LED芯片结构及其制作方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种led芯片结构及其制作方法。

背景技术：

led具有能耗低、亮度高、寿命长、绿色环保、波长范围宽等优点，广泛应用于显示、通信、普通照明、消毒、固化等领域。采用了金属反射镜的led芯片结构中，金属反射镜的金属活性较强，表面易氧化，且具有电迁移的特性，因此需要在金属反射镜上覆盖可阻挡反射镜金属扩散且性质稳定的金属阻挡层。为改善反射镜与外延层的欧姆接触，需要经过退火等处理，由此会使得反射镜的表面变粗糙，出现金属起球、金属团聚等现象。这将导致反射镜和阻挡层结合性不好，使得led芯片结构的可靠性降低。

技术实现要素：

本发明的目的包括，提供一种led芯片结构及其制作方法，其能够改善金属反射镜和金属阻挡层的结合性，使得led芯片结构可靠性提高。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，实施例提供一种led芯片结构的制作方法，包括：

在衬底上形成逐层连接的n型层、多量子阱层、p型层；

在p型层沉积形成金属反射镜；

对金属反射镜的表面进行平滑化处理；

在金属反射镜的表面沉积形成金属阻挡层；

对金属反射镜和金属阻挡层共同进行退火；

制作绝缘层、n电极以及p电极，以得到led芯片结构。

在可选的实施方式中，平滑化处理包括氧化刻蚀、等离子体轰击、超声处理、研磨抛光、激光蚀刻、溶液腐蚀、沉积金属过渡层中的至少一种方式。

在可选的实施方式中，在金属反射镜的表面沉积形成金属阻挡层，包括：

采用电子束蒸发或磁控溅射工艺在金属反射镜的表面沉积一层阻挡层金属，通过光刻、湿法/干法蚀刻或金属剥离工艺形成金属阻挡层。

在可选的实施方式中，对金属反射镜和金属阻挡层共同进行退火的氛围为氮气、氩气、真空、空气等中的一种或多种的组合。

在可选的实施方式中，对金属反射镜和金属阻挡层共同进行退火的温度为100℃至300℃，退火时间为1分钟至30分钟。

在可选的实施方式中，金属反射镜的材质为ag、al、pb、ni、rh、pt、au、ti中的一种或多种的合金。

在可选的实施方式中，金属阻挡层的材质为ti、ta、ni、al、au、pt、pb、w、tiw、tin、tan等中的一种或多种的合金。

在可选的实施方式中，在对金属反射镜的表面进行平滑化处理的步骤之前，还包括：

对p型层上沉积形成的金属反射镜进行退火。

在可选的实施方式中，制作绝缘层、n电极以及p电极，以得到led芯片结构的步骤包括：

采用刻蚀工艺去除目标区域的p型层、多量子阱层及部分n型层，露出n型层表面；

在金属阻挡层表面、n型层表面、p型层表面以及目标区域的侧壁上沉积绝缘层；

采用刻蚀工艺去除电极制作区域的绝缘层，形成露出n型层表面的n电极接触开口区以及露出金属阻挡层的p电极接触开口区；

在n电极接触开口区、p电极接触开口区分别形成接触n型层表面的n电极以及接触金属阻挡层的p电极。

第二方面，实施例提供一种led芯片结构，led芯片结构利用前述实施方式中任一项的led芯片结构的制作方法制得。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例的led芯片结构的制作方法包括在金属阻挡层制作前，对金属反射镜的表面进行平滑化处理，再沉积制作金属阻挡层。然后，对金属反射镜和金属阻挡层的组合结构进行退火处理。通过此制作方法，在保证反射镜良好性能的前提下，提高阻挡层金属的沉积质量，减小金属阻挡层的应力作用，并显著简化工艺调整过程，增强工艺的可移植性和兼容性，提升了led芯片结构的可靠性。

本发明实施例提供的led芯片结构通过本发明实施例的制作方法制得，其金属阻挡层和金属反射镜的结合性好，因此具有较高的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中led芯片结构的制作方法的流程图；

图2至图7为本发明实施例提供的led芯片结构在制作过程中不同形态的示意图。

图标：1-衬底；2-复合层；3-n型层；3a-n型层表面；4-多量子阱层；5-p型层；6-金属反射镜；7-金属阻挡层；8-绝缘层；9a-n电极接触开口区；9b-p电极接触开口区；10a-n电极；10b-p电极。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

led芯片，尤其是倒装led芯片的制备流程中，反射镜和阻挡层的制作是关键的工艺。采用金属反射镜的倒装led芯片电流扩展好、电压低且热阻小，具有更高电流密度驱动，封装后的出光效率高于正装、垂直结构的led，但生产成本只与正装led相当。为改善金属反射镜与外延层的欧姆接触，需要经过退火等处理，由此会使得金属反射镜的表面变粗糙，出现金属起球、金属团聚等现象。金属反射镜表面粗糙度增加导致其与阻挡层的结合问题，阻挡层薄膜应力增大且分布不均匀，会造成含硬质金属的阻挡层鼓泡、脱落、断裂等，阻挡层失效，造成芯片可靠性降低甚至漏电。通过改变溅射工艺调整阻挡层的应力过程漫长，且随制备环境的转移需要进行调整，不能及时适应工业生产的要求。

为了改善上述的不足，本申请提供一种led芯片结构的制作方法，可以适用于制作倒装led芯片结构的制作。另外，本申请实施例还提供一种由该led芯片结构的制作方法制得的led芯片结构。

图1为本发明实施例中led芯片结构的制作方法的流程图。请参考图1，本实施例提供了一种led芯片结构的制作方法，包括：

步骤s100，在衬底上形成逐层连接的n型层、多量子阱层、p型层。

如图2所示，在外延衬底1上依次生长复合层2、n型层3、多量子阱层4和p型层5。其中，复合层包括了成核层和缓冲层。在本实施例中，衬底1可以是蓝宝石、硅、碳化硅、氧化镓、氮化镓、石墨烯等。

步骤s200，在p型层沉积形成金属反射镜。

如图3所示，对p型层5表面进行清洗和表面处理，采用电子束蒸发或磁控溅射工艺在p型层5的表面沉积一层反射镜金属，比如ni/ag/ni(1nm/150nm/5nm)。通过光刻、湿法腐蚀或金属剥离工艺形成金属反射镜6，并通过退火工艺使金属反射镜6与p型层形成p欧姆接触。金属反射镜6的材质可以是ag、al、pb、ni、rh、pt、au、ti等金属中的一种或几种的合金。沉积形成金属反射镜之后，对金属反射镜6进行退火，金属反射镜6的退火温度为200℃至600℃，退火时间为30秒至5分钟，比如，在空气氛围内对金属反射镜6进行400℃退火5分钟，使金属反射镜6与p型层5形成p欧姆接触。

步骤s300，对金属反射镜的表面进行平滑化处理。

在本申请的实施例中，平滑化处理工艺可以是氧化刻蚀、气体等离子体轰击、超声处理、研磨抛光、激光蚀刻、溶液腐蚀、沉积金属过渡层等方式中的一种或几种。

步骤s400，在金属反射镜的表面沉积形成金属阻挡层。

如图4所示，在退火、光滑化处理之后的金属反射镜6的表面沉积一层阻挡层金属，通过光刻、湿法/干法蚀刻或金属剥离工艺形成金属阻挡层7。金属阻挡层7的材质可以是ti、ta、ni、al、au、pt、pb、w、tiw、tin、tan等中的一种或多种的合金。比如，金属阻挡层7可以为500nm厚度的tiw。通过光滑化处理，可以减少金属反射镜因退火引起的表面颗粒物，降低反射镜表面粗糙导致的其他问题。

步骤s500，对金属反射镜和金属阻挡层共同进行退火。

形成金属阻挡层7之后，对金属反射镜6与金属阻挡层7组合结构进行退火，改善金属阻挡层与金属反射镜结合界面，减小金属阻挡层7的应力，提高结合性。对金属反射镜6和金属阻挡层7共同进行退火的温度可选为100℃至300℃，退火时间可选为1分钟至30分钟，退火的氛围为氮气、氩气、真空、空气等中的一种或多种的组合。比如，在氮气氛围中进行150℃的退火10分钟。

步骤s600，制作绝缘层、n电极以及p电极，以得到led芯片结构。

步骤s600可以通过以下步骤实现：

(1)采用刻蚀工艺去除目标区域的p型层、多量子阱层及部分n型层，露出n型层表面；

(2)在金属阻挡层表面、n型层表面、p型层表面以及目标区域的侧壁上沉积绝缘层；

(3)采用刻蚀工艺去除电极制作区域的绝缘层，形成露出n型层表面的n电极接触开口区以及露出金属阻挡层的p电极接触开口区；

(4)在n电极接触开口区、p电极接触开口区分别形成接触n型层表面的n电极以及接触金属阻挡层的p电极。

具体的，如图5所示，首先可以通过光刻形成图形，该图形划分出了目标区域，也即需要去除部分外延材料的区域。然后采用干法刻蚀工艺去除目标区域的p型层5、多量子阱层4及部分n型层3，露出n型层表面3a。

如图6，在金属阻挡层7表面、n型层表面3a、p型层5表面以及目标区域的侧壁上沉积绝缘层8，绝缘层8的材质可以是sio2、si3n4等，厚度可选为300nm；在绝缘层8光刻形成电极制作区域，并用湿法/干法蚀刻电极制作区域的绝缘层8，形成n电极接触开口区9a和p电极接触开口区9b。其中，n电极接触开口区9a露出了n型层表面3a，p电极接触开口区9b露出了金属阻挡层7。

如图7所示，接下来采用光刻工艺形成n电极接触层区域和p电极接触层区域，利用电子束蒸发或磁控溅射或电镀等工艺在电极接触层区域的n电极接触开口区9a、p电极接触开口区9b和部分绝缘层8区域上制备电极接触层金属(比如ti/al/ni/au)，通过金属剥离工艺形成n电极10a和p电极10b。最终得到本申请实施例的led芯片结构。

本实施例提供的led芯片结构的制作方法至少具有以下优点：

1、平滑化处理使得金属反射镜6因退火等工艺引起的表面颗粒物减少，降低反射镜表面粗糙导致的其他问题；

2、改善金属反射镜6与金属阻挡层7的结合界面，提高金属阻挡层的沉积质量，并解决阻挡层金属的应力问题，提升芯片工艺和器件的可靠性；

3、简化工艺调整过程，显著提升芯片工艺可移植性和兼容性，减少工艺的移植成本，可及时适应工业生产的要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。