CN115249757A - 一种无台阶mini LED芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种无台阶mini LED芯片及其制作方法，该芯片包括蓝宝石衬底、键合层、P型半导体层、发光层、N型半导体层、钝化层、聚酰亚胺层、P电极和N电极；聚酰亚胺层位于P电极与P型半导体层之间，与钝化层表面平齐并填充整个台阶。本发明通过利用聚酰亚胺将台阶处填平，使得芯片表面变得平坦，得到一种无台阶mini LED芯片，可以有效解决芯片在焊接时出现的仰翘问题和推力差异问题，可靠性好。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种无台阶mini LED芯片及其制作方法。
背景技术
Mini LED也就是迷你发光二极管，与普通LED显示屏相比，mini LED的显示屏单位面积密度更高、光源单位尺寸更小，因而可以带来更高的亮度和可控的色域。mini LED芯片通常是倒装结构，电极都在同一侧，在制作过程中需要对外延结构进行刻蚀，使得芯片一侧产生一个6μm的台阶。在对芯片进行焊接的时候，由于一侧存在台阶，芯粒很容易发生仰翘，导致出光角度发现偏移；同时台阶的存在还会使得芯片正向推力和反向推力产生明显的差异，影响芯片的可靠性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种无台阶mini LED芯片及制作方法，利用聚酰亚胺将台阶处填平，使得芯片表面变得平坦，得到一种无台阶mini LED芯片，可以有效解决芯片在焊接时出现的仰翘问题和推力差异问题。
本发明的第一个目的是提供一种无台阶mini LED芯片的制作方法，包括以下具体步骤：
S1、提供一GaAs衬底，自下而上依次外延生长N型半导体层、发光层、P型半导体层；
S2、通过碘酸溶液对P型半导体层表面进行粗化处理；
S3、在粗化处理后的P型半导体层表面沉积键合层SiO2；
S4、提供一蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底光滑一侧沉积键合层SiO2；
S5、将P型半导体层表面沉积键合层一面与蓝宝石的键合层一面对齐接触，在高温高压下完成两者的键合；
S6、通过化学溶液将GaAs衬底腐蚀去除，露出N型半导体层；
S7、利用ICP（电感耦合等离子体蚀刻）干法刻蚀将没有光刻胶覆盖区域的N型半导体层和发光层刻蚀干净，露出P型半导体层；
S8、在露出的P型半导体层表面蒸镀P接触电极；
S9、在N型半导体层表面蒸镀N接触电极；
S10、在芯片表面沉积一层钝化层氧化硅；
S11、将聚酰亚胺旋涂在芯片表面，然后通过显影液将台面上的聚酰亚胺去除，留下台面下的聚酰亚胺填平台阶；
S12、通过ICP刻蚀出P接触孔和N接触孔；
S13、在高温下使得聚酰亚胺完全固化；
S14、用碱性溶液处理聚酰亚胺；
S15、同时蒸镀制作P电极和N电极所需的金属材料，制作P电极和N电极；
S16、将芯片退火处理；
S17、切割，完成mini LED芯片制作。
本发明制作方法，相较于使用金属将台阶填平，使用聚酰亚胺填平工艺更加简单，只需将聚酰亚胺旋涂在芯片表面，然后通过显影液将台面上的聚酰亚胺去除即可填平台阶；通过使用碱性溶液对聚酰亚胺表面进行处理，增大了聚酰亚胺表面的粗糙度，再通过退火处理使得粗糙的聚酰亚胺和P、N电极紧密结合，可以有效的增大P电极和N电极与聚酰亚胺的粘结力，进而使得芯片推力明显增大，且正向推力和反向推力之间的差异可以完全消除。
进一步的，上述技术方案S2中，粗化处理时间为2min-3min。本技术方案中使用碘酸溶液对外延片进行粗化处理，便于后续键合层的沉积，稳定性好。
进一步的，上述技术方案S11中，将聚酰亚胺旋涂在芯片表面后，在120℃下烘烤10min-12min进行预亚胺化。
进一步的，上述技术方案S13中，所述固化条件为：在260℃温度下烘烤25min-35min。
进一步的，上述技术方案S14中，所述碱性溶液为氢氧化钾或氢氧化钠，处理时间为2min-3min。本发明使用碱性溶液处理聚酰亚胺，使得聚酰亚胺表面粗糙度增大，提高粘结性能。
进一步的，上述技术方案中S16中，所述退火的条件为：在280℃温度下退火8min-12min。本技术方案中经过高温退火处理，可提高聚酰亚胺和P、N电极紧密结合，有效增大P电极和N电极与聚酰亚胺的粘结力，进而使得芯片推力明显增大，使得正向推力和反向推力之间的差异可以完全消除。
本发明的第二个目的是提供一种由上述制作方制备的无台阶mini LED芯片，包括蓝宝石衬底、键合层、P型半导体层、发光层、N型半导体层、钝化层、聚酰亚胺层、P电极和N电极；
所述聚酰亚胺层位于所述P电极与所述P型半导体层之间，与所述钝化层表面平齐并填充整个台阶。
聚酰亚胺是一类综合性能佳的聚合物，热稳定性好，绝缘性高，本发明通过使用聚酰亚胺将芯片P电极处的台面填平，得到无台阶的mini LED，可以有效避免仰翘以及在台阶处产生短路风险，提高芯片的可靠性。
本发明与现有技术相比，其有益效果有：
1、本发明通过使用聚酰亚胺将台面填平，得到无台阶的mini LED，在焊接时不会发生仰翘，同时由于聚酰亚胺不导电，可以有效避免在台阶处产生短路风险；此外，由于聚酰亚胺具有良好的热稳定性，在焊接时不会发生形变，保证了焊接工艺的稳定性。
2、本发明的制作方法使用聚酰亚胺填平工艺更加简单，只需将聚酰亚胺旋涂在芯片表面，然后通过显影液将台面上的聚酰亚胺去除即可填平台阶；通过使用碱性溶液对聚酰亚胺表面进行处理，增大了聚酰亚胺表面的粗糙度；再通过退火处理使得粗糙的聚酰亚胺和P、N电极紧密结合，可以有效的增大P电极和N电极与聚酰亚胺的粘结力，进而使得芯片推力明显增大，且正向推力和反向推力之间的差异可以完全消除。
3、本发明制作方法工艺简单，得到的无台阶的mini LED正向推力和反向推力差异小，可靠性高。
附图说明
图1为本发明S13中聚酰亚胺完全固化后芯粒的俯视示意图；
图2为本发明S17制作完的芯粒截面结构示意图。
示意图中标号说明：
1、P型半导体层；2、发光层；3、N型半导体层；4、键合层；5、蓝宝石衬底；6、钝化层；7、聚酰亚胺层；8、P电极；9、N电极；10、N接触电极；11、P接触电极。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
请参阅图1至图2，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
本发明的实施例中提供一种无台阶mini LED芯片的制作方法，包括以下具体步骤：
S1、提供一GaAs衬底，将衬底放入MOCVD（金属有机物化学气相淀积）内，自下而上依次外延生长N型半导体层、发光层、P型半导体层；
S2、通过碘酸溶液对P型半导体层表面进行粗化处理；具体地，将外延片在碘酸溶液内浸泡2min-3min，取出后冲水旋干，完成对P型半导体表面的粗化处理；
S3、在粗化处理后的P型半导体层表面沉积键合层SiO2；具体地，沉积SiO2厚度为3μm；
S4、提供一蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底光滑一侧沉积键合层SiO2；具体地，沉积SiO2厚度为3μm；
S5、将P型半导体层表面沉积键合层一面与蓝宝石的键合层一面对齐接触，在高温高压下完成两者的键合；具体地，键合条件为：温度为450℃，压力为15000kg；
S6、通过化学溶液将GaAs衬底腐蚀去除，露出N型半导体层；具体地，所述化学溶液为氨水和双氧水的混合溶液；
S7、在N型半导体表面利用正性光刻胶做掩膜图像，利用ICP干法刻蚀将没有光刻胶覆盖区域的N型半导体层和发光层刻蚀干净，露出P型半导体层；
S8、通过负胶做掩膜图形，在露出的P型半导体层表面蒸镀P接触电极11；
S9、通过负胶做掩膜图形，在N型半导体层表面远离P接触电极一侧蒸镀N接触电极10；
S10、在芯片表面沉积一层钝化层氧化硅；具体地，通过PECVD（等离子体增强化学气相沉积）在芯片表面沉积厚度4μm的SiO2作为钝化层；
S11、将聚酰亚胺旋涂在芯片表面，然后通过显影液将台面上的聚酰亚胺去除，留下台面下的聚酰亚胺填平台阶；具体地，将聚酰亚胺旋涂在芯片表面，在120℃下烘烤10min-12min进行预亚胺化，然后继续旋涂正性光刻胶制作掩膜图形保护台面下的聚酰亚胺，通过显影液将台面上的聚酰亚胺去除，使得台面填平；
S12、通过ICP刻蚀出P接触孔和N接触孔；具体地，利用正性光刻胶做掩膜图形，显影时台面下的聚酰亚胺也会将接触孔位置露出，通过ICP进行接触孔的蚀刻，露出P接触电极和N接触电极；
S13、在高温下使得聚酰亚胺完全固化；具体地，固化条件为：在260℃温度下，烘烤25min-35min；其聚酰亚胺完全固化后芯粒的俯视示意图如图1所示；
S14、用碱性溶液处理聚酰亚胺；具体地，所述碱性溶液为氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液，处理时间为2min-3min；本发明通过用碱性溶液对聚酰亚胺进行处理，可使得聚酰亚胺表面粗糙度增大，提高粘结性；
S15、同时蒸镀制作P电极和N电极所需的金属材料，制作P电极和N电极；具体地，N电极和P电极分别通过接触孔与各自的接触电极相连；
S16、将芯片退火处理；具体地，将芯片在280℃下退火8min-12min，经过高温退火处理，可增大P电极和N电极与粗糙的聚酰亚胺的粘结力；
S17、切割，完成mini LED芯片制作，其所制作完的芯粒截面结构示意图如图2所示。
本发明的另一实施例中提供一种由上述制作方制备的无台阶mini LED芯片，其截面结构示意图如图2所示，包括蓝宝石衬底5、键合层4、P型半导体层1、发光层2、N型半导体层3、钝化层6、聚酰亚胺层7、P电极8和N电极9；
具体地，所述聚酰亚胺层7位于所述P电极8与所述P型半导体层1之间，与所述钝化层6表面平齐并填充整个台阶。用聚酰亚胺填充芯片的平台后，得到无台阶mini LED芯片，该芯片在焊接时不会发生仰翘现象，同时由于聚酰亚胺不导电，可以有效避免在台阶处产生短路风险；此外，由于聚酰亚胺具有良好的热稳定性，在焊接时不会发生形变，保证了焊接工艺的稳定性，提高芯片的可靠性。
本发明的一具体实施例中提供一种无台阶mini LED芯片的制作方法，包括以下具体步骤：
S1、提供一GaAs衬底，将衬底放入MOCVD内，自下而上依次外延生长N型半导体层、发光层、P型半导体层；
S2、将外延片在碘酸溶液内浸泡2min，取出后冲水旋干，完成对P型半导体表面的粗化处理；
S3、在粗化处理后的P型半导体层表面沉积3μm厚的SiO2键合层；
S4、提供一蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底光滑一侧沉积3μm厚的SiO2键合层；
S5、将P型半导体层表面沉积键合层一面与蓝宝石的键合层一面对齐接触，在温度为450℃，压力为15000kg下完成两者的键合；
S6、通过使用氨水和双氧水的混合溶液将GaAs衬底腐蚀去除，露出N型半导体层；
S7、在N型半导体表面利用正性光刻胶做掩膜图像，利用ICP干法刻蚀将没有光刻胶覆盖区域的N型半导体层和发光层刻蚀干净，露出P型半导体层；
S8、通过负胶做掩膜图形，在露出的P型半导体层表面蒸镀P接触电极；
S9、通过负胶做掩膜图形，在N型半导体层表面远离P接触电极一侧蒸镀N接触电极；
S10、通过PECVD在芯片表面沉积厚度4μm的SiO2作为钝化层；
S11、将聚酰亚胺旋涂在芯片表面，在120℃下烘烤10min进行预亚胺化，然后继续旋涂正性光刻胶制作掩膜图形保护台面下的聚酰亚胺，通过显影液将台面上的聚酰亚胺去除，使得台面填平；
S12、利用正性光刻胶做掩膜图形，显影时台面下的聚酰亚胺也会将接触孔位置露出，通过ICP进行接触孔的蚀刻，露出P接触电极和N接触电极；
S13、在260℃温度下，烘烤30min使得聚酰亚胺完全固化；
S14、用氢氧化钾溶液处理聚酰亚胺2min；
S15、同时蒸镀制作P电极和N电极所需的金属材料，制作P电极和N电极；
S16、将芯片在280℃下退火10min，可增大P电极和N电极与粗糙的聚酰亚胺的粘结力；
S17、切割，完成mini LED芯片制作。
对本实施例所制作的mini LED芯片与常规mini LED芯片进行推力测试，测试结果如表1所示，其中，测试方法为：用推刀在同一高度去推芯粒，直到将芯粒推到。
表1 测试结果
| 芯片结构 | 正向推力（g） | 反向推力（g） |
| 常规芯片 | 43 | 15 |
| 本实施例芯片 | 56 | 54 |
从表1的的结果可以看出，使用本发明制作方法获得的mini LED其正向推力和反向推力之间的差异很小，几乎可以完全消除，且其推力明显大于常规mini LED芯片，可靠性好。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无台阶mini LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1、提供一GaAs衬底，自下而上依次外延生长N型半导体层、发光层、P型半导体层；
S2、通过碘酸溶液对P型半导体层表面进行粗化处理；
S3、在粗化处理后的P型半导体层表面沉积键合层SiO2；
S4、提供一蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底光滑一侧沉积键合层SiO2；
S5、将P型半导体层表面沉积键合层一面与蓝宝石的键合层一面对齐接触，在高温高压下完成两者的键合；
S6、通过化学溶液将GaAs衬底腐蚀去除，露出N型半导体层；
S7、利用ICP干法刻蚀将没有光刻胶覆盖区域的N型半导体层和发光层刻蚀干净，露出P型半导体层；
S8、在露出的P型半导体层表面蒸镀P接触电极；
S9、在N型半导体层表面蒸镀N接触电极；
S10、在芯片表面沉积一层钝化层氧化硅；
S11、将聚酰亚胺旋涂在芯片表面，然后通过显影液将台面上的聚酰亚胺去除，留下台面下的聚酰亚胺填平台阶；
S12、通过ICP刻蚀出P接触孔和N接触孔；
S13、在高温下使得聚酰亚胺完全固化；
S14、用碱性溶液处理聚酰亚胺；
S15、同时蒸镀制作P电极和N电极所需的金属材料，制作P电极和N电极；
S16、将芯片退火处理；
S17、切割，完成mini LED芯片制作。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S2中，粗化处理时间为2min-3min。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S11中，将聚酰亚胺旋涂在芯片表面后，在120℃下烘烤10min-12min进行预亚胺化。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S13中，所述固化条件为：在260℃温度下烘烤25min-35min。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S14中，所述碱性溶液为氢氧化钾或氢氧化钠，处理时间为2min-3min。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S16中，所述退火的条件为：在280℃温度下退火8min-12min。
7.一种由权利要求1-6任一项所述的制作方法制作的无台阶mini LED芯片。
8.根据权利要求7所述的无台阶mini LED芯片，其特征在于，包括蓝宝石衬底、键合层、P型半导体层、发光层、N型半导体层、钝化层、聚酰亚胺层、P电极和N电极；
所述聚酰亚胺层位于所述P电极与所述P型半导体层之间，与所述钝化层表面平齐并填充整个台阶。
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