CN106935689A - 倒装芯片及其制备方法和照明设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了倒装芯片及其制备方法和照明设备,该倒装芯片包括:基底,设置于基底下表面的外延层,其中,外延层包括:形成有基底下表面的N型氮化镓层;形成在N型氮化镓层下表面的多量子阱层;以及形成在N型氮化镓层下表面的P型氮化镓层,设置外延层下表面的第一反射层,形成于外延层下表面的正极,贯穿第一反射层、P型氮化镓层、多量子阱层,并深入至N型氮化镓层,且与外延层接触的表面上具有绝缘层的负极,形成在外延层侧壁上的第二反射层和形成在基底侧壁上的第三反射层。该倒装芯片能够有效将从基底和外延层侧壁射出的光反射而从基底正面射出,从而提高光利用率,提高亮度和光均匀性、一致性。
Description
技术领域
本发明涉及倒装芯片技术领域,具体地,涉及倒装芯片及其制备方法和照明设备。
背景技术
图1是目前广泛使用的倒装芯片采用的结构。该结构中外延层包括N型氮化镓层(N-GaN)、多量子阱层(MQW)以及P型氮化镓层(P-GaN)基本结构,由于倒装芯片采用的是从蓝宝石基底面(Sapphire)出光的方式,所以该结构中在P型氮化镓上面还设置有具有高反射率的反射层,这样的结构可以充分将量子阱层发出的向下的光线全部反射为向上射出,这样能有效提高蓝宝石面出光的集中度,从而提高倒装芯片的亮度。
然而,目前的倒装芯片光利用率仍然不理想,仍有部分光被浪费,因而,目前的倒装芯片仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的发明人进行深入研究,发明人发现,虽然目前倒装芯片中多量子阱层产生的蓝光经过底部的反射层反射后会集中从蓝宝石面出来,但不可避免的仍有一定比例的光线会从蓝宝石或芯片的四个侧壁导出,尤其是蓝宝石衬底层厚度大多在几十到一百多微米范围,侧壁的面积显著大于芯片本身的侧壁面积,从蓝宝石侧壁导出的光线更加可观。而目前的倒装芯片中只考虑了底部反射层而没有考虑到侧壁出光的问题,所以这部分光线在目前的倒装结构中必然被浪费。同时,发明人发现目前倒装芯片封装白光工艺中使用的无论是陶瓷荧光粉片或者是荧光粉平面涂覆技术都是在蓝宝石正面进行厚度均匀的覆盖,这样从外延层中产生的蓝光能有效激发蓝宝石正面的荧光粉,从而产生白光,但四个侧壁导出的蓝光就无法被利用。这部分蓝光的浪费一方面会影响整体倒装芯片产生白光的亮度,另一方面由于这部分蓝光没有经过荧光粉转换为白光,但又不可避免的同时混合在白光中,这样就影响到了白光的光色一致性,降低白光的显色性,从而影响倒装芯片应用时的品质。经过大量探索实践和反复实验验证,本发明的发明人提出了一种光利用率高、光亮度较高、光均匀性、一致性好的倒装芯片。
有鉴于此,在本发明的一个方面,本发明提供了一种倒装芯片。根据本发明的实施例,该倒装芯片包括:基底,设置于基底下表面的外延层,其中,外延层包括:形成在基底下表面的N型氮化镓层;形成在N型氮化镓层下表面的多量子阱层;以及形成在多量子阱层下表面的P型氮化镓层,设置在外延层下表面的第一反射层,形成于外延层下表面的正极,贯穿第一反射层、P型氮化镓层、多量子阱层,并深入至N型氮化镓层,且与外延层接触的侧壁上具有绝缘层的负极,形成在外延层侧壁上的第二反射层和形成在基底侧壁上的第三反射层。发明人发现,根据本发明实施例的倒装芯片能够有效将从基底和外延层侧壁射出的光反射而从基底面射出,从而提高光利用率,提高亮度和光均匀性、一致性,进而改善倒装芯片的使用效果。
在本发明的另一方面,本发明提供了一种制备前面所述的倒装芯片的方法。根据本发明的实施例,该方法包括:(1)在基底的下表面上依次形成N型氮化镓层、多量子阱层以及P型氮化镓层,以形成外延层;(2)对外延层进行干法蚀刻,以形成贯穿P型氮化镓层、多量子阱层,并深入至N型氮化镓层的负极区域;(3)在外延层的侧壁形成第二反射层,并在所述负极区域的侧壁上形成绝缘层;(4)在外延层的下表面形成第一反射层;(5)在外延层的下表面和负极区域分别形成正极和负极;(6)在基底的侧壁形成第三反射层。利用该方法,能够快速有效地制备获得前面所述的倒装芯片,步骤简单,操作方便,易于实现,且制备获得的倒装芯片的光利用率更好,亮度和光均匀性、一致性理想。
在本发明的再一方面,本发明提供了一种照明设备。根据本发明的实施例,该照明设备包括前面所述的倒装芯片。该照明设备具有前面所述的倒装芯片的全部特征和优点,在此不再一一赘述。
附图说明
图1是现有倒装芯片的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的倒装芯片的结构示意图。
图3是根据本发明实施例的倒装芯片的结构示意图。
图4是根据本发明实施例的倒装芯片的结构示意图。
图5A至图5E分别是经过步骤(1)至(5)后得到的倒装芯片的结构示意图。
图6是经过步骤(7)后得到的倒装芯片的结构示意图。
图7A是经过步骤(8)后得到的倒装芯片的结构示意图。
图7B是根据本发明实施例的倒装芯片的结构示意图。
图8是切割前根据本发明实施例的倒装芯片的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的一个方面,本发明提供了一种倒装芯片。根据本发明的实施例,参照图2,该倒装芯片包括:基底1,设置于基底下表面的外延层2,其中,外延层2包括:形成在基底1下表面的N型氮化镓层21;形成在N型氮化镓层21下表面的多量子阱层22;以及形成在多量子阱层22下表面的P型氮化镓层23,设置在外延层2下表面的第一反射层3,形成于外延层2下表面的正极4,贯穿第一反射层3、P型氮化镓层23、多量子阱层22,并深入至N型氮化镓层21,且与外延层2接触的侧壁上具有绝缘层5的负极6,形成在外延层2侧壁上的第二反射层7和形成在基底1侧壁上的第三反射层8。发明人发现,根据本发明实施例的倒装芯片能够有效将从基底和外延层侧壁射出的光反射而从基底正面(即上表面)射出,从而提高光利用率,当倒装芯片封装为白光后,光均匀性、一致性、亮度和品质显著提高,进而大大改善了倒装芯片的使用效果。
根据本发明的实施例,参照图3,为了进一步提高第二反射层7对外延层2侧壁的覆盖,保证反射效果,外延层2的两个侧壁可以在从下至上的方向上彼此远离。优选情况下,外延层2的纵截面形状可以为倒梯形。为了进一步提高反射效果,便于加工等,外延层2的纵截面形状优选为等腰梯形。由此,经外延层侧壁导出的光能够经第二反射层发射后重新由基底正面出光,提高亮度和光均匀性、一致性,进而提高倒装芯片的品质。
根据本发明的实施例,由于外延层2是能够导电的,为了不影响倒转芯片的使用性能,第二反射层7需要由绝缘材料形成。由此,能够不对倒装芯片产生负面影响。根据本发明的实施例,第二反射层7可以为布拉格反射层(DBR层)。具体而言,第二反射层7可以为由二氧化硅和二氧化钛交替形成的DBR层,排列周期可以为2~5对,每层二氧化硅的厚度可以为50~100nm,每层二氧化钛的厚度可以为30~70nm,第二反射层7的总厚度可以为160~850nm。由此,能够保证反射效果的同时,不会造成材料的浪费,且基本不会对倒装芯片的厚度、体积等产生影响。
根据本发明的实施例,基底1侧壁的纵截面形状不受特别限制,在本发明的一些实施例中,参照图4,基底1侧壁的纵截面形状可以为L形。由此,便于加工、容易实现。根据本发明的实施例,基底的材质不受特别限制,可以为本领域常用的各种材质。在本发明的一些实施例中,基底可以由蓝宝石形成。根据本发明的实施例,基底的厚度也不受特别限制,例如包括但不限于为30~50微米。由此,有利于提高倒装芯片的品质。
根据本发明的实施例,第三反射层8的材质不受特别限制,由于通常基底均不导电,因此形成第三反射层8的材料可以是导电的也可以是不导电的,均不会对倒装芯片产生负面影响。在本发明的一些实施例中,第三反射层8是由金属铝形成的。由此,反射效果较佳。根据本发明的实施例,第三反射层8的厚度不受特别限制,在本发明的一些实施例中,第三反射层8的厚度可以为80~150nm。由此,保证反射效果良好的同时,不会造成材料的浪费,经济性好,同时基本不会对倒装芯片的尺寸产生影响。
根据本发明的实施例,第一反射层3的材质和厚度也不受特别限制,本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。在本发明的一些实施例中,第一反射层3可以由金属银形成,第一反射层3的厚度可以为80~150nm。由此,可以有效将从倒装芯片下表面导出的光反射回正面出光,提高光利用率。
根据本发明的实施例,正极4和负极6的材质也没有特别限制,只要能够实现电连接功能即可,包括但不限于正极4和负极6各自独立地由金属Cr、Al、Ti和Au形成。由此,倒装芯片功能良好。根据本发明的实施例,负极6表面上形成的绝缘层5的材质和厚度没有特别限制,例如可以与第二反射层7相同,由此,能够有效将负极6和多量子阱层22、P型氮化镓层23绝缘,保证倒装芯片正常工作。
在本发明的另一方面,本发明提供了一种制备前面所述的倒装芯片的方法。根据本发明的实施例,该方法包括以下步骤:
(1)参照图5A,在基底1的下表面上依次形成N型氮化镓层21、多量子阱层22以及P型氮化镓层23,以形成外延层2。
在该步骤中,可以通过MOCVD(有机化学气相沉积)工艺在基底下表面生长外延层,外延层结构至少包括n型氮化物层(n-GaN)、多量子阱层(MQW)和p型氮化物层(p-GaN)。
(2)参照图5B,对外延层2进行干法蚀刻,以形成贯穿P型氮化镓层23、多量子阱层22,并深入至N型氮化镓层21的负极区域9。
根据本发明的实施例,负极区域9可以按照以下步骤形成:
光刻:在外延层2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,来进行旋涂正性光刻胶,旋涂具体包括两步:第一步,金属载盘的转速为8-11rps,旋涂的时间为5-10秒;第二步,金属载盘的转速为30-40rps,旋涂的时间为25-35秒;由此在外延层表面形成厚度为2.5-3微米的光刻胶,接着,将旋涂有光刻胶的晶圆放入烘烤箱中烘烤,烘烤的时间为12-16分钟,烘烤的温度为85-95℃。然后,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,将晶圆在曝光设备中进行曝光处理。将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,以完全除去曝光后的光刻胶。接着,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,烘烤的时间为20-30分钟,烘烤的温度为115-122℃。
干法蚀刻:可以通过离子干法刻蚀(ICP)在胶层的保护下对裸露的氮化镓外延层进行刻蚀,刻蚀气体可以选用氯气、三氯化硼,流量分别控制在20、8sccm,刻蚀压力控制在0.6-1Pa,RF能量100W,Bias能量60W,刻蚀时间约10-15min,刻蚀深度控制在1.2-1.4μm。蚀刻结束后将晶圆采用去胶液DTNS-4000、丙酮和异丙醇进行清洗,具体而言,可以将带有光刻胶层的晶圆放入70摄氏度的去胶液中浸泡15~30分钟并施加超声波振荡,然后放入到丙酮中浸泡10~20分钟,最后放入到异丙醇中浸泡15~20分钟。去胶后得到刻蚀出负极区域的倒装芯片,见图5B。
(3)参照图5C,在外延层2的侧壁形成第二反射层7,并在负极区域9的侧壁上形成绝缘层5。根据本发明的实施例,第二反射层7和绝缘层5可以分别形成,也可以同时形成,考虑节省操作步骤,简化操作,第二反射层7和绝缘层5可以同时通过物理气相沉积方法形成。
根据本发明的实施例,第二反射层7和绝缘层5可以按照以下步骤形成:(3-1)通过物理气相沉积法在所述外延层的表面形成布拉格反射层;(3-2)对所述布拉格反射层进行光刻处理,以在位于所述外延层和负极区域侧壁的布拉格反射层的表面形成光刻胶层;(3-3)通过缓冲氧化物腐蚀法,对未被所述光刻胶层保护的拉格反射层进行腐蚀处理,以去除未被所述光刻胶层保护的拉格反射层;(3-4)利用去胶液DTNS-4000去除所述光刻胶层。由此,可以同时形成第二反射层7和绝缘层5,步骤简单,同时步骤较少,不仅操作方便,且效率较高。
在本发明的一个具体示例中,可以按照如下步骤形成第二反射层7和绝缘层5:
1.采用PVD(物理气相沉积)方式在外延层表面上进行DBR层的薄膜沉积,DBR层结构为SiO2/TiO2薄膜的交替沉积,排列周期为2-5对,SiO2厚度为50-100nm,TiO2厚度为30-70nm;
2.在沉积后的DBR表面进行光刻工艺,具体工艺步骤如下:在DBR层表面,通过滴加光刻胶到真空吸附在金属载盘上的晶圆表面,来进行旋涂正性光刻胶,旋涂具体包括两步:第一步,金属载盘的转速为8-11rps,旋涂的时间为5-10秒;第二步,金属载盘的转速为60-75rps,旋涂的时间为25-35秒;由此在DBR表面形成厚度为1.5-2微米的光刻胶。接着,将旋涂有光刻胶的晶圆放入烘烤箱中烘烤,烘烤的时间为12-16分钟,烘烤的温度为85-95℃,然后,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,将晶圆在曝光设备中进行曝光处理,接下来,将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,以完全除去曝光后的光刻胶,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,烘烤的时间为20-30分钟,烘烤的温度为115-122℃。
3.通过BOE腐蚀(缓冲氧化物腐蚀)工艺,BOE中HF:NH4F成分比为1:6,BOE和纯水按体积比1:3配制使用,BOE溶液将正面未被PR(光刻胶)保护的DBR层完全刻蚀,而四周侧壁以及负极区域DBR层则保留下来,形成绝缘层5,用于后续负极金属电极和P-GaN层之间形成绝缘隔断。
4.腐蚀结束后将晶圆采用去胶液DTNS-4000、丙酮和异丙醇进行清洗。具体如下:将带有光刻胶层的晶圆放入80度的去胶液中浸泡15~30分钟并施加超声波振荡,然后放入到丙酮中浸泡10~20分钟,最后放入到异丙醇中浸泡15~20分钟,得到图5C所示的具有第二反射层7和绝缘层5的倒装芯片结构。
(4)参照图5D,在外延层2的下表面形成第一反射层3。
根据本发明的实施例,第一反射层3的形成方法不受特别限制,可以采用本领域已知的任何方法。在本发明的一些实施例中,第一反射层3可以通过电子束蒸镀方法形成。在本发明的一个具体示例中,可以按照如下步骤形成第一反射层3:
1.采用电子束蒸镀机在P-GaN表面沉积金属反射层银,初始沉积压力控制在2.5*10e-6Torr,沉积速率控制在0.3-0.5nm/s,伞转速控制在10~12rpm,沉积厚度控制在80~150nm。
2.沉积后需要进行光刻和刻蚀,留出第一反射层3与外延层2边缘的间隔以及正负电极4和6的位置,防止漏电流。具体操作如下:在第一反射层3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,来进行旋涂正性光刻胶,旋涂具体包括两步:第一步,金属载盘的转速为8-11rps,旋涂的时间为5-10秒;第二步,金属载盘的转速为60-75rps,旋涂的时间为25-35秒;由此在第一反射层3表面形成厚度为1.5-2微米的光刻胶。将旋涂有光刻胶的晶圆放入烘烤箱中烘烤,烘烤的时间为12-16分钟,烘烤的温度为85-95℃。然后,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,将晶圆在曝光设备中进行曝光处理。将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,以完全除去曝光后的光刻胶。将水洗后带有剩余光刻胶的晶圆,放入烘烤箱中再次烘烤,烘烤的时间为20-30分钟,烘烤的温度为115-122℃。
3.采用ITO腐蚀溶液,加热到35摄氏度,腐蚀3-5min,将未被PR保护的第一反射层3完全刻蚀后,QDR(快排冲洗槽)水洗检查。
4.腐蚀结束后将晶圆采用去胶液DTNS-4000、丙酮和异丙醇进行清洗。将带有光刻胶层的晶圆放入80摄氏度的去胶液中浸泡15~30分钟并施加超声波振荡,然后放入丙酮中浸泡10~20分钟,最后放入异丙醇中浸泡15~20分钟,得到图5D所示结构。
(5)参照图5E,在外延层2的下表面和负极区域9分别形成正极4和负极6。
根据本发明的实施例,正极和负极可以通过电子束蒸镀方法形成。在本发明的一个具体示例中,可以按照如下步骤进行:
1.在上述第一反射层3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,来进行旋涂负性光刻胶,旋涂具体包括两步:第一步,金属载盘的转速为8-11rps,旋涂的时间为5-10秒;第二步,金属载盘的转速为50-65rps,旋涂的时间为25-35秒;由此在第一反射层3表面形成厚度为3微米的光刻胶。将旋涂有光刻胶的晶圆放入烘烤箱中烘烤,烘烤的时间为12-16分钟,烘烤的温度为85-95℃。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,将晶圆在曝光设备中进行曝光处理。将曝光后带有剩余光刻胶的晶圆,放入烘烤箱中再次烘烤,烘烤的时间为3-8分钟,烘烤的温度为105-115℃。将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,以完全除去曝光后的光刻胶。
2.电极沉积:采用电子束蒸镀机在表面依次沉积金属Cr、Al、Cr、Ti、Au,沉积压力控制在5*10e-6 Torr,沉积速率分别控制在0.2、3、0.4、0.6、3nm/s,蒸镀伞转速控制在10~12rpm,电极厚度控制在1.5μm。沉积完成后将晶圆采用去胶液DTNS-4000、丙酮和异丙醇进行清洗,具体的,将带有光刻胶层的晶圆放入80摄氏度的去胶液中浸泡15~30分钟并施加超声波振荡,然后放入丙酮中浸泡10~20分钟,最后放入异丙醇中浸泡15~20分钟。本步骤中附着于该光刻胶上的金属也随着光刻胶的去除而脱离,从而得到特定电极结构(正极4和负极6)。
3.采用退火炉对正负电极层(4和6)进行退火处理,退火为氮气氛围,N2流量30-50L/min,退火温度控制在240-350摄氏度,退火时间控制在8-12min。退火后冷却后得到图5E所示结构。
(6)参照图2,在基底1的侧壁形成第三反射层8。
根据本发明的实施例,第三反射层8可以通过电子束蒸镀方法形成。在本发明的一个具体示例中,可以按照如下步骤进行:
采用电子束蒸镀机在基底表面沉积金属反射层铝,初始沉积压力控制在2.5*10e-6 Torr,沉积速率控制在0.3-0.5nm/s,伞转速控制在10~12rpm,沉积厚度控制在80~150nm,得到图2所示结构。
发明人发现,利用根据本发明实施例的该方法,能够快速有效地制备获得前面所述的倒装芯片,步骤简单,操作方便,易于实现,且制备获得的倒装芯片的光利用率更好,亮度和光均匀性、一致性理想,芯片封装为白光后的亮度及品质显著提升。
在本发明的另一些实施例中,为了进一步提高第二反射层7对外延层侧壁的覆盖,保证反射效果,参照图6,在上述步骤(1)之后,步骤(2)之前,可以进一步包括步骤(7):对外延层2进行光刻和干法蚀刻,以使外延层2的两个侧壁在从下至上的方向上彼此远离。在本发明的一个具体示例中,采用光刻和ICP干法刻蚀的工艺实现外延层2侧壁结构,具体过程如下:表面旋涂光刻胶(PR)且必须使用厚胶,厚胶经过光刻后更容易控制胶本身的形状,同时也具有更强的耐干法刻蚀性能,这样做的好处在于:后续对GaN外延层的刻蚀会按照光刻胶形成图形的角度进行刻蚀,确保图形的准确传递。在该实施例中,外延层2的纵截面形状为倒梯形,即形成倒梯形斜边侧壁,可以按照如下工艺步骤和条件实施:
a.旋涂光刻胶,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正性光刻胶,旋涂具体包括两步:第一步,金属载盘的转速为8-11rps,旋涂的时间为5-10秒;第二步,金属载盘的转速为15-25rps,旋涂的时间为25-35秒;由此在外延层面形成厚度为9-10微米的光刻胶。b.光刻胶前烘,110度温度下烘烤30min,使PR中的溶剂挥发。c.使用光刻机进行紫外线曝光,工艺条件为:能量15-20mJ,曝光距离250μm,曝光时间8-12s。d.图形显影:使用特定的显影液,常温下控制显影时间在300秒,然后QDR水洗并检查显影效果。e.光刻胶后烘,110度温度下烘烤20min,促进PR的光化学反应,更好的形成特定图形。f.采用等离子干法刻蚀(ICP)在胶层的保护下对裸露的GaN外延层进行刻蚀,刻蚀气体选用氯气、氩气,气体流量分别控制在40、5sccm,刻蚀压力控制在0.6-1Pa,RF能量120W,Bias能量80W,刻蚀时间约50-85min,刻蚀深度控制在5.2-6.4μm。刻蚀过程中氯气主要起化学作用,氩气起物理轰击作用,物理轰击为垂直方向作用,而氯气会沿着胶保护层的梯形侧壁角度向下扩散与GaN发生化学反应。刻蚀结束后使用去胶液以及丙酮将剩余PR去除,去胶液加热至80摄氏度度,浸泡15~30min。丙酮加热至45摄氏度,浸泡10~20min,去胶后得到具有梯形斜边侧壁结构的倒装芯片,结构见图6。其他步骤(即步骤(1)-(6))同上所述,最终获得如图3所示的倒装芯片结构。
根据本发明的实施例,为了便于加工和实施,可以使得基底1的侧壁的纵截面形状为L形,为此,在上述步骤(5)之后,步骤(6)之前,可以进一步包括步骤(8):对基底1进行研磨抛光处理,并对基底1进行光刻和干法蚀刻,以使基底1侧壁的纵截面形状为L形。在本发明的一个具体示例中,可以按照如下步骤进行:
1.采用研磨抛光设备将基底1减薄,研磨抛光的工艺具体包括以下步骤:以晶圆的基底面朝上将其固定在陶瓷盘中心,始终保持冷却液喷射,通过钻石砂轮转动前进对基底(也称衬底)进行研磨去除;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进行抛光;其中,根据前述步骤可知,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,晶圆的衬底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,晶圆的衬底就会与铜盘表面的抛光液摩擦,直至将基底减薄完成。优选情况下,在该步骤中,砂轮的转速为400-500rpm,砂轮的前进速度0.6-0.8微米/秒;铜盘的转速为60-80rpm,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5-8Kg,例如可通过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,依上述方法将基底减薄到厚度为30-50微米。
2.在上述减薄后的基底表面,通过滴加光刻胶到真空吸附在金属载盘上的晶圆表面,来进行旋涂正性光刻胶,旋涂具体包括两步:第一步,金属载盘的转速为8-11rps,旋涂的时间为5-10秒;第二步,金属载盘的转速为10-20rps,旋涂的时间为25-35秒;由此在表面形成厚度为12-15微米的光刻胶。将旋涂有光刻胶的晶圆放入烘烤箱中烘烤,烘烤的时间为22-32分钟,烘烤的温度为95-110℃。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9-18秒,将晶圆在曝光设备中进行曝光处理。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,以完全除去曝光后的光刻胶。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,烘烤的时间为20-30分钟,烘烤的温度为115-125℃。
3.采用干法刻蚀(ICP)在胶层的保护下对裸露的基底层进行刻蚀,刻蚀气体选用氯气、三氯化硼,流量分别控制在50、30sccm,刻蚀压力控制在0.6-1Pa,RF能量180W,Bias能量120W,刻蚀时间约60-85min。刻蚀结束后将晶圆采用去胶液DTNS-4000、丙酮和异丙醇进行清洗,具体为将带有光刻胶层的晶圆放入70摄氏度的去胶液中浸泡15~30分钟并施加超声波振荡,然后放入丙酮中浸泡10~20分钟,最后放入异丙醇中浸泡15~20分钟。去胶后得到刻蚀出L形侧壁的基底,经过该步骤(8)后得到的倒装芯片结构见图7A,其他步骤(即步骤(1)-(6))按照前面的描述进行,最终得到如图7B所示的倒装芯片。
根据本发明的优选实施例,为了获得理想的反射效果,并且加工简便,易于实现,可以既对外延层2的侧壁进行处理,又对基底1的侧壁进行处理,由此,经过步骤(1)-(8),即可获得图4所示的倒装芯片。
此外,还需要说明的是,大规模的工业化生产中,通常是采用大张的材料上同时进行多个倒装芯片的制备,在该情况下,根据本发明的制备倒装芯片的方法还包括切割获得独立倒装芯片的步骤,具体而言,以图4所示的倒装芯片为例,在形成第三反射层8后,可以继续进行光刻和刻蚀,以在相邻两个倒装芯片之间预留出间隔10,用于后续切割分离。参照图8,具体工艺如下:
在基底1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,来进行旋涂正性光刻胶,旋涂具体包括两步:第一步,金属载盘的转速为8-11rps,旋涂的时间为5-10秒;第二步,金属载盘的转速为60-75rps,旋涂的时间为25-35秒;由此在表面形成厚度为1.5-2微米的光刻胶。将旋涂有光刻胶的晶圆放入烘烤箱中烘烤,烘烤的时间为12-16分钟,烘烤的温度为85-95℃。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,将晶圆在曝光设备中进行曝光处理。将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,以完全除去曝光后的光刻胶。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℃。接着,采用ITO腐蚀溶液,加热到35摄氏度,腐蚀3-5min,将基底正面相邻两个倒装芯片之间的第三反射层完全刻蚀掉,形成间隔10,并QDR水洗检查。腐蚀结束后将晶圆采用去胶液DTNS-4000、丙酮和异丙醇进行清洗。将带有光刻胶层的晶圆放入80摄氏度的去胶液中浸泡15~30分钟并施加超声波振荡,然后放入丙酮中浸泡10~20分钟,最后放入异丙醇中浸泡15~20分钟,得到图8所示的倒装芯片。接着,使用激光切割机对准间隔10的中心位置进行激光切割,激光能量控制在80-100%,切割速度保持在8-15mm/s,切割深度15-25微米。切割完成后,借助崩裂设备的崩刀沿激光切割形成的切割痕进行物理分离,最终得到图4所示的倒装芯片结构。
在本发明的再一方面,本发明提供了一种照明设备。根据本发明的实施例,该照明设备包括前面所述的倒装芯片。该照明设备具有前面所述的倒装芯片的全部特征和优点,在此不再一一赘述。
根据本发明的实施例,该照明设备的具体种类不受特别限制,例如包括但不限于汽车前大灯、普通照明灯等。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (14)
1.一种倒装芯片,其特征在于,包括:
基底;以及
外延层,所述外延层包括:
N型氮化镓层,所述N型氮化镓层形成在所述基底的下表面;
多量子阱层,所述多量子阱层形成在所述N型氮化镓层的下表面;
P型氮化镓层,所述P型氮化镓层形成在所述多量子阱层的下表面;
第一反射层,所述反射层形成在所述P型氮化镓层的下表面;
正极,所述正极形成在所述P型氮化镓层的下表面;
负极,所述负极贯穿所述第一反射层、P型氮化镓层、多量子阱层,并深入至所述N型氮化镓层,且所述负极与所述外延层接触的侧壁上具有绝缘层,
第二反射层,所述第二反射层形成在所述外延层的侧壁上;
第三反射层,所述第三反射层形成在所述基底的侧壁上。
2.根据权利要求1所述的倒装芯片,其特征在于,所述外延层的两个侧壁在从下至上的方向上彼此远离。
3.根据权利要求2所述的倒装芯片,其特征在于,所述外延层的纵截面的形状为倒梯形。
4.根据权利要求1所述的倒装芯片,其特征在于,所述基底侧壁的纵截面形状为L形。
5.根据权利要求1所述的倒装芯片,其特征在于,所述第一反射层和所述第三反射层的厚度各自独立地为80~150nm。
6.根据权利要求1所述的倒装芯片,其特征在于,所述第二反射层由绝缘材料形成。
7.根据权利要求1所述的倒装芯片,其特征在于,所述第二反射层和所述绝缘层为布拉格反射层,所述布拉格反射层由二氧化硅和二氧化钛形成。
8.根据权利要求1所述的倒装芯片,其特征在于,所述第二反射层和所述绝缘层的厚度各自独立地为160~850nm。
9.根据权利要求1所述的倒装芯片,其特征在于,所述第三反射层是由金属铝形成的。
10.一种制备权利要求1-9中任一项所述的倒装芯片的方法,其特征在于,包括:
(1)在基底的下表面上依次形成N型氮化镓层、多量子阱层以及P型氮化镓层,以形成外延层;
(2)对所述外延层进行干法蚀刻,以形成负极区域,所述负极区域贯穿所述P型氮化镓层、多量子阱层,并深入至所述N型氮化镓层;
(3)在所述外延层的侧壁形成第二反射层,并在所述负极区域的侧壁上形成绝缘层;
(4)在所述外延层的下表面形成第一反射层;
(5)在所述外延层的下表面和所述负极区域分别形成正极和负极;
(6)在所述基底的侧壁形成第三反射层。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,在步骤(1)之后,步骤(2)之前,进一步包括:
(7)对所述外延层进行光刻和干法蚀刻,以使所述外延层的两个侧壁在从下至上的方向上彼此远离。
12.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,在步骤(5)之后,步骤(6)之前,进一步包括:
(8)对所述基底进行研磨抛光处理,并对所述基底进行光刻和干法蚀刻,以使所述基底侧壁的纵截面形状为L形。
13.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,步骤(3)进一步包括:
(3-1)通过物理气相沉积法在所述外延层的表面形成布拉格反射层;
(3-2)对所述布拉格反射层进行光刻处理,以在位于所述外延层和负极区域侧壁的布拉格反射层的表面形成光刻胶层;
(3-3)通过缓冲氧化物腐蚀法,对未被所述光刻胶层保护的拉格反射层进行腐蚀处理,以去除未被所述光刻胶层保护的拉格反射层;
(3-4)利用去胶液DTNS-4000去除所述光刻胶层。
14.一种照明设备,其特征在于,包括:
权利要求1-9中任一项所述的倒装芯片。
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