CN116435445A - 具有高推力值的发光二极管芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于芯片制备技术领域，具体涉及具有高推力值的发光二极管芯片及其制备方法，包括基底、氮化铝层、N半导体结构、量子阱结构、P半导体结构、N欧姆接触电极、N填平结构和P欧姆接触电极，N半导体结构上刻蚀有台面，N欧姆接触电极蒸镀在N半导体结构的台面上，N填平结构蒸镀在N欧姆接触电极上，P半导体结构上刻蚀有台面，P欧姆接触电极蒸镀在P半导体结构的台面上。本发明在N欧姆接触电极上生长N填平结构，消除了电极焊盘之间的高度差，使电极焊盘处于同一平面。并且本发明在电极焊盘上刻蚀出齿轮状焊接图形，提高了固晶与共晶的稳定性，提高了芯片的推力值。本发明用于倒装发光二极管芯片的制造。
Description
技术领域
本发明属于芯片制备技术领域，具体涉及具有高推力值的发光二极管芯片及其制备方法。
背景技术
发光二极管是采用固体半导体芯片为发光材料，与传统灯具相比，LED灯节能、环保、显色性与响应速度好，发光二极管可高效地将电能转化为光能，在现代社会具有广泛的用途，如照明、平板显示、医疗器件等。
在芯片技术领域，倒装芯片技术发展正盛，将芯片有源区面对基板，通过芯片上呈阵列排列的焊料凸点实现芯片与基底的互连。硅片直接以倒扣方式安装到PCB，从硅片向四周引出I/O，互联的长度大大缩短，减小了RC延迟，有效地提高了电性能。
在现有技术中，倒装发光二极管芯片的P欧姆接触电极位于P外延层顶部，而N欧姆接触电极位于刻蚀后台面上的 N 外延层上，P欧姆接触电极和N欧姆接触电极不在同一个平面上，即非平面发光二极管芯片。而非平面发光二极管芯片的电极焊盘之间存在较大的高度差，在倒装焊接的过程中，容易发生吸嘴抓取不到芯片或抓歪的情况，会导致固晶不牢靠、推力值低、可靠性差，严重地影响了发光二极管芯片的使用。
发明内容
针对上述现有的非平面发光二极管芯片的电极焊盘之间存在较大的高度差，会导致固晶不牢靠、推力值低、可靠性差的技术问题，本发明提供了一种具有高推力值的发光二极管芯片及其制备方法，通过填平N半导体结构的台面，以及在电极焊盘上刻蚀齿轮状焊接图形，解决了非平面发光二极管芯片固晶不牢靠、推力值低、可靠性差的技术问题。
为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明所采用的技术方案是：
具有高推力值的发光二极管芯片，包括基底、氮化铝层、N半导体结构、量子阱结构、P半导体结构、N欧姆接触电极、N填平结构和P欧姆接触电极，所述基底上生长有氮化铝层，所述氮化铝层上生长有N半导体结构，所述N半导体结构上生长有量子阱结构，所述量子阱结构上生长有P半导体结构，所述N半导体结构上通过光刻胶做掩膜刻蚀有台面，所述N欧姆接触电极蒸镀在N半导体结构的台面上，所述N填平结构蒸镀在N欧姆接触电极上，所述P半导体结构上通过光刻胶做掩膜刻蚀有台面，所述P欧姆接触电极蒸镀在P半导体结构的台面上。
还包括钝化层结构、N焊盘孔洞、P焊盘孔洞、N电极焊盘、P电极焊盘、LED支架和有机溶剂助焊剂，所述N填平结构和P欧姆接触电极上均蒸镀有钝化层结构，所述N焊盘孔洞刻蚀在N填平结构的钝化层结构上，所述P焊盘孔洞刻蚀在P欧姆接触电极的钝化层结构上，所述N电极焊盘蒸镀在N焊盘孔洞上，所述P电极焊盘蒸镀在P焊盘孔洞上，所述N电极焊盘和P电极焊盘上均刻蚀有齿轮状焊接图形，所述N电极焊盘和P电极焊盘通过有机溶剂助焊剂与LED支架连接。
具有高推力值的发光二极管芯片的制备方法，包括下列步骤：
步骤一、发光外延层结构由基底、氮化铝层、N半导体结构、量子阱结构、P半导体结构至下而上依次设置；
步骤二、将N欧姆接触电极制备在N半导体结构上，并在N欧姆接触电极上制备N填平结构；
步骤三、将P欧姆接触电极制备在P半导体结构上；
步骤四、将钝化层结构制备在N填平结构和P欧姆接触电极上；
步骤五、将N焊盘孔洞和P焊盘孔洞制备在N填平结构和P欧姆接触电极对应位置的钝化层结构上，通过蒸镀的方式将N电极焊盘和P电极焊盘制备在N焊盘孔洞和P焊盘孔洞上；
步骤六、在N电极焊盘和P电极焊盘上制备齿轮状焊接图形，在LED支架上滴加有机溶剂助焊剂，再将芯片倒装固晶到LED支架上，有机溶剂助焊剂与芯片互相嵌入交融，对芯片进行封装。
所述步骤一中还包括：所述发光外延层结构上的杂质通过无机溶剂和有机溶剂进行清洗，所述无机溶剂为硫酸与双氧水的混合溶液，所述有机溶剂为异丙醇溶液。
所述步骤二中将N欧姆接触电极制备在N半导体结构上的方法为：在发光外延层结构表面通过光刻胶做掩膜，采用干法刻蚀的方法刻蚀出N半导体结构的台面，采用光刻胶在N半导体结构的台面制备N台面图形，通过干法刻蚀的方法刻蚀出N半导体接触层，并将N欧姆接触电极制备在N半导体接触层上，所述N欧姆接触电极为TiAlTiAu组合体系。
所述步骤二中在N欧姆接触电极上制备N填平结构的方法为：通过光刻胶在N欧姆接触电极上制备N填平图形，将N填平结构通过金属蒸镀机蒸镀在N欧姆接触电极上，所述N填平结构为CrAlAu组合体系。
所述步骤三中将P欧姆接触电极制备在P半导体结构上的方法为：将P欧姆接触电极图形通过光刻胶制备在P半导体结构上，将P欧姆接触电极通过金属蒸镀机蒸镀在P半导体结构表面上，所述P欧姆接触电极为NiAu透明金属体系。
所述步骤四中将钝化层结构制备在N填平结构和P欧姆接触电极上的方法为：通过蒸镀的方式将钝化层结构制备在N填平结构和P欧姆接触电极上，所述钝化层结构的材料采用氧化硅，所述钝化层结构的厚度大于800nm。
所述步骤五中将N焊盘孔洞和P焊盘孔洞制备在N填平结构和P欧姆接触电极对应位置的钝化层结构上的方法为：通过光刻胶在N填平结构和P欧姆接触电极对应位置的钝化层结构上制备P电极焊盘的孔洞图形和N电极焊盘的孔洞图形，通过干法刻蚀将N填平结构上的钝化层结构刻蚀掉，漏出N焊盘孔洞；通过干法刻蚀将P欧姆接触电极上的钝化层结构刻蚀掉，漏出P焊盘孔洞。
所述步骤六中在N电极焊盘和P电极焊盘上制备齿轮状焊接图形的方法为：在N电极焊盘和P电极焊盘上通过光刻胶做齿轮状掩膜，在N电极焊盘和P电极焊盘上通过干法刻蚀出齿轮状焊接图形，所述齿轮状焊接图形的高度为100至200nm，所述齿轮状焊接图形的间距为50至100nm。
本发明所采用的技术方案相对于现有技术带来的有益效果是：
本发明在N欧姆接触电极上生长N填平结构，消除了N电极焊盘与P电极焊盘之间的高度差，使N电极焊盘与P电极焊盘处于同一平面，并且本发明N填平结构采用CrAlAu组合体系，N 填平结构既可以作为反射层，也可以作为电流扩展层，提高了基底的出光效率，降低了局部的电荷积累，提高芯片的可靠性。本发明利用齿轮咬合的机械原理，在N电极焊盘和P电极焊盘上刻蚀出齿轮状焊接图形，固晶时N电极焊盘和P电极焊盘可以与有机溶剂助焊剂互相嵌入交融，增加了倒装发光二极管芯片的热传导面积和焊接面积，大大提高了固晶与共晶的稳定性，提高了芯片的推力值，进而提升了芯片的可靠性。
附图说明
图1为本实施例中发光外延层结构的结构示意图；
图2为本实施例中N半导体结构的结构示意图；
图3为本实施例中N欧姆接触电极和P欧姆接触电极的结构示意图；
图4为本实施例中N电极焊盘和P电极焊盘的结构示意图；
图5为本实施例的封装示意图。
其中：11为基底，12为氮化铝层，13为N半导体结构，14为量子阱结构，15为P半导体结构，21为N欧姆接触电极，22为N填平结构，23为P欧姆接触电极，24为钝化层结构，25为N焊盘孔洞，26为P焊盘孔洞，27为N电极焊盘，28为P电极焊盘，31为LED支架，32为有机溶剂助焊剂。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本实施例中具有高推力值的发光二极管芯片的制备方法，如图1所示，发光外延层结构由下往上依次设置基底11、氮化铝层12、N半导体结构13、量子阱结构14、P半导体结构15。使用无机溶剂、有机溶剂清洗发光外延层结构上的杂质，保证发光外延层结构的清洁。无机溶剂优选采用硫酸与双氧水混合溶液，硫酸与双氧水混合溶液是强氧化剂，可以氧化一部分原来浓硫酸或是双氧水不能氧化的物质，提高了发光外延层结构的清洁效果。有机溶剂优选采用异丙醇溶液，异丙醇溶液在电子工业中用作清洗去油剂，可以洗去发光外延层结构的有机杂质。
如图2所示，在提供的发光外延层结构表面采用光刻胶做掩膜，用干法刻蚀的方法，刻蚀出N半导体结构13的台面。采用光刻胶在N半导体结构13的台面制备N台面图形，通过干法刻蚀的方法刻蚀出N半导体接触层，并在N半导体接触层上生长出N欧姆接触电极21。N欧姆接触电极21可从Cr、Ti、Ni、Al、Au、Rh等金属体系中选择任意一种或几种导电材料形成，N欧姆接触电极21最优采用TiAlTiAu组合体系。在上述结构的基础上，采用光刻胶做掩膜，金属蒸镀机在N欧姆接触电极21上生长N填平结构22。N填平结构22可以采用Au或TiAu或CrAu或TiAlAu或CrAlAu，最优为CrAlAu组合体系，底层的金属Cr作为阻挡层，避免芯片工作中金属Al向P欧姆接触电极23扩散导致芯片可靠性减弱。并且N 填平结构22采用CrAlAu组合体系，既可以作为反射层，又可以作为电流扩展层，可以提高基底11出光效率，降低局部电荷积累，提高器件可靠性。在上述的结构基础上，采用光刻胶做掩膜，金属蒸镀机在P半导体结构15台面上蒸镀P欧姆接触电极23。P欧姆接触电极23可以采用NiAu透明金属体系或NiRh金属体系，P欧姆接触电极23最优采用NiAu透明金属体系，NiAu透明金属体系的P欧姆接触电极23可以大幅度的提升发光二极管的亮度。
如图3所示，在上述结构的基础上，通过蒸镀的方式将钝化层结构24制备在N填平结构22和P欧姆接触电极23上，保护N欧姆接触电极21、N填平结构22和P欧姆接触电极23，避免漏电。钝化层结构24优选采用氧化硅，厚度优选为800nm以上，采用氧化硅的钝化层结构24能长期阻止有害杂质对芯片表面的沾污，热膨胀系数与基底11匹配，膜的生长温度低。并且采用氧化硅的钝化层结构24的均匀性好、针孔密度较低且光刻后易于得到缓变的台阶。在上述结构基础上，在N填平结构22和P欧姆接触电极23对应位置的钝化层结构24上通过光刻胶制备P电极焊盘28的孔洞图形和N电极焊盘27的孔洞图形，刻蚀掉N填平结构22上的钝化层结构24，漏出N焊盘孔洞25，刻蚀掉P欧姆接触电极23上的钝化层结构24，漏出P焊盘孔洞26。在上述结构基础上，采用蒸镀的方法，在N焊盘孔洞25上蒸镀N电极焊盘27，在P焊盘孔洞26上蒸镀P电极焊盘28。
如图4所示，在上述结构基础上，采用光刻胶在N电极焊盘27和P电极焊盘28上做齿轮状掩膜，通过干法刻蚀在N电极焊盘27和P电极焊盘28上刻蚀出齿轮状焊接图形。优选的，齿轮状焊接图形的高度为100nm~200nm，齿轮状焊接图形的间距为50nm~100nm。
如图5所示，在LED支架31上滴加有机溶剂助焊剂32，再将芯片倒装固晶到LED支架31上，有机溶剂助焊剂32与芯片互相嵌入交融。由于N电极焊盘27和P电极焊盘28上刻蚀了齿轮状焊接图形，固晶时N电极焊盘27和P电极焊盘28可以与有机溶剂助焊剂32互相嵌入交融，增加了倒装发光二极管芯片的热传导面积和焊接面积，大大提高了固晶与共晶的稳定性，提高了芯片的推力值，进而提升了芯片的可靠性。
本发明的实施例可以在不脱离本发明的范围的情况下进行多种修改和变更。因此，应当理解，本发明的实施例不应限于以下所述的示例性实施例，但应受权利要求书及其任何等同形式中阐述的限制的控制。
Claims (10)
1.具有高推力值的发光二极管芯片，其特征在于：包括基底（11）、氮化铝层（12）、N半导体结构（13）、量子阱结构（14）、P半导体结构（15）、N欧姆接触电极（21）、N填平结构（22）和P欧姆接触电极（23），所述基底（11）上生长有氮化铝层（12），所述氮化铝层（12）上生长有N半导体结构（13），所述N半导体结构（13）上生长有量子阱结构（14），所述量子阱结构（14）上生长有P半导体结构（15），所述N半导体结构（13）上通过光刻胶做掩膜刻蚀有台面，所述N欧姆接触电极（21）蒸镀在N半导体结构（13）的台面上，所述N填平结构（22）蒸镀在N欧姆接触电极（21）上，所述P半导体结构（15）上通过光刻胶做掩膜刻蚀有台面，所述P欧姆接触电极（23）蒸镀在P半导体结构（15）的台面上。
2.根据权利要求1所述的具有高推力值的发光二极管芯片，其特征在于：还包括钝化层结构（24）、N焊盘孔洞（25）、P焊盘孔洞（26）、N电极焊盘（27）、P电极焊盘（28）、LED支架（31）和有机溶剂助焊剂（32），所述N填平结构（22）和P欧姆接触电极（23）上均蒸镀有钝化层结构（24），所述N焊盘孔洞（25）刻蚀在N填平结构（22）的钝化层结构（24）上，所述P焊盘孔洞（26）刻蚀在P欧姆接触电极（23）的钝化层结构（24）上，所述N电极焊盘（27）蒸镀在N焊盘孔洞（25）上，所述P电极焊盘（28）蒸镀在P焊盘孔洞（26）上，所述N电极焊盘（27）和P电极焊盘（28）上均刻蚀有齿轮状焊接图形，所述N电极焊盘（27）和P电极焊盘（28）通过有机溶剂助焊剂（32）与LED支架（31）连接。
3.具有高推力值的发光二极管芯片的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
步骤一、发光外延层结构由基底、氮化铝层、N半导体结构、量子阱结构、P半导体结构至下而上依次设置；
步骤二、将N欧姆接触电极制备在N半导体结构上，并在N欧姆接触电极上制备N填平结构；
步骤三、将P欧姆接触电极制备在P半导体结构上；
步骤四、将钝化层结构制备在N填平结构和P欧姆接触电极上；
步骤五、将N焊盘孔洞和P焊盘孔洞制备在N填平结构和P欧姆接触电极对应位置的钝化层结构上，通过蒸镀的方式将N电极焊盘和P电极焊盘制备在N焊盘孔洞和P焊盘孔洞上；
步骤六、在N电极焊盘和P电极焊盘上制备齿轮状焊接图形，在LED支架上滴加有机溶剂助焊剂，再将芯片倒装固晶到LED支架上，有机溶剂助焊剂与芯片互相嵌入交融，对芯片进行封装。
4.根据权利要求3所述的具有高推力值的发光二极管芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤一中还包括：所述发光外延层结构上的杂质通过无机溶剂和有机溶剂进行清洗，所述无机溶剂为硫酸与双氧水的混合溶液，所述有机溶剂为异丙醇溶液。
5.根据权利要求3所述的具有高推力值的发光二极管芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤二中将N欧姆接触电极制备在N半导体结构上的方法为：在发光外延层结构表面通过光刻胶做掩膜，采用干法刻蚀的方法刻蚀出N半导体结构的台面，采用光刻胶在N半导体结构的台面制备N台面图形，通过干法刻蚀的方法刻蚀出N半导体接触层，并将N欧姆接触电极制备在N半导体接触层上，所述N欧姆接触电极为TiAlTiAu组合体系。
6.根据权利要求3所述的具有高推力值的发光二极管芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤二中在N欧姆接触电极上制备N填平结构的方法为：通过光刻胶在N欧姆接触电极上制备N填平图形，将N填平结构通过金属蒸镀机蒸镀在N欧姆接触电极上，所述N填平结构为CrAlAu组合体系。
7.根据权利要求3所述的具有高推力值的发光二极管芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤三中将P欧姆接触电极制备在P半导体结构上的方法为：将P欧姆接触电极图形通过光刻胶制备在P半导体结构上，将P欧姆接触电极通过金属蒸镀机蒸镀在P半导体结构表面上，所述P欧姆接触电极为NiAu透明金属体系。
8.根据权利要求3所述的具有高推力值的发光二极管芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤四中将钝化层结构制备在N填平结构和P欧姆接触电极上的方法为：通过蒸镀的方式将钝化层结构制备在N填平结构和P欧姆接触电极上，所述钝化层结构的材料采用氧化硅，所述钝化层结构的厚度大于800nm。
9.根据权利要求3所述的具有高推力值的发光二极管芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤五中将N焊盘孔洞和P焊盘孔洞制备在N填平结构和P欧姆接触电极对应位置的钝化层结构上的方法为：通过光刻胶在N填平结构和P欧姆接触电极对应位置的钝化层结构上制备P电极焊盘的孔洞图形和N电极焊盘的孔洞图形，通过干法刻蚀将N填平结构上的钝化层结构刻蚀掉，漏出N焊盘孔洞；通过干法刻蚀将P欧姆接触电极上的钝化层结构刻蚀掉，漏出P焊盘孔洞。
10.根据权利要求3所述的具有高推力值的发光二极管芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤六中在N电极焊盘和P电极焊盘上制备齿轮状焊接图形的方法为：在N电极焊盘和P电极焊盘上通过光刻胶做齿轮状掩膜，在N电极焊盘和P电极焊盘上通过干法刻蚀出齿轮状焊接图形，所述齿轮状焊接图形的高度为100至200nm，所述齿轮状焊接图形的间距为50至100nm。
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