一种LED芯片结构及制备方法与流程

一种led芯片结构及制备方法
技术领域
1.本发明涉及芯片制备技术领域，尤其涉及一种led芯片结构及制备方法。


背景技术：

2.常规蓝宝石衬底基gan的蓝绿led芯片制备属于成熟的行业，白光产品现在广泛应用于白光照明、高端车灯等市场上，其器件结构大概分为带蓝宝石衬底的正装、倒装结构，也有去蓝宝石的薄膜倒装芯片，但这类应用显著的特点是追求高电流密度，高亮等特点。
3.而在新型的显示行业，产品往往追求亮度满足情况下，追求高清晰度(即高ppi)，其本质要求像素点间距小、以及像素光源本身必须小，则衍生出mini、micro led芯片。
4.蓝宝石衬底led限制于蓝宝石加工的困难度，芯片的厚度较难研磨减薄，4寸的蓝宝石现在研磨到60μm后，研磨的金刚石对其的划痕以及加工过程的应力会导致4寸片子的破裂，这个加工极限会限制芯片的长宽尺寸为60μm(厚)*60μm(宽)*60μm(长):
5.1、长宽若小于厚度会形成一个重心不稳定的柱状体，芯片容易侧翻。
6.2、芯片长宽小于厚度，对于蓝宝石的切割裂片加工非常困难。
7.3、当蓝宝石的衬底剥离后，剩下的gan_led外延约5μm厚，抗机械能力变差，长宽均不能小于20μm，否则容易破裂。
8.可知带蓝宝石基的mini到去蓝宝石衬底的microled芯片有个尺寸上的突变。对于硅片来说，虽然硅基处理容易于蓝宝石，但硅基不透光，不能做倒装芯片，既影响芯片的出光效率(外量子效率)，又制约只能使用焊线工艺而不能使用金锡共晶、锡膏固晶等工艺。


技术实现要素：

9.针对上述蓝宝石、硅基mini、microled的局限性，本发明的技术问题是提供一种led芯片结构及制备方法，此结构衬底既可是蓝宝石、又可是硅衬底甚至其它衬底，既能做mini led芯片、又能做micro led。
10.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
11.一方面本发明提供了一种led芯片结构，包括led基层结构，其特征在于：所述led基层结构上对应p/n位置设有导电柱，所述导电柱与所述led基层机构之间设有支撑层，所述支撑层与所述导电柱的高度适应所述led基层结构的大小。
12.具体的，所述支撑层的高度范围为5～60μm。
13.特别的，所述led基层结构的透光部分设有表面粗化的n型gan层。
14.具体的，所述导电柱一端与所述led基层结构的p/n极相连，所述导电柱的另一端形成有导电键合层。
15.优选的，所述导电柱设置为铜柱。
16.优选的，所述支撑层可以为pi光刻胶、pbo光刻胶、光敏性干膜、非光敏性聚酰亚胺、abf干膜或树脂中一种或者多种混合材料。
17.具体的，所述led基层结构由下而上分别为n型gan层、发光层、al gan薄膜层、p型
gan层、ito层和dbr绝缘层。
18.另一方面，本发明还提供了一种led芯片制造方法，包括以下步骤：
19.步骤一：在基底上的led基层结构上生成电镀种子层和光刻胶层；
20.步骤二：通过显影工艺，在p/n极位置将所述光刻胶层显影出开口；
21.步骤三：在开口内电镀cu柱；
22.步骤四：在cu柱顶部电镀金属键合层；
23.步骤五：通过去胶工艺去除光刻胶层，然后腐蚀去除裸露出的种子层；
24.步骤六：在步骤五中的光刻胶层位置形成支撑层；
25.步骤七：去除基底，暴露出底部n型gan层。
26.特备的，所述制造方法还包括：
27.步骤八：通过光刻和刻蚀技术对暴露的n型gan层做表面粗化。
28.本技术中的led芯片结构采用向上增高的方式提升了使得芯片的重心能够得到控制，避免了芯片的侧翻，同时也能够实现倒装芯片，因为高度上的增加使得底部去除基底的操作就变得更为方便，硅衬底就不用说甚至蓝宝石基底的剥离也不会导致芯片破裂。
29.因为支撑层和导电柱的高度是工艺可控的，所以使用这种制成方式就能够制作体积更小的micro led，led基层越小我们的支撑层就可以适应变得更短，反之led基层越大支撑层就可以适应变得更长，此工艺的具有很强的普适性。
附图说明
30.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
31.图1是本发明提供的一种led芯片制备方法中溅射种子层的制备图；
32.图2是本发明提供的一种led芯片制备方法中形成光刻胶层的制备图；
33.图3是本发明提供的一种led芯片制备方法中电镀cu柱和金属键合层的制备图；
34.图4是本发明提供的一种led芯片制备方法中去除光刻胶层和裸露的种子层的制备图；
35.图5是本发明提供的一种led芯片制备方法中形成支撑层，并光刻露出金属键合层的制备图；
36.图6是本发明提供的一种led芯片制备方法中剥离原衬底的制备图；
37.图7是本发明提供的一种led芯片制备方法中n型gan层做表面粗化的制备图。
具体实施方式
38.下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
39.根据本发明提供的制备方法制出的led芯片结构，包括：从下至上依次设置的n型gan层、发光层、aigan薄膜层、p型gan层和ito层；ito层上设置有第一目标区域和第二目标区域；第一目标区域开设有第一沟槽，第一沟槽的底面位于n型gan层内部，第一沟槽的开口面与ito层的上表面共面；第一沟槽底部和第二目标区域表面均设置有刻蚀截止层，ito层
上无刻蚀截止层的区域和第一沟槽内无刻蚀截止层的区域均设置有dbr绝缘层；第二目标区域外侧的dbr绝缘层与第二目标区域上的刻蚀截止层形成第二沟槽；第一沟槽和第二沟槽上还设置有种子层；种子层上设置有cu柱，cu柱上设置有金属键合层；dbr绝缘层上无cu柱的区域均设置有支撑层。
40.如图1所示，本发明提供一种led芯片制备方法，首先采用蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、氮化铝中的一种作为原衬底，在原衬底上依次制备n型gan层、发光层、aigan薄膜层、p型gan层、ito层形成第一结构；在第一结构上定义出制备第一沟槽的第一目标区域和制备第二沟槽的第二目标区域；通过光刻制备出需要暴露n型gan层的第一目标区域，再通过刻蚀工艺刻蚀至n型gan层形成第一沟槽，在第一沟槽内和第二目标区域制备刻蚀截止层；生长dbr绝缘层，通过光刻制备出需要暴露刻蚀截止层的第一沟槽底部和第二目标区域，再通过刻蚀工艺，在第一沟槽内刻蚀至刻蚀截止层，在第二目标区域刻蚀至刻蚀截止层，做出第二沟槽，形成第二结构。
41.然后在第二结构上溅射ti和cu种子层，如图1所示；在种子层上形成光刻胶层，如图2所示；接着对光刻胶层进行曝光处理，并通过显影液对曝光后的光刻胶层进行显影，刻蚀第一沟槽上方的光刻胶形成第一开口，刻蚀第二沟槽上方的光刻胶形成第二开口；其中，第一开口的宽度大于第一沟槽的宽度，第二开口的宽度大于第二沟槽的宽度；在第一开口和第二开口的种子层上电镀5～60μm cu柱，并在cu柱上电镀金属键合层，如图3所示。
42.再依次去除光刻胶层和裸露的种子层形成第三结构，如图4所示；在第三结构上匀pi胶或者压合光敏性干膜，形成支撑层，对金属键合层上的支撑层进行光刻，直至露出金属键合层，如图5所示。若使用pi胶，可对pi胶进行高温固化，能够使胶膜性质更稳定。此外还可以在第三结构上使用聚酰亚胺、树脂类液体或abf干膜等非光敏性材料直接压合，形成支撑层。pi胶、干膜都有很好的流动性，可以将芯片间缝隙完全填平，提高了芯片的产品可靠性；固化后的pi胶/干膜等同时又具有很好的支撑力，保证了led芯片后续工艺转移、吸取、以及焊接等制程；pi胶/干膜的厚度又有可选择性，可控性的特质，图形化精度比较高，使led芯片的厚度尺寸可以往更薄更小的方向发展，最后将原衬底剥离，如图6所示，再通过光刻和刻蚀技术对暴露的n型gan层做表面粗化，如图7所示，以最大限度增加出光效率。
43.综上所述，本发明提供的制备方法在兼具了倒装结构芯片pn结直接与基板上的正负极共晶键合，避免了制备封装过程中可能对有源层造成的应力损伤，且支撑层的厚度具有可控性，使得芯片可根据需要制作的更小更薄。
44.本技术中的led芯片结构采用增加支撑层的方式使得芯片抗机械能力增加，且通过支撑层的高度来控制芯片的重心，避免了芯片的侧翻，同时也能够实现倒装芯片，因为高度上的增加使得底部去除基底的操作就变得更为方便，硅衬底化学腐蚀成熟且相对简单，蓝宝石基底的剥离也因为有了支撑层的缓冲，从而提高了芯片的剥离良率。
45.因为支撑层和导电柱的高度是工艺可控的，所以使用这种制成方式就能够制作体积更小的micro led，led基层越小我们的支撑层就可以适应变得更短，反之led基层越大支撑层就可以适应变得更长，此工艺的具有很强的普适性。
46.以上对本发明的较佳实施例进行了描述；需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或
修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容；因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。