倒装结构LED芯片及其制备方法与流程

倒装结构led芯片及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种倒装结构led芯片及其制备方法。


背景技术：

2.led(light emitting diode，发光二极管)是一种能将电能转化为光能的半导体发光器件。随着led芯片制造技术的发展与进步，逐渐成为继白炽灯和荧光灯之后的新型主流照明光源，具有体积小、反应快、寿命长、环保节能等优点，被广泛应用于照明、显示屏等领域。
3.在蓝宝石倒装led芯片的制造工艺中，为了缓解电流拥堵现象，常用均匀分布的点状型n孔结构进行电流扩散，在对n孔结构进行金/半欧姆连接前，需要将沉积在n孔结构底部的绝缘层进行刻蚀操作。通常采用干法刻蚀的工艺，利用活性等离子体基团对绝缘层化学反应刻蚀露出n-gan实现刻蚀目的。但是，这类方法伴随着刻蚀均匀性差、选择比低等问题，刻蚀后常常能观察到n-gan表面残留有刻蚀副产物的现象，这会严重影响后续的镀金属操作，增大n-gan/金属的接触电阻，从而造成器件工作电压偏高。


技术实现要素：

4.为了克服以上不足，本发明提供了一种倒装结构led芯片及其制备方法，有效解决现有倒装结构led芯片制备中刻蚀绝缘层存在的技术问题。
5.本发明提供的技术方案为：一方面，本发明提供了一种倒装结构led芯片制备方法，包括：制备外延片，所述外延片表面包括发光区域和电极区域；对所述外延片的电极区域进行刻蚀至n型gan层；于所述外延片的发光区域表面形成反射金属结构；于所述外延片表面形成绝缘层；对电极区域中n型gan层表面的绝缘层进行刻蚀形成n型电极通孔，及对部分发光区域表面的绝缘层进行刻蚀形成p型电极通孔；所述对电极区域中n型gan层表面的绝缘层进行刻蚀形成n型电极通孔中，包括采用等离子体对n型gan层进行刻蚀的步骤；使用连接层分别将n型电极通孔和p型电极通孔连接起来，形成n型焊盘和p型焊盘，完成对倒装结构led芯片的制备。
6.另一方面，本发明提供了一种倒装结构led芯片，包括：生长衬底，及形成于所述生长衬底表面的外延片，所述外延片表面包括发光区域和电极区域；电极区域表面配置有贯穿至外延片中n型gan层的n型通孔；发光区域表面配置有反射金属结构，所述反射金属结构表面配置有延伸至n型通孔侧壁的绝缘层，且部分反射金属结构表面的绝缘层上刻蚀有p型电极通孔；所述n型通孔底部包括第一表面和第二表面，其中，第一表面为n型通孔中与绝缘层接触的表面，第二表面为n型电极通孔表面；相较于所述第一表面，第二表面在n型通孔中
的深度更深；所述倒装结构led芯片中还包括：连接各n型电极通孔的n型接触层，连接各p型电极通孔的p型接触层；及形成于所述n型接触层和p型接触层表面的n型焊盘和p型焊盘，n型焊盘与n型接触层连接，p型焊盘与p型接触层连接。
7.本发明提供的倒装结构led芯片及其制备方法，在对n型电极通孔中的绝缘层进行刻蚀过程中，采用第一等离子体对绝缘层进行刻蚀之后，进一步采用第二等离子体对n型gan层进行刻蚀，即刻蚀完绝缘层后，通过用等离子体过刻蚀n型gan的方法，清扫n型电极通孔表面绝缘层刻蚀的残留副产物，便于后续的镀金属操作（镀n型接触层），避免出现芯片工作电压偏高的技术问题，降低芯片漏电的风险，提高芯片的可靠性。
附图说明
8.图1为本发明中n型电极通孔一种实施例结构示意图；图2为本发明中n型电极通孔另一种实施例结构示意图；图3为本发明一实例中二次刻蚀后n型电极通孔处的部分sem图；图4为本发明一实例中倒装结构led芯片的俯视图；图5为本发明如图4的实例中在外延片表面溅射ito层示意图；图6为本发明如图4的实例中形成n型通孔示意图；图7为本发明如图4的实例中在外延片的发光区域表面形成包含有导电通孔的第一反射层示意图；图8为本发明如图4的实例中形成第二反射层示意图；图9为本发明如图4的实例中形成n型电极通孔和p型电极通孔示意图；图10为本发明如图4的实例中形成n型接触层和p型接触层示意图；图11为本发明如图4的实例中形成n型焊盘和p型焊盘示意图。
附图说明
9.1-外延片，2-ito层，3-n型通孔，4-第一反射层，5-第二反射层，6-绝缘层，7-n型电极通孔，8-p型电极通孔，9-n型接触层，10-p型接触层，11-n型焊盘，12-p型焊盘。
实施方式
10.为了更清楚地说明本发明实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
11.本发明的一种实施例，一种倒装结构led芯片制备方法，包括：s10 制备外延片，外延片表面包括发光区域和电极区域；s20 对外延片的电极区域进行刻蚀至n型gan层；s30 于外延片的发光区域表面形成反射金属结构；s40 于外延片表面形成绝缘层；s50 对电极区域中n型gan层表面的绝缘层进行刻蚀形成n型电极通孔，及对部分发光区域表面的绝缘层进行刻蚀形成p型电极通孔；对电极区域中n型gan层表面的绝缘层进行刻蚀形成n型电极通孔中，包括采用等离子体对n型gan层进行刻蚀的步骤；s60 使用连接层分别将n型电极通
孔和p型电极通孔连接起来，形成n型焊盘和p型焊盘，完成对倒装结构led芯片的制备。
12.本实施例中，外延片中包括依次在如蓝宝石、碳化硅等透明衬底表面生长的n型gan层、发光层及p型gan层，制备完成后，根据芯片的出光需求划分发光区域和电极区域。之后，使用spm（硫酸双氧水的混合溶液）、hf等溶液对外延片进行清洗，利用icp（电感耦合等离子体）干法刻蚀等刻蚀技术对电极区域的p型gan层和发光层进行刻蚀至n型gan层，形成n型通孔。在发光区域表面形成反射金属结构之后，进一步形成覆盖金属反射结构、n型通孔底部和侧壁的绝缘层，该绝缘层可以采用sio2、sion、sin等材料制备而成，用于彻底隔离芯片的n面和p面，并采用光刻和刻蚀的方法将n型通孔底部及部分发光区域表面的绝缘层除掉，形成相互绝缘的n型电极通孔和p型电极通孔。在使用连接层分别将n型电极通孔和p型电极通孔连接起来中，包括采用电子束蒸镀和剥离（lift-off）的方法形成连接各n型电极通孔的n型接触层，连接各p型电极通孔的p型接触层；设置于n型接触层和p型接触层表面的钝化层，及形成于所述钝化层表面、通过钝化层中开设的通孔连接至n型接触层的n型焊盘和连接至p型接触层的p型焊盘。
13.由于n型通孔底部绝缘层直接与n型gan层接触，采用现有刻蚀方式对绝缘层进行刻蚀后，常常能观察到n-gan表面残留有刻蚀副产物的现象，从而对芯片的性能产生影响。因此本实施例在对n型通孔3中n型gan层表面的绝缘层6进行刻蚀形成n型电极通孔7中，包括了采用等离子体对n型gan层进行刻蚀的步骤，形成如图1所示的结构。具体包括：s51 采用第一等离子体对绝缘层进行刻蚀，第一等离子体能与绝缘层材料发生化学反应；s52 采用第二等离子体对n型gan层进行刻蚀，第二等离子体能与gan材料发生化学反应。
14.在对绝缘层进行刻蚀中，在采用第一等离子体对绝缘层进行刻蚀的基础上，进一步引入采用第二等离子体对n型gan层进行刻蚀的步骤，即刻蚀完绝缘层后，通过等离子体过刻蚀n型gan层的方式，将n型gan层表面的刻蚀残留副产物清扫干净，便于后续的镀金属操作。对于第一等离子和第二等离子，这里不做具体限定，实际应用中只要能够分别与绝缘层和n型gan层发生化学反应实现刻蚀目的即可。当然，第二等离子体不会与其他结构反应，如钝化层等，确保在刻蚀过程中只有n型gan层会与之发生化学反应（便于调控刻蚀时间），其他结构不会发生变化。
15.一实例中，通入cf4/o2等离子体对绝缘层进行刻蚀，通入bcl3/cl2等离子体对n型gan层进行刻蚀。在通入bcl3/cl2等离子体对n型gan层进行刻蚀中，调节的预设参数为：cl2和bcl3的气体比例为(50
±
25)sccm : (50
±
25)sccm，源功率为200w ~ 500w；偏压功率为0 ~ 200w；工作压强为2 ~ 5mtorr。实际应用中，具体的参数，包括刻蚀时间（如蚀刻3s、5s、8s、10s甚至更长时间）均可以根据实际刻蚀效果进行调控，通过对n型gan层表面刻蚀的方式将其表面的残留副产物清扫干净即可。
16.除了通过调节bcl3和cl2的气体比例、源功率、偏压功率及工作压强的参数实现残留副产物的清扫之外，在另一实例中，进一步对参数进行调节得到适用于点状性n孔结构的绝缘层/gan台阶角度范围，形成类似于碗状的刻蚀台面，示意图如图2所示（由于刻蚀台面蚀刻得到，实际中得到的为非平整平面）。优选地，刻蚀出来的gan层侧边具有35
°
~40
°
的倾角（与水平面之间的夹角，且倾斜方向朝向刻蚀底面的外侧），以确保n型通孔上方的连接材料不会产生裂纹，提高芯片成品率和性能。一实例中，通过调节bcl3和cl2的气体比例、源功率、偏压功率及工作压强的参数，刻蚀后n型电极通孔7处的部分sem图如图3所示，其中，a表
示二次刻蚀前n型电极通孔底部平面，b表示二次刻蚀后n型电极通孔底部平面，从图中可以看出，二次刻蚀后，n型电极通孔底部呈现出了类似碗状的表面结构。
17.本发明还提供了一种倒装结构led芯片，在一种实施例中，该led芯片包括：生长衬底，及形成于生长衬底表面的外延片，外延片表面包括发光区域和电极区域；电极区域表面配置有贯穿至外延片中n型gan层的n型通孔；发光区域表面配置有反射金属结构，反射金属结构表面配置有延伸至n型通孔侧壁的绝缘层，且部分反射金属结构表面的绝缘层上刻蚀有p型电极通孔；n型通孔底部包括第一表面和第二表面，其中，第一表面为n型通孔中与绝缘层接触的表面，第二表面为n型电极通孔表面；相较于第一表面，第二表面在n型通孔中的深度更深；倒装结构led芯片中还包括：连接各n型电极通孔的n型接触层，连接各p型电极通孔的p型接触层；及形成于n型接触层和p型接触层表面的n型焊盘和p型焊盘，n型焊盘与n型接触层连接，p型焊盘与p型接触层连接。
18.该led芯片中，生长衬底可以为蓝宝石、碳化硅等透明衬底，外延片中表面生长有n型gan层、发光层及p型gan层，且根据芯片的出光需求划分发光区域和电极区域。n型通孔为外延片电极区域上刻蚀得到的通孔，在该通孔的基础上，形成反射金属结构和绝缘层之后，进一步形成n型电极通孔，即n型电极通孔为n型通孔侧壁形成绝缘层（绝缘层内侧还可能形成有反射金属结构中的部分金属层）后的通孔。在n型通孔底部，完成对绝缘层的过刻蚀后，形成有一凹型台面，位于n型电极通孔底部的第二表面较其相邻的第一表面低，且不是规则的平整表面，由等离子体对n型通孔中的gan层进行刻蚀得到。绝缘层可以采用sio2、sion、sin等材料制备而成。
19.对上述led芯片构进行改进得到本实施例，在本实施例中，n型电极通孔底部，第一表面和第二表面的接触面具有35
°
~40
°
的倾角，即形成一类似碗状的凹型台面，以保证n型通孔上方的连接材料不会产生裂纹。
20.在上述实施例中，反射金属结构包括：第一反射层，由介电材料形成于外延片中发光区域表面，且包含有内部填充导电材料的导电通孔；第二反射层，由金属材料形成于第一反射层表面；透明导电层，于第一反射层中介电材料与内部填充的导电材料之间、介电材料与第二反射层之间及第一反射层与外延片的接触面之间设置。
21.第一反射层使用的介电材料为sio2、sin和al2o3中的一种或几种；第二反射层由具有高反射率的导电金属形成，如ag、al等。第一反射层中规则开设有内部填充导电材料的导电通孔，填充的导电材料可以根据实际需求进行任意的选定，只要满足导电的需求即可。为进一步提高反射率，填充的导电材料可选择与第二反射层相同的反射材料形成。导电通孔的数量、开设的形式、大小等均不做具体限定。优选，导电通孔均匀设置在第一反射层上。由于理论上来说导电通孔的数量越少、尺寸越小，介电反射层的反射能力越强，但是，数量过少会影响芯片的导电性能，因此需要根据实际情况适量的设定，保证反射率的同时提高导电性能。
22.透明导电层设置于第一反射层中介电材料与内部填充的导电材料之间、介电材料与第二反射层之间及第一反射层与外延片的接触面之间设置，帮助电流扩散，并增强第二反射层和介电材料的粘附性。为了不影响芯片出光，应对各透明导电层的厚度进行合理配置。置于透明导电层的材料，可以根据实际应用进行选定，只要能够满足和发光材料形成欧姆接触需求的同时不影响芯片出光即可，如选用ito层。
23.一实例中，倒装结构led芯片的俯视图如图4所示，以下通过制备过程中其c-c处的剖面示意图对该倒装结构led芯片的制备过程进一步说明：1）在蓝宝石衬底表面生长包括n型gan层、发光层及p型gan层的外延片；2）使用专用的spm溶液和专用hf溶液对外延片1进行清洗，冲水甩干后磁控溅射一层ito层2，并进行高温退火处理，如图5；3）光刻后利用icp干法刻蚀技术刻蚀外延片上电极区域的p型gan层和发光层至n型gan层，形成n型通孔3，接着利用ito腐蚀液清除n型通孔中多余的ito，最后去除光刻胶，如图6；4）利用等离子体增强化学的气相沉积（pecvd）、光刻和缓冲氧化物刻蚀（boe）湿法腐蚀工艺相结合，在外延片的发光区域表面形成包含有导电通孔的第一反射层4，如图7；5）清洗甩干后，在p型gan层上溅射、光刻、腐蚀出图案化的ito层形成p型欧姆接触连接层（图中未示出）；6）采用电子束蒸发在ito上沉积ag/ti/ni/ti/ni/ti金属叠层（第二反射层5），其中，ag是p欧姆接触电极，同时也是反射镜，ti/ni层则是为了防止ag的氧化和迁移，如图8；7）在表面沉积一层绝缘层6（sio2/sin），用于彻底隔离n面和p面，并用光刻和刻蚀的方法把n型通孔底部、p型gan部分表面的绝缘层6去除掉，形成n型电极通孔7和p型电极通孔8，如图9；8）用电子束蒸镀和剥离（lift-off）的方法在n型gan表面形成n型接触层9，在p型gan表面形成p型接触层10如图10；9）在表面沉积一层钝化层，通过光刻、腐蚀、蒸镀、剥离的工艺，形成n型焊盘11和p型焊盘12，如图11。
24.图5~图11示意性的给出了倒装结构led芯片的制备过程，过程中n型通孔、n型电极通孔等具体结构可参照图1和图2。
25.应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种倒装结构led芯片制备方法，其特征在于，包括：制备外延片，所述外延片表面包括发光区域和电极区域；对所述外延片的电极区域进行刻蚀至n型gan层；于所述外延片的发光区域表面形成反射金属结构；于所述外延片表面形成绝缘层；对电极区域中n型gan层表面的绝缘层进行刻蚀形成n型电极通孔，及对部分发光区域表面的绝缘层进行刻蚀形成p型电极通孔；所述对电极区域中n型gan层表面的绝缘层进行刻蚀形成n型电极通孔中，包括采用等离子体对n型gan层进行刻蚀的步骤；使用连接层分别将n型电极通孔和p型电极通孔连接起来，形成n型焊盘和p型焊盘，完成对倒装结构led芯片的制备。2.如权利要求1所述的倒装结构led芯片制备方法，其特征在于，所述对电极区域中n型gan层表面的绝缘层进行刻蚀形成n型电极通孔中，包括：采用第一等离子体对绝缘层进行刻蚀，所述第一等离子体能与绝缘层材料发生化学反应；采用第二等离子体对n型gan层进行刻蚀，所述第二等离子体能与gan材料发生化学反应。3.如权利要求1或2所述的倒装结构led芯片制备方法，其特征在于，对n型gan层进行刻蚀中，通过调节预设参数，使得刻蚀出来的gan层侧边具有35
°
~40
°
的倾角。4.如权利要求3所述的倒装结构led芯片制备方法，其特征在于，所述预设参数为：cl2和bcl3的气体比例为(50
±
25)sccm : (50
±
25)sccm；源功率为200w ~ 500w；偏压功率为0 ~ 200w；工作压强为2 ~ 5mtorr。5.如权利要求1或2所述的倒装结构led芯片制备方法，其特征在于，所述绝缘层为sio2层或sion层或sin层。6.一种倒装结构led芯片，其特征在于，包括：生长衬底，及形成于所述生长衬底表面的外延片，所述外延片表面包括发光区域和电极区域；电极区域表面配置有贯穿至外延片中n型gan层的n型通孔；发光区域表面配置有反射金属结构，所述反射金属结构表面配置有延伸至n型通孔侧壁的绝缘层，且部分反射金属结构表面的绝缘层上刻蚀有p型电极通孔；所述n型通孔底部包括第一表面和第二表面，其中，第一表面为n型通孔中与绝缘层接触的表面，第二表面为n型电极通孔表面；相较于所述第一表面，第二表面在n型通孔中的深度更深；所述倒装结构led芯片中还包括：连接各n型电极通孔的n型接触层，连接各p型电极通孔的p型接触层；及形成于所述n型接触层和p型接触层表面的n型焊盘和p型焊盘，n型焊盘与n型接触层连接，p型焊盘与p型接触层连接。7.如权利要求6所述的倒装结构led芯片，其特征在于，所述n型电极通孔底部，第一表面和第二表面的接触面具有35
°
~40
°
的倾角。8.如权利要求6或7所述的倒装结构led芯片，其特征在于，所述第二表面由等离子体对n型通孔中的gan层进行刻蚀得到。9.如权利要求6或7所述的倒装结构led芯片，其特征在于，所述反射金属结构包括：
第一反射层，由介电材料形成于外延片中发光区域表面，且包含有内部填充导电材料的导电通孔；第二反射层，由金属材料形成于所述第一反射层表面；透明导电层，于第一反射层中介电材料与内部填充的导电材料之间、介电材料与第二反射层之间及第一反射层与外延片的接触面之间设置。10.如权利要求9所述的倒装结构led芯片，其特征在于，所述第一反射层使用的介电材料为sio2、sin和al2o3中的一种或几种；和/或，第二反射层为ag反射层或al反射层。

技术总结
本发明提供了一种倒装结构LED芯片及其制备方法，其中，制备方法包括：制备外延片，外延片表面包括发光区域和电极区域；对外延片的电极区域进行刻蚀至n型GaN层；于外延片的发光区域表面形成反射金属结构；于外延片表面形成绝缘层；对电极区域中n型GaN层表面的绝缘层进行刻蚀形成n型电极通孔，及对部分发光区域表面的绝缘层进行刻蚀形成p型电极通孔；对电极区域中n型GaN层表面的绝缘层进行刻蚀形成n型电极通孔中，包括采用等离子体对n型GaN层进行刻蚀的步骤；使用连接层分别将n型电极通孔和p型电极通孔连接起来，形成n型焊盘和p型焊盘。其有效解决现有倒装结构LED芯片制备中刻蚀绝缘层存在的技术问题。层存在的技术问题。层存在的技术问题。


技术研发人员：喻文辉 金力
受保护的技术使用者：晶能光电股份有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/10/8