一种Si基垂直LED芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种Si基垂直LED芯片，从下往上依次包括第一衬底层、n‑GaN层、多量子阱层、p‑GaN层、反射层、电流阻挡层、键合层、键合金属层和第二衬底层；其中，键合金属层为厚度比为0.15～0.2：1的Ni和Sn。能有效解决传统LED芯片研磨减薄后芯片严重翘曲，以至于造成芯片易破片良率低、效率低的问题，减轻LED芯片翘曲的程度。

【技术实现步骤摘要】
一种Si基垂直LED芯片
本技术涉及LED
，具体涉及一种Si基垂直结构。
技术介绍
随着半导体器件对厚度要求的不断提高，芯片的尺寸及厚度在不断缩小，在芯片研磨工艺完成后，芯片表面存在大量的结构性损伤导致芯片非常翘曲，翘曲严重的芯片在流片过程中非常容易破片且不易操作，从而造成芯片良率严重的损失。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种Si基垂直结构，解决传统LED芯片研磨减薄后芯片严重翘曲，以至于造成芯片易破片良率低、效率低的问题，能够有效减轻LED芯片翘曲的程度。本技术的目的采用如下技术方案实现：一种Si基垂直LED芯片，从下往上依次包括第一衬底层、n-GaN层、多量子阱层、p-GaN层、反射层、电流阻挡层、键合层、键合金属层和第二衬底层；其中，键合金属层为厚度比为0.15～0.2：1的Ni和Sn。本LED芯片结构采用的NiSn的键合金属层，较之Au键合层具有明显的成本低廉的优势，针对使用的NiSn键合层，通过改变键合层的Ni、Sn厚度比，传统Ni与Sn的厚度比一般为0.3～0.4：1，而本技术方案中通过减少Ni的厚度来达到减少翘曲的影响，因为使用电子束机台蒸发的Ni具有收缩的趋势，Ni金属会对芯片造成压应力，使得晶元变的弯曲，当晶片被减薄至200um以下时，其强度会趋弱而不足以抵挡Ni的应力作用，从而会使得芯片更加弯曲，而弯曲的芯片在后续的电性测试和划裂切割极易造成破片。而且在Ni和Sn的厚度比为0.15～0.2：1配比下能有效阻挡Sn的渗透，从而保证LED芯片的可靠性。进一步，在第二衬底层上键合的Ni的厚度为10nm～800nm。再进一步，所述第二衬底层背后还设有金属背板，金属背板上加镀有厚度范围为100nm～2000nm的Ni。由于加镀的Ni金属具有压应力，使之对LED芯片晶元有反向的拉力，以抵消另外一面的压应力，使芯片翘曲趋于平整，从而起到改善LED芯片翘曲度的作用。进一步，所述金属背板为Si板。再进一步，所述反射层为Cr、Ti、Ni、Ag、Pt和Au中的一种或几种。Si基垂直LED芯片的制备方法，包括以下步骤：1)在第一衬底层的正面上依次生长n-GaN层、多量子阱层和p-GaN层，形成LED外延片；2)在步骤1)所得的LED外延片上的p-GaN层上蒸镀反射层金属，得到反射层，p-GaN层与反射层相互形成欧姆接触，然后再依次制作电流阻挡层和键合层，得到LED外延结构；3)在第二衬底层上沉积Ni和Sn形成键合金属层，形成基板，并将基板上的键合金属层与步骤2)的LED外延结构的键合层键合，得到LED垂直芯片衬底；4)将步骤3)所得的LED垂直芯片衬底的第一衬底层磨削至600um初次减薄，第二衬底层减薄至200um以下，先设置蓝膜贴片方向为15～45°，然后沿着LED芯片晶格方向研磨，使得磨痕与LED芯片的平边平行，夹角为150～180°，得到LED晶片；5)对步骤4)磨削后的LED晶片的第二衬底层进行两次抛光步骤，第一次抛光选用体积比为1：1～5：5的HF、HNO3和CH3CHOOH的抛光液，抛光时间为3～5min；第二次抛光选用体积比为1：0.2～0.5：5的HF、HNO3和CH3CHOOH的抛光液，抛光时间为2～5min；进行抛光后，放入水槽冲洗，甩干；采用先进行一次化抛，接着进行二次化抛的方式降低抛光液对于LED芯片边缘的腐蚀，从而提升了良率。6)在步骤5)已经清洗干燥后的LED晶片的第二衬底层上蒸镀背金金属，得到Si基垂直LED芯片。相比现有技术，本技术的有益效果在于：(1)本技术的Si基垂直LED芯片优化了NiSn的键合金属层的合金配比，能够有效减轻LED芯片翘曲的程度。(2)制备Si基垂直LED芯片时采用沿晶格方向进行磨削，使得磨痕与LED芯片的平边平行，夹角为150～180°，能有效释放LED芯片的内应力，改善翘曲度。(3)制备Si基垂直LED芯片时采用两步化抛的方式，降低抛光液对于LED芯片边缘的腐蚀，从而提升了良率。附图说明图1为LED外延结构的侧面示意图；图2为基板侧面示意图；图3为第二衬底层上的磨痕示意图。图中：1、第一衬底层；2、n-GaN层；3、多量子阱层；4、p-GaN层；5、反射层；6、电流阻挡层；7、键合层；8、基板；81、键合金属层；82、第二衬底层；83、磨痕。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。实施例1一种Si基垂直LED芯片，从下往上依次包括第一衬底层1、n-GaN层2、多量子阱层3、p-GaN层4、反射层5、电流阻挡层6、键合层7、键合金属层81和第二衬底层82；其中，键合金属层81为厚度比为0.2：1的Ni和Sn，Ni的厚度为800nm，Sn的厚度为4000nm。第一衬底层1和第二衬底层82均为Si衬底，第二衬底层82的背面还设有Si板，Si板上加镀有厚度范围为2000nm的Ni。所述反射层5为Cr/Ni/Pt/Au。Si基垂直LED芯片的制备方法，包括以下步骤：1)在第一衬底层1的正面上依次生长n-GaN层2、多量子阱层3和p-GaN层4，形成LED外延片；2)在步骤1)所得的LED外延片上的p-GaN层4上蒸镀反射层金属，得到反射层5，p-GaN层4与反射层5相互形成欧姆接触，然后再依次制作电流阻挡层6和键合层7，得到如图1所示的LED外延结构；3)在第二衬底层82上沉积Ni和Sn形成键合金属层81，形成如图2所示的基板8，并将基板8上的键合金属层81与步骤2)的LED外延结构的键合层7键合，得到LED垂直芯片衬底；4)将步骤3)所得的LED垂直芯片衬底的第一衬底层1磨削至600um初次减薄，第二衬底层82减薄至200um以下，将步骤3)所得的LED垂直芯片衬底的第二衬底层82磨削至200um以下，先设置蓝膜贴片方向为15°，然后沿着LED芯片晶格方向研磨，如图3所示，使得磨痕83与LED芯片的平边平行，夹角为150°，得到LED晶片；5)对步骤4)磨削后的LED晶片上的第二衬底层82进行两次抛光步骤，第一次抛光选用体积比为1：1：5的HF、HNO3和CH3CHOOH的抛光液，抛光时间为3min；第二次抛光选用体积比为1：0.2：5的HF、HNO3和CH3CHOOH的抛光液，抛光时间为2min；抛光完成后，放入水槽冲洗，甩干；6)在步骤5)已经清洗干燥后的LED晶片的第二衬底层82上蒸镀背金金属，得到Si基垂直LED芯片。实施例2如图1所示，一种Si基垂直LED芯片，从下往上依次包括第一衬底层1、n-GaN层2、多量子阱层3、p-GaN层4、反射层5、电流阻挡层6、键合层7、键合金属层81和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Si基垂直LED芯片，其特征在于，从下往上依次包括第一衬底层、n-GaN层、多量子阱层、p-GaN层、反射层、电流阻挡层、键合层、键合金属层和第二衬底层；其中，键合金属层为厚度比为0.15～0.2：1的Ni和Sn。/n

【技术特征摘要】
1.一种Si基垂直LED芯片，其特征在于，从下往上依次包括第一衬底层、n-GaN层、多量子阱层、p-GaN层、反射层、电流阻挡层、键合层、键合金属层和第二衬底层；其中，键合金属层为厚度比为0.15～0.2：1的Ni和Sn。


2.如权利要求1所述的Si基垂直LED芯片，其特征在于，在第二衬底层上键合的Ni的厚度为10nm～800nm。


3....

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：河源市天和第三代半导体产业技术研究院，
类型：新型
国别省市：广东;44