一种倒装led芯片的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种倒装LED芯片，采用形成有第一通孔和第二通孔的DBR反射层，第一基板上的第一焊盘通过第一金属功能层、第一通孔以及P型半导体层上的接触层与P型半导体层电连接，第二基板上的第二焊盘通过第二金属功能层、第二通孔以及凹槽中的接触层与N型半导体层电连接，无需采用贵重金属银做镜面反射层，并且与银相比DBR更稳定，采用DBR反射层代替银省去了钝化层、阻挡层、保护层等繁琐的工艺步骤，在解决了芯片制造端的技术难题的同时降低了LED的生产成本。
【专利说明】一种倒装LED芯片
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体光电芯片制造领域，尤其涉及一种倒装LED芯片。
【背景技术】
[0002]自从20世纪90年代初商业化以来，经过二十几年的发展，GaN基LED已被广泛应用于户内外显示屏、投影显示用照明光源、背光源、景观亮化照明、广告、交通指示等领域，并被誉为二十一世纪最有竞争力的新一代固体光源。然而对于半导体发光器件LED来说，要代替传统光源，进入高端照明领域，必须同时解决三个问题:一是要解决发光亮度提升问题，二是要解决散热问题，三是要解决生产成本的降低问题。
[0003]近年来，在政府各种政策的激励和推动下，各种为提高LED发光亮度的技术应运而生，例如图形化衬底技术、高压芯片、垂直结构、DBR技术等。
[0004]其中图形化衬底技术最具成效，在2010年到2012年间，前后出现的锥状结构的干法图形化衬底和金字塔形状的湿法图形化衬底完全取代了表面平坦的蓝宝石衬底成为LED芯片的主流衬底，使LED的晶体结构和发光亮度都得到了革命性的提高。但是图形化的衬底代替表面平坦的蓝宝石衬底成为LED芯片的主流衬底无疑增加了 LED的生产成本，虽然所增加的成本随着图形化衬底制作技术水平的提高会慢慢降低，但却无法完全消除。
[0005]随着半导体集成技术的高速发展，一种称为高压芯片的LED结构应运而生，此种结构的LED —般是在外延层形成后，通过光刻刻蚀工艺形成隔离槽，再在隔离槽内填充绝缘材料，最后在各绝缘分离的外延层上制作电极并形成串联结构；虽然这种结构可以提高LED的发光亮度，但形成隔离槽、填充绝缘材料的工艺过程却大大增加了芯片的制造成本，不仅如此，在一定程度上还降低了 LED芯片的可靠性，例如由于现有刻蚀均匀性达不到要求而导致的深槽刻蚀不干净，会最终导致漏电，降低LED芯片的抗击穿能力等。
[0006]无论是图形化衬底技术还是高压芯片都没有很好地解决LED芯片的散热问题，垂直结构和倒装芯片技术将正装芯片倒装焊接于一导电导热性能良好的基板上，使得发热比较集中的发光外延层更接近于散热热尘，使大部分热量通过基板导出，而不是从散热不良的蓝宝石生长衬底导出，这在一定程度上缓解了 LED芯片的散热问题。但垂直结构和倒装焊技术无疑再次增加了 LED芯片的生产成本，例如倒装费用、贵重金属镜面反射层的费用等。
[0007]垂直结构的LED芯片不需要刻蚀N区材料，这在一定程度上降低了 LED的部分生产成本，且与其它结构的LED芯片的电流流动方式不同，它更适于大电流的注入，进一步提高LED芯片的发光亮度。然而，和高压芯片一样，垂直结构的LED也需要形成隔离槽，这又提高了 LED的生产成本，不仅如此，垂直结构的芯片还需要剥离掉生长衬底，所以这再一次提高了 LED芯片的生产成本。与垂直结构的LED相比，倒装结构的LED芯片在生产成本方面可能更占优势。
[0008]为了使LED尽早在照明领域扮演更重要的角色，一种能解决上述三个问题的LED结构及其制作方法亟待研发。实用新型内容
[0009]为解决上述问题，本实用新型提供了一种倒装LED芯片。
[0010]本实用新型提供一种倒装LED芯片，包括:
[0011]衬底，所述衬底包括第一区域、第二区域及所述第一区域和第二区域之间的第三区域；
[0012]形成于所述衬底的所有区域上的外延层，所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型半导体层、有源层和P型半导体层；
[0013]形成于所述外延层中的若干阵列排布的凹槽和凹槽通道，所述凹槽和凹槽通道暴露出所述N型半导体层，所述若干阵列排布的凹槽中同一行上的凹槽通过凹槽通道连通；
[0014]形成于所述P型半导体层的预定区域上的阻挡层；
[0015]形成于所述凹槽和凹槽通道侧壁上的保护层；
[0016]形成于所述阻挡层及凹槽和凹槽通道中的接触层，所述接触层暴露保护层；
[0017]形成于所述接触层及保护层上的DBR反射层，所述第一区域上的DBR反射层中形成有第一通孔，所述第一通孔暴露所述阻挡层上的接触层，所述第二区域上的DBR反射层中形成有第二通孔，所述第二通孔暴露凹槽中的接触层；
[0018]形成于DBR反射层上及第一通孔和第二通孔中的金属功能层，所述金属功能层包括位于所述第一区域上的第一金属功能层及位于所述第二区域上的第二金属功能层，所述第一金属功能层与第二金属功能层之间具有一与第三区域相对应的间隙；以及
[0019]与所述衬底倒装焊接的倒装基板，所述倒装基板包括第一基板、第二基板、设置于第一基板和第二基板之间用以绝缘隔离所述第一基板和第二基板的绝缘隔离固定板、设置于第一基板上的第一焊盘及设置于第二基板上的第二焊盘，所述第一金属功能层对应于所述第一基板，所述第二金属功能层对应于所述第二基板，所述缘隔离固定板插入所述第一金属功能层与第二金属功能层之间的间隙。
[0020]可选的，在所述的倒装LED芯片中，所述保护层还延伸至所述P型半导体层的边缘。
[0021]可选的，在所述的倒装LED芯片中，所述阻挡层和保护层的材料为二氧化硅，所述接触层的材料为ITO，所述DBR反射层为Si0、Si02、Ti02、Ti305氧化物材料中的至少两种，按照λ/4n厚度交替生长所形成，生长周期为3-20个。所述第一金属功能层和第二金属功能层均包括层叠设置的金属接触层、金属阻障层和金属电极层，所述金属接触层的材料为铬或镍，所述金属阻障层的材料为钛或镍，所述金属电极层的材料为铝。
[0022]本实用新型一种倒装LED芯片具有以下有益效果:
[0023]1、本实用新型所提供的倒装LED芯片制作方法采用DBR反射层，衬底的第一区域上的DBR反射层中形成有第一通孔，衬底的第二区域上的DBR反射层中形成有第二通孔，第一基板上的第一焊盘通过第一金属功能层、第一通孔以及P型半导体层上的接触层与P型半导体层电连接，第二基板上的第二焊盘通过第二金属功能层、第二通孔以及凹槽中的接触层与N型半导体层电连接，最终，第一焊盘与所有P型半导体层形成电连接，第二焊盘与所有N型半导体层形成电连接，避免了贵重金属银做镜面反射层的使用，与银相比，DBR更稳定，所以采用形成有第一通孔和第二通孔的DBR反射层代替银省去了钝化层、阻挡层、保护层等繁琐的工艺步骤，在解决了芯片制造端的技术难题的同时降低了 LED的生产成本；
[0024]2、本实用新型所提供的倒装LED芯片制作方法在DBR反射层上设有价格便宜的金属功能层，在解决亮度提升问题和散热问题的同时降低了 LED的生产成本；
[0025]3、本实用新型形成倒装芯片LED结构，与传统的高压芯片和垂直结构相比无需通过光刻刻蚀工艺进行隔离槽的制作，更无须再用绝缘材料填充隔离槽。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]参照附图，根据下面的详细描述可以更加清楚地理解本实用新型。为了清楚起见，图中各层的相对厚度及特定区的相对尺寸并没有按比例绘制。在附图中:
[0027]图1是本实用新型一实施例中衬底的剖面结构示意图；
[0028]图2是本实用新型一实施例中形成外延层后的剖面结构示意图；
[0029]图3A是本实用新型一实施例中形成凹槽后的剖面结构示意图；
[0030]图3B是图3A的俯视图；
[0031]图4A是本实用新型一实施例中形成阻挡层和保护层后的剖面结构示意图；
[0032]图4B是图4A的俯视图；
[0033]图5A是本实用新型一实施例中形成接触层后的剖面结构示意图；
[0034]图5B是图5A的俯视图；
[0035]图6是本实用新型一实施例中形成DBR反射层后的剖面结构示意图；
[0036]图7A是本实用新型一实施例中在DBR反射层中形成通孔后的剖面结构示意图；
[0037]图7B是图7A的俯视图；
[0038]图7C是本实用新型一实施例中通孔的分布示意图；
[0039]图8是本实用新型一实施例中形成金属功能层后的剖面结构示意图
[0040]图9是本实用新型一实施例中倒装基板的剖面结构示意图；
[0041]图10是本实用新型一实施例中倒装焊接后的剖面结构示意图；
[0042]图11是本实用新型一实施例中倒装LED芯片制作方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0043]现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。
[0044]如图11所示，本实用新型的倒装LED芯片制作方法，包括如下步骤:
[0045]S1:提供一衬底，所述衬底包括第一区域、第二区域及位于第一区域和第二区域之间的第三区域；
[0046]S2:在所述衬底的所有区域上形成外延层，所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型半导体层、有源层和P型半导体层；
[0047]S3:在所述外延层上形成若干阵列排布的凹槽和凹槽通道，所述凹槽和凹槽通道暴露出N型半导体层，所述若干阵列排布的凹槽中同一行上的凹槽通过凹槽通道连通；
[0048]S4:在所述P型半导体层的预定区域上形成阻挡层，并同步在每个凹槽和凹槽通道的侧壁上形成保护层；
[0049]S5:在所述阻挡层上及凹槽和凹槽通道中形成接触层，所述接触层暴露所述保护层；
[0050]S6:在所述接触层及保护层上形成DBR反射层，所述第一区域上的DBR反射层中形成有第一通孔，所述第一通孔暴露所述阻挡层上的接触层，所述第二区域上的DBR反射层中形成有第二通孔，所述第二通孔暴露所述凹槽中的接触层；
[0051]S7:在所述DBR反射层上以及第一通孔和第二通孔中形成金属功能层，所述金属功能层包括位于所述第一区域上的第一金属功能层及位于所述第二区域上的第二金属功能层，所述第一金属功能层与第二金属功能层之间具有一与第三区域相对应的间隙；
[0052]S8:提供一倒装基板，所述倒装基板包括第一基板、第二基板、设置于第一基板和第二基板之间用以绝缘隔离所述第一基板和第二基板的绝缘隔离固定板、设置于第一基板上的第一焊盘及设置于第二基板上的第二焊盘；
[0053]S9:将所述衬底倒装焊接于所述倒装基板上，所述第一金属功能层对应于所述第一基板，所述第二金属功能层对应于所述第二基板，所述缘隔离固定板插入所述第一金属功能层与第二金属功能层之间的间隙中，形成倒装LED芯片。
[0054]下面结合图1-11更详细地说明本实用新型所提供的倒装LED芯片制作方法。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。
[0055]如图1所示，执行步骤SI，提供一衬底1，所述衬底I包括第一区域11、第二区域12及位于第一区域11和第二区域12之间的第三区域13。所述衬底I优选为蓝宝石衬底，更优选的，所述衬底I为图形化的蓝宝石衬底。
[0056]如图2所示，执行步骤S2，在所述衬底I上形成外延层2，所述外延层2包括依次形成于所述衬底I上的N型半导体层21、有源层22和P型半导体层23。当然，在形成所述N型半导体层21之前还可以形成其他公知的膜层。
[0057]如图3A和图3B所示，执行步骤S3，通过光刻刻蚀工艺在所述外延层2的预定区域一中形成若干凹槽3和凹槽通道3’，所述凹槽3和凹槽通道3’暴露出N型半导体层21，也就是说，所述凹槽3和凹槽通道3’的深度大于所述P型半导体层23和所述有源层22厚度的总和而小于所述外延层2的厚度，即凹槽3和凹槽通道3’内的P型半导体层23和有源层22完全被去除，而N型半导体层21层被去除一部分。所述外延层2中若干凹槽3阵列分布，其中同一行上的若干凹槽3通过凹槽通道3’连通，图3B仅示意性的表示两行平行排列的凹槽，然而应当认识到，所述凹槽3的分布形式并不局限于上图。
[0058]如图4A和图4B所示，执行步骤S4，通过沉积、光刻、刻蚀工艺在外延层2的预定区域二上形成阻挡层4，并同步在每个凹槽3的侧壁上形成保护层5，优选方案中，所述保护层5还延伸至P型半导体层23的边缘。所述阻挡层4和保护层5的材料例如为二氧化硅。
[0059]如图5A和图5B所示，执行步骤S5，通过蒸发、溅射或喷涂工艺在所述阻挡层4上及暴露的P型半导体层23上形成接触层6，所述接触层6的材料为ITO。具体地说，所述接触层6包括位于所述阻挡层4上的第一接触层61及位于所述凹槽3和凹槽通道3’中的第二接触层62，所述保护层5则被暴露出来。
[0060]如图6及图7A-7C所示，执行步骤S6，在所述接触层6及保护层5上形成DBR反射层7，所述第一区域11上的DBR反射层7中形成有第一通孔71，所述第一通孔71暴露所述阻挡层4上的第一接触层61，所述第二区域12上的DBR反射层7中形成有第二通孔72，所述第二通孔72暴露所述凹槽3中的第二接触层62。
[0061]具体的，首先，通过蒸发、溅射或喷涂工艺在所述接触层6上形成DBR反射层7。所述DBR反射层7为S1、Si02、Ti02、Ti305等氧化物材料中的至少两种，按照λ /4η厚度交替生长所形成，生长周期为3-20个，其中λ为波长，η为折射系数。然后，通过光刻和蚀刻工艺对所述DBR反射层7进行选择性开孔，即在所述DBR反射层7中形成第一通孔71和第二通孔72，所述第一通孔71暴露所述阻挡层4上的第一接触层61，所述第二通孔72暴露所述凹槽3中的第二接触层62。图7C是本实用新型一实施例中第一通孔71和第二通孔72的分布示意图，可以理解的是，本实施例中所有剖面结构均是沿俯视图中ΑΑ’方向制得。
[0062]如图8所示，执行步骤S7，通过蒸发、溅射或喷涂工艺在所述DBR反射层7上形成金属功能层8，所述金属功能层包括位于所述第一区域11上的第一金属功能层81及位于所述第二区域12上的第二金属功能层82，所述第一金属功能层81及第二金属功能层82之间具有一间隙83，所述间隙83的位置与所述第三区域13的位置相对应。进一步的，所述第一金属功能层81及第二金属功能层82均包括层叠设置的金属接触层、金属阻障层和金属电极层，所述金属接触层的材料为铬或镍，所述金属阻障层的材料为钛或镍，所述金属电极层的材料为铝。
[0063]如图9所示，执行步骤S8,提供一倒装基板9，所述倒装基板9包括绝缘分离的第一基板91和第二基板92、设置于第一基板91和第二基板92之间的绝缘隔离固定板93、设置于第一基板91的第一焊盘911和设置于第二基板92的第二焊盘921，所述绝缘隔离固定板93用于将所述第一基板91和第二基板92绝缘分离。
[0064]如图10所示，执行步骤S9，将上述衬底I倒装焊接于所述倒装基板9上，所述第一金属功能层81对应于所述第一基板91，所述第二金属功能层82对应于所述第二基板92，所述缘隔离固定板93插入至所述第一金属功能层81及第二金属功能层82之间的间隙83中，形成本实用新型所述的倒装LED芯片。
[0065]优选的，将上述衬底I倒装焊接于所述倒装基板9上之前，还可以在二者的接触面分别形成粘合层，所述粘合层的材料为金。将上述衬底I倒装焊接于所述倒装基板9上之后，还包括将衬底I减薄的步骤。
[0066]如图11所示，结合图1至图10，本实用新型还提供一种倒装LED芯片，利用如上所述的方法形成，所述倒装LED芯片包括:
[0067]衬底1，所述衬底I包括第一区域11、第二区域12及位于第一区域11和第二区域12之间的第三区域13 ；
[0068]形成于所述衬底I上的外延层2，所述外延层包括依次形成于所述衬底I上的N型半导体层21、有源层22和P型半导体层23 ；
[0069]形成于所述外延层2上的若干阵列排布的凹槽3和凹槽通道3’，所述凹槽3和凹槽通道3’暴露出N型半导体层21，所述若干阵列排布的凹槽中同一行上的凹槽3通过凹槽通道3’连通；
[0070]形成于所述P型半导体层23的预定区域上的阻挡层4 ;
[0071]形成于所述凹槽3和凹槽通道3’侧壁上的保护层5 ;
[0072]形成于所述阻挡层4上及凹槽3和凹槽通道3’中的接触层6，所述接触层6暴露保护层5 ;
[0073]形成于所述接触层6及保护层5上的DBR反射层7，所述第一区域11上的DBR反射层中形成有第一通孔71，所述第一通孔71暴露所述阻挡层4上的接触层61，所述第二区域12上的DBR反射层中形成有第二通孔72，所述第二通孔72暴露所述凹槽3中的接触层62 ；
[0074]形成于DBR反射层7上及第一通孔71和第二通孔72中的金属功能层8，所述金属功能层8包括位于所述第一区域11上的第一金属功能层81及位于所述第二区域12上的第二金属功能层82，所述第一金属功能层81与第二金属功能层82之间具有一与第三区域13相对应的间隙83 ;以及
[0075]与所述衬底I倒装焊接的倒装基板9，所述倒装基板9包括第一基板91、第二基板92、设置于第一基板91和第二基板92之间用以绝缘隔离所述第一基板91和第二基板92的绝缘隔离固定板93、设置于第一基板91上的第一焊盘911及设置于第二基板92上的第二焊盘921，所述第一金属功能层81对应于所述第一基板91，所述第二金属功能层82对应于所述第二基板92，所述缘隔离固定板93插入所述第一金属功能层81与第二金属功能层82之间的间隙83。
[0076]由上可知，第一区域11上的DBR反射层7中的第一通孔71位置与阻挡层4--
对应，因而第一基板91上的第一焊盘911通过第一金属功能层81、第一通孔71以及P型半导体层23上的接触层61与P型半导体层23电连接，第二区域12上的DBR反射层7中的第二通孔72位置与凹槽3 —一对应，因而第二基板92上的第二焊盘911通过第二金属功能层82、第二通孔72以及凹槽3中的接触层62与N型半导体层21电连接，最终，第一焊盘911与所有P型半导体层23形成电连接，第二焊盘921与所有N型半导体层21形成电连接。
[0077]其中，所述衬底I为蓝宝石衬底，优选为图形化的蓝宝石衬底；所述接触层6的材料例如为ITO。所述DBR反射层7为S1、Si02、Ti02、Τ?305等氧化物材料中的至少两种，按照λ/4n厚度交替生长所形成，生长周期为3-20个。所述第一金属功能层81和第二金属功能层82均包括层叠设置的金属接触层、金属阻障层和金属电极层，所述金属接触层的材料为铬或镍，所述金属阻障层的材料为钛或镍，所述金属电极层的材料为铝。所述保护层5还延伸至P型半导体层23的边缘。在所述倒装基板9和所述金属功能层8之间还设有粘合层(图中未示出)，所述粘合层的材料为金。
[0078]综上所述，采用形成有第一通孔和第二通孔的DBR反射层，第一基板上的第一焊盘通过第一金属功能层、第一通孔以及P型半导体层上的接触层与P型半导体层电连接，第二基板上的第二焊盘通过第二金属功能层、第二通孔以及凹槽中的接触层与N型半导体层电连接，无需采用贵重金属银做镜面反射层，并且与银相比DBR更稳定，采用DBR反射层代替银省去了钝化层、阻挡层、保护层等繁琐的工艺步骤，在解决了芯片制造端的技术难题的同时降低了 LED的生产成本；另外，本实用新型所提供的倒装LED芯片制作方法在DBR反射层上设有价格便宜的金属功能层，在解决亮度提升问题和散热问题的同时降低了 LED的生产成本；总之，本实用新型形成倒装芯片LED结构，与传统的高压芯片和垂直结构相比无需通过光刻刻蚀工艺进行隔离槽的制作，更无须再用绝缘材料填充隔离槽，提升发光亮度、解决散热问题的同时降低生产成本。
【权利要求】
1.一种倒装LED芯片，包括: 衬底，所述衬底包括第一区域、第二区域及所述第一区域和第二区域之间的第三区域； 形成于所述衬底的所有区域上的外延层，所述外延层包括依次形成于所述衬底上的N型半导体层、有源层和P型半导体层； 形成于所述外延层中的若干阵列排布的凹槽和凹槽通道，所述凹槽和凹槽通道暴露出所述N型半导体层，所述若干阵列排布的凹槽中同一行上的凹槽通过凹槽通道连通； 形成于所述P型半导体层的预定区域上的阻挡层； 形成于所述凹槽和凹槽通道侧壁上的保护层； 形成于所述阻挡层、凹槽和凹槽通道中的接触层，所述接触层暴露保护层； 形成于所述接触层及保护层上的DBR反射层，所述第一区域上的DBR反射层中形成有第一通孔，所述第一通孔暴露所述阻挡层上的接触层，所述第二区域上的DBR反射层中形成有第二通孔，所述第二通孔暴露凹槽中的接触层； 形成于DBR反射层上及第一通孔和第二通孔中的金属功能层，所述金属功能层包括位于所述第一区域上的第一金属功能层及位于所述第二区域上的第二金属功能层，所述第一金属功能层与第二金属功能层之间具有一与第三区域相对应的间隙；以及 与所述衬底倒装焊接的倒装基板，所述倒装基板包括第一基板、第二基板、设置于第一基板和第二基板之间用以绝缘隔离所述第一基板和第二基板的绝缘隔离固定板、设置于第一基板上的第一焊盘及设置于第二基板上的第二焊盘，所述第一金属功能层对应于所述第一基板，所述第二金属功能层对应于所述第二基板，所述缘隔离固定板插入所述第一金属功能层与第二金属功能层之间的间隙。
2.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述保护层还延伸至所述P型半导体层的边缘。
3.如权利要求1或2所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述阻挡层和保护层的材料为二氧化硅，所述接触层的材料为ITO。
4.如权利要求1或2所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述第一金属功能层和第二金属功能层均包括层叠设置的金属接触层、金属阻障层和金属电极层，所述金属接触层的材料为铬或镍，所述金属阻障层的材料为钛或镍，所述金属电极层的材料为铝。
【文档编号】H01L33/62GK204216092SQ201420740155
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】张昊翔, 丁海生, 李东昇, 江忠永 申请人:杭州士兰明芯科技有限公司