CN103367552B - 一种半导体发光器件的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体发光器件的制作方法，包括以下步骤：S1、形成外延片；S2、在所述外延片的p型氮化物层表面涂覆光刻胶后进行光刻处理，以便在相邻芯片之间的间隔区形成光刻胶保护区；S3、在所述p型氮化物层表面和光刻胶保护区表面沉积金属反射层；S4、在所述金属反射层上沉积预定的p电极；S5、将保护区的光刻胶及附着在其上的金属反射层和p电极去除，直至露出p型氮化物层表面；S6、采用研磨抛光的工艺将外延片中的衬底及缓冲层移除，直至露出n型氮化物层表面；S7、在所述n型氮化物层表面沉积预定的n电极；S8、从所述去除的保护区间隔处对准后直接崩裂，分离得到若干单个垂直结构LED芯片。本发明提供的制作方法工艺简单且生产成本低。
Description
技术领域
本发明属于半导体领域，尤其涉及一种半导体发光器件的制作方法。
背景技术
目前，多数发光二极管（LightEmittingDiode，LED）的外延层是在蓝宝石衬底上制备的。由于蓝宝石衬底是一种绝缘体，因此，制备普通发光二极管芯片时，需要从p层表面开始蚀刻掉部分外延层，直至露出n层才能制备n电极；同时，制备p电极时也需要在p层表面先做电流扩散层后才能制作，因而制备工艺复杂且浪费材料。
在现有许多制备垂直结构的发光二极管芯片时，需要采用激光剥离技术剥离蓝宝石衬底，然后将硅衬底或金属绑定上去代替蓝宝石衬底，然后制备n电极，该种制备工艺复杂，需要采用价格昂贵的激光剥离和绑定设备，因而设备成本高昂，导致生产成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体发光器件的制作方法，解决现有技术中制备半导体发光器件工艺复杂，生产成本高昂的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种半导体发光器件的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
S1、形成外延片：所述外延片包括在衬底上顺序生长出缓冲层、n型氮化物层、发光层和p型氮化物层；
S2、形成保护区：在所述外延片的p型氮化物层表面涂覆光刻胶，对所述光刻胶进行光刻处理，以便在相邻芯片之间的间隔区形成光刻胶保护区；
S3、形成反射层：在所述p型氮化物层表面和光刻胶保护区表面沉积金属反射层；
S4、形成p电极：在所述金属反射层上沉积预定的p电极；
S5、去除保护区：将保护区的光刻胶及附着在其上的金属反射层和p电极去除，直至露出被光刻胶覆盖的p型氮化物层表面；
S6、去除衬底及缓冲层：采用研磨抛光的工艺将外延片中的衬底及缓冲层移除，直至露出n型氮化物层表面；
S7、形成n电极：在所述n型氮化物层表面沉积预定的n电极；
S8、形成单个芯片：从所述去除的保护区间隔处对准，依次进行直接崩裂，分离得到若干单个垂直结构LED芯片。
本发明提供的半导体发光器件制作方法中，采用研磨抛光工艺将外延片中的衬底及缓冲层移除，在露出的n型氮化物层表面沉积预定的n电极，不需要使用昂贵的激光剥离和绑定设备，工艺简单且生产成本低；其次，不需要使用现有的切割工艺，就能够直接将单个垂直结构的LED芯片从晶圆片上分离开；再次，在形成p电极之前沉积有金属反射层，所述金属反射层能够将入射到p层界面的光尽可能的反射回去，这样光可以再从n层界面出射，避免被p电极吸收，因而提高了整个LED芯片的出光亮度和可靠性；最后，在所述金属反射层上形成p电极，所述p电极既能起到导电作用，又能起到优良的散热途径，同时还能起到支撑整片晶圆的作用，防止衬底被研磨去除后外延片太薄而易破裂的问题。
附图说明
图1是本发明提供的半导体发光器件制作方法中外延片的结构示意图。
图2是本发明提供的半导体发光器件制作方法中形成保护区的结构示意图。
图3是本发明提供的半导体发光器件制作方法中形成反射层的结构示意图。
图4是本发明提供的半导体发光器件制作方法中形成p电极的结构示意图。
图5是本发明提供的半导体发光器件制作方法中去除保护区的结构示意图。
图6是本发明提供的半导体发光器件制作方法中形成n电极的结构示意图。
图7是本发明提供的半导体发光器件制作方法中形成的单个垂直结构LED芯片结构示意图。
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。
一种半导体发光器件的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
S1、形成外延片：所述外延片包括在衬底上顺序生长出缓冲层、n型氮化物层、发光层和p型氮化物层；
S2、形成保护区：在所述外延片的p型氮化物层表面涂覆光刻胶，对所述光刻胶进行蚀刻处理，以便在相邻芯片之间的间隔区形成光刻胶保护区；
S3、形成反射层：在所述p型氮化物层表面和光刻胶保护区表面沉积金属反射层；
S4、形成p电极：在所述金属反射层上沉积预定的p电极；
S5、去除保护区：将保护区的光刻胶及附着在其上的金属反射层和p电极去除，直至露出被光刻胶覆盖的p型氮化物层表面；
S6、去除衬底及缓冲层：采用研磨抛光的工艺将外延片中的衬底及缓冲层移除，直至露出n型氮化物层表面；
S7、形成n电极：在所述n型氮化物层表面沉积预定的n电极；
S8、形成单个芯片：从所述去除的保护区间隔处对准，依次进行直接崩裂，分离得到若干单个垂直结构LED芯片。
本发明提供的半导体发光器件制作方法中，采用研磨抛光工艺将外延片中的衬底及缓冲层移除，在露出的n型氮化物层表面沉积预定的n电极，不需要使用昂贵的激光剥离和绑定设备，工艺简单且生产成本低；其次，不需要使用现有的切割工艺，就能够直接将单个垂直结构的LED芯片从晶圆片上分离开；再次，在形成p电极之前沉积有金属反射层，所述金属反射层能够将入射到p层界面的光尽可能的反射回去，这样光可以再从n层界面出射，避免被p电极吸收，因而提高了整个LED芯片的出光亮度和可靠性；最后，在所述金属反射层上形成p电极，所述p电极既能起到导电作用，又能起到优良的散热途径，同时还能起到支撑整片晶圆的作用，防止衬底被研磨去除后外延片太薄而易破裂的问题。
以下将结合具体的实施方式，对本发明提供的半导体发光器件的制作方法进行详细说明。
请参考图1所示，步骤S1中，在衬底11上顺序生长出具有缓冲层12、n型氮化物层13、发光层14和p型氮化物层15的外延片。
其中，所述衬底11为蓝宝石基底，其主要材料为Al2O3，所述外延片的具体生长方法可采用本领域技术人员所熟知的金属有机化合物化学气相沉淀（Metal-organicChemicalVaporDeposition，MOCVD）方法，在此不再赘述。
优选地，所述p型氮化物层15包含电子阻挡层，所述电子阻挡层可以为掺铝的氮化物，设置在p型氮化物层下方，即发光层14和p型氮化物层15之间。
请参考图2所示，步骤S2中，在所述外延片的p型氮化物层15表面涂覆光刻胶，对所述光刻胶进行光刻处理，以便在相邻芯片之间的间隔区形成光刻胶保护区16。
制作所述光刻胶保护区16的目的在于避免后续厚的金属电极在该区域的累积，以便通过该保护区来将整个晶圆分离成若干单个的晶粒。作为一种具体的实施例，所述光刻胶保护区的形成工艺包括如下步骤：
S21、在所述p型氮化物层15表面，通过滴加光刻胶到真空吸附在金属载盘上的晶圆表面，来进行旋涂光刻胶，所述旋涂具体包括两个阶段：第一阶段，金属载盘的转速为8-11rps，旋涂的时间为5-10秒；第二阶段，金属载盘的转速为30-45rps，旋涂的时间为25-35秒；由此在所述p型氮化物层15表面形成厚度为2-3微米的光刻胶。
S22、将旋涂有光刻胶的晶圆放入烘烤箱中烘烤，所述烘烤的时间为12-16分钟，烘烤的温度为85-95℃。
S23、采用能量为20焦耳的光源，设置晶圆和光刻板之间的曝光距离为60-120微米，曝光时间为6-12秒，将所述晶圆在曝光设备中进行曝光处理。
S24、将所述曝光后的晶圆在硬性溶液中进行显影处理，然后采用溢流加空气搅拌方式对显影后的晶圆进行水洗，以除去曝光后的光刻胶。
S25、将水洗后的带有剩余光刻胶的晶圆，放入烘烤箱中再次烘烤，所述烘烤的时间为20-30分钟，烘烤的温度为115-122℃。至此，完成在所述相邻芯片之间的间隔区形成光刻胶保护区16；其中，所述光刻胶的涂覆和具体形成过程，本领域的技术人员在前述方法的基础上还可以采用其它的方法来形成。
请参考图3所示，步骤S3中，在所述p型氮化物层表面和光刻胶保护区表面沉积金属反射层17。
其中，所述金属反射层17为高反射率的金属，具体所述金属反射层的材料可以为铝或银，设置该金属反射层可以防止LED芯片朝p型氮化物层表面出射的光被后续形成的p电极吸收。所述沉积金属反射层17的方式可以采用电子束蒸镀、物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition，PVD）或其它的方式；优选采用电子束蒸镀在p型氮化物层表面和光刻胶保护区表面沉积金属反射层薄膜，沉积的具体条件为：沉积温度为50-90℃，初始沉积压力为2.5×10e-6Torr，沉积速率为0.5-1埃/秒，蒸镀伞的转速为10-12rpm。由此在所述p型氮化物层15表面和光刻胶保护区16表面形成厚度为100-500纳米的金属反射层17，由此具有更高的反射率，可以对入射到该层的光线进行全反射，防止被吸收。
请参考图4所示，所述步骤S4中，在所述金属反射层上沉积预定的p电极18。
其中，所述沉积p电极18的具体方式可以为化学镀或电镀的方法，p电极的材料为金属，具体可选自铜（Cu）、金（Au）、铂（Pt）、钛（Ti）、铝（Al）中的至少一种，沉积的p电极图案可根据需要预先设定。优选地，所述金属反射层17上沉积的预定p电极18的厚度为80-150微米，由此可以更好地起到导电、散热和作为基底对外延片形成支撑作用。
请参考图5所示，步骤S5中，将保护区的光刻胶及附着在其上的金属反射层和p电极去除，直至露出被光刻胶覆盖的p型氮化物层表面。
作为一种具体的实施例，可将步骤S4之后的晶圆采用去胶液、丙酮和异丙醇进行清洗，具体可以包括以下步骤：
S51、将带有光刻胶层的晶圆放入去胶液中浸泡并施加超声波振荡，所述去胶液的温度为70-85℃，浸泡的时间为15-30分钟；
S52、然后放入到丙酮中浸泡，所述丙酮的温度为40-45℃，浸泡的时间为10-20分钟；
S53、最后放入到异丙醇中浸泡，所述异丙醇的温度为45-55℃，浸泡的时间为15-20分钟。
本发明的发明人研究发现，由于光刻胶保护区16上的金属反射层17和P电极18都是覆盖在光刻胶表面的，而光刻胶为有机物，金属与光刻胶的黏附力很差，因而在溶解光刻胶的过程中，覆盖在上面的金属很容易脱离并转移到去胶的溶液中，而且去胶过程中有超声振荡，更有利于光刻胶保护区上的金属反射层和P电极的剥落，从而将被光刻胶覆盖的p型氮化物层表面暴露出来。
步骤S6中，采用研磨抛光的工艺将外延片中的衬底11及缓冲层12移除，直至露出n型氮化物层13表面。
作为一种具体的实施例，本发明借助钻石砂轮，采用研磨抛光设备将蓝宝石基底及缓冲层去除，所述研磨抛光的工艺具体包括以下步骤：
S61、以晶圆的衬底面朝上将其固定在陶瓷盘中心，始终保持冷却液喷射，通过砂轮转动前进对衬底及缓冲层进行研磨；
S62、对研磨后的陶瓷盘施加压力使固定在陶瓷盘上的晶圆衬底与抛光设备中的铜盘接触，间隔喷洒抛光液，通过铜盘与陶瓷盘的同向或反向转动对衬底及缓冲层进行抛光。
其中，根据前述步骤S61可知，所述晶圆以衬底面朝上固定在陶瓷盘中心，当陶瓷盘与抛光设备中的铜盘接触时，所述晶圆的衬底及缓冲层就会与铜盘表面及喷洒在铜盘表面的抛光液接触，通过铜盘与陶瓷盘的同向或反向转动，所述晶圆的衬底及缓冲层就会与铜盘表面的抛光液摩擦，直至将蓝宝石基底及缓冲层去除。
作为优选的实施例，所述步骤S61中，所述砂轮的转速为400-500rpm，砂轮的前进速度0.6-0.8微米/秒；所述步骤S62中，所述铜盘的转速为50-60rpm，陶瓷盘的转速为30-50rpm，抛光液每隔15-20秒喷洒1-3秒，对陶瓷盘施加的压力为3-5Kg，具体可通过5Kg的砝码将陶瓷盘压在铜盘上；采用前述的抛光参数，可以实现每分钟抛光的厚度为2微米。
作为一种较佳的实施方式，在所述步骤S62之后进一步包括，将研磨抛光后的晶圆在加热的碱性溶液中进行超声浸泡清洗，以确保晶圆的衬底及缓冲层被完全去除干净。具体可将研磨抛光后的晶圆在氢氧化钠溶液中进行超声浸泡清洗，氢氧化钠溶液的质量浓度为20-40%，温度为200-240℃，至此能够彻底将残留的蓝宝石衬底及缓冲层移除，露出n型氮化物层13表面。
请参考图6所示，步骤S7中，在所述n型氮化物层13表面沉积预定的n电极19。
其中，所述沉积n电极的具体方式可以为蒸镀或光刻的方法，n电极的材料为金属，具体可选自铬（Cr）、金（Au）、钛（Ti）、钛铝合金（Ti-Al）中的任意一种，沉积的n电极图案可根据需要预先设定。
作为一种优选的实施例，在所述步骤S7中形成n电极之前，还包括对n型氮化物层表面进行粗化处理的步骤。因为n面为出光面，由此可以更好地增加光的取出效率。具体地，所述粗化液采用磷酸与硫酸的混合溶液，其体积比为3：1，在温度为180-250℃的条件下就可将n型氮化物层表面蚀刻成凹凸不平的粗糙表面。
作为又一种优选的实施例，在所述步骤S7中形成n电极之后，还包括在n型氮化物层13和n电极19表面沉积绝缘钝化层（图中未标示）的步骤。
具体可以采用等离子体增强化学气相沉积法（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，PECVD）在n型氮化物层13和n电极19表面沉积一层绝缘钝化层，以避免芯片四周受到环境的污染和静电损伤。优选地，所述绝缘钝化层的材料为二氧化硅（SiO2）。
步骤S8中，从所述去除的保护区间隔处对准，依次进行直接崩裂，分离得到若干单个垂直结构LED芯片。
具体地，由于预先设置了光刻胶保护区，而从光刻胶保护区到n型氮化物层表面的厚度大约为3-5微米，非常容易分离，所以不需要像常规方法那样，在崩裂前需要先做激光切割工艺，一种是直接背面切割蓝宝石衬底，另一种是从正面p层开始一直切割到蓝宝石衬底位置。而本发明是将晶圆片从保护区间隔处中心对准，依次进行直接崩裂，分离得到数量众多的单个垂直结构LED芯片。请参考图7所示，所述垂直结构LED芯片包括n型氮化物层13，形成于n型氮化物层13上表面的n电极19，以及顺序形成于n型氮化物层13下表面的发光导层14、p型氮化物层15、金属反射层17和P电极18。
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)
1.一种半导体发光器件的制作方法，其特征在于，该制作方法包括以下步骤：
S1、形成外延片：所述外延片包括在衬底上顺序生长出缓冲层、n型氮化物层、发光层和p型氮化物层；
S2、形成保护区：在所述外延片的p型氮化物层表面涂覆光刻胶，对所述光刻胶进行光刻处理，以便在相邻芯片之间的间隔区形成光刻胶保护区；
S3、形成反射层：在所述p型氮化物层表面和光刻胶保护区表面沉积金属反射层；
S4、形成p电极：在所述金属反射层上沉积预定的p电极；
S5、去除保护区：将保护区的光刻胶及附着在其上的金属反射层和p电极去除，直至露出被光刻胶覆盖的p型氮化物层表面；
S6、去除衬底及缓冲层：采用研磨抛光的工艺将外延片中的衬底及缓冲层移除，直至露出n型氮化物层表面；
S7、形成n电极：在所述n型氮化物层表面沉积预定的n电极；
S8、形成单个芯片：从所述去除的保护区间隔处对准，依次进行直接崩裂，分离得到若干单个垂直结构LED芯片。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，所述步骤S2中光刻胶的涂覆厚度为2-3微米。
3.根据权利要求1所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，所述步骤S3中金属反射层的材料为铝或银。
4.根据权利要求1所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，所述步骤S3中金属反射层的厚度为100-500纳米。
5.根据权利要求1所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，所述步骤S4中p电极的厚度为80-150微米。
6.根据权利要求1所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，所述步骤S5中去除保护区具体包括以下步骤：
S51、将带有光刻胶层的晶圆放入去胶液中浸泡并施加超声波振荡，所述去胶液的温度为70-85℃，浸泡的时间为15-30分钟；
S52、然后放入到丙酮中浸泡，所述丙酮的温度为40-45℃，浸泡的时间为10-20分钟；
S53、最后放入到异丙醇中浸泡，所述异丙醇的温度为45-55℃，浸泡的时间为15-20分钟。
7.根据权利要求1所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，所述步骤S6中研磨抛光的工艺具体包括以下步骤：
S61、以晶圆的衬底面朝上将其固定在陶瓷盘中心，始终保持冷却液喷射，通过砂轮转动前进对衬底及缓冲层进行研磨；
S62、对研磨后的陶瓷盘施加压力使固定在陶瓷盘上的晶圆衬底与抛光设备中的铜盘接触，间隔喷洒抛光液，通过铜盘与陶瓷盘的同向或反向转动对衬底及缓冲层进行抛光。
8.根据权利要求7所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，所述步骤S61中，所述砂轮的转速为400-500rpm，砂轮的前进速度0.6-0.8微米/秒。
9.根据权利要求7所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，所述步骤S62中，所述铜盘的转速为50-60rpm，陶瓷盘的转速为30-50rpm，抛光液每隔15-20秒喷洒1-3秒，对陶瓷盘施加的压力为3-5Kg。
10.根据权利要求7所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，在所述步骤S62之后进一步包括，将研磨抛光后的晶圆在加热的碱性溶液中进行超声浸泡清洗，碱性溶液的温度为200-240℃。
11.根据权利要求1所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，在所述步骤S7中形成n电极之前，还包括对n型氮化物层表面进行粗化处理的步骤。
12.根据权利要求1所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，在所述步骤S7中形成n电极之后，还包括在n型氮化物层和n电极表面沉积绝缘钝化层的步骤。
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