一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法,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)键合基板的准备；6)晶圆级键合；7)Si图形衬底的剥离；8)N电极的制作。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，具体涉及一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法。
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I.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一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法，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。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法，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外延层上依次蒸镀两种不同折射率的金属材料，两种不同折射率的金属材料以交替层叠的方式设置，得到金属反射层；所述金属反射层具有与Si图形衬底一致的图形形貌；5)键合基板的准备：采用浙江立晶光电科技有限公司的高掺平面Si衬底作为键合基板，通过蒸镀方法于键合基板的正反两面分别蒸镀金属Au层；所述金属Au层的厚度为0.5-1.5μm；6)晶圆级键合：将步骤4)得到的Si图形衬底的金属反射层与步骤5)得到的高掺平面Si衬底的金属Au层采用晶圆级键合方法进行键合，键合物料为金锡合金；所述金属反射层和金属Au层共同构成LED垂直芯片的P电极；7)Si图形衬底的剥离：采用减薄方法将Si图形衬底减薄至露出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。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SiO2阻隔层的厚度为10-100nm，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)所述金属反射层的厚度为10-50nm，起到反射光线的作用。作为优选，步骤4)采用蒸镀方法于LED外延层上依次蒸镀10nm的Ti层、20nm的Ag层、10nm的Ti层、20nm的Ag层，得到金属反射层。作为优选，步骤5)所述高掺平面Si衬底的P掺电阻率为0.001-0.005Ω·cm，厚度为400-450μm。所述高掺平面Si衬底可选择浙江立晶光电科技有限公司生产的高掺平面Si衬底。作为优选，步骤5)所述蒸镀方法是电子束蒸镀、热蒸镀中的一种。作为优选，步骤7)所述的减薄方法是研磨、干法刻蚀、湿法腐蚀中的一种。作为优选，步骤8)中，在经过步骤7)处理后露出的LED外延层表面上依次蒸镀5nm的Cr金属层、15nm的Pt金属层、1μm的Au金属层作为N电极。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的晶圆级LED垂直芯片的制作方法，将LED外延片转移至高掺Si衬底以实现电流的垂直导通，同时引入以交替层叠的方式设置(ABAB型)的金属反射层以反射光子，解决了常规Si衬底吸光的问题。该方法在沟槽处引入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。进一步的，以本专利技术制作的晶圆级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2.8V，输出功率达24mW；在高工作电流350mA下，芯片的正向偏置电压为2.7V，输出功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法，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外延层上依次蒸镀两种不同折射率的金属材料，两种不同折射率的金属材料以交替层叠的方式设置，得到金属反射层；所述金属反射层具有与Si图形衬底一致的图形形貌；5)键合基板的准备：采用高掺平面Si衬底作为键合基板，通过蒸镀方法于键合基板的正反两面分别蒸镀金属Au层；所述金属Au层的厚度为0.5‑1.5μm；6)晶圆级键合：将步骤4)得到的Si图形衬底的金属反射层与步骤5)得到的高掺平面Si衬底的金属Au层采用晶圆级键合方法进行键合，键合物料为金锡合金；所述金属反射层和金属Au层共同构成LED垂直芯片的P电极；7)Si图形衬底的剥离：采用减薄方法将Si图形衬底减薄至露出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。...

【技术特征摘要】
1.一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法，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10-15
μm，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外延层上依次蒸镀两种
不同折射率的金属材料，两种不同折射率的金属材料以交替层叠的方
式设置，得到金属反射层；所述金属反射层具有与Si图形衬底一致
的图形形貌；
5)键合基板的准备：采用高掺平面Si衬底作为键合基板，通过
蒸镀方法于键合基板的正反两面分别蒸镀金属Au层；所述金属Au层
的厚度为0.5-1.5μm；
6)晶圆级键合：将步骤4)得到的Si图形衬底的金属反射层与
步骤5)得到的高掺平面Si衬底的金属Au层采用晶圆级键合方法进
行键合，键合物料为金锡合金；所述金属反射层和金属Au层共同构
成LED垂直芯片的P电极；
7)Si图形衬底的剥离：采用减薄方法将Si图形衬底减薄至露
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...

【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