专利名称：一种基于无缝隙平面键合的薄膜led芯片器件制造方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管芯片制造工艺，尤其是一种基于无缝隙平面键合的 薄膜LED芯片器件制造方法。
背景技术：
为使LED芯片器件发光性能得以提升，目前，准分子激光剥离蓝宝石技术 已逐步得到LED制造业的认可和使用，但蓝宝石剥离后的外延层留膜质量问题， 一直是困扰LED制造业者的关键问题。常规工艺是先将GaN外延片进行器件周 期隔离，然后进行金属键合或者电镀永久性(或暂时性)基板，再将用于生长 GaN外延层的蓝宝石衬底进行准分子激光剥离，以得到存留在永久性(或暂时性) 暂时性基板上的GaN外延薄膜，但现有传统工艺的留膜质量均有待提高。问题 在于由于在金属键合或者电镀永久性基板之前，对GaN外延片进行了器件周 期隔离，致使外延表面产生的周期隔离沟槽直接影响了金属键合或者电镀永久 性基板的质量，进而影响了后续激光剥离蓝宝石衬底后的留膜质量。于是，由 于留膜良率不佳，导致基于该技术的发光芯片的量产成本居高不下。
发明内容
为解决上述金属键合(以及电镀)永久性基板的键合质量不佳及良率低下 问题，本发明旨在提出一种基于无缝隙平面键合的薄膜LED芯片器件制造方法。
一种基于无缝隙平面键合的薄膜LED芯片器件制造方法，其步骤是a) 在蓝宝石衬底上生长具有N半导体层、活性层和P半导体层结构的GaN基外 延膜；
b) 在P半导体层顶部制备欧姆接触及金属反射粘合层；
c) 在欧姆接触金属反射粘合层上将晶片与永久性衬底基板进行金属共晶键合；
d) 对用于生长外延结构的蓝宝石衬底进行研磨减薄抛光处理；
e) 利用激光束透过蓝宝石对上述外延层进行器件单元隔离化处理；
f) 采用激光剥离方法，整面剥离用以生长GaN外延层结构的上述蓝宝石衬底；
g) 通过PEC光化学辅助蚀刻的方式对上述裸露的N型半导体层进行处理；
h) 通过ICP干法蚀刻的方式重新定义单元器件薄膜，去除损伤的薄膜边界；
i) 在上述结构表面制备高折射率透明导电层；
j)在上述透明导电层及单元器件薄膜侧面制备钝化层；
k)在上述步骤C)中所述的永久性基板衬底背面制备背金属层；
1)在上述步骤i)中所述的透明电流扩展层表面制备N电极金属焊盘；
m)沿步骤h)中所述的单元器件边界，将单元芯片逐一解理。
本发明工艺方法中，在与永久性衬底基板键合之前，GaN基外延膜未经隔离
化处理，以实现无缝隙平面键合；用激光束对外延层与基板的界面处进行器件
单元隔离作业时，焦点位置透过蓝宝石衬底，设定在外延层与基板的界面位置
土20um处；在激光单元隔离化处理前需进行蓝宝石衬底的减薄，厚度〈200um， 并进行抛光处理，以确保后续激光的穿透性；用于单元隔离化处理的激光为波 长〈500nm的激光光源。
本发明方法采用激光穿透蓝宝石衬底烧蚀外延界面的方式以隔离单元芯片 器件，其益处在于1)保证了永久性(或暂时性)衬底基板制备时外延表面的最佳平整度，以确保衬底键合或电镀的质量，从而确保了激光剥离后外延薄膜
的留膜质量；2)本方法大大简化了常规方法中对外延表面进行单元化处理后， 还需进行凹槽填充以确保衬底制备界面的平整度所带来的一系列复杂工序，在 保证工艺质量的同时，提高了生产效率。
图la.至图In.为本发明优选实施例的发光器件制造过程的截面示意图； 图lo.为根据本发明优选实施例所制造的发光器件的截面示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种基于无缝隙平面键合的薄膜LED芯片器件制造方法，其步骤是
步骤一首先，如图la所示，在蓝宝石衬底100a上异质外延生长氮化物 半导体外延膜110a，此外延膜110a具有N-GaN层、活性层和P-GaN层。
步骤二如图lb.所示，在上述外延膜110a顶部形成欧姆接触及金属反射 粘合层120，金属反射层材料首选Ag，厚度为50 500nm，也可以是由Al、 Ag、 Ni、 Au、 Cu、 Pd和Rh组成物质群中的两种或两种以上物质所形成的合金制成， 并通过在N2气氛中高温退火达到欧姆接触特性并增强其与P半导体层的附着力， 之后在上述金属反射层上制备金属粘合层，材料首选Ti/Pt/Au合金，厚度为 0. 5 10um，也可以是由Cr、 Ni、 Co、 Cu、 Sn和Au组成物质群中的两种或两种 以上物质所形成的合金制成。
步骤三如图lc.所示，在上述欧姆接触金属反射粘合层120上将晶片与永久性衬底基板130进行键合(Wafer Bonding)。工艺条件温度为50 500°C， 压力为100 8000N，时间为5 240min。其中用于晶片键合的永久性基板130 为Si单晶片，事先己制备完成，其指标包括Si单晶片厚度为50 500um，键 合面焊接层材料选自Au或AuSn。
步骤四如图ld.所示，将上述用于生长外延结构的蓝宝石衬底100a进行 研磨减薄处理，厚度〈200um，并对研磨面进行抛光处理，得到100b。
步骤五如图le.所示，利用激光束对上述外延层110a进行器件单元隔离 化处理，隔离作业时，焦点位置透过蓝宝石衬底100b，设定在外延层110a与基 板120的界面位置土20um处，激光器波长< 500纳米的任意一种激光光源，其 中包括193纳米、266纳米、355纳米激光器。
步骤六如图lf.所示，采用激光剥离方法，优选KrF准分子激光器，整面 剥离用以生长GaN外延层结构的上述蓝宝石衬底100b，使得N型半导体外延层 110a裸露，如图lg.。
步骤七如图lh.所示，通过PEC (光化学辅助蚀刻)的方式对上述裸露的 N型半导体外延层110a进行处理，以得到高电导率并带以粗糙效果的N型半导 体表面110b。
步骤八如图li.所示，通过ICP干法蚀刻的方式重新定义单元器件薄膜 110b，去除损伤的薄膜边界，得到单元器件薄膜110c。
步骤九如图1 j.所示，在上述单元器件薄膜IIOC的N型半导体表面制备
透明电流扩展层140，材料为高透射率、高电导率的复合金属或半导体材料，优 选ITO (氧化铟锡)，也可以是NiAu或NiAg。
步骤十如图lk.所示，在上述透明电流扩展层140表面及单元器件薄膜侧面制备钝化层150，材料首选二氧化硅，也可以是氮化硅等绝缘透光材料。
步骤十一如图ll,所示，在上述的永久性基板衬底130背面制备背金属层
160 (即P电极金属层)。
步骤十二如图lm.所示，在上述步骤九中所述的透明电流扩展层140表面 制备N电极金属焊盘170。
步骤十三如图ln.所示，沿步骤八中所述的单元器件110c边界中心，将 单元芯片逐一解理，至此完成根据本发明方法制造的薄膜LED芯片器件如图lo. 所示。
权利要求
1. 一种基于无缝隙平面键合的薄膜LED芯片器件制造方法，其步骤是a)在蓝宝石衬底上生长具有N半导体层、活性层和P半导体层结构的GaN基外延膜；b)在P半导体层顶部制备欧姆接触及金属反射粘合层；c)在欧姆接触金属反射粘合层上将晶片与永久性衬底基板进行金属共晶键合；d)对用于生长外延结构的蓝宝石衬底进行研磨减薄抛光处理；e)利用激光束透过蓝宝石对上述外延层进行器件单元隔离化处理；f)采用激光剥离方法，整面剥离用以生长GaN外延层结构的上述蓝宝石衬底；g)通过PEC光化学辅助蚀刻的方式对上述裸露的N型半导体层进行处理；h)通过ICP干法蚀刻的方式重新定义单元器件薄膜，去除损伤的薄膜边界；i)在上述结构表面制备高折射率透明导电层；j)在上述透明导电层及单元器件薄膜侧面制备钝化层；k)在上述步骤c)中所述的永久性基板衬底背面制备背金属层；1)在上述步骤i)中所述的透明电流扩展层表面制备N电极金属焊盘；m)沿步骤h)中所述的单元器件边界，将单元芯片逐一解理。
2. 如权利要求1所述的一种基于无缝隙平面键合的薄膜LED芯片器件制造方 法，其特征在于在与永久性衬底基板键合之前，GaN基外延膜未经隔离化 处理，以实现无缝隙平面键合。
3. 如权利要求1所述的一种基于无缝隙平面键合的薄膜LED芯片器件制造方 法，其特征在于用激光束对外延层与基板的界面处进行器件单元隔离作业 时，焦点位置透过蓝宝石衬底，设定在外延层与基板的界面位置士20uni处。
4. 如权利要求1所述的一种基于无缝隙平面键合的薄膜LED芯片器件制造方 法，其特征在于在激光单元隔离化处理前需进行蓝宝石衬底的减薄，厚度 < 200um，并进行抛光处理，以确保后续激光的穿透性。
5. 如权利要求1所述的一种基于无缝隙平面键合的薄膜LED芯片器件制造方 法，其特征在于用于单元隔离化处理的激光为波长〈500nm的激光光源。
全文摘要
本发明所公开的一种基于无缝隙平面键合的薄膜LED芯片器件制造方法，利用未经隔离化处理的外延片平坦表面进行永久性或暂时性基板的制备，再利用激光束对上述外延层与基板的界面处进行器件单元隔离化处理，从而保证了基板与外延层的结合良率，既确保了激光剥离外延薄膜层的留膜良率，并简化了传统制造工艺。
文档编号H01L33/00GK101465402SQ20081013807
公开日2009年6月24日 申请日期2008年7月11日 优先权日2008年7月11日
发明者吴志强, 林雪娇, 洪灵愿, 潘群峰, 陈文欣 申请人:厦门市三安光电科技有限公司