一种发光二极管芯片的制作方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管芯片的制作方法。

背景技术：

发光二极管(英文：lightemittingdiode，简称：led)是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管，具有体积小、亮度高和能耗小的特点，被广泛地应用在显示屏、背光源和照明领域。

芯片是led的核心组件，现有led芯片的制作方法包括：在衬底上依次形成缓冲层、n型半导体层、发光层和p型半导体层；在p型半导体层上开设延伸至n型半导体层的凹槽，在凹槽内的n型半导体层上形成延伸至衬底的隔离槽；在凹槽内的n型半导体层上形成n型电极，在p型半导体层上形成p型电极；将p型电极和n型电极粘附在胶膜上；采用激光剥离技术去除衬底，形成若干相互独立的led芯片。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

在采用激光剥离技术去除衬底时，激光沿led芯片的形成方向射向衬底，其中射向隔离槽的激光会到达胶膜而烧糊胶膜，造成胶膜无法去除干净，或者芯片被损伤，led芯片制作失败。

技术实现要素：

为了解决现有技术胶膜被激光烧糊导致led芯片制作失败的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制作方法。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制作方法，所述制作方法包括：

在衬底上形成若干相互独立的芯片，各个所述芯片包括n型半导体层、发光层、p型半导体层、p型电极和n型电极，所述n型半导体层、所述发光层、所述p型半导体层依次层叠在所述衬底上，每个所述芯片上设有从所述p型半导体层延伸至所述n型半导体层的凹槽，所述n型电极设置在所述凹槽内的n型半导体层上，所述p型电极设置在所述p型半导体层上，相邻两个所述芯片之间设有从所述n型半导体层延伸至所述衬底的隔离槽；

在所述隔离槽内形成保护膜，所述保护膜至少设置在所述隔离槽内的衬底上，所述保护膜的材料采用金属或金属氧化物；

将各个所述芯片的p型电极和n型电极分别粘附在胶膜上；

采用激光剥离技术去除所述衬底；

去除所述保护膜。

可选地，所述保护膜还设置在所述隔离槽内的n型半导体层的侧壁上。

可选地，所述保护膜的厚度为1nm～5000nm。

可选地，所述在所述隔离槽内形成保护膜，包括：

采用光刻技术在所述芯片上形成负性光刻胶；

在所述负性光刻胶和所述隔离槽内铺设金属膜或金属氧化物膜；

去除所述负性光刻胶，形成所述保护膜。

优选地，所述在所述负性光刻胶和所述隔离槽内铺设金属膜或金属氧化物膜，包括：

采用溅射技术在所述负性光刻胶和所述隔离槽内铺设金属膜或金属氧化物膜。

可选地，所述胶膜包括聚氯乙烯基材和亚克力系粘着剂。

优选地，所述去除所述保护膜，包括：

采用浓度为3％～15％的盐酸去除所述保护膜。

可选地，所述在衬底上形成若干相互独立的芯片，包括：

采用金属有机化合物化学气相沉淀技术在衬底上依次生长n型半导体层、发光层、p型半导体层；

采用光刻技术在所述p型半导体层上形成第一图形的光刻胶；

在所述第一图形的光刻胶的保护下，对所述p型半导体层和所述发光层进行干法刻蚀，形成从所述p型半导体层延伸至所述n型半导体层的凹槽；

去除所述第一图形的光刻胶；

采用光刻技术在所述p型半导体层和所述凹槽内的n型半导体层上形成第二图形的光刻胶；

在所述第二图形的光刻胶的保护下，对所述n型半导体层进行干法刻蚀，形成从所述n型半导体层延伸至所述衬底的隔离槽；

去除所述第二图形的光刻胶；

采用光刻技术在所述p型半导体层、所述凹槽内的n型半导体层和所述隔离槽内的衬底上形成第三图形的光刻胶；

在所述第三图形的光刻胶、所述p型半导体层和所述n型半导体层上铺设金属层；

去除所述第三图形的光刻胶，所述p型半导体层上的金属层形成p型电极，所述n型半导体层上的金属层形成n型电极。

优选地，各个所述芯片还包括透明导电层，所述透明导电层为设置在所述p型半导体层上的氧化铟锡膜；

所述在衬底上形成若干相互独立的芯片，还包括：

在所述采用光刻技术在所述p型半导体层、所述凹槽内的n型半导体层和所述隔离槽内的衬底上形成第三图形的光刻胶之前，在所述p型半导体层、所述凹槽内的n型半导体层和所述隔离槽内的衬底上铺设氧化铟锡膜；

采用光刻技术在所述氧化铟锡膜上形成第四图形的光刻胶；

在所述第四图形的光刻胶的保护下，对所述氧化铟锡膜进行湿法腐蚀，形成所述透明导电层；

去除所述第四图形的光刻胶；

对所述透明导电层进行退火。

更优选地，各个所述芯片还包括钝化层，所述钝化层为设置在所述芯片上除所述p型电极、所述n型电极、以及所述隔离槽内的衬底上之外的区域的二氧化硅层；

所述在衬底上形成若干相互独立的芯片，还包括：

在所述去除所述第三图形的光刻胶之后，在所述芯片上铺设二氧化硅层；

采用光刻技术在所述二氧化硅层上形成第五图形的光刻胶；

在所述第五图形的光刻胶的保护下，对所述二氧化硅层进行湿法腐蚀，形成所述钝化层；

去除所述第五图形的光刻胶。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过预先在隔离槽内的衬底上形成金属膜或金属氧化物膜作为保护膜，再采用激光剥离技术去除衬底，当激光沿芯片的形成方向射向衬底时，其中射向隔离槽的大部分激光会被保护膜吸收而无法到达胶膜，因此可以避免胶膜被激光损伤，进行下一步加工，完成led芯片的制作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例提供的一种发光二极管芯片的制作方法的流程图；

图2a-图2j是本发明实施例提供的制作过程中芯片的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的氧化铟锡膜对不同波长光线的透光率的曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例

本发明实施例提供了一种发光二极管芯片的制作方法，尤其适用于微型发光二极管(英文：microled)芯片的制作。参见图1，该制作方法包括：

步骤101：在衬底上形成若干相互独立的芯片，各个芯片包括n型半导体层、发光层、p型半导体层、p型电极和n型电极，n型半导体层、发光层、p型半导体层依次层叠在衬底上，每个芯片上设有从p型半导体层延伸至n型半导体层的凹槽，n型电极设置在凹槽内的n型半导体层上，p型电极设置在p型半导体层上，相邻两个芯片之间设有从n型半导体层延伸至衬底的隔离槽。

具体地，该步骤101可以包括：

第一步，采用金属有机化合物化学气相沉淀技术(英文：metalorganicchemicalvapordeposition，简称：mocvd)在衬底上依次生长n型半导体层、发光层、p型半导体层。

图2a为第一步执行之后芯片的结构示意图。其中，11为衬底，12为n型半导体层，13为发光层，14为p型半导体层。如图2a所示，n型半导体层12、发光层13、p型半导体层14依次层叠在衬底11上。

在具体实现中，可以采用高纯氢气(h2)、或者高纯氮气(n2)、或者高纯h2和高纯n2的混合气体作为载气，高纯氨气(nh3)作为氮源，三甲基镓(tmga)及三乙基镓(tega)作为镓源，三甲基铟(tmin)作为铟源，三甲基铝(tmal)作为铝源，硅烷(sih4)作为n型掺杂剂，二茂镁(cp2mg)作为p型掺杂剂。反应室压力控制在100～600torr。

具体地，衬底可以为蓝宝石衬底，n型半导体层可以为n型掺杂的氮化镓层，p型半导体层可以为p型掺杂的氮化镓层；发光层可以包括多个量子阱层和多个量子垒层，多个量子阱层和多个量子垒层交替层叠设置，量子阱层为铟镓氮层，量子垒层为氮化镓层。

在实际应用中，各个芯片还可以包括层叠在衬底和n型半导体层之间的缓冲层，以缓解蓝宝石和氮化镓材料之间的晶格失配。具体地，缓冲层可以为氮化镓层或氮化铝层。

相应地，在第一步中，采用mocvd在衬底上依次生长缓冲层、n型半导体层、发光层、p型半导体层。

第二步，采用光刻技术在p型半导体层上形成第一图形的光刻胶。

在实际应用中，形成某种图形的光刻胶时，可以先铺设一层光刻胶，再在掩膜版的遮挡下对光刻胶进行曝光，最后将曝光后的光刻胶浸泡在显影液中，部分光刻胶溶解在显影液中，留下所需图形的光刻胶。

第三步，在第一图形的光刻胶的保护下，对p型半导体层和发光层进行干法刻蚀，形成从p型半导体层延伸至n型半导体层的凹槽。

在具体实现中，可以采用电感耦合等离子体(英文：inductivecoupledplasma，简称：icp)技术对p型半导体层和发光层进行干法刻蚀。

第四步，去除第一图形的光刻胶。

在本实施例中，第二步至第四步用于形成凹槽，其中，第一图形的光刻胶覆盖在p型半导体层上除凹槽所在位置之外的区域，以便干法刻蚀没有光刻胶覆盖的p型半导体层和发光层形成凹槽。

图2b为第四步执行之后芯片的结构示意图。其中，21为凹槽。如图2b所示，凹槽21从p型半导体层14延伸到n型半导体层12。

具体地，凹槽的深度等于p型半导体层和发光层的厚度之和。更具体地，凹槽的深度可以为1μm～1.5μm。

第五步，采用光刻技术在p型半导体层和凹槽内的n型半导体层上形成第二图形的光刻胶。

具体实现步骤可以与第二步类似，不同之处仅在于采用的掩膜板的形状不同，因而形成的光刻胶的图形不同。

第六步，在第二图形的光刻胶的保护下，对n型半导体层进行干法刻蚀，形成从n型半导体层延伸至衬底的隔离槽。

在具体实现中，可以采用icp技术对n型半导体层进行干法刻蚀。

第七步，去除第二图形的光刻胶。

在本实施例中，第五步至第七步用于形成隔离槽，其中，第二图形的光刻胶覆盖在p型半导体层和n型半导体层上除隔离槽所在位置之外的区域，以便干法刻蚀没有光刻胶覆盖的n型半导体层形成隔离槽。

图2c为第七步执行之后芯片的结构示意图。其中，22为隔离槽。如图2c所示，隔离槽22从n型半导体层12延伸到衬底11。

具体地，隔离槽和凹槽的深度之和等于p型半导体层、发光层和n型半导体层的厚度之和。更具体地，隔离槽和凹槽的深度之和可以为5μm～10μm。

可选地，各个芯片还可以包括透明导电层，透明导电层为设置在p型半导体层上的氧化铟锡(英文：indiumtinoxide，简称：ito)膜，以便横向扩展p型电极注入的电流。

相应地，该步骤101还可以包括：

在第八步之前，在p型半导体层、凹槽内的n型半导体层和隔离槽内的衬底上铺设氧化铟锡膜；

采用光刻技术在氧化铟锡膜上形成第四图形的光刻胶；

在第四图形的光刻胶的保护下，对氧化铟锡膜进行湿法腐蚀，形成透明导电层；

去除第四图形的光刻胶；

对透明导电层进行退火。

在本实施例中，第四图形的光刻胶覆盖在p型半导体层上透明导电层所在的位置，以便去除其它区域的氧化铟锡膜，形成所需形状的透明导电层。另外，对透明导电层进行退火，可以使透明导电层与p型半导体层之间形成欧姆接触。

图2d为上述步骤执行之后芯片的结构示意图。其中，15为透明导电层。如图2d所示，透明导电层15设置在p型半导体层上。

具体地，透明导电层的厚度可以为20nm～200nm。

第八步，采用光刻技术在p型半导体层、凹槽内的n型半导体层和隔离槽内的衬底上形成第三图形的光刻胶。

具体实现步骤可以与第二步类似，不同之处仅在于采用的掩膜板的形状不同，因而形成的光刻胶的图形不同。

第九步，在第三图形的光刻胶、p型半导体层和n型半导体层上铺设金属层。

第十步，去除第三图形的光刻胶，p型半导体层上的金属层形成p型电极，n型半导体层上的金属层形成n型电极。

在本实施例中，第八步至第十步用于形成电极，其中，第三图形的光刻胶覆盖在p型半导体层上除p型电极所在位置之外的区域和n型半导体层上除n型电极所在位置之前的区域，以便后续去除第三图形的光刻胶时，将第三图形的光刻胶上的金属层一并去除，留下p型电极和n型电极。

图2e为第十步执行之后芯片的结构示意图。其中，16为p型电极，17为n型电极。如图2e所示，p型电极16设置在p型半导体层14上，n型电极17设置在n型半导体层12上。

可选地，n型电极的厚度可以等于从p型电极、p型半导体层和发光层的厚度之和，以便后续去除衬底上，n型电极可以和p型电极一起粘附在胶膜上，提高粘附的牢固性和稳定性。

可选地，各个芯片还可以包括钝化层，钝化层包括设置在芯片上除p型电极、n型电极、以及隔离槽内的衬底上之外的区域的二氧化硅层，以对芯片形成保护，避免损伤和漏电。

相应地，该步骤101还可以包括：

在第十步之后，在芯片上铺设二氧化硅层；

采用光刻技术在二氧化硅层上形成第五图形的光刻胶；

在第五图形的光刻胶的保护下，对二氧化硅层进行湿法腐蚀，形成钝化层；

去除第五图形的光刻胶。

在本实施例中，第五图形的光刻胶覆盖在芯片上钝化层所在的位置，以便去除其它区域的二氧化硅层，形成所需形状的钝化层。

图2f为上述步骤执行之后芯片的结构示意图。其中，18为钝化层。如图2f所示，钝化层18覆盖在芯片上除p型电极16和n型电极17之外的所有区域，包括透明导电层15、p型半导体层14、凹槽21的侧壁、n型半导体层12、隔离槽22的侧壁和衬底11。

步骤102：在隔离槽内形成保护膜，保护膜至少设置在隔离槽内的衬底上，保护膜的材料采用金属或金属氧化物。

图2g为步骤102执行之后芯片的结构示意图。其中，23为保护膜。如图2g所示，保护膜23设置在隔离槽22内。

具体地，当保护膜的材料采用金属时，保护膜的材料具体可以采用铝(al)、金(au)、银(ag)、镍(ni)、铂(pt)和钛(ti)中的一种单质或至少两种的合金；当保护膜的材料采用金属氧化物时，保护膜的材料具体可以采用氧化铟锡(英文：indiumtinoxides，简称ito)、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃(azo)、镓掺杂的氧化锌透明导电玻璃(gzo)、铟镓锌氧化物(英文：indiumgalliumzincoxide，简称igzo)、zno中的一种。

在本实施例中，保护膜的材料采用ito。

可选地，保护膜还可以设置在隔离槽内的n型半导体层的侧壁上，避免激光在到达胶膜的过程中损伤芯片，防止芯片由于损伤而失效。

需要说明的是，芯片的正面是没有保护膜的，以免芯片漏电。其中，芯片的正面是指形成p型半导体层等的表面。

可选地，保护膜的厚度可以为1nm～5000nm。若保护膜的厚度小于1nm，则无法保护胶膜；若保护膜的厚度大于5000nm，则会造成材料的浪费。

可选地，该步骤102可以包括：

采用光刻技术在芯片上形成负性光刻胶；

在负性光刻胶和隔离槽内铺设金属膜或金属氧化物膜；

去除负性光刻胶，形成保护膜。

采用上述剥离技术去除部分金属膜或金属氧化物膜，与采用刻蚀技术去除部分金属膜或金属氧化物膜相比，可以避免刻蚀过程中对芯片(特别是凹槽的侧壁)造成损伤。

优选地，在负性光刻胶和隔离槽内铺设金属膜或金属氧化物膜，可以包括：

采用溅射技术在负性光刻胶和隔离槽内铺设金属膜或金属氧化物膜。

需要说明的是，没有进行退火的金属氧化物膜，如氧化铟锡膜，非常容易被酸性溶液腐蚀，通常几秒钟即可被腐蚀完全，因此本实施例在形成保护膜之后不进行退火，以便在后续方便地去除保护膜，将保护膜的去除速率提高5倍。

步骤103：将各个芯片的p型电极和n型电极分别粘附在胶膜上。

图2h为步骤103执行之后芯片的结构示意图。其中，24为胶膜。如图2h所示，胶膜24粘附在芯片的p型电极16和n型电极17上。

具体地，胶膜可以包括聚氯乙烯基材和亚克力系粘着剂，即业内所说的蓝膜，材料获取方便，而且实现成本低。

步骤104：采用激光剥离技术去除衬底。

图2i为步骤104执行之后芯片的结构示意图。如图2i所示，衬底11已被去除。

在具体实现中，将激光作用在缓冲层内，利用激光能量分解氮化镓和蓝宝石交界处的缓冲层，从而将蓝宝石衬底从氮化镓材料上分离。

图3为氧化铟锡膜对不同波长的光线的透光率的曲线图。如图3所示，在波长为300nm～800nm的范围内，波长越短，氧化铟锡膜对光线的透过率越低，即吸收率越高，而目前去除衬底所采用的激光的波长为255nm，因此氧化铟锡膜可以吸收大部分激光(几乎是100％)。而且这个波长的激光能量大，可以有效分离衬底。

本发明通过预先在隔离槽内的衬底上形成金属膜或金属氧化物膜作为保护膜，再采用激光剥离技术去除衬底，当激光沿芯片的形成方向射向衬底时，其中射向隔离槽的大部分激光会被保护膜吸收而无法到达胶膜，因此可以避免胶膜被激光损伤，进行下一步加工，完成led芯片的制作。

步骤105：去除保护膜。

图2j为步骤105执行之后芯片的结构示意图。如图2j所示，保护膜23已被去除。

如前所述，没有进行退火的金属氧化物膜(如氧化铟锡膜)非常容易被酸性溶液腐蚀，通常几秒钟即可被腐蚀完全，同时酸性溶液对胶膜没有作用，因此采用酸性溶液可以很方便地去除保护膜。

可选地，该步骤105可以包括：

采用浓度为3％～15％的盐酸去除保护膜。

一方面采用市场上普遍销售的腐蚀溶液，获取成本低；另一方面可以避免腐蚀溶液对其它层的损伤。

优选地，盐酸的温度可以为25℃～60℃，采用室温即可，容易实现。

在实际应用中，在该步骤105之后，可以芯片烘干，将芯片固定在基板上，形成正装芯片；或者，先将芯片粘附在另一胶膜上，再将芯片固定在基板上，形成倒装芯片。另外，在将芯片固定在基板上之前，可以对胶膜进行扩膜，以调整相邻芯片之间的距离。

本发明实施例通过预先在隔离槽内的衬底上形成氧化铟锡膜作为保护膜，再采用激光剥离技术去除衬底，当激光沿芯片的形成方向射向衬底时，其中射向隔离槽的大部分激光会被作为保护膜的氧化铟锡膜吸收而无法到达胶膜，因此可以避免胶膜被激光损伤，进行下一步加工，完成led芯片的制作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。