牺牲层结构及采用该结构剥离材料层的方法与流程

本发明属于材料层图形化技术领域，具体涉及一种局部剥离材料层形成图形化结构的方法。

背景技术：

在半导体和微电子机械系统的制造工艺中经常应用到图形化技术，例如形成图形化的金属电极、薄膜层等。目前图形化技术主要有：湿法腐蚀、干法腐蚀、剥离三种。

中国专利文献cn101136327a公开了一种图形化铂/钛金属薄膜的剥离制备方法，在基片上制备牺牲层；通过光刻和刻蚀技术图形化牺牲层，将来pt/ti金属薄膜保留的地方，牺牲层被刻蚀掉，将来pt/ti金属薄膜被剥离的地方，牺牲层被保留；在图形化后的牺牲层上制备pt/ti金属薄膜；释放牺牲层，剥离出pt/ti金属薄膜图形。

现有发光二极管之增光工艺，经常通过键合工艺在芯片外延层与基板之间制作反射镜面，藉此避免芯片内发光被基板吸收，并将其反射至出光面提升整体亮度。镜面结构的反射率一般采用低折射率材料(例如mgf2)以使折射率差异更大，增加全反射机率以增加反射率。然而低射率材料的化学特性与目前普遍使用的介电质材料sio2有着明显的不同。以mgf2来说，它具不易使用化学溶液蚀刻的特性，因此多采用剥离的方式定义镜面反射层的图形，如图1所示。在剥离工艺中，由于需配合蒸镀机台的高温制程，一般不能采用传统的光阻作为牺牲层，多采用sio2为主。然而，采用剥离方式完成的mgf2层141容易在边缘残留剥离不完全的mgf2层142，部分会呈现悬空的状态，进而使后续蒸镀的金属镜面160产生裂缝162，如图2所示，影响芯粒的亮度以及可靠性验证。

技术实现要素：

本发明公开了一种牺牲层结构及采用该牺牲层结构剥离材料层形成图形化结构的方法，该方法适用于任何需要采用剥离的制程，例如氧化物、薄膜或者金属等。

根据本发明的第一个方面，一种用于剥离材料层的牺牲层结构，包括：基材，其上表面划分为第一区域和第二区域；牺牲层，形成于所述基材上表面的第一区域；所述牺牲层呈上宽下窄状，其厚度大于待剥离的材料层的厚度。

优选地，所述牺牲层依次包括第一牺牲层和第二牺牲层，其结构呈现第二牺牲层长度大于第一牺牲层。所述第一牺牲层和第二牺牲层优选为不同金属材料，其中第一牺牲层蚀刻速率远大于第二牺牲层，使该双层牺牲层在以不同化学溶液蚀刻后，结构呈现第二牺牲层长度大于第一牺牲层的蘑菇状牺牲层。

优选地，所述第一牺牲层的厚度大于所述待剥离的材料层的厚度。

根据本发明的第二个方面，一种剥离材料层的方法，包括步骤：（1）提供基材，其上表面划分为第一区域和第二区域；（2）在所述基材上表面的第一区域形成牺牲层，所述牺牲层呈上宽下窄状；（3）在所述基材的上表面沉积待剥离的材料层，由于所述牺牲层呈上宽下窄状，使得所述材料层覆盖在所述牺牲层的部分与覆盖在所述基材上表面的第二区域的部分断开；（4）去除所述牺牲层，从而将位于所述牺牲层表面上的材料层剥离。

优选的，所述步骤（2）中形成的牺牲层依次包括第一牺牲层和第二牺牲层，其结构呈现第二牺牲层的长度大于第一牺牲层。

在一些实施例中，所述步骤（3）包括：(a)蒸镀第一牺牲层，接着蒸镀第二牺牲层，其中第一牺牲层的蚀刻速率大于第二牺牲层；(b)定义牺牲层图形，利用黄光制程定义出图形，使用第一蚀刻液蚀刻第二牺牲层，接着使用第二蚀刻液蚀刻第一牺牲层，利用不同蚀刻溶液蚀刻，且控制蚀刻速率使其双牺牲层形成上长下短的蘑菇状的形貌。

优选地，所述第一牺牲层的厚度为100~2000nm；所述第二牺牲层的厚度为10~200nm。

优选地，所述第一牺牲层的厚度高于所述材料层的厚度。

本发明还提供了一种发光二极管的镜面制作方法，包括步骤：（1）提供一led外延结构，具有对相的第一表面和第二表面，其中第一表面为出光面，第二表面划分为欧姆接触区和光反射区；（2）在所述led外延结构第二表面的欧姆接触区形成一牺牲层，所述牺牲层呈上宽下窄状；（3）在所述外延结构的第二表面上沉积透光层，由于所述牺牲层呈上宽下窄状，使得所述透光层覆盖在所述牺牲层的部分与覆盖在所述外延结构第二表面的光反射区的部分断开；（4）去除所述牺牲层，从而将位于所述牺牲层表面上的透光层剥离，形成图案化的透光层；（5）在所述透光层上形成金属反射层。

本发明具有至少以下有益效果：（1）利用特殊结构的牺牲层结构，可以形成自动剥离，使得剥离流程较为简便，同时可以获得较佳的剥离形貌，保留的图案边缘不易残留或掀起。（2）能应用于更多特殊状况，如高温、强酸强碱保护等。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1为现有的采用剥离方式在发光二极管外延层表面上形成图形化的材料层的示意图。

图2为在图1所形成的图形化材料层上形成金属镜面的结构示意图。

图3为根据本发明实施的一种局部剥离材料层形成图形化结构的流程图。

图4~9为根据本发明实施的一种发光二极管的表面上形成镜面结构的过程示意图。

图中各标号表示如下：

110：led外延结构的表面；

110a：led外延结构表面之形成图形化mgf2层140的区域；

110b：led外延结构表面之形成牺牲层130的区域；

130：sio2牺牲层；

140：mgf2层；

141：剥离后的图形化mgf2层

142：边缘残留的mgf2层；

160：金属镜面层；

162：裂缝；

210：led外延结构；

210a：led外延结构表面的光反射区；

210b：led外延结构表面的欧姆接触区；

220：半导体欧姆接触层；

230：牺牲层；

231：第一牺牲层；

232：第二牺牲层；

240：透光层；

241：透光层之位于牺牲层上部分；

242：图形化后的透光层；

250：金属欧姆接触层；

260：金属镜面层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所公开的牺牲层结构及采用该牺牲层结构剥离材料层形成图形化结构的方法进行详细说明。

图3公开了根据本发明实施的一种局部剥离材料层形成图形化结构的方法，其具体包括步骤s110~s140，下面以制作发光二极管之图形化反射层为例，结合附图4~9进行详细描述。

步骤s110：提供一待形成图案化层240的基材210。以led芯片为例，基材210包括led外延结构，一般包括n型半导体层、p型半导体层和夹在两者之间的有源层，该led外延结构210的表面划分为两个区域：光反射区210a和欧姆接触区210b，其中光反射区210a用于形成低折射率材料层，欧姆接触区210b用于形成欧姆接触层。以algainp系led为例，欧姆接触区210b可预先形成gaas欧姆接触层220和金属欧姆接触层250，光反射区210a用于形成低折射率材料层，如图4所示。

步骤s120：在基材210上表面的欧姆接触区210b形成牺牲层230，其呈上宽下窄状。此为本实施例的重点步骤之一，其要求形成的上宽下窄的特殊形貌的牺牲层，且其厚度上要求大于待剥离材料层的厚度，具体如下：

首先，依次在基材210的上表面形成第一牺牲层231和第二牺牲层232，如图5所示，其中第一牺牲层231和第二牺牲层232的总厚度大于待形成的低折射率材料层的厚度，第一牺牲层231的厚度的100~2000nm，第二牺牲层232的厚度为10~200nm，优选第一牺牲层231和第二牺牲层232采用不同金属材料构成，可采用不同的蚀刻液分别进行选择性蚀刻，其中第一牺牲层231的蚀刻速率远大于第二牺牲层的蚀刻速率。采用金属牺牲层比较能够适用于高温、强酸或强碱等制程。在本实施例，第一牺牲层231选用银，厚度取值可为100~1000nm，例如500nm，第二牺牲层232选用钛，厚度取值可为10~100nm，例如50nm。

接着，利用黄光工艺定义牺牲层的图案。先使用第一蚀刻液蚀刻第二牺牲层232，接着使用第二蚀刻液蚀刻第一牺牲层231，其中第二蚀刻液基本上不对第二牺牲层进行蚀刻，利用不同蚀刻溶液蚀刻不同牺牲层，且控制蚀刻速率和蚀刻的时间使其双牺牲层形成上长下短的蘑菇状的形貌。在本实施例，先使用hf：h2o蚀刻液蚀刻第二牺牲层，蚀刻时间为5~20秒，接着使用nh4oh：h2o2蚀刻液蚀刻第一牺牲层，蚀刻时间为20~50秒，利用不同蚀刻溶液蚀刻不同金属，形成如图6所示的形貌。

步骤s130：沉积透光层240。由于牺牲层230呈上宽下窄状，使得透光层240覆盖在牺牲层230的部分241与覆盖在led外延结构上表面的光反射区210a的部分242断开，如图7所示。由于蘑菇状的牺牲层设计，透光层240蒸镀后，位于牺牲层230上的部分241（欲去除部分）即自动与位于光反射区的部分242（欲保留部分）剥离。

步骤s140：去除牺牲层230，即完成剥离制程，在led外延结构210的光反射区210a形成图形化的透光层242。

然后，在透光层242和金属欧姆接触层250上形成金属镜面层260，从而完成led的镜面制作。

在本实施例中，由于牺牲层230呈蘑菇状设计，可以有效的避免定义图型边缘残留，此外其上下长度以及高度的落差，搭配薄膜蒸镀机台的蒸镀特性，达到自动剥离的效果。

尽管已经描述本发明的示例性实施例，但是理解的是，本发明不应限于这些示例性实施例而是本领域的技术人员能够在如下文的权利要求所要求的本发明的精神和范围内进行各种变化和修改。