一种LED垂直芯片结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种LED垂直芯片结构及其制作方法，包括以下步骤：S1：提供一蓝宝石衬底，在其上依次生长非故意掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层；S2：形成若干分立的P电极；S3：形成若干分立的并覆盖所述P电极的第一键合金属层；并提供一键合基底，在其表面形成若干分立的第二键合金属层；S4：将所述第一键合金属层、第二键合金属层对准键合；S5：去除所述蓝宝石衬底；S6：去除所述非故意掺杂GaN层，并利用干法刻蚀工艺形成切割道；所述切割道避开键合金属层所在区域；S7：形成N电极。本发明专利技术采用图形化键合结构（由若干分立的键合金属层组成），有效避免了ICP刻蚀切割道时造成的金属飞溅问题，减少芯片漏电风险，从而有效提高芯片的可靠性。

LED vertical chip structure and manufacturing method thereof

The invention provides a vertical LED chip structure and manufacturing method thereof, which comprises the following steps: S1: providing a sapphire substrate on the growth in unintentionally doped GaN layer, N GaN layer, a multiple quantum well layer and the P layer GaN; S2: P electrode formed several separate; S3: if the dry form the first key and covering the P electrode separation of metal layer; and to provide a bonding substrate, forming second keys several separate metal layer on the surface; S4: the first bonding metal layer and the second metal bonding layer alignment bonding; S5: removal of the sapphire substrate; S6: the removal of the undoped GaN layer, and the formation of the cutting path by dry etching process; the cutting way to avoid bonding metal layer area; S7: N electrode. The invention adopts graphic bonding structure (composed of a plurality of discrete bonding metal layer), can effectively avoid the problems caused by ICP etching of metal spatter cutting road, reduce chip leakage risk, so as to effectively improve the reliability of the chip.

【技术实现步骤摘要】
一种LED垂直芯片结构及其制作方法
本专利技术属于LED芯片领域，涉及一种LED垂直芯片结构及其制作方法。
技术介绍
发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)是一种半导体发光器件，利用半导体P-N结电致发光原理制成。LED具有能耗低，体积小、寿命长，稳定性好，响应快，发光波长稳定等好的光电性能，目前已经在照明、家电、显示屏、指示灯等领域有很好的应用。氮化镓(GaN)材料系列是一种理想的短波长发光器件材料，氮化镓及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围。自从1991年日本研制出同质结氮化镓蓝色LED之后，InGaN/AlGaN双异质结超亮度蓝色LED、InGaN单量子阱GaNLED相继问世。氮化镓基LED比传统LED外形更小、功率更高。少量氮化镓基LED就能提供与传统LED相同的发光量。GaN基发光二极管一般生长在不导电的蓝宝石衬底上，传统LED芯片由于蓝宝石衬底与GaN晶格和热膨胀系数不匹配，衬底导热能力较差，不利于芯片工作过程中的散热，从而影响器件的光电特性和寿命。因此，越来越多的研究聚焦在将传统LED转移到导电导热能力良好的衬底上，形成垂直结构LED。而在垂直结构LED制程中键合技术的好坏直接影响到LED的工作电压、漏电和老化性能，并影响GaN外延层的应力和衬底剥离后芯片的成品率，因此，键合技术成为垂直结构LED芯片制程中的关键技术之一。如图1所示，显示为现有的一种垂直结构LED，其自下而上依次包括键合基底101、键合金属层102、P型GaN层103、多量子阱层104、N型GaN层105、及N电极106，其中键合金属层102中还形成有P电极(未图示)，同时，图1中还示出了切割道107。传统垂直结构LED制程中，一般采用两张Wafer正面蒸镀键合层金属，做晶圆级晶片键合。这将导致衬底剥离后对芯片切割道进行干法深刻蚀时，外延层以下的金属层易被等离子体打溅起，从而造成芯片侧壁的污染，造成漏电，影响芯片的可靠性。因此，如何提供一种LED垂直芯片结构及其制作方法以解决上述问题，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种LED垂直芯片结构及其制作方法，用于解决现有技术中垂直结构LED制程在衬底剥离后对芯片切割道进行干法深刻蚀时，外延层以下的金属层易被等离子体打溅起，从而造成芯片侧壁的污染，造成漏电，影响芯片的可靠性的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种LED垂直芯片结构的制作方法，包括以下步骤：S1：提供一蓝宝石衬底，并在其上依次生长非故意掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层；S2：在所述P型GaN层上形成若干分立的P电极；S3：在所述P型GaN层上形成若干分立的并覆盖所述P电极的第一键合金属层；并提供一键合基底，在所述键合基底表面形成若干分立的第二键合金属层；所述第二键合金属层与所述第一键合金属层相对应；S4：将所述第一键合金属层、第二键合金属层对准键合；S5：去除所述蓝宝石衬底；S6：去除所述非故意掺杂GaN层，并刻蚀所述N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层，形成切割道；所述切割道避开所述第一键合金属层、第二键合金属层所在区域；S7：在所述N型GaN层表面形成N电极。可选地，所述P电极包括用于形成欧姆接触的ITO层或Ni层。可选地，所述P电极包括作为反射镜的Ag层或Al层。可选地，所述第一键合金属层包括Au/Sn复合层、Ni/Sn复合层、Au/Au复合层及In/Sn复合层中的至少一种。可选地，所述键合基底包括Si衬底、W/Cu复合衬底或Mo/Cu复合衬底。可选地，于所述步骤S6中，采用反应耦合等离子体干法刻蚀去除所述非故意掺杂GaN层及形成所述切割道。可选地，于所述步骤S7中，在形成所述N电极之前，首先对所述N型GaN层表面进行粗化。可选地，对所述N型GaN层表面进行粗化的方法为：采用湿法刻蚀在所述N型GaN层表面形成金字塔形微观结构。可选地，所述N电极包括Ni/Au复合层、Al/Ti/Pt/Au复合层或Cr/Pt/Au复合层。本专利技术还提供一种LED垂直芯片结构，包括：键合衬底；形成于所述键合衬底表面的键合金属层；嵌于所述键合金属层表面的P电极；依次形成于所述P电极表面的P型GaN层、多量子阱层、N型GaN层及N电极；其中：所述键合金属层及所述P电极在水平面上的投影面积小于所述P型GaN层在水平面上的投影面积。如上所述，本专利技术的LED垂直芯片结构及其制作方法，具有以下有益效果：本专利技术采用图形化键合结构(由若干分立的键合金属层组成)，利用带有对准功能的键合设备将蓝宝石衬底外延片与导电导热能力好的衬底进行芯片级的键合；并利用激光剥离设备将蓝宝石衬底剥离，将GaN外延层成功转移到新衬底上；然后利用光刻及ICP干法刻蚀工艺形成单个垂直芯片MESA图形；最后蒸镀N电极。其中，图形化键合结构的存在有效避免了ICP刻蚀切割道时造成的金属飞溅问题，减少芯片漏电风险，从而有效提高芯片的可靠性；采用湿法蚀刻工艺进行垂直芯片的表面粗化，形成有利于出光的金字塔型微结构。附图说明图1显示为现有技术中一种垂直结构LED的剖面结构示意图。图2显示为本专利技术的LED垂直芯片结构的制作方法的工艺流程图。图3显示为本专利技术的LED垂直芯片结构的制作方法在蓝宝石衬底上依次生长非故意掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层的示意图。图4显示为本专利技术的LED垂直芯片结构的制作方法在所述P型GaN层上形成若干分立的P电极的示意图。图5显示为本专利技术的LED垂直芯片结构的制作方法在所述P型GaN层上形成若干分立的并覆盖所述P电极的第一键合金属层的示意图。图6显示为本专利技术的LED垂直芯片结构的制作方法提供一键合基底，在所述键合基底表面形成若干分立的第二键合金属层的示意图。图7显示为本专利技术的LED垂直芯片结构的制作方法将所述第一键合金属层、第二键合金属层对准键合的示意图。图8显示为本专利技术的LED垂直芯片结构的制作方法去除所述蓝宝石衬底的示意图。图9显示为本专利技术的LED垂直芯片结构的制作方法去除所述非故意掺杂GaN层，并切割所述N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层，形成切割道的示意图。图10显示为本专利技术的LED垂直芯片结构的制作方法对所述N型GaN层表面进行粗化的示意图。图11显示为本专利技术的LED垂直芯片结构的制作方法在所述N型GaN层表面形成N电极的示意图。图12显示为本专利技术的LED垂直芯片结构的制作方法进一步切割出独立的LED芯片结构的示意图。元件标号说明S1～S7步骤101键合基底102键合金属层103，205P型GaN层104，204多量子阱层105，203N型GaN层106，211N电极107，210切割道201蓝宝石衬底202非故意掺杂GaN层206P电极207第一键合金属层208键合基底209第二键合金属层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图2至图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED垂直芯片结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：提供一蓝宝石衬底，并在其上依次生长非故意掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层；S2：在所述P型GaN层上形成若干分立的P电极；S3：在所述P型GaN层上形成若干分立的并覆盖所述P电极的第一键合金属层；并提供一键合基底，在所述键合基底表面形成若干分立的第二键合金属层；所述第二键合金属层与所述第一键合金属层相对应；S4：将所述第一键合金属层、第二键合金属层对准键合；S5：去除所述蓝宝石衬底；S6：去除所述非故意掺杂GaN层，并刻蚀所述N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层，形成切割道；所述切割道避开所述第一键合金属层、第二键合金属层所在区域；S7：在所述N型GaN层表面形成N电极。

【技术特征摘要】
1.一种LED垂直芯片结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：提供一蓝宝石衬底，并在其上依次生长非故意掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层；S2：在所述P型GaN层上形成若干分立的P电极；S3：在所述P型GaN层上形成若干分立的并覆盖所述P电极的第一键合金属层；并提供一键合基底，在所述键合基底表面形成若干分立的第二键合金属层；所述第二键合金属层与所述第一键合金属层相对应；S4：将所述第一键合金属层、第二键合金属层对准键合；S5：去除所述蓝宝石衬底；S6：去除所述非故意掺杂GaN层，并刻蚀所述N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层，形成切割道；所述切割道避开所述第一键合金属层、第二键合金属层所在区域；S7：在所述N型GaN层表面形成N电极。2.根据权利要求1所述的LED垂直芯片结构的制作方法，其特征在于：所述P电极包括用于形成欧姆接触的ITO层或Ni层。3.根据权利要求1所述的LED垂直芯片结构的制作方法，其特征在于：所述P电极包括作为反射镜的Ag层或Al层。4.根据权利要求1所述的LED垂直芯片结构的制作方法，其特征在于：所述第一键合金属层包括Au/Sn复合层、Ni/Sn复合层、Au/Au复合层及In/Sn复合层...

【专利技术属性】
技术研发人员：童玲，张宇，徐慧文，李起鸣，
申请(专利权)人：映瑞光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31