专利名称：一种led芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体光电器件技术领域，特别涉及ー种LED芯片。
背景技术：
在当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题。在照明领域，LED (Light Emitting Diode,发光二级管)的应用正吸引着世人的目光，LED作为ー种新型的緑色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。LED的应用中，LED芯片的制造是其中最为关键的ー个步骤，而芯片键合是LED芯片制造过程中优选的ー个エ艺过程。芯片键合主要是指在两种衬底/基板上生长相应的金属层，然后通过一定的外界条件使两种衬底上生长的金属层粘合在一起。 目前，对于GaN基外延层都是在同质或异质衬底上通过外延エ艺生长，然而若不将外延层转移到其它衬底上，则无论从应カ的释放、光的吸收、散热等方面都会对器件造成影响，使其发光效率较低。若将GaN基外延层通过芯片键合转移到散热性好，膨胀系数相近的基板上，不仅能提高器件的可靠性，还能避免异质衬底对光的吸收，显著提高光強，更利于满足固态照明对LED可靠性和光强的需求。目前，LED芯片转移方式大多采用固态Au-Au扩散键合或者Au-Sn共晶键合，且Au层的厚度至少需要I微米，而Au-Sn共晶键合的共晶温度需要280°C左右，这样后面LED芯片的制造エ艺和焊线都不能超过这个温度，导致エ艺窗ロ狭窄。以上无论采用固相Au-Au扩散键合或者Au-Sn共晶键合，所使用的Au含量至少70%以上，而Au作为贵金属，会大幅度増加制造成本，阻碍LED进入照明领域。针对以上问题，有必要寻找ー种更便宜的LED芯片。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种LED芯片，以解决现有的LED芯片价格昂贵的问题。为解决上述技术问题，本实用新型提供ー种LED芯片，包括衬底；位于所述衬底上的外延层、欧姆接触层、第一粘结层、第一钎料阻挡层及混合层；位于所述混合层上的第二钎料阻挡层、第二粘结层及基板。可选的，在所述的LED芯片中，所述混合层在600°C以下物化性能稳定。可选的，在所述的LED芯片中，所述混合层的材料为合金。可选的，在所述的LED芯片中，所述混合层的材料为NixSrvx, NixIrvx, CuxSrvxCrxIrvx 或 TixIn1Y可选的，在所述的LED芯片中，所述第一钎料阻挡层及第ニ钎料阻挡层的材料为Pt、Ni、TiW、W、TiN和TiWN中的一种或组合。[0016]可选的，在所述的LED芯片中，所述第一粘结层和第二粘结层的材料为Ti、Cr或Ni。可选的，在所述的LED芯片中，在所述欧姆接触层和第一粘结层之间还形成有反射镜层和/或反射镜阻挡层。可选的，在所述的LED芯片中，所述LED芯片的结构为垂直结构或者倒装结构。与现有技术相比，在本实用新型提供的LED芯片中，避免或減少了贵金属的使用，从而降低了 LED芯片制造成本，提供了价格低廉的LED芯片。此外，在本实用新型提供的LED芯片中，通过稳定的混合层作为键合连接的膜层，从而获得较佳的键和界面，得到了高质量的LED芯片。
图I是本实用新型实施例的LED芯片键合方法的流程示意图；图2a 2e是本实用新型实施例一的LED芯片键合方法中的器件剖面示意图；图3是本实用新型实施例ニ的LED芯片键合方法中的器件剖面示意图；图4是本实用新型实施例三的LED芯片键合方法中的器件剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的LED芯片作进一歩详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。请參考图1，其为本实用新型实施例的LED芯片键合方法的流程示意图。如图I所示，所述LED芯片键合方法包括如下步骤S10:提供衬底，所述衬底上顺次形成有外延层、欧姆接触层、第一粘结层、第一钎料阻挡层及第一键合层；Sll :提供基板，所述基板上顺次形成有第二粘结层、第二钎料阻挡层及第ニ键合层；S12 :在第一键合层表面和/或第二键合层表面形成钎料层，所述钎料层的材料为金属或者合金；S13:将所述衬底与基板贴合，其中，所述钎料层的表面为贴合面，直至所述钎料层完全扩散至所述第一键合层及第ニ键合层。其中，该LED芯片键合方法既可用于垂直结构的LED芯片制造，形成垂直结构的LED芯片；也可用于倒装结构的LED芯片制造，形成倒装结构的LED芯片。接着，将通过如下三个实施例予以进ー步说明。实施例一请參考图2a 2e，其为是本实用新型实施例一的LED芯片键合方法中的器件剖面示意图。首先，如图2a所示，提供衬底20，所述衬底20上顺次形成有外延层20a、欧姆接触层20b、第一粘结层20c、第一钎料阻挡层20d及第一键合层20e。优选的，所述衬底20的材料为GaN，所述外延层20a为GaN基外延层，所述外延层20a通过外延工艺形成。在本实用新型的其他实施例中，所述衬底20的材料也可以为硅、碳化硅、GaAs、AlN或者ZnO等。在本实施例中，所述第一粘结层20c的材料为Ti，其厚度为30nnT70nm，优选的，所述第一粘结层20c的厚度为50nm。所述第一钎料阻挡层20d的材料为Pt，其厚度为150nnT250nm,优选的,所述第一钎料阻挡层20d的厚度为200nm。所述第一键合层20e的材料为Ni，其厚度为O. 8微米 I. 2微米，优选的，所述第一键合层20e的厚度为I微米。其中，所述欧姆接触层20b、第一粘结层20c、第一钎料阻挡层20d及第一键合层20e均可通过热蒸发、电子束蒸发、溅射、电镀或喷涂的方式形成。所述外延层20a可通过MOCVD (Metal-organic Chemical Vapor Deposition,金属有机化合物化学气相沉积)工艺形成。接着，如图2b所示，提供基板21，所述基板21上顺次形成有第二粘结层21a、第二钎料阻挡层21b及第二键合层21c。在本实施例中，所述第二粘结层21a的材料为Ti，其厚 度为30nnT70nm,优选的,所述第一粘结层20c的厚度为50nm。所述第二钎料阻挡层21b的材料为Pt，其厚度为150nnT250nm，优选的，所述第一钎料阻挡层20d的厚度为200nm。所述第二键合层21c的材料为Ni，其厚度为O. 8微米 I. 2微米，优选的，所述第一键合层20e的厚度为I微米。其中，所述第二粘结层21a、第二钎料阻挡层21b及第二键合层21c均可通过热蒸发、电子束蒸发、溅射、电镀或喷涂的方式形成。接着，如图2c所示，在所述第一键合层20e表面形成钎料层22，在此，所述钎料层22的材料为Sn，其厚度为300nnT700nm，优选的，所述钎料层22的厚度为500nm。该钎料层22可通过热蒸发、电子束蒸发、溅射、电镀或喷涂的方式形成。接着，如图2d所示，将所述衬底20与基板21贴合，其中，所述钎料层22的表面为贴合面。即，在此将所述钎料层22的表面与所述第二键合层21c的表面贴合。具体的，在Sn (钎料层22的材料)的熔点温度之上执行该工艺步骤。优选的，在280°C下，真空环境中，IT的压力下执行该工艺步骤。该工艺步骤将持续一定时间，直至所述钎料层22完全扩散至所述第一键合层20e及第二键合层21c。如图2e所示，最终，所述钎料层22将完全扩散至所述第一键合层20e及第二键合层21c，由此，便完成了键合工艺。在所述钎料层22完全扩散至所述第一键合层20e及第二键合层21c之后，将形成新的膜层一混合层23。该混合层23的材料为合金(具体在此为NixSrvx),其具有很高的稳定性，通常，在室温至600°C (或者说600°C以下)，其能够保持稳定的物化性能(即物理化学性能稳定)。由于通过该LED芯片键合工艺所形成的键合截面(混合层23)稳定，其能够为后续工艺提供很宽的工艺窗口，便于安全、可靠地执行后续工艺。此外，通过该LED芯片键合工艺无需使用昂贵的Au，在此，仅使用了价格更为低廉的Sn，由此，极大地降低了制造成本。在此，对于钎料层22、第一键合层20e及第二键合层21c的材料优选为具有很好浸润性能的材料，由此，可提高钎料层22与第一键合层20e的粘结性能，以及后续钎料层22扩散至第一键合层20e及第二键合层21c，并形成性能稳定的混合层23。在本实施例中，通过所述第一钎料阻挡层20d及第二钎料阻挡层21b可在钎料层22扩散的过程中，阻止钎料层22往第一粘结层20c及其下膜层，第二粘结层21a及其下膜层扩散，从而提高所形成的LED芯片的可靠性。同时，通过所述第一粘结层20c及第二粘结层21a可很好的粘结其上下膜层，进一步提高LED芯片的可靠性。具体的，在本实施例中，钎料层22的Sn会熔化，接着扩散到第一键合层20e及第二键合层21c当中与之形成稳定合金，而第一钎料阻挡层20d及第二钎料阻挡层21b的Pt的作用是阻挡钎料层22的Sn扩散到第一粘结层20c及第二粘结层21a中与之形成有害相，破坏器件稳定性，进而提高所形成的器件的可靠性。请继续参考图2e，通过上述LED芯片键合方法可形成一 LED芯片，其包括衬底；位于所述衬底上的外延层20a、欧姆接触层20b、第一粘结层20c、第一钎料阻挡层20d及混合层23 ；位于所述混合层23上的第二钎料阻挡层21b、第二粘结层21a及基板21。 当然，在完成LED芯片键合工艺及由此形成了一器件之后，还可继续后续工艺，如将衬底20剥离等，此为现有工艺，本申请对此不再赘述。实施例二请参考图3，其为本实用新型实施例二的LED芯片键合方法中的器件剖面示意图。如图3所示，在本实施例中，提供衬底30，所述衬底30上顺次形成有外延层30a、欧姆接触层30b、反射镜层30c、反射镜阻挡层30d、第一粘结层30e、第一钎料阻挡层30f及第一键合层30g。其中，所述第一粘结层30e的材料为Ti,其厚度优选为50nm ;所述第一钎料阻挡层30f的材料为TiW，其厚度优选为200nm ;所述第一键合层30g的材料为Ni，其厚度优选为I微米。请继续参考图3，提供基板31，所述基板31上顺次形成有第二粘结层31a、第二钎料阻挡层31b、第二键合层31c及钎料层32。其中，所述第二粘结层31a的材料为Ti，其厚度优选为50nm ;所述第二钎料阻挡层31b的材料为TiW，其厚度优选为200nm ;所述第二键合层31c的材料为Ni，其厚度优选为I微米；所述钎料层32的材料为SnxCUl_x，其厚度优选为 500nm。接着，可参考实施例一，将所述衬底30与基板31贴合，其中，所述钎料层32的表面为贴合面，在本实施例中，即指钎料层32的表面与第一键合层30g表面贴合，直至所述钎料层32完全扩散至所述第一键合层30g及第二键合层31c，最终完成键合。具体的，在280°C下，真空环境中，IT的压力下进行贴合，直至钎料层32完全扩散。本实施例中钎料层32的SnxCUh合金中的Sn会熔化，接着扩散到第一键合层30g和第二键合层31c当中与之形成稳定合金(在此为NixSrvx),而第一钎料阻挡层30f和第二钎料阻挡层31b的TiW的作用是阻挡Sn扩散到第一粘结层30e和第二粘结层31a中与之形成有害相，破坏器件稳定性，进而提高所形成的器件的可靠性。本实施例与实施例一的差别在于在实施例一中，钎料层形成于第一键合层之上，而在本实施例中钎料层形成于第二键合层之上；此外，所述钎料层、第一钎料阻挡层及第二钎料阻挡层的材料也与实施例一的不同，由此，所形成的LED芯片中，第一钎料阻挡层及第二钎料阻挡层的材料不同。但是，在本实施例提供的LED芯片键合方法及由该键合方法所得到的LED芯片中，同样能够实现实施例一所提到有益效果。同时，本实施例未提及的工艺步骤可相应参考实施例一。[0057]实施例三请参考图4，其为本实用新型实施例三的LED芯片键合方法中的器件剖面示意图。如图4所示，在本实施例中，提供衬底40，所述衬底40上顺次形成有外延层40a、欧姆接触层40b、反射镜层40c、反射镜阻挡层40d、第一粘结层40e、第一钎料阻挡层40f、第一键合层40g、第一钎料层42。其中，所述第一粘结层40e的材料为Ti，其厚度优选为50nm ；所述第一钎料阻挡层40f的材料为TiW，其厚度优选为200nm ;所述第一键合层40g的材料为Ni，其厚度优选为I微米；所述第一钎料层42的材料为SnxCUl_x，其厚度优选为250nm。
请继续参考图4，提供基板41，所述基板41上顺次形成有第二粘结层41a、第二钎料阻挡层41b、第二键合层41c及第二钎料层42’。其中，所述第二粘结层41a的材料为Ti，其厚度优选为50nm ;所述第二钎料阻挡层41b的材料为TiW，其厚度优选为200nm ;所述第二键合层41c的材料为Ni，其厚度优选为I微米；所述第二钎料层42’的材料为SnxCUl_x，其厚度优选为250nm。本实施例与实施例二的差别在于，钎料层分为第一钎料层42及第二钎料层42’，分别形成于第一键合层40g及第二键合层41c上，但是，最终所形成的LED芯片与实施例二的LED芯片相同。其同样能够实现相应的有益效果，同时，本实施例未提及的工艺步骤可相应参考实施例一及实施例二。需说明的是，钎料层、第一键合层、第二键合层、第一钎料阻挡层、第二钎料阻挡层、第一粘结层、第二粘结层的材料并不限定于上述提及的各种材料。例如，所述钎料层的材料可以为 SruIruPtKBiUSnxCUh'SnxPbh'BixSnh'PbxSbySnh-y、SnxAgh 或 SnxAgyCu1H,优选的，所述钎料层的材料为熔点小于等于400°C的金属或者含熔点小于400°C金属的合金；所述第一键合层及第二键合层的材料可以为Pt、Ni、Ti、Cu和Cr中的一种；所述第一钎料阻挡层及第二钎料阻挡层的材料可以为Pt、Ni、TiW、W、TiN和TiWN中的一种或组合；所述第一粘结层和第二粘结层的材料可以为Ti、Cr或Ni。此外，根据不同的钎料层材料及不同的第一键合层、第二键合层材料，所述混合层也将由不同的材料形成，例如=NixSn1+ NixIrvx、CuxSrvxXrxIrvx或TixIrvx等。当然，并不限定于上述所列举的材料，各膜层也可以通过其他材料形成，其只需满足实施例一中所提及的功能即可。上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
权利要求1.ー种LED芯片，其特征在于，包括 衬底； 位于所述衬底上的外延层、欧姆接触层、第一粘结层、第一钎料阻挡层及混合层； 位于所述混合层上的第二钎料阻挡层、第二粘结层及基板。
2.如权利要求I所述的LED芯片，其特征在于，所述混合层在600°C以下物化性能稳定。
3.如权利要求I所述的LED芯片，其特征在于，所述混合层的材料为合金。
4.如权利要求3所述的LED芯片，其特征在于，所述混合层的材料为NixSrvpNixIrvx,CuxSrvx、CrxIrvx 或 TixIrw
5.如权利要求I所述的LED芯片，其特征在于，所述第一钎料阻挡层及第ニ钎料阻挡层的材料为Pt、Ni、TiW、W、TiN和TiWN中的一种或组合。
6.如权利要求I所述的LED芯片，其特征在于，所述第一粘结层和第二粘结层的材料为Ti、Cr 或 Ni。
7.如权利要求I至6中的任一项所述的LED芯片，其特征在于，在所述欧姆接触层和第一粘结层之间还形成有反射镜层和/或反射镜阻挡层。
8.如权利要求I至6中的任一项所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片的结构为垂直结构或者倒装结构。
专利摘要本实用新型提供了一种LED芯片，包括衬底；位于所述衬底上的外延层、欧姆接触层、第一粘结层、第一钎料阻挡层及混合层；位于所述混合层上的第二钎料阻挡层、第二粘结层及基板。在本实用新型提供的LED芯片中，避免或减少了贵金属的使用，从而降低了LED芯片制造成本，提供了价格低廉的LED芯片。此外，在本实用新型提供的LED芯片中，通过稳定的混合层作为键合连接的膜层，从而获得较佳的键和界面，得到了高质量的LED芯片。
文档编号H01L33/38GK202601715SQ201220271608
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者封飞飞, 张昊翔, 金豫浙, 万远涛, 李东昇, 江忠永 申请人:杭州士兰明芯科技有限公司