[发明专利]一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED垂直芯片的制作，具体涉及一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法。

背景技术

LED是提倡节能减排的社会背景下的产物，其环保、节能、抗震性能好，在未来照明市场上前景广阔，被誉为第四代绿色照明光源。GaN作为第三代半导体材料代表之一，具有直接带隙、宽禁带、高饱和电子漂移速度、高击穿电场和高热导率等优异性能，在微电子应用方面得到了广泛的关注。自I.Akasaki首次成功获得p-GaN，实现蓝光LED的新突破后，GaN基化合物一直是制备LED器件的主要材料，在室内照明、商业照明、工程照明等领域有着广泛的应用。

高质量GaN材料一般都通过异质外延方法制作。作为常用于生长GaN的衬底，蓝宝石有稳定的物理化学性质，但它与GaN间存在很大的晶格失配(16％)及热失配(25％)，造成生长的GaN薄膜质量较差；SiC虽然与GaN的晶格失配度仅3.5％，导热率较高，但它的热失配与蓝宝石相当(25.6％)，与GaN的润湿性较差，价格昂贵，并且外延技术已被美国科锐公司垄断，因此也无法普遍使用。相比较下，Si衬底具有成本低、单晶尺寸大且质量高、导热率高、导电性能良好等诸多特点，并且Si的微电子技术十分成熟，在Si衬底上生长GaN薄膜有望实现光电子和微电子的集成。正是因为Si衬底的上述诸多优点，Si衬底上生长GaN薄膜进而制备LED越来越备受关注。但是，Si与GaN热失配远远高于蓝宝石，导致外延片更易产生裂纹，Si对可见光的吸收作用也会大大降低LED发光效率。

基于此，Si图形衬底具有很好的优势。通过人为在Si衬底制作沟槽，能释放应力，抑制外延层的大面积生长，从而得到无裂纹的LED外延薄膜方块。不过，Si图形衬底由于沟槽的存在，使得后续芯片加工流程大大改变，目前基于Si图形衬底LED外延薄膜的芯片制作鲜有报道。同时，Si吸光问题仍然存在。

由此可见，即便Si图形衬底具有非常良好的发展前景，但要从Si图形衬底上制作LED芯片，解决Si吸光问题，还需要开发新的方法及工艺。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是为了提供一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法，该方法将Si衬底剥离，根本上解决Si吸光问题，同时在沟槽处引入SiO₂阻隔层，能在不切割芯片的情况下实现晶圆尺寸垂直芯片光电性能的检测，并且适用于任何晶圆级Si图形衬底的垂直芯片制作，具有检测工序简化，兼容性好的优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种晶圆级LED垂直芯片的制作方法，包括以下步骤：

1)Si图形衬底的制作：采用常规的匀胶、曝光、刻蚀工艺在Si衬底上实现图形的转移，得到Si图形衬底；所述Si图形衬底上的图形包括若干个按矩阵排列的方形凸块，每相邻的两个方形凸块之间均设有沟槽；所述方形凸块的边长为0.5-2mm，沟槽的宽度为10-15μm，沟槽的深度为5-10μm；

2)LED外延层的生长：Si图形衬底经清洗、N₂吹干后，采用薄膜沉积方法在Si图形衬底上生长LED外延层；所述LED外延层具有与Si图形衬底一致的图形形貌；

3)SiO₂阻隔层的制作：采用等离子体增强化学气相沉积方法，于LED外延层上沉积SiO₂层，采用常规的匀胶、曝光、刻蚀工艺，去除LED外延层的对应每个方形凸块位置上的SiO₂层,形成第一方形缺口，留下LED外延层的对应沟槽位置上的SiO₂层，形成SiO₂阻隔层；控制第一方形缺口的边长比方形凸块的边长小0.05-1μm；

4)防腐层的制作：采用蒸镀方法于LED外延层上依次蒸镀两种不同折射率的金属材料，两种不同折射率的金属材料以交替层叠的方式设置，得到金属反射层；所述金属反射层具有与Si图形衬底一致的图形形貌；

5)键合基板的准备：采用浙江立晶光电科技有限公司的高掺平面Si衬底作为键合基板，通过蒸镀方法于键合基板的正反两面分别蒸镀金属Au层；所述金属Au层的厚度为0.5-1.5μm；

6)晶圆级键合：将步骤4)得到的Si图形衬底的金属反射层与步骤5)得到的高掺平面Si衬底的金属Au层采用晶圆级键合方法进行键合，键合物料为金锡合金；所述金属反射层和金属Au层共同构成LED垂直芯片的P电极；

7)Si图形衬底的剥离：采用减薄方法将Si图形衬底减薄至露出LED外延层；