。图5-6显示了本专利技术实施例1的一种发光二极管的过程示意图。图7显示了采用图4所示制作方法获得的晶片状态图，其有效改善了晶片的翘曲问题。图8显示本专利技术实施例2的一种发光二极管的制作流程图。图9显示了采用图8所示的制作方法获得的发光二极管的示意图。图10显示本专利技术实施例3的一种发光二极管的制作流程图。图中：110、210：生长衬底；120、220：外延层；130、230：键合基板；140、240：键合层；250：具有张应力的电极层；260：顶面电极。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。专利技术人经过大量研究发现，前述
技术介绍
中提及的晶片接合后产生的片源弯曲或翘曲问题，很大程度上由于接合工艺造成（包含接合材料及其组成分比例），例如采用镍锡(NiSn)键合，其明显出现翘曲问题，而采用金金(Au/Au)键合，则不会出现明显的翘曲问题。当具有不同内应力大小的外延片，在经过同样的键合结构（如镍锡键合）后，接着去除生长衬底后，片源翘曲度差异不大。基于此，下面各实施提出一种用于改善晶片键后的翘曲度的晶片接合方法，具体以发光二极管的制作方法为例，进行详细说明。图4显示了本专利技术第一个较佳实施之一种发光二极管的制作流程图，其主要包括步骤S110~S150，下面以四元系发光二极管为例进行说细说明。步骤S110：提供生长衬底210，在其上形成发光外延结构220。在本实施例，生长衬底可选用GaAs衬底，发光外延结构220为常规外延结构即可，一般可包含n型半导体层、有源层、p型半导体层。步骤S120：选择基板230，预先通过研磨的方式，使得基板发生与键合后片源翘曲方向相反的形变，具体为使用颗粒粒径为8.0~15.0μm的研磨粉进行研磨基板的上表面，形成具有机械残留应力的粗糙面，其粗糙度Ra值为300nm~500nm，使得基板230呈现翘曲状态，如图5所示。在本实施例，选用Si片作为基板230，选用碳化硅颗粒作为研磨粉，其颗粒粒径为10.1~12.7μm，研磨后的Si片上表面经台阶仪测得的粗糙度Ra值为4400±600Å，Si片的翘曲度为~10 mm。步骤S130：在基板230的粗糙面上沉积金属键合层240。在本实施例中，采用NiSn键合层。步骤S140：将前述外延片与基板进行键合。具体为：将外延片和Si晶片放置于键合治具并放入键合设备内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶片接合的方法，包括步骤：（1）提供目标晶片和接合用晶片；（2）研磨所述接合用晶片的上表面，形成具有机械残留应力的粗糙面，使得所述接合用晶片呈现翘曲状态；（3）在所述接合用晶片的粗糙面上形成键合层；（4）将所述目标晶片与所述接合用晶片键合，所述接合用晶片的内应力抵消键合过程中因目标晶片与接合晶片的热膨胀系数不同所产生的内应力。

【技术特征摘要】
1.一种晶片接合的方法，包括步骤：（1）提供目标晶片和接合用晶片；（2）研磨所述接合用晶片的上表面，形成具有机械残留应力的粗糙面，使得所述接合用晶片呈现翘曲状态；（3）在所述接合用晶片的粗糙面上形成键合层；（4）将所述目标晶片与所述接合用晶片键合，所述接合用晶片的内应力抵消键合过程中因目标晶片与接合晶片的热膨胀系数不同所产生的内应力。2.根据权利要求1所述的晶片接合的方法，其特征在于：所述目标晶片为发光二极管外延片，所述接合用晶片为Si片。3.根据权利要求2所述的晶片接合的方法，其特征在于：所述步骤（2）中使用颗粒粒径为8.0~15.0μm的研磨粉研磨Si片的上表面，形成具有机械残留应力的粗糙面，经研磨后的Si表面的粗糙度Ra值为300nm~500nm，翘曲度为5.0~15.0mm。4.发光二极管的制作方法，包括以下步骤：（1）提供一生长衬底，在其上形成发光外延结构；（2）选择一基板，研磨所述基板的上表面，形成具有机械残留应力的粗糙面，使得所述基板呈现翘曲状态；（3）在所述基板的粗糙面上沉积键合层；（4）将所述发光外延结构与所述基板进行键合，所述基板的内应力抵消键合过程中因外延片与基板的热膨胀系数不同所产生的内应力；（5）去除生长衬底。5.根据权利要求4所述的发光二极管的制作方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟秉宪，盛翠翠，董仲伟，吴俊毅，吴超瑜，王笃祥，
申请(专利权)人：天津三安光电有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12