一种高压倒装芯片结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高压倒装芯片的结构及其制备方法，属于LED(发光二极管)芯片制备技术领域。
【背景技术】
[0002]随着全球电子产品个性化、轻巧化的需求蔚为风潮，封装技术已进步到CSP(ChipSize Package)。它减小了芯片封装外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。CSP封装不仅满足了芯片I/O引脚不断增加的需要，而且芯片面积与封装面积之间的比值很小，极大地缩短延迟时间。因此倒装芯片制备工艺引起了业界的注意，甚至有不少业内人士预测这项工艺将成为未来LED封装的主流技术。
[0003]LED正装芯片是最早出现的芯片结构，也是小功率芯片中普遍使用的芯片结构。该结构如图1所示，电极在上方，从上至下依次为P电极5、电流扩展层6、P型GaN层4、量子阱有源区3、N型GaN层2、N电极7、衬底I，衬底I通过固晶胶4连接在基板9上。正装芯片中因电极挤占发光面积从而制约了其发光效率，同时正装结构的芯片PN结的热量通过蓝宝石衬底I导出去，导热路径长，并且蓝宝石的导热系数较金属材料低，同时LED芯片热阻大导致器件的热性能差，并且P电极5挡住部分光线。用该正装LED芯片封装器件的功率、出光效率以及热性能均受到影响。
[0004]为了解决上述传统正装LED芯片存在的问题，业界推出了一种倒装LED芯片(简称FC，Flip-Chip)，其结构如图2所示，衬底I位于LED芯片的最上方，在衬底I的下方依次设有N型GaN层2，量子阱有源区3、P型GaN层4、电流扩展层6和光反射层10;利用ICP刻蚀技术刻蚀至N区形成N电极7，光反射层底部制作P电极5;N电极7和P电极5通过金属凸点11、12及焊料层13与基板9焊接。该倒装LED芯片结构中光从衬底I发出，发光面积增大，但是该结构中的PN结热量通过金属凸点11、12传导至基板9中，导致此处的温度极高，当LED芯片增大功率，产生的热量会无法及时有效散出，使发光效率下降，同时温度升高会导致LED寿命减少。另外由于以上所涉及到的正装芯片和倒装芯片都是将完整的外延片圆片进行管芯工艺制作完成后切割成一个个独立的小单元，每个单元为一颗LED芯片，每颗芯片上有一个正极、一个负极，单颗LED芯片的电压一般在3V左右，因此如果需要增大电压时只能将其进行单颗封装再串联，难免会增加封装和应用的难度，工艺难度加大，使整个芯片的可靠性变差。
[0005]中国专利文献CN103872195A公开的《新型倒装高压芯片外延片》，提出了一种采用可融入芯片工艺的发光薄膜作为绝缘层，用于解决高压倒装芯片绝缘层工艺中，留下的空洞对发光亮度的影响，以及漏电的危险。但是该倒装高压芯片外延片仍然是采用传统的金属凸点导电，在较大电流下工作时，焊接的热量或LED芯片工作产生的热量会使LED芯片温度升高，影响LED芯片工作可靠性，LED芯片的导热及稳定性问题仍然没有得到解决。
【发明内容】
[0006]针对传统正装芯片以及现有倒装LED芯片技术存在的不足，本发明提供一种焊接面大、散热性好、可靠性高的高压倒装芯片结构，同时提供一种该结构的制备方法。
[0007]本发明的高压倒装芯片结构，采用以下技术方案:
[0008]该结构，自上至下依次设置有衬底、N型GaN层、量子阱有源区、P型GaN层、光反射层和金属阻挡层，P型GaN层上设置有P电极，N型GaN层上设置有N电极，光反射层上在P电极和N电极之外的地方设置有TiW阻挡层，TiW阻挡层上设置有绝缘层，P电极和N电极的底部设置有电极金属膜，P电极底部的电极金属膜上设置有P极焊盘，N电极底部的电极金属膜上设置有N极焊盘，P极焊盘和N极焊盘之间设置有焊盘间绝缘层。
[0009]所述光反射层的厚度为1500-2000埃。
[0010]所述金属阻挡层采用Ti和W两种元素质量比2:1的混合物，厚度为800-1000埃。
[0011 ] 所述电极金属膜为Al、Cr和Ni质量比5:2:1的混合物，厚度为8000-10000埃。
[0012]所述焊盘间绝缘层的厚度为3000-5000埃。
[0013]上述高压倒装芯片结构的制备方法，包括以下步骤:
[0014](I)制备外延片；
[0015]在衬底上依次生长N型GaN层、量子阱有源区和P型GaN层，形成外延片；
[0016](2)蒸镀光反射层；
[0017]在外延片的P型GaN层表面蒸镀光反射层，再利用光刻胶做掩膜，制备P电极图形和N电极图形，腐蚀去除P电极图形和N电极图形上覆盖的光反射层，再去除光刻胶掩膜；
[0018](3)沉积金属阻挡层；
[0019]在步骤(2)的基础上沉积TiW阻挡层;再利用光刻胶做掩膜，制备P电极图形和N电极图形，然后腐蚀去除P电极图形和N电极图形上覆盖的金属阻挡层，最后去除光刻胶掩膜；
[0020](4)镀电极金属膜；
[0021 ]利用光刻胶做掩膜，制作P电极图形和N电极图形;在N电极图形上刻蚀去除P型GaN层和量子阱有源区，使N型GaN层露出，形成N电极，Pi极图形上刻蚀P型GaN层，露出的P型GaN层即为P电极;再在表面蒸镀一层电极金属膜，剥离掉P电极和N电极之外的电极金属膜，只保留P电极和N电极上的电极金属膜；
[0022](5)切割隔离槽；
[0023]进行切割，形成单颗芯片单元，切割至衬底处，使相邻芯片单元之间形成隔离槽；
[0024](6)沉积绝缘层；
[0025]沉积S12绝缘层，以作为芯片单元表面的保护层以及隔离槽内的填充物，腐蚀去除P电极和N电极上的S12绝缘层；
[0026](7)镀FC金属膜；
[0027]再次蒸镀金属层，使P极焊盘和N极焊盘镀上FC金属膜，同时使每行相邻芯片单元之间进行P极和N极金属化连接，实现芯片的串联；
[0028]FC(英文指Flip-Chip)是业界对倒装焊芯片的简称，此处称为FC金属镀膜:一是为了与第(4)步电极金属镀膜区分;二是与用途有关，该处金属镀膜是为了将倒粧芯片焊在基板上。
[0029](8)制作焊盘间绝缘层；
[0030]再次进行沉积S12,腐蚀去除P极焊盘和N极焊盘上的S12,使P极焊盘和N极焊盘间填充Si02绝缘层；
[0031](9)沿隔离槽切割出所需的高压倒装芯片。
[0032]所述步骤(7)中的FC金属镀膜采用Au、Cr、Ti和Ni质量比为4:2:1:1的混合金属，厚度 3000-5000埃。
[0033]本发明具有以下特点:
[0034]1.本发明从倒装LED芯片工艺制程上预先进行串联，形成高压倒装芯片，实现大电压驱动，同时避免了对单颗芯片进行封装再进行串联造成的原材料浪费问题；
[0035]2.本发明一方面在光反射层之外沉积一层阻挡层，防止光反射层的金属进行扩散，使P、N电极之间更好的绝缘，另一方面在P、N极焊盘之间二次设置S12绝缘层，避免了倒装芯片固晶时的短路问题，大大提高芯片以及器件的稳定性。
[0036]3.本发明增大了倒装芯片的P电极和N电极焊盘面积，以利于芯片更好的散热，降低了大功率倒装芯片对焊接工艺及设备的精度要求，同时提高芯片的可靠性。
【附图说明】
[0037]图1是现有正装LED芯片的结构示意图。
[0038]图2是现有倒装LED芯片的结构示意图。
[0039]图3是本发明的高压倒装LED芯片的剖面结构示意图。
[0040]图4是本发明中切割前高压倒装LED芯片的底面示意图。
[0041 ]图5是本发明中单颗高压倒装LED芯片的底面示意图。
[0042]图中:1、衬底，2、N型GaN层，3、量子阱有源区，4、P型GaN层，5、P电极，6、电流扩展层，7、N电极，8、固晶胶，9、基板，10、光反射层，11、N电极金属凸点，12、P电极金属凸点，13、焊料层，14、金属链接条，15、S12绝缘层，16、电极金属膜，17、芯片之间的隔离槽，18、P极焊盘，19、N极焊盘，20、TiW阻挡层，21、焊盘间S12绝缘层。
【具体实施方式】
[0043]本发明的高压倒装芯片结构，其结构如图3所示，自上至下依次设置有衬底I4型GaN层2、量子阱有源区3、P型GaN层4、光反射层10和TiW阻挡层20，P