倒装LED芯片的制作方法

本发明涉及led芯片制造技术领域，特别是涉及一种倒装led芯片。

背景技术：

发光二极管(lightemittingdiode,led)是一种半导体固态发光器件，其利用半导体pn结电致发光原理制成。led器件具有开启电压低、体积小、响应快、稳定性好、寿命长、无污染等良好光电性能，因此在室外室内照明、背光、显示、交通指示等领域具有越来越广泛的应用。

一般来说led芯片分为水平结构(正装芯片)和倒装结构(倒装芯片)两种类型；对于芯片，在使用过程中，顶针会顶在芯片的正中心区域(顶针区域，及其以芯片为中心，半径≤50微米的范围)，对于正装芯片，顶针是顶在正装芯片的背面，由于正装芯片的背面为衬底面，因此顶针不会刺伤正装芯片，正装芯片会不失效。

对于倒装芯片，顶针会顶在倒装芯片的正面，由于倒装芯片的正面为带有工作结构的一面，顶针会刺伤倒装芯片的工作结构表面，使得倒装芯片失效。

对于设有偶数个条状通孔(n型或p型电极)的倒装芯片，由于条状通孔避开了顶针位于的正中心区域，即顶针会顶在相邻的两个条状通孔之间，由此不会出现由于顶针会刺破位于倒装芯片正面的条状通孔的mesa台面处的保护层，使得所述芯片失效的问题。

然而，对于设有奇数个条状通孔的倒装芯片，其中的一个条状通孔会经过顶针位于的正中心区域，即顶针会顶在该条状通孔结构上，由此会出现由于顶针会刺破位于倒装芯片正面的该条状通孔的mesa台面处的保护层，使得所述倒装芯片漏电失效的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种倒装led芯片，将位于芯片中间区域的条状通孔上的经过顶针区域的部分设有直径大于顶针区域的直径的外扩孔结构，使得该外扩孔结构上的mesa台面处于顶针区域之外，避免顶针刺伤mesa台面处的绝缘保护层，从而实现避免倒装led芯片漏电失效的目的。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种倒装led芯片，包括：倒装led芯片本体；以及间隔设置在所述倒装led芯片本体正面上的奇数个条状通孔；其中，奇数个条状通孔中的一个条状通孔为中心条状通孔，其经过所述倒装led芯片本体的中轴线，所述中心条状通孔包括第一插栓通孔、外扩孔结构和贯穿所述外扩孔结构并与所述第一插栓通孔连接的条状凹槽部，所述第一插栓通孔用于形成n电极结构，所述外扩孔结构包含顶针区域。

进一步的，所述顶针区域是所述倒装led芯片在封装工序中所使用的顶针所刺到的区域。

进一步的，所述外扩孔结构为圆形或椭圆形，或者为圆形、椭圆形中的一种与其他形状的组合形状。

进一步的，所述外扩孔结构为圆形时，其直径范围为100μm～200μm。

进一步的，所述外扩孔结构的深度范围为0.1μm～10μm。

进一步的，所述倒装led芯片本体包括：衬底；依次形成于所述衬底上的n-gan层、多量子阱层和p-gan层；以及，依次形成于所述p-gan层上的透明导电层、反射层、金属保护层和绝缘保护层；其中，所述奇数个条状通孔形成于所述绝缘保护层中。

进一步的，所述倒装led芯片本体正面包括第一区、第二区和绝缘区，所述绝缘区位于所述第一区和第二区之间，用以绝缘隔离所述第一区和第二区。

所述条状凹槽部位于所述第一区内，所述外扩孔结构位于所述绝缘区内，所述第一插栓通孔位于所述第二区内。

除了所述中心条状通孔的每个条状通孔包括一条状凹槽段和第一插栓通孔段，所述条状凹槽段连通所述第一插栓通孔段，所述条状凹槽段内部表面和所述第一插栓通孔段的侧壁表面覆盖有所述绝缘保护层；所述条状凹槽段位于所述第一区和绝缘区内，所述第一插栓通孔段位于所述第二区内。

进一步的，还包括：间隔设置在所述第一区上且位于相邻的所述条状通孔之间的第二插栓通孔，所述第二插栓通孔的侧壁表面上形成有所述绝缘保护层；

间隔设置在所述第二区内的若干个第三插栓通孔，每个所述第三插栓通孔的侧壁表面上形成有所述绝缘保护层。

形成于所述第一区表面上的p电极结构层，所述p电极结构层填充所述第二插栓通孔形成p电极结构，且其与所述金属保护层电连接。

形成于所述第二区表面上的n电极结构层，所述n电极结构层填充所述中心条状通孔的第一插栓通孔和除了中心条状通孔的其他条状通孔的第一插栓通孔段以及第三插栓通孔形成n电极结构，其与所述n电极层电连接。

进一步的，所述绝缘保护层为sio2、sinx、sio2、sinx中的一种组成的单层结构，或者，所述绝缘保护层为sio2、sinx、sio2、sinx中的几种交替组成叠层结构。

进一步的，所述金属保护层为cr、au、pt、ni、ti、tiw合金中的一种组成的单层结构，或者，所述金属保护层为cr、au、pt、ni、ti、tiw合金中的几种交替组成叠层结构；所述透明导电层的材料为ito或者zno；所述反射层的材料为ag或者al。

本发明具有以下技术效果：

本发明的中心条状通孔的外扩结构包含顶针区域，即顶针区域的直径＜中心条状通孔上的外扩孔结构的直径，所述外扩孔结构的mesa台面(第二mesa台面)位于顶针区域外部，使得在使用所述倒装led芯片时，顶针刺不到所述外扩孔结构的mesa台面上的绝缘保护层，解决了由于顶针刺破所述倒装led芯片中心条状通孔上的绝缘保护层而导致的倒装led芯片出现漏电失效的问题。且本实施例中的倒装led芯片设有奇数个条状通孔可以使倒装led芯片电流分布更均匀，提高了出光效率。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种倒装led芯片的俯视图；

图2为本发明一实施例提供的一种倒装led芯片的形成方法的流程图；

图3a～图3f分别为图2所示的形成方法的中的芯片沿a-a方向的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。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、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本实施例提供的一种倒装led芯片，包括：倒装led芯片本体，间隔设置在所述倒装led芯片本体正面(工作结构表面)上的奇数个条状通孔(ct)，其中，奇数个中的一个条状通孔位于所述倒装led芯片本体的中心线上，且贯穿所述倒装led芯片本体的中心，因此，定义该条状通孔为中心条状通孔800，该中心条状通孔800包括：外扩孔结构801、第一插栓通孔803和贯穿所述外扩孔结构801与所述第一插栓通孔803连接的条状凹槽部802，作为示例，所述条状凹槽部802的俯视形状为矩形，所述外扩孔结构801由矩形的中部向外扩充形成，所述外扩孔结构801呈圆形时，其与所述倒装led芯片本体同中轴线设置。所述外扩孔结构801具有mesa台面，所述mesa台面上以及所述外扩孔结构801内表面和条状凹槽部802的内表面以及第一插栓通孔803的侧壁表面上覆盖有绝缘保护层。覆盖有绝缘保护层的圆形的所述外扩孔结构801的直径d3的范围为100μm～200μm，所述外扩孔结构801的深度范围为0.1μm～10μm，所述外扩孔结构801的直径d3大于顶针区域的直径，即所述外扩孔结构801包含顶针区域，使得外扩孔结构801的mesa台面处于顶针区域之外，顶针刺不到所述mesa台面，即避免了顶针刺伤mesa台面处的绝缘保护层，从而实现避免倒装led芯片漏电失效的目的。

所述顶针即为用于封装芯片的固晶机的顶针，即就是用于封装此类芯片的用户在使用此类芯片的时候，用于封装工序中的固晶机的机台下方设有顶针，其机台上方设有吸嘴，需要封装的芯片需要置于机台上，通过顶针向上顶芯片的正中心，然后吸嘴向下移动吸附该芯片，将其转移到用于支撑所述芯片的基板上，之后开始对该基板上的芯片进行封装流程，但不应以此为限，例如：所述顶针还可以是后续其他生产工序或测试工序中的顶针。

在本实施例中，所述外扩孔结构801呈圆形，但不应以此为限，例如所述外扩孔结构为椭圆形，或者为圆形、椭圆形中的一种与其他形状的组合形状，只要所述外扩孔结构包含了所述顶针区域，使得后续工序中的顶针刺不到所述外扩孔结构上的绝缘保护层即可。

在本实施例中，将所述倒装led芯片本体正面化分为第一区10、第二区12和绝缘区11，所述绝缘区11位于所述第一区10和第二区12之间，用于绝缘隔离所述第一区10和第二区12。所述条状凹槽部802位于所述第一区10内，所述外扩孔结构801位于所述绝缘区11内，所述第一插栓通孔803位于所述第二区12内。除了所述中心条状通孔的其他条状通孔结构相同，每个所述条状通孔包括一条状凹槽段和第一插栓通孔段，所述条状凹槽段连通所述第一插栓通孔段，所述条状凹槽段内部表面覆盖有所述绝缘保护层，所述第一插栓通孔段的侧壁表面覆盖有所述绝缘保护层，所述条状凹槽段位于所述第一区和绝缘区内，所述第一插栓通孔段位于所述第二区内。

所述倒装led芯片正面还包括间隔设置在所述第一区10上且位于相邻的所述条状通孔之间的第二插栓通孔900，所述第二插栓通孔900的侧壁表面上形成有所述绝缘保护层；间隔设置在所述第二区12内的若干个第三插栓通孔804，每个所述第三插栓通孔804的侧壁表面上形成有所述绝缘保护层。所述第一区表面上覆盖有p电极结构层，所述p电极结构层填充所述第二插栓通孔900形成p电极结构与所述倒装led芯片本体的金属保护层电连接；在所述第二区表面上覆盖有n电极结构层，所述n电极结构层填充所述中心条状通孔800的第一插栓通孔803和除了中心条状通孔的其他条状通孔的第一插栓通孔段以及第三插栓通孔804形成n电极结构与所述倒装led芯片本体的n电极层电连接。

奇数个条状通孔可以使倒装led芯片电流分布更均匀，提高出光效率。

在本实施例中，所述倒装led芯片本体包括：衬底，依次形成于所述衬底上的n-gan层、多量子阱层和p-gan层；依次形成于所述p-gan层上的透明导电层、反射层和金属保护层；覆盖于所述p-gan层、金属保护层、n-gan层以及n电极层上的绝缘保护层。所述奇数个条状通孔形成于所述绝缘保护层中。所述绝缘保护层的材料为sio2、sinx、sio2、sinx中的一种组成的单层结构，或者，为sio2、sinx、sio2、sinx中的几种交替组成叠层结构。

基于上述实施例，本发明还提供一种上述倒装led芯片的形成方法，如图2所示，本实施例提供的一种倒装led芯片的形成方法，包括：

步骤s1、提供衬底，在所述衬底上依次形成n-gan层、多量子阱层和p-gan层。

步骤s2、在所述p-gan层和多量子阱层中形成露出部分n-gan层的第一开口。

步骤s3、在所述p-gan层上形成透明导电层，对靠近所述第一开口侧壁顶部的透明导电层进行回刻，形成第二开口。

步骤s4、依次在所述透明导电层上形成反射层和金属保护层，所述第二开口贯穿所述反射层和金属保护层。

步骤s5、在所述第一开口中的n-gan层上形成n电极层。

步骤s6、在所述n电极层表面、第二开口的内表面、金属保护层表面和第一开口内表面上形成绝缘保护层，所述第二开口的内表面上形成所述绝缘保护层后即为所述外扩孔结构。顶针区域的直径＜所述第一开口的直径＜外扩孔结构的直径<第二开口直径。

将位于芯片中间区域的条状n电极结构上的经过顶针区域的部分设有直径大于顶针区域直径的外扩孔结构，使得该条状n电极结构上的mesa台面处于顶针区域之外，避免顶针刺伤mesa台面处的绝缘保护层，从而避免该倒装led芯片漏电失效。

具体请参阅附图3a～图3f，为本发明实施例提供的倒装led芯片的制造过程中，所述中心条状通孔的外扩孔结构沿图1所示a-a方向的剖面结构示意图。

如图3a所示，提供衬底100；在本实施例中，所述衬底100的材料为蓝宝石(al2o3)。但是本发明对所述衬底100的材料并不限定，其材料也可以是例如尖晶石(mgal2o4)、sic、zns、zno或gaas等其他衬底。

在这之后，在所述衬底100上依次形成n-gan层200，多量子阱层210(mqw)，p-gan层220。

所述n-gan层200，多量子阱层210(mqw)，p-gan层220均为倒装led芯片的必要结构，因此本发明对n-gan层200，多量子阱层210(mqw)，p-gan层220的功能不作赘述。

具体的，本实施例中的所述n-gan层200，多量子阱层210(mqw)，p-gan层220可以通过外延工艺依次形成于所述衬底100上，且所述n-gan层200，多量子阱层210(mqw)，p-gan层220可能为单层或者多层结构。

例如，所述p-gan层220可以是由依次形成于多量子阱层210上的掺mg的in-gan、掺mg的p-gan以及掺mg的al-gan构成，所述多量子阱层210可以是由ingan层和gan层交替堆叠构成的量子阱结构，所述n-gan层200可以是由掺si的gan层构成。

但是需要说明的是，所述n-gan层200，多量子阱层210(mqw)，p-gan层220的材料和结构仅仅是一个示例，本发明对此不作任何限定。

如图3b所示，在所述p-gan层220和多量子阱层210中形成多个露出部分n-gan层200的第一开口230，进而形成制作倒装led芯片的第一mesa台面；且至少一个所述第一开口230位于所述衬底100的中心，其与所述衬底100同中心线设置，所述第一开口230的直径为d1。所述第一mesa台面暴露出n-gan层200以便后续形成与n-gan层200电连接的n电极层在本实施例中，可以采用等离子刻蚀的方式去除部分p-gan层220材料和多量子阱层210材料，以形成所述第一开口230。这种刻蚀方式的各向异性较强，形成的第一开口230边缘较为整齐，因而第一开口230的尺寸更加容易控制。具体的可以采用三氯化硼气体和氯气作为等离子刻蚀气体，氩气作为刻蚀气体的载气。在本实施例中，所述第一开口230呈长条状。

但是需要说明的是，采用干法刻蚀以及干法刻蚀所采用的刻蚀气体只是本发明的一个示例，本发明对如何形成所述第一开口230不作限定，其他刻蚀方式例如湿法刻蚀等同样可以用于形成所述第一开口230。

如图3c所示，在所述p-gan层220上形成透明导电层300，对靠近所述第一开口230侧壁顶部的透明导电层300进行回刻，形成第二开口310，所述第二开口310的直径为d2，且d2＞d1。所述第二开口310呈圆孔状。

在本实施例中，可以形成氧化铟锡(ito)材料的透明导电层300，这种材料的透明导电层300具有较高的透光率，也就是说，其可见光波段内透过率比较高，因此可以基本不挡量子阱发出的光，降低光的损失。

此外，所述氧化铟锡材料的透明导电层300一般具有相对较小的电阻大小，进而帮助倒装led芯片工作时，后续形成于所述透明导电层300上的p电极层的电流在透明导电层300上扩散开来，这样有利于达到电流扩展的目的，进而防止电流拥堵现象的发生，增加量子效率，这进一步有利于提升倒装led芯片的工作性能。所述透明导电层300介于所述p-gan层220和后续形成的反射层之间，可用于电连接所述p-gan层220和反射层。

但是本发明对是否必须形成氧化铟锡材料的透明导电层300不作限定，在本发明的其他实施例中，还可以采用其他透明且具有导电性的材料，例如氧化锌和/或氧化铟锡。

在本实施例中，可以采用磁控溅射沉积(sputter)形成所述透明导电层300，该方式比较容易对形成的透明导电层300进行控制。但是本发明对其形成方式不作限定，其他形成工艺例如反应等离子沉积(reactiveplasmadeposition,rpd)和电子束蒸镀等其他方式同样可以用于形成所述透明导电层300。

形成所述第二开口310的步骤包括，首先形成覆盖所述p-gan层220和n-gan层200的透明导电层300，之后，通过曝光显影定义所述第二开口310的位置，以光刻胶为掩膜对所述透明导电层300进行刻蚀，去除位于所述第一开口230侧壁顶部和位于所述第一开口230底部的n-gan层上的透明导电层300用以形成所述第二开口310。

但是需要说明的是，采用回刻方法只是本发明的一个示例，本发明对如何形成所述第二开口310不作限定，其他刻蚀方式例如湿法刻蚀等同样可以用于形成所述第二开口310。

如图3d所示，依次在所述透明导电层上形成反射层400和金属保护层500。

所述反射层400和金属保护层500覆盖所述透明导电层300、外露的部分p-gan层220和n-gan层200，通过负胶光刻-电子束蒸镀(或磁控溅射沉积或者其它物理气相沉积的方式)-剥离(lift_off)工艺，形成所述反射层400和金属保护层500，进而形成制作倒装led芯片的第二mesa台面，即所述第二开口310贯穿所述反射层400和金属保护层500。所述第二mesa台面暴露出p-gan层220，所述第二mesa台面为即为后续形成中心条状n电极的外扩孔结构的mesa台面。

所述反射层400为单层或者叠层结构的p电极层，可用于接收并反射所述多量子阱层210朝p电极层方向发出的光线。在本实施例中，形成叠层结构的p电极层，在所述透明导电层300上依次形成银(ag)层以及钛钨合金(tiw合金)层或铝(al)层，所述银层以及钛钨合金(tiw合金)层共同构成所述叠层结构的p电极层。所述金属保护层500为铬(cr)、金(au)、铂(pt)、镍(ni)、钛(ti)、tiw合金中的一种组成的单层结构，或者，为cr、au、pt、ni、ti、tiw合金中的几种交替组成叠层结构。所述金属保护层500可用于保护所述反射层400。

在所述反射层400上形成金属保护层(导电保护层)500。所述金属保护层500用于对形成的反射层400进行保护，这样有利于使p电极不容易受到后续工艺步骤的影响，进而保证反射层400的平整和光滑，进而有利于使p电极的光反射率尽量不受到影响。

具体的，本实施例中的金属保护层500形成于所述反射层400上。

在本实施例中，所述金属保护层500为叠层结构，具体来说，可以依次形成铬层、铂层、钛层、金层和镍层以构成所述金属保护层500，其中，铂层和钛层化学性质比较稳定，主要起到保护反射层400的作用；铬层主要起到粘附作用，也就是说用于增加反射层400与金属保护层500之间的粘附性；金层和镍层起到保护金属保护层500中其他材料层的作用。

在本实施例中，在形成叠层结构的金属保护层500时，可以最后形成镍层，也就是说，在整个叠层结构的金属保护层500中，镍层位于最表层。这样的好处在于，镍的材料性质较为稳定，不容易被腐蚀，采用镍作为叠层结构的金属保护层500的表层有利于使金属保护层500不容易在后续的其他步骤受到影响。但是本发明对所述金属保护层500是否必须为多层结构不作限定。

此外，在本实施例中，可以采用电子束蒸镀、磁控溅射沉积或者其它物理气相沉积的方式形成所述金属保护层500。但是本发明对如何形成所述金属保护层500不作限定。

如图3e所示，在所述第一开口230中的n-gan层200上形成n电极层700。

本实施例中的n电极层700可以是与上述的反射层400相同的单层或者叠层结构，并且所述n电极层700的材料可以是铝，这种材料与n-gan层200之间的功函数差值较小，不容易因n电极层700、n-gan层200之间功函数相差较大引起n电极层700、n-gan层200之间势垒高度增加进而导致形成的倒装led芯片的工作电压升高。

但是，所述n电极层700的材料也可以是与上述反射层400相同的材料，本发明对此不作限定。

在本实施例中，所述n电极层700应不接触所述第一开口230的侧壁，也就是说，位于第一开口230中的n电极层700与第一开口230的侧壁之间具有间距701。这样的好处在于可以在一定程度上进一步防止形成的倒装led芯片漏电。所述反射层400和n电极层700之间不接触，以防止反射层400和n电极层700之间短路。

需要说明的是，形成反射层400和n电极层700的步骤顺序不分先后，或者可以在同一步骤中同时形成所述反射层400和n电极层700。

如图3e所示，在所述n电极层700表面、第二开口310的内表面、金属保护层500表面和第一开口230内表面上形成绝缘保护层600，所述第二开口310的内表面上形成所述绝缘保护层600后即为图1所示的所述外扩孔结构801。在所述n-gan层200、n电极层700、p-gan层220、金属保护层500上覆盖绝缘保护层(绝缘反射层)600，刻蚀所述第二开口310上方区域的所述绝缘保护层600，以在所述第二开口310内的绝缘保护层600中形成深度为0.1μm～10μm的外扩孔结构801。所述外扩孔结构801的直径为d3，其d3的范围为100μm～200μm。

其中，顶针区域的直径＜d1＜d3<d2。即所述外扩孔结构801的mesa台面(第二mesa台面)位于顶针区域外部，使得在使用所述倒装led芯片时，顶针刺不到所述外扩孔结构801的mesa台面上的绝缘保护层600，解决了由于顶针刺破所述倒装led芯片中心条状通孔上的保护层而导致的倒装led芯片出现漏电失效的问题。且本实施例中的倒装led芯片设有奇数个条状通孔可以使倒装led芯片电流分布更均匀，提高了出光效率。

在本实施例中，所述绝缘保护层600还可以为sio2、sinx、sio2、sinx中的一种组成的单层结构，或者，为sio2、sinx、sio2、sinx中的几种交替组成叠层结构。绝缘保护层600可采用反应等离子沉积的方式形成。

在形成所述绝缘保护层600之后，后续步骤中将在所述绝缘保护层600中形成与所述p电极层400电连接的p电极结构，以及与n电极层700电连接的n电极结构(图3f中未示出)。因此所述绝缘保护层600起到了电学隔离p电极结构以及n电极结构的作用。此外，由于所述绝缘保护层600位于所述多量子阱层210上方，也就是说，在本发明的倒装led芯片工作时，所述多量子阱层210朝远离所述衬底100的方向发出的光线将被所述绝缘保护层600反射，进而从衬底100透射至外界。这有利于增加本发明的倒装led芯片的透光率。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。