一种晶圆级led垂直芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及LED垂直芯片的制作，具体涉及一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法。
【背景技术】
[0002]LED是提倡节能减排的社会背景下的产物，其环保、节能、抗震性能好，在未来照明市场上前景广阔，被誉为第四代绿色照明光源。GaN作为第三代半导体材料代表之一，具有直接带隙、宽禁带、高饱和电子漂移速度、高击穿电场和高热导率等优异性能，在微电子应用方面得到了广泛的关注。自1.Akasaki首次成功获得p-GaN，实现蓝光LED的新突破后，GaN基化合物一直是制备LED器件的主要材料，在室内照明、商业照明、工程照明等领域有着广泛的应用。
[0003]高质量GaN材料一般都通过异质外延方法制作。作为常用于生长GaN的衬底，蓝宝石有稳定的物理化学性质，但它与GaN间存在很大的晶格失配(16%)及热失配(25%)，造成生长的GaN薄膜质量较差;SiC虽然与GaN的晶格失配度仅3.5%,导热率较高，但它的热失配与蓝宝石相当(25.6%)，与GaN的润湿性较差，价格昂贵，并且外延技术已被美国科锐公司垄断，因此也无法普遍使用。相比较下，Si衬底具有成本低、单晶尺寸大且质量高、导热率高、导电性能良好等诸多特点，并且Si的微电子技术十分成熟，在Si衬底上生长GaN薄膜有望实现光电子和微电子的集成。正是因为Si衬底的上述诸多优点，Si衬底上生长GaN薄膜进而制备LED越来越备受关注。但是，Si与GaN热失配远远高于蓝宝石，导致外延片更易产生裂纹，Si对可见光的吸收作用也会大大降低LED发光效率。
[0004]基于此，Si图形衬底具有很好的优势。通过人为在Si衬底制作沟槽，能释放应力，抑制外延层的大面积生长，从而得到无裂纹的LED外延薄膜方块。不过，Si图形衬底由于沟槽的存在，使得后续芯片加工流程大大改变，目前基于Si图形衬底LED外延薄膜的芯片制作鲜有报道。同时，Si吸光问题仍然存在。
[0005]由此可见，即便Si图形衬底具有非常良好的发展前景，但要从Si图形衬底上制作LED芯片，解决Si吸光问题，还需要开发新的方法及工艺。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明的目的是为了提供一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法，该方法将Si衬底剥离，根本上解决Si吸光问题，同时在沟槽处引入S12阻隔层，能在不切割芯片的情况下实现晶圆尺寸垂直芯片光电性能的检测，并且适用于任何晶圆级Si图形衬底的垂直芯片制作，具有检测工序简化，兼容性好的优点。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]—种晶圆级LED垂直芯片的制作方法，包括以下步骤:
[0009]l)Si图形衬底的制作:采用常规的匀胶、曝光、刻蚀工艺在Si衬底上实现图形的转移，得到Si图形衬底;所述Si图形衬底上的图形包括若干个按矩阵排列的方形凸块，每相邻的两个方形凸块之间均设有沟槽;所述方形凸块的边长为0.5-2mm，沟槽的宽度为I O-15μηι，沟槽的深度为5-10μηι;
[0010]2)LED外延层的生长:Si图形衬底经清洗、N2吹干后，采用薄膜沉积方法在Si图形衬底上生长LED外延层;所述LED外延层具有与Si图形衬底一致的图形形貌；
[0011]3)Si02阻隔层的制作:采用等离子体增强化学气相沉积方法，于LED外延层上沉积S12层，采用常规的匀胶、曝光、刻蚀工艺，去除LED外延层的对应每个方形凸块位置上的S12层，形成第一方形缺口，留下LED外延层的对应沟槽位置上的S12层，形成S12阻隔层；控制第一方形缺口的边长比方形凸块的边长小0.05-1μπι;
[0012]4)防腐层的制作:采用蒸镀方法于LED外延层上依次蒸镀两种不同折射率的金属材料，两种不同折射率的金属材料以交替层叠的方式设置，得到金属反射层;所述金属反射层具有与Si图形衬底一致的图形形貌；
[0013]5)键合基板的准备:采用浙江立晶光电科技有限公司的高掺平面Si衬底作为键合基板，通过蒸镀方法于键合基板的正反两面分别蒸镀金属Au层；所述金属Au层的厚度为
0.5-1.5μπι；
[0014]6)晶圆级键合:将步骤4)得到的Si图形衬底的金属反射层与步骤5)得到的高掺平面Si衬底的金属Au层采用晶圆级键合方法进行键合，键合物料为金锡合金;所述金属反射层和金属Au层共同构成LED垂直芯片的P电极；
[0015]7) Si图形衬底的剥离:采用减薄方法将Si图形衬底减薄至露出LED外延层；
[0016]8)Ν电极的制作:经有机溶剂清洗，采用常规的匀胶、曝光、刻蚀工艺，在经过步骤
7)处理后露出的LED外延层表面上蒸镀预设的N电极。
[0017]作为优选，步骤2)所述薄膜沉积方法是金属有机化学气相沉积、分子束外延、脉冲激光沉积中的一种或两者以上的组合。
[0018]作为优选，步骤3)所述S12阻隔层的厚度为lO-lOOnm，能防止垂直芯片在晶圆级性能检测时电流经沟槽区域造成的短路。
[0019]作为优选，步骤4)所述蒸镀方法为电子束蒸镀、热蒸镀中的一种。
[0020]作为优选，步骤4)所述金属反射层的厚度为10-50nm，起到反射光线的作用。
[0021]作为优选，步骤4)采用蒸镀方法于LED外延层上依次蒸镀1nm的Ti层、20nm的Ag层、1nm的Ti层、20nm的Ag层，得到金属反射层。
[0022]作为优选，步骤5)所述高掺平面Si衬底的P掺电阻率为0.001-0.005Ω.cm，厚度为400-450μπι。所述高掺平面Si衬底可选择浙江立晶光电科技有限公司生产的高掺平面Si衬底。
[0023]作为优选，步骤5)所述蒸镀方法是电子束蒸镀、热蒸镀中的一种。
[0024]作为优选，步骤7)所述的减薄方法是研磨、干法刻蚀、湿法腐蚀中的一种。
[0025]作为优选，步骤8)中，在经过步骤7)处理后露出的LED外延层表面上依次蒸镀5nm的Cr金属层、15nm的Pt金属层、Ιμπι的Au金属层作为N电极。
[0026]本发明的有益效果在于:
[0027]本发明提出的晶圆级LED垂直芯片的制作方法，将LED外延片转移至高掺Si衬底以实现电流的垂直导通，同时引入以交替层叠的方式设置(ΑΒΑΒ型)的金属反射层以反射光子，解决了常规Si衬底吸光的问题。该方法在沟槽处引入S12阻隔层，能在不切割芯片的情况下实现晶圆尺寸垂直芯片光电性能的检测，并且适用于任何晶圆级Si图形衬底的垂直芯片制作，具有检测工序简化，兼容性好的优点。
[0028]进一步的，以本发明制作的晶圆级LED垂直芯片为例，在不切割芯片的情况下测试的光电性能如下:在低工作电流20mA下，芯片的正向偏置电压为2.8V，输出功率达24mW;在高工作电流350mA下，芯片的正向偏置电压为2.7V，输出功率达620mW。测试数据证实了采用本发明技术制作的LED垂直芯片光电性能优良，有很好的应用前景。
【附图说明】
[0029]图1为实施例1中晶圆级LED垂直芯片的制作方法的流程图。
[0030]图2为实施例1中Si图形衬底的截面示意图。
[0031]图3为实施例1中Si图形衬底的图形排布方式示意图。
[0032]图4为实施例1中生长于Si图形衬底上的LED外延层截面图。
[0033]图5为实施例1中Si图形衬底上经刻蚀的Si02阻隔层示意图。
[0034]图6为实施例1中键合的LED外延片示意图。
[0035]图7为实施例1中晶圆级LED垂直芯片示意图。
[0036]其中，l、Si图形衬底；2、LED外延层;3、Si02阻隔层;4、金属反射层;5、金锡合金物料;6、金属Au层;7、P掺平面Si衬底;8、N电极。
【具体实施方式】
[0037]下面，结合附图以及【具体实施方式】，对本发明做进一步描述:本发明所采用原材料均可从市场购得。
[0038]实施例1:
[0039 ]如图1所示，本实施例的一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法，包括以下步骤:
[0040] l)Si图形衬底的制作:采用常规的匀胶、曝光、刻蚀工艺在Si衬底上实现图形的转移，得到Si图形衬底;所述Si图形衬底上的图形包括若干个按矩阵排列的方形凸块(参照图2，为Si图形衬底的截面示意图)，每相邻的两个方形凸块之间均设有沟槽;所述方形凸块的边长为Imm，沟槽的宽度为15μπι，沟槽的深度为5μπι ；图形的排布方式如图3所示。
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