專利名稱：一種垂直結(jié)構(gòu)led芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電信息技術(shù)領(lǐng)域，更具體的是一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片襯底的襯底剝離的制作方法。
背景技術(shù)：
在LED芯片的制作工藝中，在藍(lán)寶石襯底上形成氮化鎵層的異質(zhì)外延技術(shù)為現(xiàn)金成熟的外延技術(shù)，但是藍(lán)寶石襯底作為不導(dǎo)電襯底，阻礙了大功率大電流芯片的發(fā)展。在氮化物系的半導(dǎo)體元件中，大多采用藍(lán)寶石作為襯底。由于藍(lán)寶石是絕緣體， 而且在其表面開孔也比較困難。在使用藍(lán)寶石作為襯底的時(shí)候，藍(lán)寶石上生長(zhǎng)的發(fā)光元件的兩個(gè)電極必須在同側(cè)，這樣不僅有效的發(fā)光面積會(huì)減少，而且同一表面有兩個(gè)電極，局部的電流密度會(huì)很高影響發(fā)光元器件的壽命。目前主要采用激光剝離技術(shù)去除藍(lán)寶石襯底， 激光剝離技術(shù)利用紫外波段的激光光源(Eglaser > EgGaN)，透過藍(lán)寶石襯底(帶隙寬度 9. 9eV)輻照樣品，使藍(lán)寶石與氮化鎵層(3. ^V)界面處的緩沖層吸收激光能量，緩沖層材料溫度迅速升高，發(fā)生熱分解生成金屬以及氮?dú)?N2)。氮?dú)庖莩黾茨軐?shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底與氮化鎵層的分離。193nm的氟化氬(ArF)準(zhǔn)分子激光可以用于分離氮化鋁(6. 3eV)與藍(lán)寶石， 具有6. 3eV帶隙能量的氮化鋁可以吸收6. 4eV的ArF激光輻射?，F(xiàn)有技術(shù)中激光剝離主要采用波長(zhǎng)為248nm的KrF準(zhǔn)分子激光器，以及波長(zhǎng)為 355nm的紫外激光器(不能用于氮化鋁緩沖層的剝離)。由于生長(zhǎng)的緩沖層以及N型氮化鎵層的材料不同，所以會(huì)選擇性的吸收激光能量，這樣容易造成緩沖層以及N型氮化鎵層表面的損傷。能量越大這種損傷就越大，會(huì)導(dǎo)致制成的芯片漏電增加。此外，在現(xiàn)有技術(shù)還采用初步粗磨和機(jī)械研磨的方法進(jìn)行剝離。然而，通過初步粗磨和機(jī)械研磨方法將藍(lán)寶石襯底去除的方法，由于初步粗磨和機(jī)械研磨的機(jī)械應(yīng)力以及研磨厚度可控性差，研磨過程中會(huì)將緩沖層研磨去除，甚至損傷其下方的N型氮化鎵層，造成嚴(yán)重的機(jī)械損傷。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，以提高垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是提供一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，包括提供第一襯底，在所述第一襯底上依次形成緩沖層、N型氮化鎵層、有源層以及P 型氮化鎵層以及金屬反射層；提供第二襯底，將所述第一襯底倒置于所述第二襯底上，并利用金屬焊料層將所述第二襯底的一面與金屬反射層鍵合固定；將所述第二襯底的另一面固定于一載臺(tái)上；對(duì)所述第一襯底進(jìn)行初步粗磨和物理研磨，直至剩余部分第一襯底，剩余的第一襯底厚度小于IOum ；
對(duì)所述第一襯底和緩沖層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，直至暴露所述N型氮化鎵層。進(jìn)一步的，在利用金屬焊料層將所述第二襯底的一面與所述金屬反射層鍵合固定的步驟中，包括在所述金屬反射層或所述第二襯底上形成金屬焊料層；所述第一襯底倒置于所述第二襯底上；對(duì)所述金屬焊料層進(jìn)行加熱處理，使所述第二襯底的一面與所述金屬反射層鍵合固定。進(jìn)一步的，在對(duì)所述第一襯底進(jìn)行初步粗磨和物理研磨的步驟之后，剩余部分第一襯底的厚度小于2um。進(jìn)一步的，所述第一襯底的材料為藍(lán)寶石、碳化硅或硅中的一種或其組合。進(jìn)一步的，所述緩沖層的材料為氧化硅、氮化硅、氮化鎵或氮化鋁中的一種或其組
I=I O進(jìn)一步的，所述第二襯底的另一面通過蠟固定于所述載臺(tái)上。進(jìn)一步的，所述第二襯底的熱膨脹系數(shù)為3 7u/m/°C，導(dǎo)熱系數(shù)大于50W/mK。進(jìn)一步的，所述第二襯底的材料為銅、鉬、鋁、鎢、硅、鎳、鍺中的一種或其組合。進(jìn)一步的，所述金屬焊料層的材料為金、鉬、鎳、錫、鈀或銦中的一種或其組合。進(jìn)一步的，在進(jìn)行初步粗磨和物理研磨的過程中，利用研磨盤及研磨料對(duì)所述第一襯底進(jìn)行初步粗磨和物理研磨，所述研磨盤的材料為鑄鐵、軟鋼、青銅、紅銅、鋁、玻璃或浙青中一種或者幾種的組合；所述研磨料采用莫氏硬度大于等于8的材料。進(jìn)一步的，所述研磨料的材料為金剛石、碳硼合金、氮化鈦中的一種或其組合。進(jìn)一步的，在對(duì)所述第一襯底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨的步驟中，采用研磨墊、拋光液和研磨料對(duì)所述第一襯底進(jìn)行研磨，所述研磨墊的材料為硬質(zhì)彈性拋光布或軟質(zhì)粘彈性拋光布；所述研磨液為堿性溶液，所述研磨料的材料為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯中的一種或其組合，所述研磨料的顆粒直徑為IOnm lOOnm。進(jìn)一步的，所述金屬反射層的反射率大于等于70%。進(jìn)一步的，所述金屬反射層的材料為鎳、銀、金、鉬或鐒中的一種或其組合。綜上所述，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，通過在第一襯底上生長(zhǎng)緩沖層和發(fā)光層，接著沉積金屬反射層，利用金屬焊料層將金屬反射層和第二襯底鍵合固定在一起，再初步粗磨、物理研磨以及化學(xué)機(jī)械研磨三步去除第一襯底和緩沖層，采用物理研磨結(jié)合化學(xué)機(jī)械拋光的方法去除第一襯底，上述去除第一襯底的方法既避免了現(xiàn)有技術(shù)中激光剝離對(duì)材料的選擇性，且LED芯片的厚度可控性高，并且減少了對(duì)N 型氮化鎵層的損傷，利于LED芯片良率的提升，提高生產(chǎn)效率和芯片良率。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中所述垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法。圖2 圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中所述垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作過程的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。如圖1所示，其為本發(fā)明一實(shí)施例中所述垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，包括以下步驟步驟SOl 提供第一襯底，在所述第一襯底上依次形成緩沖層、N型氮化鎵層、有源層以及P型氮化鎵層以及金屬反射層；步驟S02 提供第二襯底，所述第一襯底倒置于所述第二襯底上，并利用金屬焊料層將所述第二襯底的一面與金屬反射層鍵合固定；步驟S03 將所述第二襯底的另一面固定于一載臺(tái)上；步驟S04 對(duì)所述第一襯底進(jìn)行初步粗磨和物理研磨，直至剩余部分第一襯底，剩余的第一襯底厚度小于IOum ；步驟S05 對(duì)所述第一襯底和緩沖層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，直至暴露所述N型氮化鎵層。如圖2 圖6所示，以下詳細(xì)描述本發(fā)明垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作過程如圖2所示，在步驟SOl中，提供第一襯底100，所述第一襯底100的材料可以為藍(lán)寶石、碳化硅、硅以及上述材料兩種或兩種以上的組合材料，此外，其他半導(dǎo)體襯底材料也可作為第一襯底100的材料，在較佳的實(shí)施例中，所述第一襯底的材料為藍(lán)寶石。在所述第一襯底100上依次形成緩沖層101、N型氮化鎵層103、有源層105以及P型氮化鎵層107 以及金屬反射層109 ；所述緩沖層101的材料為氧化硅、氮化硅、氮化鎵或氮化鋁中的一種或其組合，其形成方法可以是熱氧化法、化學(xué)氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)，其形成的厚度根據(jù)實(shí)際工藝需要具體確定。所述N型氮化鎵層103和P型氮化鎵層107的形成工藝可以采用化學(xué)氣相沉積法形成，N型氮化鎵層、有源層以及P型氮化鎵層作為L(zhǎng)ED芯片的發(fā)光層，所述金屬反射層109選擇反射率大于等于70%的材料，例如鎳、銀、金或鉬中的一種或其組合，其形成工藝可以采用電鍍或物理氣相沉積法(PVD)形成。如圖3所示，在步驟S02中，提供第二襯底200，所述第二襯底200的熱膨脹系數(shù)為 3 7u/m/°C，導(dǎo)熱系數(shù)大于50W/mK，所述第二襯底的可選材料為銅、鉬、硅、鎳、鍺、鎢中的一種或其組合形成的導(dǎo)電合金材料，導(dǎo)電合金材料中如為合金則可按照任意比例混合。將所述第一襯底100倒置于所述第二襯底200上，并利用金屬焊料層201將所述第二襯底200 的一面與金屬反射層109鍵合固定，在此步驟中，可以在所述金屬反射層109或所述第二襯底200或者同時(shí)在所述金屬反射層109和所述第二襯底200上形成金屬焊料層201，所述金屬焊料層201的材料可以為金、鉬、鎳、錫、鈀或銦中的一種或其組合，也可以為其他粘著性較好的金屬材料且相變溫度較高的材料，以滿足后續(xù)制程中較寬的工藝溫度，金屬焊料層201可以采用焊接或物理氣相沉積的方法形成；將所述第一襯底100倒置于所述第二襯底200上，則所述金屬反射層109與第二襯底200之間有金屬焊料層201 ；接著，對(duì)所述金屬焊料層201進(jìn)行加熱處理，加熱溫度可以為200 400°C，待金屬焊料層201在融化后冷卻，使所述第二襯底200的一面與所述金屬反射層109鍵合固定，同時(shí)可以對(duì)所述金屬焊料層201進(jìn)行超聲波處理，以進(jìn)一步提高金屬焊料層201的融化速率和鍵合固定程度。如圖4所示，在步驟S03中，將所述第二襯底200的另一面通過蠟301固定于一載臺(tái)300上，此外，也可采用其他機(jī)械方法固定所述第二襯底200。
接著，如圖4所示，在步驟S04中，對(duì)所述第一襯底100進(jìn)行初步粗磨和物理研磨， 之后，剩余部分第一襯底的厚度小于lOum，其中較佳的厚度小于2um。在進(jìn)行初步粗磨和物理研磨的過程中，利用研磨盤及研磨料對(duì)所述第一襯底100進(jìn)行初步粗磨和物理研磨，研磨盤的材料為鑄鐵、軟鋼、青銅、紅銅、鋁、玻璃或浙青中一種或者幾種的組合；研磨料采用莫氏硬度大于等于8的材料，可以為金剛石、碳硼合金、氮化鈦中的一種或其組合，在較佳的實(shí)施例中，在金剛石輪盤上進(jìn)行初步粗磨，旋轉(zhuǎn)速度為300rpm 500rpm，初步粗磨后剩余的第一襯底厚度為10 50um，接著利用物理研磨使剩余的第一襯底100。剩余的第一襯底100的厚度范圍為小于lOum，能夠防止初步粗磨和物理研磨造成的機(jī)械硬損傷，并能有效控制第一襯底100下方各層的厚度均勻性。在進(jìn)行物理研磨的過程中，采用分步研磨法， 設(shè)定分步研磨階段，每一階段的工作時(shí)間可以相同或不同，均要滿足該段時(shí)間段內(nèi)研磨的厚度小于IOum ；在研磨完成一階段之后即停止工作，測(cè)量剩余第一襯底100的厚度，直到所述第一襯底100的厚度范圍滿足小于lOum，即停止物理研磨步驟，進(jìn)入下一步驟。在步驟S05中，對(duì)所述第一襯底100和所述緩沖層101進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(研磨材料未作標(biāo)示)，直至暴露所述N型氮化鎵層103，如圖5所示。在對(duì)所述第一襯底100進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨的步驟中，采用研磨墊、拋光液和研磨料對(duì)所述第一襯底100進(jìn)行研磨，所述研磨墊的材料為硬質(zhì)彈性拋光布或軟質(zhì)粘彈性拋光布；所述研磨液為堿性溶液，所述研磨料的材料可以為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯中的一種或其組合，所述研磨料的顆粒直徑為 IOnm lOOnm，在研磨過程中，同時(shí)去除圖4所示緩沖層103，充分暴露所述N型氮化鎵層 103，最終形成如圖6所示結(jié)構(gòu)。采用化學(xué)機(jī)械研磨法去除剩余的第一襯底100，不僅能夠避免步驟S04中初步粗磨和物理研磨對(duì)N型氮化鎵層103的硬損傷，同時(shí)能夠有效控制N型氮化鎵層103以及其下方層層的厚度均勻性，此外，剩余的第一襯底100的厚度控制在小于 lOum，剩余厚度適中，有利于減少了化學(xué)機(jī)械研磨的時(shí)間，提高了工藝效率。接著，在后續(xù)的工藝中，在所述第二襯底上形成芯片各部件、金屬電極等獨(dú)立的制程，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)手段完成后續(xù)垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的制作過程。綜上所述，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，通過在第一襯底上生長(zhǎng)緩沖層和發(fā)光層，接著沉積金屬反射層，利用金屬焊料層將金屬反射層和第二襯底鍵合固定在一起，再初步粗磨、物理研磨以及化學(xué)機(jī)械研磨三步去除第一襯底和緩沖層，上述去除第一襯底的方法既避免了現(xiàn)有技術(shù)中激光剝離對(duì)材料的選擇性，且LED芯片的厚度可控性高，并且減少了對(duì)N型氮化鎵層的損傷，利于LED芯片良率的提升，提高生產(chǎn)效率和芯片良率。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，包括提供第一襯底，在所述第一襯底上依次形成緩沖層、N型氮化鎵層、有源層以及P型氮化鎵層以及金屬反射層；提供第二襯底，將所述第一襯底倒置于所述第二襯底上，并利用金屬焊料層將所述第二襯底的一面與金屬反射層鍵合固定；將所述第二襯底的另一面固定于一載臺(tái)上；對(duì)所述第一襯底進(jìn)行初步粗磨和物理研磨，直至剩余部分第一襯底，剩余的第一襯底厚度小于IOum ；對(duì)所述第一襯底和緩沖層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，直至暴露所述N型氮化鎵層。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，其特征在于，在利用金屬焊料層將所述第二襯底的一面與所述金屬反射層鍵合固定的步驟中，包括在所述金屬反射層或所述第二襯底上形成金屬焊料層；將所述第一襯底倒置于所述第二襯底上；對(duì)所述金屬焊料層進(jìn)行加熱處理，使所述第二襯底的一面與所述金屬反射層鍵合固定。
3.如權(quán)利要求1所述的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，其特征在于，在對(duì)所述第一襯底進(jìn)行初步粗磨和物理研磨的步驟之后，剩余部分第一襯底的厚度小于2um。
4.如權(quán)利要求1所述的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第一襯底的材料為藍(lán)寶石、碳化硅或硅中的一種或其組合。
5.如權(quán)利要求1所述的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，其特征在于，所述緩沖層的材料為氧化硅、氮化硅、氮化鎵或氮化鋁中的一種或其組合。
6.如權(quán)利要求1所述的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第二襯底的另一面通過蠟固定于所述載臺(tái)上。
7.如權(quán)利要求1所述的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第二襯底的熱膨脹系數(shù)為3 7u/m/°C，導(dǎo)熱系數(shù)大于50W/mK。
8.如權(quán)利要求7所述的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第二襯底的材料為銅、鉬、鋁、硅、鎳、鍺、鎢中的一種或其組合。
9.如權(quán)利要求1所述的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，其特征在于，所述金屬焊料層的材料為金、鉬、鎳、錫、鈀或銦中的一種或其組合。
10.如權(quán)利要求1所述的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，其特征在于，在進(jìn)行初步粗磨和物理研磨的過程中，利用研磨盤及研磨料對(duì)所述第一襯底進(jìn)行初步粗磨和物理研磨，所述研磨盤的材料為鑄鐵、軟鋼、青銅、紅銅、鋁、玻璃或浙青中一種或者幾種的組合；所述研磨料采用莫氏硬度大于等于8的材料。
11.如權(quán)利要求10所述的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，其特征在于，所述研磨料的材料為金剛石、碳硼合金、氮化鈦中的一種或其組合。
12.如權(quán)利要求1所述的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，其特征在于，在對(duì)所述第一襯底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨的步驟中，采用研磨墊、拋光液和研磨料對(duì)所述第一襯底進(jìn)行研磨， 所述研磨墊的材料為硬質(zhì)彈性拋光布或軟質(zhì)粘彈性拋光布；所述研磨液為堿性溶液，所述研磨料的材料為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯中的一種或其組合，所述研磨料的顆粒直徑為IOnm IOOnm0
13.如權(quán)利要求1所述的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，其特征在于，所述金屬反射層的反射率大于等于70%。
14.如權(quán)利要13所述的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，其特征在于，所述金屬反射層的材料為鎳、銀、金、鉬或鐒中的一種或其組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制作方法，包括提供第一襯底，在所述第一襯底上依次形成緩沖層、N型氮化鎵層、有源層以及P型氮化鎵層以及金屬反射層；提供第二襯底，將所述第一襯底倒置于所述第二襯底上，并利用金屬焊料層將所述第二襯底的一面與金屬反射層鍵合固定；將所述第二襯底的另一面固定于一載臺(tái)上；對(duì)所述第一襯底和緩沖層進(jìn)行初步粗磨和物理研磨，直至剩余部分第一襯底，剩余的第一襯底厚度小于10um；對(duì)所述第一襯底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，直至暴露所述N型氮化鎵層。本發(fā)明能夠提高垂直結(jié)構(gòu)LED芯片在剝離襯底時(shí)生產(chǎn)效率和芯片良率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102403434SQ20111037663
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者張昊翔, 江忠永, 金豫浙 申請(qǐng)人:杭州士蘭明芯科技有限公司