专利名称：一种led芯片的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件的制造方法。
背景技术：
近年来，以GaN和SiC为代表的第三代宽禁带半导体材料受到人们广泛关注和大力研究，尤其是III-V族氮化物半导体材料以及与它们相关的合金和异质结材料，在高温、高频大功率器件方面具有很大的优势。目前，高亮度的蓝绿LED已经研制成功，但是高的穿透位错密度的存在限制了这些器件性能的进一步提高，因此在实现高性能的LED方面能否取得突破性进展，降低GaN位错密度至关重要。现在国际上普遍应用的GaN基发光二极管主要是异质外延在平坦的衬底上，其中衬底可以为蓝宝石等，这种结构的缺点在于由于没有晶格匹配的衬底材料，GaN基发光二极管都是异质外延生长在蓝宝石、碳化硅或硅等衬底上，晶格常数的差异使外延材料存在着很多的位错，这些缺陷限制了发光二极管的内量子效率；光从外延层进入衬底时，由于界面比较平坦，光的入射角比较小，且GaN和衬底折射率相差不大，导致反射率低，大部分光会逸出到衬底，不能有效反射回外延层，大大降低了 GaN基发光二极管的出光效率。为了提高GaN基发光二极管的出光效率，已有多项工作围绕图形化衬底展开，主要是通过刻蚀蓝宝石，制作图形衬底。如公开号为1020080087406、1020060127623的韩国专利，在蓝宝石上制作半球形掩模，在刻蚀蓝宝石得到半球形的图案，上述方法虽然部分减少了外延缺陷和提高了出光效率，但仍然存在如下缺点由于蓝宝石的折射率为I. 8，同GaN的折射率比较相近，当光从外延层进入图形化衬底时，反射率提高不明显，对于GaN基发光二极管出光率的改善达不到预期效果。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种发光二极管芯片的制造方法，米用该方法可提闻芯片的出光效率，从而能有效提闻芯片売度。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种LED芯片的制造方法，包括以下步骤(I)、在蓝宝石衬底上制作掩蔽层，掩蔽层为SiO2，厚度优选6 8微米。(2)、在所述掩蔽层上制作光刻胶图案，所述光刻胶图案在掩蔽层表面形成多个单元，各单元之间有部分掩蔽层露出。(3)、在露出的掩蔽层上进行激光刻线，划至所述蓝宝石衬底，形成释放应力线，该释放应力线将蓝宝石衬底划分为多个芯片单元；激光刻线所采用的激光波长为200-400nm，释放应力线宽度为2_15微米，划线深度为15-50微米。优选地，激光波长为355nm，释放应力线宽度为6微米，划线深度为25微米。(4)、去除所述光刻胶图案。
优选采用去膜剂清洗，清洗时间为10-20分钟。
(5)、以所述掩蔽层作为掩膜，使用磷酸、硫酸的混合液对释放应力线侧壁进行腐蚀，清除划线生成物，其中磷酸、硫酸的体积比为I :3 ；优选地，腐蚀温度为300_350°C，腐蚀时间为50-60分钟。(6)、使用清洗液去除所述掩蔽层，清洗液为BOE溶液或氢氟酸。(7)、在上述步骤得到的表面具有释放应力线的蓝宝石衬底上生长GaN基半导体外延层，该半导体外延层至少包括N型半导体层、位于所述N型半导体层之上的有源层，以及位于所述有源层之上的P型半导体层。制备半导体外延层时，优选金属有机化学气相沉积、分子束外延、氢化物气相外延等技术。(8)、对每个芯片单元进行刻蚀，以露出部分所述N型GaN层，然后在露出的N型GaN层上制作N电极、在P型GaN层上制作透明电极和P电极。(9)在芯片表面制作钝化层，并露出N电极和P电极得到LED晶片；对LED晶片进行背面研磨减薄，再用裂片机裂片得到LED芯片。
具体实施例方式以下结合具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。本发明的LED芯片的制造方法包括如下步骤(I)、在蓝宝石衬底上制作掩蔽层。所述蓝宝石衬底可为普通蓝宝石衬底或图形化蓝宝石衬底。所述掩蔽层一方面需与蓝宝石衬底的粘附性好、以避免脱落，另一方面需抗激光福射、耐高温磷酸和硫酸腐蚀。掩蔽层的材料可以，SiO2, Si3N4,或Ni、Ti、Cr、Al、Ag、Pt中的一种或多种金属和 Au 的组合，比如 Ni/Au、Ti/Au、Cr/Au、Ti/Al/Ti/Au、Ni/Ag/Au、Cr/Pt/Au等,掩蔽层的厚度可选5-10微米。掩蔽层优选为SiO2,厚度优选6 8微米。(2)、在所述掩蔽层上制作光刻胶图案，所述光刻胶图案在掩蔽层表面形成多个单元，各单元之间有部分掩蔽层露出。在激光划线时所述光刻胶图案只作为识别用。(3)、对步骤二所得结构，在露出的掩蔽层上进行激光划线，划至所述蓝宝石衬底，形成释放应力线，将其划分为多个芯片单元。激光划线所采用的激光波长为200-400nm，释放应力线宽度为2-15微米，划线深度为15-50微米。在一具体实施例中，激光波长为355nm，释放应力线宽度为6微米，划线深度为25微米。(4)、去除所述光刻胶图案。采用去膜剂清洗，清洗时间为5_60min。(5)、以所述掩蔽层作为掩膜，使用磷酸、硫酸的混合液对释放应力线侧壁进行腐蚀，清除划线生成物。所述磷酸和硫酸的体积比为X Y，X+Y=1，0<X<1，腐蚀温度为200-400°C，更优选为300 350°C。腐蚀时间为30-90分钟。在一具体实施例中，磷酸、硫酸的体积比为1/4比3/4，腐蚀温度为230°C，腐蚀时间为50 60min。(6)、使用清洗液去除所述掩蔽层。使用清洗液去除所述掩蔽层时，所述清洗液因掩蔽层而异，Si02、Si3N4采用BOE (Buffered Oxide Etch)溶液或氢氟酸去除，Ni采用硝酸去除，Ti采用氢氟酸、热的浓盐酸或热的浓硫酸去除，Cr采用盐酸与Cr的混合液去除，Al采用强碱或稀酸去除，Ag采用硝酸和热的浓硫酸去除，Pt、Au采用王水去除。在一具体实施例中，使用BOE去除Si02，清洗时间为10-60min。(7)、在步骤六所得结构上生长半导体外延层，由于蓝宝石衬底上已形成了释放应力线，GaN等半导体材料无法在释放应力线上生长，所以可外延自发生长成被所述释放应力线向上延伸形成的深释放应力线分隔的各个单体芯片结构。在生长外延之前对生长衬底进行划线，有助于释放应力、降低外延生长GaN的位错密度、提高外延层晶体的质量、减少由于缺陷和位错所产生的非辐射复合中心密度、提高内量子效率。该半导体外延层至少包括N型半导体层、位于所述N型半导体层之上的有源层，以及位于所述有源层之上的P型半导体层。其中，制备半导体外延层时，可采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)等技术。本实施例优选为利用金属有机化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上依次生长N型GaN层、有源层，以及P型GaN层。有源层通常为量子阱层。(8)、在步骤七所得结构上对每个芯片单元进行刻蚀，以露出部分所述N型GaN层， 然后在露出的N型GaN层上制作N电极、在P型GaN层上制作透明电极和P电极。(9)最后在芯片表面制作Si02钝化层，并露出N电极和P电极。其中，刻蚀后制作透明电极、N/P电极和钝化层是本领域公知技术，其制作步骤并不限制于本例所述，例如，也可以先制作钝化层再制作N/P电极，钝化层的材料也不限于Si02。对所得到的LED晶片进行背面研磨减薄，再用裂片机裂片得到LED芯片。将芯片单元划开后再进行外延生长GaN有以下好处1)避免激光划线对GaN的损伤；2)蓝宝石衬底经过划线后应力得到释放，可以有效地降低外延生长GaN的位错密度、提高外延层晶体的质量、减少由于缺陷和位错所产生的非辐射复合中心密度，从而提高内量子效率；3)磷酸、硫酸的混合液可以去除蓝宝石的划线生成物，减少划线生成物对光的吸收，增加芯片侧壁出光；4)由于蓝宝石衬底片间的致密性差异较小，所以酸液蚀刻时间较一致、工艺稳定性好，而GaN由于生长条件的不同、其致密性往往存在差异、酸液蚀刻时间不一致、工艺稳定性较差。采用本发明的方法得到的10X23mil芯片与常规10X23mil芯片的光电参数对t匕，如下表所示。可看出，光功率(mW)提升15%、其他光电参数相当，所以本发明方法可以有效降低GaN外延层的位错密度、提高外延层晶体的质量、减少划线生成物对光的吸收、提高LED芯片的出光效率。本发明中涉及的其他工艺条件为常规工艺条件，属于本领域技术人员熟悉的范畴，在此不再赘述。上述实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神和范围的技术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。
权利要求
1.一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 (1)、在蓝宝石衬底上制作掩蔽层，所述掩蔽层为SiO2； (2)、在所述掩蔽层上制作光刻胶图案，所述光刻胶图案在掩蔽层表面形成多个单元，各单元之间有部分掩蔽层露出； (3)、在露出的掩蔽层上进行激光刻线，划至所述蓝宝石衬底，形成释放应力线，该释放应力线将蓝宝石衬底划分为多个芯片单元；激光刻线所采用的激光波长为200-400nm，释放应力线宽度为2-15微米，划线深度为15-50微米； (4)、去除所述光刻胶图案； (5)、以所述掩蔽层作为掩膜，使用磷酸、硫酸的混合液对释放应力线侧壁进行腐蚀，清除划线生成物，其中磷酸、硫酸的体积比为I :3 ； (6)、使用清洗液去除所述掩蔽层，清洗液为BOE溶液或氢氟酸。
(7)、在上述步骤得到的表面具有释放应力线的蓝宝石衬底上生长GaN基半导体外延层，该半导体外延层至少包括N型半导体层、位于所述N型半导体层之上的有源层，以及位于所述有源层之上的P型半导体层； (8)、对每个芯片单元进行刻蚀，以露出部分所述N型GaN层，然后在露出的N型GaN层上制作N电极、在P型GaN层上制作透明电极和P电极； (9)在芯片表面制作钝化层，并露出N电极和P电极得到LED晶片；对LED晶片进行背面研磨减薄，再用裂片机裂片得到LED芯片。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述掩蔽层的厚度为6 8微米。
3.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于，步骤(3)中的激光波长为355nm，释放应力线宽度为6微米，划线深度为25微米。
4.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于，步骤(4)中采用去膜剂清洗，清洗时间为10-20分钟。
5.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于，步骤(5)中腐蚀温度为300-350°C，腐蚀时间为50-60分钟。
6.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于，步骤(7)中制备半导体外延层时，优选金属有机化学气相沉积、分子束外延、氢化物气相外延等技术。
全文摘要
本发明提供了一种发光二极管芯片的制造方法，包括在蓝宝石衬底上制作掩蔽层，掩蔽层为SiO2；在所述掩蔽层上制作光刻胶图案；在露出的掩蔽层上进行激光刻线，形成的释放应力线将蓝宝石衬底划分为多个芯片单元；去除所述光刻胶图案；使用磷酸、硫酸的混合液对释放应力线侧壁进行腐蚀，清除划线生成物；去除所述掩蔽层；在上述步骤得到的表面具有释放应力线的蓝宝石衬底上生长GaN基半导体外延层；对每个芯片单元进行刻蚀；在芯片表面制作钝化层，并露出N电极和P电极得到LED晶片；对LED晶片进行背面研磨减薄，再用裂片机裂片得到LED芯片。采用该方法可提高芯片的出光效率，从而能有效提高芯片亮度。
文档编号H01L33/32GK102983241SQ20121035171
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者虞浩辉, 周宇杭 申请人:江苏威纳德照明科技有限公司