一種采用晶圓級Si圖形襯底制作LED垂直芯片的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED垂直芯片的制作，具體涉及一種采用晶圓級Si圖形襯底制作LED垂直芯片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LED是提倡節(jié)能減排的社會背景下的產(chǎn)物，其環(huán)保、節(jié)能、抗震性能好，在未來照明市場上前景廣闊，被譽(yù)為第四代綠色照明光源。GaN作為第三代半導(dǎo)體材料代表之一，具有直接帶隙、寬禁帶、高飽和電子漂移速度、高擊穿電場和高熱導(dǎo)率等優(yōu)異性能，在微電子應(yīng)用方面得到了廣泛的關(guān)注。自1.Akasaki首次成功獲得p-GaN，實現(xiàn)藍(lán)光LED的新突破后，GaN基化合物一直是制備LED器件的主要材料，在室內(nèi)照明、商業(yè)照明、工程照明等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]高質(zhì)量GaN材料一般都通過異質(zhì)外延方法制作。作為常用于生長GaN的襯底，藍(lán)寶石有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，但它與GaN間存在很大的晶格失配(16%)及熱失配(25%)，造成生長的GaN薄膜質(zhì)量較差;SiC雖然與GaN的晶格失配度僅3.5%,導(dǎo)熱率較高，但它的熱失配與藍(lán)寶石相當(dāng)(25.6%)，與GaN的潤濕性較差，價格昂貴，并且外延技術(shù)已被美國科銳公司壟斷，因此也無法普遍使用。相比較下，Si襯底具有成本低、單晶尺寸大且質(zhì)量高、導(dǎo)熱率高、導(dǎo)電性能良好等諸多特點，并且Si的微電子技術(shù)十分成熟，在Si襯底上生長GaN薄膜有望實現(xiàn)光電子和微電子的集成。正是因為Si襯底的上述諸多優(yōu)點，Si襯底上生長GaN薄膜進(jìn)而制備LED越來越備受關(guān)注。但是，Si與GaN熱失配遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于藍(lán)寶石，導(dǎo)致外延片更易產(chǎn)生裂紋，Si對可見光的吸收作用也會大大降低LED發(fā)光效率。
[0004]基于此，Si圖形襯底具有很好的優(yōu)勢。通過人為在Si襯底制作溝槽，能釋放應(yīng)力，抑制外延層的大面積生長，從而得到無裂紋的LED外延薄膜方塊。不過，Si圖形襯底由于溝槽的存在，使得后續(xù)芯片加工流程大大改變，目前基于Si圖形襯底LED外延薄膜的芯片制作鮮有報道。同時，Si吸光問題仍然存在。
[0005]由此可見，即便Si圖形襯底具有非常良好的發(fā)展前景，但要從Si圖形襯底上制作LED芯片，解決Si吸光問題，還需要開發(fā)新的方法及工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是為了提供一種采用晶圓級Si圖形襯底制作LED垂直芯片的方法，該方法將Si襯底剝離，根本上解決Si吸光問題，同時在溝槽處引入S12阻隔層，能在不切割芯片的情況下實現(xiàn)晶圓尺寸垂直芯片光電性能的檢測，并且適用于任何晶圓級Si圖形襯底的垂直芯片制作，具有檢測工序簡化，兼容性好的優(yōu)點。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種采用晶圓級Si圖形襯底制作LED垂直芯片的方法，包括以下步驟:
[0009]l)Si圖形襯底的制作:采用常規(guī)的勻膠、曝光、刻蝕工藝在Si襯底上實現(xiàn)圖形的轉(zhuǎn)移，得到Si圖形襯底;所述Si圖形襯底上的圖形包括若干個按矩陣排列的方形凸塊，每相鄰的兩個方形凸塊之間均設(shè)有溝槽;所述方形凸塊的邊長為0.5-2mm，溝槽的寬度為I O-15μηι，溝槽的深度為5-10μηι;
[0010]2)LED外延層的生長:Si圖形襯底經(jīng)清洗、N2吹干后，采用薄膜沉積方法在Si圖形襯底上生長LED外延層;所述LED外延層具有與Si圖形襯底一致的圖形形貌；
[0011]3)Si02阻隔層的制作:采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，于LED外延層上沉積S12層，采用常規(guī)的勻膠、曝光、刻蝕工藝，去除LED外延層的對應(yīng)每個方形凸塊位置上的S12層，形成第一方形缺口，留下LED外延層的對應(yīng)溝槽位置上的S12層，形成S12阻隔層；控制第一方形缺口的邊長比方形凸塊的邊長小0.05-1μπι;
[0012]4)防腐層的制作:采用蒸鍍方法于LED外延層上依次蒸鍍Cr層、Pt層、Au層，得到Au防腐層;所述Au防腐層具有與Si圖形襯底一致的圖形形貌；
[0013]5)溝槽處光刻膠的填充:于防腐層上旋涂一層光刻膠，通過常規(guī)的曝光、刻蝕工藝，去除Au防腐層的對應(yīng)每個方形凸塊位置上的光刻膠，形成若干第二方形缺口；留下Au防腐層的對應(yīng)溝槽位置上的光刻膠;控制第二方形缺口的邊長與第一方形缺口的邊長一致；
[0014]6)Cu支撐層的電鍍:采用電鍍方法于Au防腐層的對應(yīng)每個方形凸塊位置上鍍50-80μπι厚的Cu層，形成若干個方塊狀Cu支撐層;保證所述Cu支撐層不在對應(yīng)溝槽的光刻膠處沉積;所述Au防腐層和Cu支撐層共同構(gòu)成LED垂直芯片的P電極;得到晶圓級樣品；
[0015]7)Si圖形襯底的腐蝕:用UV膜將晶圓級樣品包裹，露出待腐蝕的Si圖形襯的底面，采用HF、HNO3和HAc的混合溶液腐蝕Si圖形襯底，直至剛好露出LED外延層；
[0016]8)Ν電極的制作:經(jīng)有機(jī)溶劑清洗，采用常規(guī)的勻膠、曝光、刻蝕工藝，在經(jīng)過步驟
7)處理后露出的LED外延層表面上蒸鍍預(yù)設(shè)的N電極；
[0017]9)垂直芯片的分割:采用有機(jī)溶劑將經(jīng)過步驟8)處理后的溝槽處光刻膠去除，從而分隔成若干個方塊狀的LED垂直芯片。
[0018]作為優(yōu)選，步驟2)所述薄膜沉積方法是金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、分子束外延、脈沖激光沉積中的一種或兩者以上的組合。
[0019]作為優(yōu)選，步驟3)所述S12阻隔層的厚度為lO-lOOnm，能防止垂直芯片在晶圓級性能檢測時電流經(jīng)溝槽區(qū)域造成的短路。
[0020]作為優(yōu)選，步驟4)所述蒸鍍方法為電子束蒸鍍、熱蒸鍍中的一種；
[0021]作為優(yōu)選，步驟4)所述Cr、Pt層厚度為10-50nm，能實現(xiàn)功函數(shù)匹配，有利于后續(xù)Au防腐層的蒸鍍及電流傳導(dǎo)。
[0022]作為優(yōu)選，步驟4)所述Au防腐層厚度大于Ιμπι，能防止后續(xù)Si圖形襯底腐蝕時腐蝕液滲入LED外延層對Cu支撐層造成破壞。
[0023]作為優(yōu)選，步驟5)所述溝槽處的光刻膠厚度為3_5μπι，起到絕緣作用，能防止后續(xù)電鍍時Cu在溝槽處沉積。
[0024]作為優(yōu)選，步驟7)所述混合溶液中，HF、HNO3、HAc的體積比為2:5:4，通過控制腐蝕時間，可實現(xiàn)Si圖形襯底的腐蝕。
[0025]本發(fā)明的有益效果在于:
[0026]1、本發(fā)明提出的晶圓級LED垂直芯片的制作方法，在溝槽處引入S12阻隔層，能在不切割芯片的情況下實現(xiàn)晶圓尺寸垂直芯片光電性能的檢測，簡化檢測工序，提高檢測效率。
[0027]2、本發(fā)明在溝槽處引入絕緣的光刻膠，能有效防止后續(xù)電鍍Cu時溝槽處Cu的附著，精確控制Cu在Au防腐層窗口附著，形成一個個芯片尺寸大小的方塊區(qū)域，方便切割定位;此外，后續(xù)在垂直芯片分割工序中，光刻膠經(jīng)溶解后，溝槽處的支撐厚度不足3μπι，可實現(xiàn)垂直芯片的自動分離，避開Disco刀切割造成的卷刀以及激光劃片造成的芯片側(cè)壁燒蝕，
簡化工序。
[0028]3、本發(fā)明將Si襯底剝離，根本上解決Si吸光問題，并且適用于任何晶圓級Si圖形襯底的垂直芯片制作，有很好的兼容性。
[0029]進(jìn)一步的，以本發(fā)明制作的晶圓級Si圖形襯底上LED垂直芯片為例，在不切割芯片的情況下測試的光電性能如下:在低工作電流20mA下，芯片的正向偏置電壓為3V，輸出功率達(dá)26mW ；在高工作電流350mA下，芯片的正向偏置電壓為2.9V，輸出功率達(dá)640mW。測試數(shù)據(jù)證實了采用本發(fā)明技術(shù)制作的LED垂直芯片光電性能優(yōu)良，有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0030]圖1為實施例1中采用晶圓級Si圖形襯底制作LED垂直芯片的方法的流程圖。
[0031]圖2為實施例1中Si圖形襯底的截面示意圖。
[0032]圖3為實施例1中Si圖形襯底的圖形排布方式示意圖。
[0033]圖4為實施例1中生長于Si圖形襯底上的LED外延層截面圖。
[0034]圖5為實施例1中Si圖形襯底上經(jīng)刻蝕的S12阻隔層示意圖。
[0035]圖6為實施例1中溝槽處光刻膠的填充示意圖。
[0036]圖7為實施例1中Cu在晶圓級外延片上的附著不意圖。
[0037]圖8為實施例1中分割如晶圓級芯片的不意圖。
[0038]其中，l、Si圖形襯底;2、LED外延層;3、Si02阻隔層;4、Au防腐層;5、光刻膠;6、Cu支撐層;7、N電極;8、溝槽。
【具體實施方式】
[0039]下面，結(jié)合附圖以及【具體實施方式】，對本發(fā)明做進(jìn)一步描述:本發(fā)明所采用的原材料均可從市場購得。
[0040]實施例1:
[0041 ]如圖1所示，本實施例的一種采用晶圓級Si圖形襯底制作LED垂直芯片的方法，包括以下步驟:
[0042]l)Si圖形襯底的制作:采用常規(guī)的勻膠、曝光、刻蝕工藝在Si襯底上實現(xiàn)圖形的轉(zhuǎn)移，得到Si圖形襯底;所述Si圖形襯底上的圖形包括若干個按矩陣排列的方形凸塊，每相鄰的兩個方形凸塊之間均設(shè)有溝