一种LED晶片多金异常的处理方法与流程

本发明涉及一种led晶片多金异常的处理方法，属于led晶片加工制作技术领域。

背景技术

led(lightemittingdiode)，发光二极管，是一种可以直接将电能转化为光能的固态半导体器件，即常说的发光二极管。led的主要组成部件是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，作为负极使用，另一端连接电源的正极，将整个晶片使用环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是p型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是n型半导体，主要是电子。当这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个p-n结。在p-n节两端加上电压时，电流通过导线作用于这个晶片，电子就会向p区运动，并且在在p区里电子跟空穴复合，就会以光子的形式发出能量，将电能转化为了光能，这就是led灯发光的原理。而光的波长也就是发光颜色，是由形成p-n结的材料决定的。

发光二极管改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的根本原理，而是采用了电场发光原理。它拥有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强、环保等诸多优点，符合我们的使用和可持续发展需求，使用半导体照明代替传统光源、资产回报率前景预测非常可观。led照明产品与传统的照明灯具相比:具有光通量大、长寿命、低电压、低功耗、多光色、抗震动、安全环保、体积小、重量轻、方向性好，并可耐各种恶劣条件，在功耗、寿命以及环保等诸多方面均有传统光源不可比拟的优越性。随着第三代半导体材料氮化镓的突破和蓝、绿、白光led的问世，led照明灯具已经逐步替代白炽灯和节能灯，成为照明行业的主流产品，同时也是国家提倡、倡导的发展方向。

led管芯制程中，p、n金属电极结构的制作是其中的关键技术，影响整个管芯的质量。大多数的金属电极的制作是通过负性光刻胶制作出掩膜图形，然后制作出整个金属层，因为在电极之外的金属层底层光刻胶的存在，使用有机溶剂或者去胶液可以将光刻胶溶解掉，再使用剥离方法，可以将多余的金属剥离掉，而形成需要的金属电极。但是在光刻胶掩模图形的制作过程中，经常会因为光刻胶图形的烘烤温度不均匀、烘烤时间差异、涂胶不均匀、曝光异常、显影不彻底等问题以及由本身材料衬底带来的差异，均可能会导致光刻胶图形的异常，在该异常区域覆盖上金属后，使用传统的有机试剂浸泡和蓝膜剥离的方法，该区域的金属就会较难彻底去除，这将对整个led管芯的外观造成较大影响，严重的甚至会造成管芯的漏电、esd良率差等问题。

中国专利文献cn103633195a(201210308838.8)提出了一种处理led芯片多金异常的方法，该方法的主要技术方案为：使用光阻覆盖芯片，并通过黄光制程得到图形以保护电极；将电极已被保护的芯片放入至含碘的碘化钾溶液中腐蚀；将芯片取出，清洗并吹干。该方法，可以在不对芯片整体结构产生影响的情况下，将多余金属去除，能够高产品良率、节省物料、提高生产效率。但是，使用腐蚀液进行腐蚀时，在控制腐蚀程度较难把握，腐蚀速率较大时，可能会产生电极侧面的钻蚀，腐蚀速率较小时，消耗的时间较久或者难以腐蚀掉。因此，亟需研发一种能够有效去除led管芯电极多余金属并且对电极图形不产生影响的工艺方法。

技术实现要素：

针对现有技术对多余金属较难去除或者不能彻底去除的情况，本发明提供一种led晶片多金异常的处理方法，能够有效彻底去除多余金属，适用于蓝宝石衬底的gan基led管芯电极图形制作完成后残留金属彻底去除。

术语说明：

金属电极：以铬、铝、钛、金铍、金、铂、银、镍、锗等金属形成的单层或多层p、n电极。

蓝宝石晶片：以蓝宝石为衬底的氮化镓基led晶片。

多金异常：是指在led电极制作中电极图形制作(包括金属电极生长和负性光刻胶制作掩模图形的形成)完成后，在金属电极的边缘仍然存在残留金属的异常现象。

蓝膜剥离：是利用蓝膜表面的粘性将晶片表面的残留金属剥离下来。

发明概述

本发明中，首先使用大功率超声设备对晶片进行超声处理，再通过高压水进行表面冲洗，降低多余金属的粘附性，通过剥离步骤去掉大多数多余金属，最后通过氧气等离子体清洗的物理轰击，将剩余的少量金属和残留胶去掉，得到边缘整齐表面洁净的电极。

发明详述

一种led晶片多金异常的处理方法，包括：

-提供存在多金异常的蓝宝石晶片，所述蓝宝石晶片是以蓝宝石为衬底的氮化镓基led晶片，下称晶片。

-超声

提供水或者有机溶剂为超声介质液，将上述晶片放置到所述超声介质液中进行超声处理；超声频率30-50khz；

-高压水冲洗

超声处理后的晶片，放置到自动清洗机的载片盘上，使用高压水枪进行冲洗；

-去胶及剥离

将冲洗步骤完成后的晶片，放置到去胶液中进行浸泡，浸泡后的晶片在有机溶剂中涮洗去除去胶液，然后将晶片放置到无水乙醇中去掉残留的去胶液和有机溶剂，最后使用蓝膜覆盖晶片表面进行剥离，去掉残留金属；

-等离子体清洗

将剥离步骤完成后的晶片放置到氧气等离子体装置内进行等离子体清洗。

根据本发明优选的，所述超声处理使用能提供20khz以上超声频率的大功率超声装置(进行；超声温度为常温或者加热，加热时温度不超过超声介质液的沸点。超声处理使光刻胶与衬底之间及光刻胶与金属之间的粘附性松动，便于后续步骤高压水冲洗。

根据本发明优选的，所述超声频率为35-45khz。

根据本发明优选的，所述超声处理时间为5-15min。

根据本发明，所述自动清洗机用气体增加水压，以保证水流足够的压力，优选的气体为压缩空气，压缩空气保证洁净。

根据本发明优选的，所述自动清洗机的载片盘转速为2000rpm-3000rpm。所述高压水枪进行冲洗的时间为3-15min。

根据本发明优选的，所述晶片在去胶液中浸泡时间为5-30min。

根据本发明优选的，所述有机溶剂为丙酮或者乙醇等，但不仅限于此。

根据本发明优选的，所述剥离步骤中使用所有溶液是常温或者加热，加热时温度不超过溶液的沸点。

根据本发明优选的，所述氧气等离子体装置的功率为800-1000w。等离子体清洗的时间为5-15min。

根据本发明优选的，所述氧气等离子体装置中所用的氧气纯度为≥99.999％。以保证氧气的纯净和使用安全。进一步优选所述氧气是5n氧气。

本发明所述去胶液是去除负胶常用的光阻剥离液，相应地，所述电极是以负性光刻胶制作掩模图形而通过剥离方法制作得到的金属电极。

本发明的技术特点：

本发明大功率超声步骤和高压水冲洗步骤的配合非常重要，大功率超声能够使光刻胶与衬底之间以及光刻胶与残留金属之间的粘附性变得松动(金属层与衬底之间粘附性较好，电极牢固度不会受到影响)，甚至对于粘附程度较低的直接可以将残留金属和光刻胶仅仅通过超声脱落；对于粘附比较牢固区域，通过压力较大的水流进行冲洗，进一步使粘附松动并进行去除，以保证电极边缘残留金属能够完全松开脱落。

本发明的方法中超声频率的选择也至关重要，由于液体流过led晶片时，会在表面形成一层粘性膜，超声频率太低时，空化气泡无法与小颗粒接触，胶粒无法完全除掉；当超声频率升高时，粘性膜的厚度就会减少，空化气泡就可以接触到小颗粒，将他们从晶片表面剥落。另一方面，超声频率的高低需要考虑对led晶片的损伤，本发明人经研究发现，低频超声或高频超声均不适于led晶片，剥离过程中30-50khz的频率最为适宜。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明的方法，不使用腐蚀液，创造性地采用了大功率超声和高压水冲洗这两种物理方法组合，大功率超声和高压水冲洗巧妙地利用残留的光刻胶与衬底层和金属层之间的粘附性要远远小于金属电极与衬底层之间的粘附性，使用大功率超声和高压水冲洗两种物理方法降低光刻胶与衬底层以及光刻胶与残留多余金属层之间的粘合，再通过去胶液将残留光刻胶进行彻底溶解，通过剥离方法较为容易的去除表面多余金属，以达到彻底去除残留金属的目的。最后通过等离子进行清洗将极少量的底层胶膜去除干净，并利用等离子体物理轰击作用得到侧面光滑的电极结构。如图3所示。

2.本发明去除多金异常避免了使用腐蚀液，对电极结构不会产生任何影响，有利于led管芯整体良率。

3.本发明原理简单、步骤简洁，耗时少，整个过程成本较低，完全做到了对多金异常的彻底去除，能够实现大规模生产，通过本发明方法处理的晶片，电极外观正常，无残留金属。

4.本发明的方法适用于所有的以蓝宝石为衬底的gan基led晶片存在电极异常多金的去除。

附图说明

图1是本发明中led电极存在多金异常的管芯结构示意图；

图2是本经过本发明方法处理后的led管芯结构示意图。

图中：1.衬底，2.n-gan层，3.量子阱层，4.p-gan层，5.p电极，6、n电极，7.残留金属,8.残留光刻胶。

图3是实施例1的方法处理后晶片电极图形周围光刻胶及多余金属残留全部去除干净之分析sem图片。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不仅限与此。

实施例中存在多金异常的led晶片是以蓝宝石为衬底的gan基led晶片，结构如图1所示，由下往上依次为衬底1，n-gan层2，量子阱层3，p-gan层4；位于p-gan层4上的p电极5，位于n-gan层2上的n电极6，在p电极、n电极两侧分别有残留金属7、残留光刻胶8。

实施例中的去胶液为负胶去胶液的vs1250s型号光阻剥离液，三达奥克化学股份有限公司有售。

氧气等离子体设备：富临科技的fu-irp氧气等离子体清洗设备。

大功率超声设备：艾柯森公司生产的aix-c超声设备。

实施例1

(1)超声：将存在多余残留金属的异常蓝宝石晶片放置到大功率超声设备内，以水为介质进行超声处理，超声波功率为30khz，超声5min。

(2)冲洗：将步骤(1)完成的晶片，放置到自动清洗机的载片盘上，使用高压水枪进行冲洗，载片盘转速为2000rpm，冲洗时间为5min。

(3)去胶及剥离：将步骤(2)完成的晶片，放置到去胶液中进行浸泡15min，接着使用丙酮将多余去胶液涮洗掉，然后将晶片放置到无水乙醇溶液中涮洗去掉残留去胶液和丙酮，最后使用蓝膜覆盖晶片表面进行剥离，去掉残留金属。

(4)等离子体清洗：将步骤(3)完成的晶片，放置到氧气等离子体设备内进行等离子体清洗5min，使用功率800w。

经过本实施例处理后的led晶片如图2所示，在p电极、n电极两侧的残留金属、残留光刻胶被彻底去除，露出边缘整齐表面洁净的p电极、n电极。通过焊线验证试验，合格率为99.88％，通过sem测试查看电极侧面(如图3所示)，led晶片上残留金属及光刻胶被彻底去除。

实施例2

(1)超声：将存在多余残留金属的异常蓝宝石晶片放置到大功率超声设备内以水作为介质进行超声处理，超声波功率为50khz，超声15min。

(2)冲洗：将步骤(1)完成的晶片，放置到自动清洗机的载片盘上，使用高压水枪进行冲洗，载片盘转速为3000rpm，冲洗时间为15min。

(3)去胶及剥离：将步骤(2)完成的晶片，放置到去胶液中进行浸泡25min，接着使用丙酮将多余去胶液涮洗掉，然后将晶片放置到无水乙醇溶液中涮洗去掉残留去胶液和丙酮，最后使用蓝膜覆盖晶片表面进行剥离，去掉残留金属。

(4)等离子体清洗：将步骤(3)完成的晶片，放置到氧气等离子体设备内进行等离子体清洗10min，使用功率1000w。

上述实施例得到的管芯，电极表面无残留金属，外观正常。通过焊线验证试验，合格率为99.89％，通过sem测试查看电极侧面，led晶片上残留金属及光刻胶被彻底去除。

实施例3

(1)超声：将存在多余残留金属的异常蓝宝石晶片放置到大功率超声设备内以水作为介质进行超声处理，超声波功率为45khz，超声10min。

(2)冲洗：将步骤(1)完成的晶片，放置到自动清洗机的载片盘上，使用高压水枪进行冲洗，载片盘转速为2500rpm，冲洗时间为10min。

(3)去胶及剥离：将步骤(2)完成的晶片，放置到去胶液中进行浸泡30min，接着使用丙酮将多余去胶液涮洗掉，然后将晶片放置到无水乙醇溶液中涮洗去掉残留去胶液和丙酮，最后使用蓝膜覆盖晶片表面进行剥离，去掉残留金属。

(4)等离子体清洗：将步骤(3)完成的晶片，放置到氧气等离子体设备内进行等离子体清洗15min，使用功率900w。

上述实施例得到的管芯，电极表面无残留金属，外观正常。通过焊线验证试验，合格率为99.9％，通过sem测试查看电极侧面，led晶片上残留金属及光刻胶被彻底去除。