CN103022276B - 一种ac led芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种AC LED芯片的制备方法，通过先在相邻微晶的负极和正极之间沉积微晶连线，同时在芯片正负电极上实现预沉积，即在芯片正负电极上也预先沉积与微晶连线相同的材料；然后在预沉积的芯片正负电极处利用化学还原镀金的方法沉积金，因为化学还原镀金只有在金的表面才能够沉积，由此可以实现打线所需要的正负电极厚度，即把预沉积的微晶连线厚度增加到打线所需要的厚度1.5-2微米。因此，在有效形成数十纳米厚的微晶电极和1.5-2微米厚的芯片正负电极的同时，既没有电镀的整面导电问题，又没有电子束蒸发镀金的浪费问题，可以很好的避免Au的浪费，有效地降低了AC LED芯片的生产成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体领域，尤其涉及一种AC LED芯片的制备方法。
背景技术
传统的LED都是使用直流DC驱动的，而在AC-DC和DC-DC的转换过程中，电力损耗达20%-30%，致使电路效率难以超过80%。而使用晶元级串联技术的AC LED仅需串接一个限流电阻就可以利用交流市电直接驱动，不必进行AC-DC的转换，也不需要DC-DC降压式恒流源驱动电路，完全颠覆了传统LED的应用，真正达到了节能与高效。
在AC LED芯片中，微晶之间靠金（Au）线连接，其主要起电流导通桥梁的作用，以便电流从一颗微晶的负极顺利地流入相邻微晶的正极，一般只需要沉积数十纳米的Au线即可。而作为整颗AC LED芯片的正负极，由于封装制程的打线需要，因此要求芯片的正负极达到一定的厚度，一般在1.5-2微米之间。因此，在制备AC LED芯片时，如果用现有电子束蒸发的方法，同时蒸镀芯片正负电极和微晶连线，将会导致作为微晶连线作用的Au线的极度浪费；而且在用电子束蒸发方法制备芯片正负电极时，Au的有效利用率只有20%左右，也造成了Au的极大浪费，提高了生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种AC LED芯片的制备方法，在有效形成微晶电极和芯片正负电极的同时，可以很好的避免Au的浪费，有效地降低了AC LED芯片的生产成本。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种AC LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
S11、在衬底上生长出具有缓冲层、n型氮化物层、发光层和p型氮化物层的外延片；
S12、在外延片上刻蚀出多个间隔排列的台阶，每个台阶的刻蚀深度至n型氮化物层；
S13、在每个台阶上刻蚀出沟槽，沟槽的刻蚀深度至衬底且刻蚀宽度小于台阶的刻蚀宽度，由此在外延片上形成多个间隔排列的微晶；
S14、在相邻微晶的负极和正极之间形成钝化层；
S15、在芯片和微晶的正极上形成电流扩散层；
S16、在相邻微晶的负极和正极之间沉积微晶连线，同时在芯片正负电极上实现预沉积；
S17、在芯片上除正负电极之外的区域形成第一保护层；
S18、在预沉积的芯片正负电极处利用化学还原镀金方法沉积金。
本发明提供的AC LED芯片的制备方法中，先在相邻微晶的负极和正极之间沉积微晶连线，同时在芯片正负电极上实现预沉积，即在芯片正负电极上也预先沉积与微晶连线相同的材料；然后在预沉积的芯片正负电极处利用化学还原镀金的方法沉积金，因为化学还原镀金只有在金的表面才能够沉积，由此可以实现打线所需要的正负电极厚度，即把预沉积的微晶连线厚度增加到打线所需要的厚度1.5-2微米。因此，在有效形成微晶电极和芯片正负电极的同时，可以很好的避免Au的浪费，有效地降低了AC LED芯片的生产成本。
附图说明
图1是本发明提供的AC LED芯片制备方法的流程示意图。
图2是本发明提供的AC LED芯片制备方法中外延片的结构示意图。
图3是本发明提供的AC LED芯片制备方法中形成台阶后的结构示意图。
图4是本发明提供的AC LED芯片制备方法中形成沟槽后的结构示意图。
图5是本发明提供的AC LED芯片制备方法中形成钝化层后的结构示意图。
图6是本发明提供的AC LED芯片制备方法中形成电流扩散层后的结构示意图。
图7是本发明提供的AC LED芯片制备方法中形成微晶连线和预沉积芯片正负电极后的结构示意图。
图8是本发明提供的AC LED芯片制备方法中形成第一保护层后的结构示意图。
图9是本发明提供的AC LED芯片制备方法中形成芯片正负电极后的结构示意图。
图10是本发明提供的AC LED芯片制备方法中形成荧光粉涂层后的结构示意图。
图11是本发明提供的AC LED芯片制备方法中形成第二保护层后的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参考图1所示，一种AC LED芯片的制备方法，该方法包括以下步骤：
S11、在衬底上生长出具有缓冲层、n型氮化物层、发光层和p型氮化物层的外延片；
S12、在外延片上刻蚀出多个间隔排列的台阶，每个台阶的刻蚀深度至n型氮化物层；
S13、在每个台阶上刻蚀出沟槽，沟槽的刻蚀深度至衬底且刻蚀宽度小于台阶的刻蚀宽度，由此在外延片上形成多个间隔排列的微晶；
S14、在相邻微晶的负极和正极之间形成钝化层；
S15、在芯片和微晶的正极上形成电流扩散层；
S16、在相邻微晶的负极和正极之间沉积微晶连线，同时在芯片正负电极上实现预沉积；
S17、在芯片上除正负电极之外的区域形成第一保护层；
S18、在预沉积的芯片正负电极处利用化学还原镀金方法沉积金。
本发明提供的AC LED芯片的制备方法中，先在相邻微晶的负极和正极之间沉积微晶连线，同时在芯片正负电极上实现预沉积，即在芯片正负电极上也预先沉积与微晶连线相同的材料；然后在预沉积的芯片正负电极处利用化学还原镀金的方法沉积金，因为化学还原镀金只有在金的表面才能够沉积，由此可以实现打线所需要的正负电极厚度，即把预沉积的微晶连线厚度增加到打线所需要的厚度1.5-2微米。因此，在有效形成数十纳米厚的微晶电极和1.5-2微米厚的芯片正负电极的同时，既没有电镀的整面导电问题，又没有电子束蒸发镀金的浪费问题，可以很好的避免Au的浪费，有效地降低了AC LED芯片的生产成本。
以下将通过具体的实施方式介绍本发明提供的AC LED芯片的制备方法。
请参考图2所示，所述步骤S11中，在衬底101上生长出具有缓冲层102、n型氮化物层103、发光层104和p型氮化物层105的外延片；其中，所述衬底101的材料可选用Al2O3，其外延片的具体生长方法可采用本领域技术人员所熟知的MOCVD，因此不再赘述。
请参考图3所示，所述步骤S12中，在外延片上刻蚀出多个间隔排列的台阶，每个台阶的刻蚀深度至n型氮化物层；其中，所述台阶的刻蚀可以采用光刻和感应耦合等离子体（ICP）技术完成，具体可利用光刻技术形成具有所需图案的光刻胶保护层，再利用ICP技术对未被光刻胶保护的部分进行台阶（Mesa）刻蚀，确保刻蚀至n型氮化物层比如GaN区域，然后用去胶液去除光刻胶，由此可以在每颗芯片上刻蚀出数十至百个台阶，每个台阶间隔排列在外延芯片上。作为一种具体的实施例，所述台阶的刻蚀深度为1.2-1.4微米，宽度为40-45微米；其中，所述台阶的宽度与光刻中掩膜版的设计有关，一般略大于芯片负极的尺寸。
请参考图4所示，所述步骤S13中，在每个台阶上刻蚀出沟槽，沟槽的刻蚀深度至衬底且刻蚀宽度小于台阶的刻蚀宽度，由此在外延片上形成多个间隔排列的微晶；其中，所述沟槽的刻蚀与台阶的刻蚀类似，也可采用光刻和感应耦合等离子体（ICP）技术完成，具体可利用光刻技术形成具有所需图案的光刻胶保护层，再利用ICP技术对未被光刻胶保护的部分进行沟槽刻蚀，确保刻蚀至衬底层比如Al2O3区域，然后用去胶液去除光刻胶，由此可以在每个台阶上刻蚀出沟槽，且刻蚀宽度小于台阶的刻蚀宽度；至此，完成在外延芯片上微晶的间隔排列，而沟槽达到隔离相邻微晶的作用。作为一种具体的实施例，所述沟槽的刻蚀深度为6-7微米，宽度为20-25微米。
请参考图5所示，所述步骤S14中，在相邻微晶的负极和正极之间形成钝化层106，即在沟槽和沟槽邻接的微晶侧面形成钝化层；其中，形成钝化层的方法可以利用PECVD技术，在芯片的表面进行沉积，然后利用BOE（Buffered Oxide Etch，简称氧化物缓冲腐蚀剂）腐蚀液对p型氮化物层、台阶以及每个微晶本身的p型氮化物层与台阶之间的钝化层进行腐蚀，使每个微晶的正负电极和发光区露出来，以便能够在p型氮化物层上沉积微晶电极，由此也完成了在相邻微晶的负极和正极之间形成钝化层的结构。进一步，在相邻微晶的负极和正极之间形成钝化层，可以隔绝后续微晶间的金属连线与发光层和n型氮化物层的导通，以保证微晶之间的电流能够从一颗微晶的负极流向相邻微晶的正极，达到导通整个微晶芯片的目的。作为一种具体的实施例，所述钝化层的材料为二氧化硅（SiO2）或氮化硅。
请参考图6所示，所述步骤S15中，在芯片和微晶的正极上形成电流扩散层107；其中，所述电流扩散层的形成可以采用光刻技术完成，具体先在芯片的表面沉积一层电流扩散层，然后利用光刻技术形成具有所需图案的光刻胶保护层，再利用电极刻蚀液刻蚀台阶和沟槽的电流扩散层部分进行刻蚀，直至露出n型氮化物层和相邻微晶的负极和正极之间的SiO2或氮化硅钝化层。作为一种具体的实施例，所述电流扩散层的材料为氧化铟锡（ITO）、掺铟氧化锌（IZO）、掺镓氧化锌（GZO）、掺铝氧化锌（AZO）或氧化铟氧化锌混合物（In2O3-ZnO）。
请参考图7所示，所述步骤S16中，在相邻微晶的负极和正极之间沉积微晶连线108，同时在芯片正负电极上实现预沉积；其中，所述微晶连线的沉积可以采用光刻和电子束蒸发技术完成，作为一种具体的实施例，所述微晶连线的材料包括顺序沉积的铬（Cr）、铂（Pt）和金（Au），具体沉积时可先在芯片的表面顺序沉积Cr层、Pt层和Au层，即分三次用电子束蒸发沉积，所述沉积的微晶连线的厚度为50-100纳米，然后用光刻技术完成对Cr层、Pt层和Au层的刻蚀，以便在相邻微晶的负极和正极之间形成微晶连线；同时，芯片的正负电极表面的Cr层、Pt层和Au层也需要保留，以同时实现在芯片正负电极上的预沉积，其目的是为了在后续使用化学还原镀金方法时能够有效在金的表面上增厚芯片正负电极。实际上，微晶连线就是Au线，Cr和Pt的沉积只是为了增强Au的附着力，当微晶连线退火以后就是晶态，同时选择Au是因为其优良的导电性能；当然，本领域的技术人员根据前述的介绍，还可以选用其它的材料替换Au线作为微晶连线，例如银（Ag）或铜（Cu）。
请参考图8所示，所述步骤S17中，在芯片上除正负电极之外的区域形成第一保护层109；其中，形成第一保护层的方法可以利用PECVD技术，在芯片的表面进行沉积，然后利用光刻技术和BOE腐蚀液对芯片正电极（p电极）和负电极（n电极）位置处进行腐蚀，使芯片的正负电极都露出来，而其它的区域都用第一保护层保护起来，作为一种具体的实施方式，所述第一保护层的材料为二氧化硅（SiO2）或氮化硅。在芯片表面上除正负电极以外的位置设置所述第一保护层，其主要作用有两个，一是可以有效保护微晶连线，避免后续化学还原镀金时，Au在微晶连线处继续沉积，造成成本浪费；二是对前述台阶刻蚀时裸露的发光层进行保护，降低漏电流的风险。
请参考图9所示，所述步骤S18中，在预沉积的芯片正负电极处利用化学还原镀金方法沉积金，即分别形成正电极110和负电极111；作为一种具体的实施方式，在所述预沉积的芯片正负电极位置处沉积1.5-2微米厚的金，以满足后续封装打线的需求。其中，该步骤中化学还原镀金沉积的方法具体为：待镀样品-镀前清洁-预浸，湿润预沉积的芯片电极表面-化学镀金，在预沉积的芯片电极表面继续生长Au层-热水洗，清洗电极表面的药水成分-镀后清洗。
进一步，本发明提供的AC LED芯片的制备方法中，在步骤S18之后还包括步骤S19：在芯片正负电极之间的微晶表面上涂覆荧光粉涂层。具体请参考图10所示，所述步骤S19中，在芯片正负电极之间的微晶表面上涂覆荧光粉涂层112；其中，所述荧光粉涂层包括荧光粉和硅胶或环氧树脂胶的混合物，利用平面涂覆技术或者点胶技术将荧光粉涂层形成在芯片正负电极之间的微晶表面上。目前市场上主流的白光LED灯都是利用蓝光LED芯片加上黄色荧光粉制得的，因为一颗AC LED芯片的尺寸比较大，其有数十至上百颗的微晶，这既要求外延片上发出的蓝光是均匀的，又要求每颗微晶上荧光粉发出的黄光也是均匀的，这样才能保证整颗AC LED发出的白光是均匀的。但是，利用手动或者自动的点胶工具将混合好荧光粉的硅胶或者环氧树脂涂覆于芯片表面时，存在明显的不足：一方面，荧光粉涂层的厚度不均匀，表现为中间厚、边缘薄的球冠状，中间通过荧光粉转化的黄光明显多于边缘部分，使得LED灯发出的白光颜色不均匀，局部出现偏黄或者偏蓝的不均匀光斑；另一方面，无论是手动还是自动点胶，都是一个芯片一个芯片的逐个点胶，很难精确控制每个芯片的点胶量，这样就会导致同一批点胶的芯片色温都不一样，使得LED灯的一致性不好，限制了AC LED的推广应用。
而平面涂覆技术有一个决定性的优点，即芯片几乎是一个纯表面发光体，作为白色光源使用时，这意味着可以在芯片表面上进行波长转换，产生白光。为此可以将转换材料直接涂敷到芯片表面上，即所谓的芯片涂层技术，而不是像其它的白色发光二极管那样把转换材料掺入浇注材料中（体积转换）。芯片涂层的优点是，转换剂能够以均匀的层厚涂敷到芯片表面上去，由于荧光粉的浓度均匀，所以在整个芯片表面上每点所转换的光线部分几乎是相同的。因此，本步骤在芯片正负电极之间的微晶表面上涂覆荧光粉涂层时，优选为平面涂覆技术，由此可以最大程度上的保证AC LED发光的均匀性；进一步，荧光粉平面涂覆方式可以为旋涂、丝网印刷或喷涂等。
较佳地，在所述步骤S19之前还包括：在芯片正负电极之间的微晶表面上涂覆一层增粘剂，可以提高荧光粉涂层与芯片表面的附着力；具体地，所述增粘剂的材料可以选用六甲基二硅胺烷（HMDS）或硅烷偶联剂：γ―（2，3-环氧丙氧）氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）或γ―丙基三甲氧基硅烷（KH-560）或γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）。
更进一步，在步骤S19之后还包括步骤S20：在芯片表面除芯片正负电极之外的表面形成第二保护层。具体请参考图11，所述步骤S20中，在芯片表面除芯片正负电极之外的表面形成第二保护层113；其中，所述第二保护层113的设置可以有效地保护荧光粉，避免荧光粉直接暴露在空气中，同时还可以增加AC LED芯片的透光效果。作为具体的实施方式，所述第二保护层113的形成方式为旋涂、浸渍提拉法或者喷涂等方法涂覆在芯片表面除芯片正负电极之外的表面，所述第二保护层的材料为硅胶或环氧树脂等；优选地，所述第二保护层的材料为硅胶，涂覆的百度为1-3微米。
至此，本发明提供的AC LED芯片的制备方法已完成芯片前段的制作，本领域的技术人员在前述前段制作的基础上，可以进行芯片后段工艺，从而完成整个AC LED芯片的制作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种AC LED芯片的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S11、在衬底上生长出具有缓冲层、n型氮化物层、发光层和p型氮化物层的外延片；
S12、在外延片上刻蚀出多个间隔排列的台阶，每个台阶的刻蚀深度至n型氮化物层；
S13、在每个台阶上刻蚀出沟槽，沟槽的刻蚀深度至衬底且刻蚀宽度小于台阶的刻蚀宽度，由此在外延片上形成多个间隔排列的微晶；
S14、在相邻微晶的负极和正极之间形成钝化层；
S15、在芯片和微晶的正极上形成电流扩散层；
S16、在相邻微晶的负极和正极之间沉积微晶连线，同时在芯片正负电极上实现预沉积；
S17、在芯片上除正负电极之外的区域形成第一保护层；
S18、在预沉积的芯片正负电极处利用化学还原镀金方法沉积金。
2.根据权利要求1所述的AC LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S12中，台阶的刻蚀深度为1.2-1.4微米，宽度为40-45微米。
3.根据权利要求1所述的AC LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S13中，沟槽的刻蚀深度为6-7微米，宽度为20-25微米。
4.根据权利要求1所述的AC LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S14中，钝化层的材料为二氧化硅或氮化硅。
5.根据权利要求1所述的AC LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S15中，电流扩散层的材料为氧化铟锡、掺铟氧化锌、掺镓氧化锌、掺铝氧化锌或氧化铟氧化锌混合物。
6.根据权利要求1所述的AC LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S16中，微晶连线的沉积厚度为50-100纳米，其材料包括顺序沉积的铬、铂和金。
7.根据权利要求1所述的AC LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S17中，第一保护层的材料为二氧化硅或氮化硅。
8.根据权利要求1所述的AC LED芯片的制备方法，其特征在于，在步骤S18之后还包括步骤S19：在芯片正负电极之间的微晶表面上涂覆荧光粉涂层。
9.根据权利要求8所述的AC LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S19中，荧光粉涂层的涂覆方法为平面涂覆中的旋涂、丝网印刷或喷涂。
10.根据权利要求8所述的AC LED芯片的制备方法，其特征在于，在所述步骤S19之前还包括：在芯片正负电极之间的微晶表面上涂覆一层增粘剂。
11.根据权利要求8所述的AC LED芯片的制备方法，其特征在于，在步骤S19之后还包括步骤S20：在芯片表面除芯片正负电极之外的表面形成第二保护层。
12.根据权利要求11所述的AC LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S20中，第二保护层的材料为硅胶或环氧树脂。
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