一种倒装led芯片及其制备方法
阅读说明：本技术 一种倒装led芯片及其制备方法 (Flip LED chip and preparation method thereof ) 是由 范凯平 旷明胜 唐恝 何俊聪 徐亮 易翰翔 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种倒装LED芯片的制备方法,其包括：在衬底上形成N-GaN层、MQW层和P-GaN层；刻蚀形成贯穿至衬底的第一孔道；以第二光刻胶为掩膜,同时形成电离扩展层和贯穿至N-GaN层的第二孔道；形成钝化层；以第三光刻胶为掩膜,同时形成侧壁保护结构、反射镜层和金属保护层；形成第一绝缘层；刻蚀形成第三孔道和第四孔道；形成第一电极、第二电极；形成第二绝缘层；在第二绝缘层上形成第一焊盘层和第二焊盘层,研磨减薄后沿第一孔道劈裂,即得到倒装LED芯片成品。实施本发明,可大幅缩短制程工艺时间,提升工艺效率。(The invention discloses a preparation method of a flip LED chip, which comprises the following steps: forming an N-GaN layer, an MQW layer and a P-GaN layer on a substrate; etching to form a first pore canal penetrating to the substrate; forming an ionization expansion layer and a second pore passage penetrating to the N-GaN layer simultaneously by taking the second photoresist as a mask; forming a passivation layer; taking the third photoresist as a mask, and simultaneously forming a side wall protection structure, a reflector layer and a metal protection layer; forming a first insulating layer; etching to form a third pore channel and a fourth pore channel; forming a first electrode and a second electrode; forming a second insulating layer; and forming a first bonding pad layer and a second bonding pad layer on the second insulating layer, grinding and thinning the bonding pads, and splitting the bonding pads along the first pore channel to obtain a flip LED chip finished product. The invention can greatly shorten the processing time and improve the processing efficiency.)
技术领域
本发明涉及光电子制造技术领域，尤其涉及一种倒装LED芯片及其制备方法。
背景技术
LED作为新一代的固体冷光源，具有低能耗、寿命长、易控制、安全环保等特点，是理想的节能环保产品，适用各种照明场所。传统LED芯片一般为蓝宝石衬底，散热性能较差，容易使发生漏电、光衰严重、电压高等问题，严重影响LED芯片的可靠性能。
倒装LED芯片和传统LED芯片相比，具有发光效率高、电流分布均匀、散热好、电压降低、效率高等优点。倒装LED芯片，主要分为大功率(＞2W)倒装芯片和中小功率(＜2W)倒装芯片。大功率倒装芯片主要采用银镜作为反射镜、金属银导电率高且反射率高(＞95％)，因此主要用于大电流高光效高亮应用市场如车灯和闪光灯等；中小功率倒装芯片，主要采用DBR做反射镜、反射率适中(85％-95％)但不能导电，因此主要用于中小电流但亮度要求不高的应用市场如显示、COB等。大功率倒装LED芯片，目前普遍采用9-10道制程工艺，工艺复杂、产品良率低、产品质量隐患多、封装良率低，工艺道数多、成本高。且封装良率低、产品质量隐患多，严重影响着倒装LED芯片的封装应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种倒装LED芯片的制备方法，其方法简单，制程道数少，成本低。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种倒装LED芯片。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种倒装LED芯片的制备方法，其包括：
(1)提供衬底，在所述衬底上形成N-GaN层、MQW层和P-GaN层；
(2)采用第一光刻胶为掩膜，刻蚀形成多个第一孔道，刻蚀后去除第一光刻胶；其中，所述第一孔道贯穿至所述衬底；
(3)在所述第一孔道内和所述P-GaN层上形成电流扩展层；
(4)采用第二光刻胶为掩膜，刻蚀去除第一孔道内的电流扩展层和P-GaN层上的预设量的电流扩展层；
(5)采用第二光刻胶为掩膜，刻蚀形成多个第二孔道，刻蚀后去除第二光刻胶；其中，所述第二孔道贯穿至所述N-GaN层；
(6)在所述第一孔道、第二孔道、P-GaN层和电流扩展层上形成钝化层；
(7)采用第三光刻胶为掩膜，刻蚀去除所述电流扩展层上的钝化层；
(8)采用第三光刻胶为掩膜，在所述电流扩展层上形成反射镜层和金属保护层，然后去除所述第三光刻胶；
(9)在所述钝化层和金属保护层上形成第一绝缘层；
(10)采用第四光刻胶为掩膜，刻蚀形成多个第三孔道和第四孔道，刻蚀后去除第四光刻胶；其中，所述第三孔道设于所述金属保护层上并贯穿至所述金属保护层，所述第四孔道设于所述第二孔道内并贯穿至所述N-GaN层；
(11)形成第一电极、第二电极，所述第一电极通过所述第三孔道与所述金属保护层连接，所述第二电极通过所述第四孔道与所述N-GaN层连接；
(12)在所述第一电极、第二电极、第一绝缘层上形成第二绝缘层；
(13)在所述第二绝缘层上形成第一焊盘层和第二焊盘层，所述第一焊盘层与所述第一电极电连接，所述第二焊盘层与所述第二电极电连接；
(14)研磨减薄所述衬底，沿所述第一孔道劈裂，即得到倒装LED芯片成品。
作为上述技术方案的改进，步骤(13)包括：
(13.1)采用第五光刻胶为掩膜，在所述第二绝缘层上形成第五孔道和第六孔道，所述第五孔道贯穿至所述第一电极，所述第六孔道贯穿至所述第二电极；
(13.2)采用第五光刻胶为掩膜，在所述第一电极上形成第一焊盘层，在所述第二电极上形成第二焊盘层；然后去除所述第五光刻胶。
作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，所述光刻胶形成掩膜的厚度为8～10μm；所述第一光刻胶的耐热温度＞140℃；
所述刻蚀为ICP刻蚀，刻蚀功率为300～500W。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，通过磁控溅射法或电子束蒸发法形成所述电流扩展层，所述电流扩展层由ITO、IZO、AZO中的一种或多种制成；
步骤(4)中，所述刻蚀为湿法刻蚀；
步骤(5)中，所述刻蚀为ICP刻蚀。
作为上述技术方案的改进，步骤(6)中，通过磁控溅射法、电子束蒸发法或PECVD形成所述钝化层，所述钝化层由SiO2、SiNx、SiNxOy中的一种或多种制成，所述钝化层的厚度为
步骤(7)中，所述第三光刻胶为负性光刻胶，所述刻蚀为湿法刻蚀。
作为上述技术方案的改进，步骤(8)中，通过磁控溅射法或电子束蒸发法形成所述反射镜层和金属保护层；
所述反射镜层由Ag与Ti、W、Al、Ni、Pt中的一种或多种制成；
所述金属保护层由Cr、Al、Ni、Ti、Pt、Au中的一种或多种制成。
作为上述技术方案的改进，步骤(9)中，通过PECVD形成所述第一绝缘层，所述第一绝缘层由SiO2、SiNx、SiNxOy、Ti2O5中的一种或多种制成；
通过电子束蒸发法形成所述第一电极和第二电极；所述第一电极、第二电极由Cr、Al、Ni、Ti、Pt、Au中的一种或几种制成。
作为上述技术方案的改进，步骤(12)中，通过PECVD形成所述第一绝缘层，所述第一绝缘层由SiO2、SiNx、SiNxOy、Ti2O5中的一种或多种制成。
作为上述技术方案的改进，步骤(13.1)中，所述第五光刻胶为负性光刻胶；
步骤(13.2)中，通过电子束蒸发法形成所述第一焊盘层和第二焊盘层；所述第一焊盘层、第二焊盘层由Cr、Ni、Ti、Pt、Au、Sn、AuSn中的一种或几种制成。
相应的，本发明还公开了一种倒装LED芯片，其由上述的制备方法制备而得。
实施本发明，具有如下有益效果：
1.本发明中的倒装LED芯片的制备方法，通过以第二光刻胶为掩膜，同时形成了电流扩展层和贯穿至N-GaN层的第二孔道，这种“二合一”的技术缩短了制程工艺时间，提升了工艺效率。
2.本发明中的倒装LED芯片的制备方法，通过以第三光刻胶为掩膜，在第一孔道、第二孔道的侧壁形成了保护结构、反射镜层和金属保护层，这种“三合一”的技术大幅缩短了制程工艺时间，提升了工艺效率。
附图说明
图1是倒装LED芯片制备方法中步骤S1后LED芯片的结构示意图；
图2是倒装LED芯片制备方法中步骤S2后LED芯片的结构示意图；
图3是倒装LED芯片制备方法中步骤S3后LED芯片的结构示意图；
图4是倒装LED芯片制备方法中步骤S4后LED芯片的结构示意图；
图5是倒装LED芯片制备方法中步骤S5后LED芯片的结构示意图；
图6是倒装LED芯片制备方法中步骤S7后LED芯片的结构示意图；
图7是倒装LED芯片制备方法中步骤S8后LED芯片的结构示意图；
图8是倒装LED芯片制备方法中步骤S10后LED芯片的结构示意图；
图9是倒装LED芯片制备方法中步骤S11后LED芯片的结构示意图；
图10是倒装LED芯片制备方法中步骤S131后LED芯片的结构示意图；
图11是倒装LED芯片制备方法中步骤S132后LED芯片的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
本发明公开了一种倒装LED芯片的制备方法，其包括以下步骤：
S1：提供衬底，在所述衬底上形成N-GaN层、MQW层和P-GaN层；
具体的，采用MOCVD或PECVD在衬底10形成N-GaN层11、MQW层12和P-GaN层13，但不限于此。
S2：采用第一光刻胶为掩膜，刻蚀形成多个第一孔道，刻蚀后去除第一光刻胶；其中，所述第一孔道贯穿至所述衬底
其中，第一孔道14贯穿至衬底10，其暴露出N-GaN层11、MQW层12和P-GaN层13的整个侧壁表面(第一侧壁141)。该工序的刻蚀量大，对于光刻胶的耐热性，以及掩膜的厚度要求较高。具体的，光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶，优选的为正性光刻胶，其耐热温度＞140℃。光刻胶所形成掩膜的厚度为8～10μm，示例性的为8μm、8.5μm、9μm、9.5μm或10μm。
其中，刻蚀为湿法刻蚀或干法刻蚀。优选的为ICP刻蚀，刻蚀功率为300～500W；当刻蚀功率＞500W时，刻蚀速率过快，产生的热量不易快速散开，导致第一光刻胶变性失效、碳化异常，从而粘附在P-GaN层13上，后期无法去除。刻蚀功率＜300W时，虽然ICP刻蚀产生的热量容易快速散开、但ICP刻蚀速率慢、刻蚀时间长、工艺效率低。
S3：在所述第一孔道内和所述P-GaN层上形成电流扩展层；
其中，通过电子束蒸发法或磁控溅射法，在步骤S2得到的衬底表面上整体形成(即第一孔道14内和P-GaN层上)电流扩展层15。电流扩展层15由ITO、IZO、AZO中的一种或多种制成，但不限于此。优选的，电流扩展层15为ITO层。
S4：采用第二光刻胶为掩膜，刻蚀去除第一孔道内的电流扩展层和P-GaN层上的预设量的电流扩展层；
其中，第二光刻胶为正正性光刻胶或负性光刻胶，优选的为正性光刻胶。刻蚀工艺为干法刻蚀或湿法刻蚀。优选的为湿法刻蚀，具体的，采用ITO蚀刻液等化学药液腐蚀，去除第一孔道14内的电流扩展层15和P-GaN层13上的预设量的电流扩展层。其中，P-GaN层13上电流扩展层15的刻蚀去除量为P-GaN层13宽度的1～5％。步骤S4完成后，不去除第二光刻胶所形成的掩膜1，直接进入步骤S5。
S5：采用第二光刻胶为掩膜，刻蚀形成多个第二孔道，刻蚀后去除第二光刻胶；
其中，维持S4中所形成的掩膜1，直接进行第二道刻蚀。刻蚀工艺可为干法刻蚀或湿法刻蚀，优选的为ICP刻蚀。具体的，对未覆盖电流扩展层15的区域(即第二光刻胶形成掩膜的区域)进行刻蚀，形成贯穿至N-GaN层的第二孔道16。第二孔道16的侧壁(第二侧壁161)暴露了P-GaN层13、MQW层12的侧壁以及部分N-GaN层的部分侧壁
步骤S4和S5中，采用第二光刻胶作为掩膜，不仅刻蚀去除了多余的电流扩展层14，而且还刻蚀形成了第二孔道16，这种工艺称为“二合一”技术，这种“二合一”技术，缩短了制程工艺时间，显著提高了工艺效率；同时避免使用很多的物料消耗，降低了工艺成本。
S6：在所述第一孔道、第二孔道、P-GaN层和电流扩展层上形成钝化层；
其中，通过磁控溅射法、电子束蒸发法或PECVD法在步骤S6得到的衬底表面(即第一孔道14内、第二孔道16内、P-GaN层13上和电流扩展层15上)整体上形成钝化层17。其中，第一侧壁141、第二侧壁161上覆盖的钝化层17形成了侧壁保护结构171，其可起到阻挡金属的作用，可防止MQW层12露出导致后续反射镜层18中的Ag迁移到MQW层12而漏电。此外，侧壁保护结构171也可防止后续反射镜层18、金属保护层19形成过程中发生侧向迁移从而横向外扩至P-GaN层13甚至MQW层12，从而导致漏电。
其中，钝化层17由SiO2、SiNx、SiNxOy中的一种或多种制成，其厚度为示例性的为或
S7：采用第三光刻胶为掩膜，刻蚀去除所述电流扩展层上的钝化层；
其中，第三光刻胶为负性光刻胶。刻蚀为干法刻蚀或湿法刻蚀，但不限于此。优选的，刻蚀为湿法刻蚀，具体的，可通过BOE蚀刻液去除电流扩展层15上的钝化层17。
步骤S7完成后，不去除第三光刻胶形成的掩膜2，直接进入步骤S8。
S8：采用第三光刻胶为掩膜，在所述电流扩展层上形成反射镜层和金属保护层，然后去除所述第三光刻胶；
其中，通过磁控溅射法或电子束蒸发法在电流扩展层15上形成反射镜层18和金属保护层19，但不限于此。反射镜层18由Ag与Ti、W、Al、Ni、Pt中的一种或多种制成。
其中，金属保护层19保护金属反射镜层18不被损伤和氧化，同时起到电流横向扩展的作用，即电流经过金属保护层19时会首先在金属保护层19内部横向扩展到金属保护层19覆盖的所有区域之后再垂直向下扩展到反射镜层18内部进而垂直扩展到反射镜层18下方的电流扩展层15；这样可以弥补反射镜层18在大电流情况下内部横向扩展能力较差的缺点，提高芯片大电流横向扩展的能力，增大电流扩展均匀性。
具体的，金属保护层19由Cr、Al、Ni、Ti、Pt、Au中的一种或多种制成。具体的，金属保护层19为叠层结构，示例性的如AlTi/AlTi/AlTi/……、TiPt/TiPt/TiPt/……等形式，金属叠层结构可以增强金属保护层19的柔韧性、降低金属层整体的内应力，还可提高导电性、降低成本。
步骤S7和S8中，采用第三光刻胶作为掩膜，同时制备了侧壁保护结构171(钝化层17)、反射镜层18和金属保护层19，一步制程工艺完成三种结构膜层的制备，称之为“三合一”技术。这种“三合一”技术，缩短了制程工艺时间，显著提高了工艺效率；同时降低了工艺成本。
S9：在所述钝化层和金属保护层上形成第一绝缘层；
其中，通过PECVD在步骤S8得到的衬底10表面上(即钝化层17和金属保护层19上)形成第一绝缘层20，第一绝缘层20由SiO2、SiNx、SiNxOy、Ti2O5中的一种或多种制成，其形成的第一绝缘层20膜层致密、绝缘性好且透光率高。
S10：采用第四光刻胶为掩膜，刻蚀形成多个第三孔道和第四孔道，刻蚀后去除第四光刻胶；
其中，第四光刻胶可为正性光刻胶或负性光刻胶。刻蚀工艺为湿法刻蚀或干法刻蚀。通过刻蚀在位于金属保护层19上的第一绝缘层20形成一个或多个贯穿至金属保护层19的第三孔道21，在位于第二孔道16内的第一绝缘层20形成一个或多个贯穿至N-GaN层11的第四孔道22。具体的，第三孔道21、第四孔道22的的个数及大小取决于后续电极的电流扩展的实际情况。
S11：形成第一电极、第二电极，所述第一电极通过所述第三孔道与所述金属保护层连接，所述第二电极通过所述第四孔道与所述N-GaN层连接；
其中，通过电子束蒸发法形成第一电极23和第二电极24；第一电极23和第二电极24不连通。
其中，第一电极23由Cr、Al、Ni、Ti、Pt、Au中的一种或几种制成。优选的，第一电极23采用叠层结构，示例性的如AlTi/AlTi/AlTi/……，但不限于此。叠层结构使得电流在叠层金属中横向扩展到整个金属保护层19表面，再经过金属保护层19和电流扩展层15的扩展，提高电流扩展均匀性，提高亮度。
其中，第二电极24由Cr、Al、Ni、Ti、Pt、Au中的一种或几种制成。优选的，第二电极24为由Al层与其他金属层形成的叠层结构，这种叠层结构导电性强，成本低。同时第二电极24中的Al层可与侧壁保护结构171形成ODR结构，将倒装LED表面上无反射镜层18覆盖的区域出射的光反射回去从而从衬底10出光，提高亮度。
S12：在所述第一电极、第二电极、第一绝缘层上形成第二绝缘层；
其中，通过PECVD在步骤S11得到的衬底上(即第一电极23、第二电极224、第一绝缘层20上)形成第二绝缘层25，第二绝缘层25由SiO2、SiNx、SiNxOy、Ti2O5中的一种或多种制成，其形成的第二绝缘层25膜层致密、绝缘性好且透光率高。
S13：在所述第二绝缘层上形成第一焊盘层和第二焊盘层；
具体的，S13包括：
S131：采用第五光刻胶为掩膜，在所述第二绝缘层上形成第五孔道和第六孔道；
其中，第五光刻胶为负性光刻胶，刻蚀工艺为湿法刻蚀或干法刻蚀。通过刻蚀在第二绝缘层25上形成第五孔道26和第六孔道27，第五孔道26贯穿至第一电极23，第六孔道27贯穿至第二电极24。步骤S31后，不去除第五光刻胶形成的掩膜3，直接进入步骤S132。
S132：采用第五光刻胶为掩膜，在所述第一电极上形成第一焊盘层，在所述第二电极上形成第二焊盘层；然后去除所述第五光刻胶。
其中，通过电子束蒸发法形成第一焊盘层28和第二焊盘层29；第一焊盘层28与第一电极23连接，第二焊盘层29与第二电极24连接。第一焊盘层28和第二焊盘层29之间不连通。
其中，第一焊盘层28和第二焊盘层29由Cr、Ni、Ti、Pt、Au、Sn、AuSn中的一种或几种制成。优选的，第一焊盘层28和第二焊盘层29采用叠层结构，示例性的如TiPt/TiPt/TiPt/……，但不限于此。
步骤S131和S132中，采用第五光刻胶作为掩膜，不仅刻蚀形成了第五孔道26、第六孔道27，而且制备了第一焊盘层28和第二焊盘层29，称之为“二合一”技术。这种“二合一”技术，缩短了制程工艺时间，显著提高了工艺效率；同时降低了工艺成本。
S14：研磨减薄所述衬底，沿所述第一孔道劈裂，即得到倒装LED芯片成品。
本发明基于上述方法，集成两种“二合一”技术和一种“三合一”技术，将倒装LED芯片的工艺制程道数9-10道，缩减为6道制程，大幅缩短了制程工艺时间、显著提高了工艺效率，同时减低了物料消耗，大幅降低了工艺成本。此外，本发明中的金属保护层19、第一电极23、第二电极24、第一焊盘层28、第二焊盘层29采用叠层金属结构，不仅提升了电流的扩散均匀性，降低了电压，提升了LED的亮度；而且增强了LED芯片柔韧性、降低LED芯片内应力，提升了生产良率和封装品质。
以上所述是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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
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