一种Micro-LED芯片的晶圆级N电极制备方法及芯片结构

本发明属于半导体光电子器件制造，具体涉及一种micro-led芯片的晶圆级n电极的制备方法及芯片结构。

背景技术：

1、micro-led显示技术因具备高亮度、高对比度、超高分辨率、长寿命、低功耗及耐高温等优势，被公认为下一代主流显示技术核心方案。随着半导体微纳加工工艺持续向微型化、高密度、高集成度方向发展，micro-led的像素尺寸已进入微米级别。在晶圆级量产制造中，随着芯片尺寸微缩，器件的台面深宽比显著增加，导致晶圆表面形成高密度的台阶结构，导致晶圆表面起伏大，为n电极的制备带来了挑战。

2、在n电极制备工艺中，行业主流普遍采用“光刻胶剥离（lift-off）”工艺。该工艺通过先进行光刻胶图形化、再蒸镀金属、最后去除光刻胶带走多余金属的方式来形成电极。然而，在面对晶圆级高密度、窄线宽的micro-led制造需求时，受限于晶圆表面的台阶落差，难以在全晶圆范围内保持光刻对焦一致，易导致金属布线断裂。同时，在微米级窄线宽条件下，lift-off工艺极易引发电极松动、脱落、金属残留、边缘钻蚀以及图形失真等问题，导致器件出现发光不均、暗点甚至短路等失效现象，无法满足高端微显示产品对高可靠性与高一致性的严苛要求。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种micro-led芯片的晶圆级n电极制备方法及芯片结构，用于改善现有光刻胶剥离工艺制备n电极工艺中存在的问题。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供一种micro-led芯片的晶圆级n电极制备方法，包括以下步骤：

4、s01、提供micro-led晶圆，micro-led晶圆包括基板和阵列分布于基板上的micro-led阵列单元；micro-led阵列单元之间形成隔离沟槽，micro-led阵列单元的顶部暴露面为n型层；

5、s02、在micro-led晶圆上制备介质层，介质层填充隔离沟槽并覆盖所有micro-led阵列单元，介质层形成平整表面；

6、s03、对介质层进行图形化刻蚀，去除预设n电极区域的介质层，形成n电极沟槽阵列；n电极沟槽阵列暴露出micro-led阵列单元的部分n型层；

7、s04、蒸镀金属叠层，金属叠层覆盖n电极沟槽阵列和介质层；

8、s05、采用化学机械抛光去除介质层表面的金属叠层，保留的n电极沟槽阵列内的金属叠层即为n电极；n电极与micro-led阵列单元的n型层形成欧姆接触。

9、本发明采用大马士革工艺替代传统光刻胶剥离工艺来制备n电极，从根源上避免lift-off工艺引发的电极松动、脱落、断裂、金属残留、边缘钻蚀等问题，提升n电极的可靠性与芯片良率。本发明通过直接制备填充隔离沟槽并覆盖所有micro-led阵列单元的介质层，介质层兼具钝化功能和表面平整化作用，有效改善晶圆表面起伏。平整的介质层提升了后续图形化刻蚀时的光刻精度，确保刻蚀形成的n电极沟槽阵列形貌规整，从而使得后续蒸镀在n电极沟槽阵列内的金属叠层实现窄线宽制备。此外，利用大马士革工艺中固有的介质层直接代替钝化层，简化了制备流程。

10、作为本发明制备方法的一种可选方案，步骤s04中，金属叠层由下层的粘附金属和上层的导电填充金属组成；步骤s05中，化学机械抛光（cmp）采用两步法进行，包括：第一阶段抛光，减薄上层的导电填充金属；第二阶段抛光，去除剩余的金属叠层；其中，第二阶段抛光的抛光压力大于第一阶段抛光的抛光压力，且第二阶段抛光的抛光转速大于第一阶段抛光的抛光转速。

11、作为本发明制备方法的一种可选方案，粘附金属的厚度为10nm-30nm，导电填充金属的厚度为1.2um-1.5um；粘附金属选自cr、ti、tin、ta、tan、ni、mo、pt中的至少一种；导电填充金属选自cu、au、al、ag、ru中的至少一种。

12、作为本发明制备方法的一种可选方案，步骤s05中，第一阶段抛光的抛光压力为0.5psi-1.5psi，抛光转速为30rpm-50rpm；第二阶段抛光的抛光压力为1psi-3psi，抛光转速为50rpm-100rpm。

13、作为本发明制备方法的一种可选方案，金属叠层为cr/cu、ti/au、ti/al、tin/cu、mo/cu中的任意一种。

14、作为本发明制备方法的一种可选方案，介质层为sio2、sog、fsg、psg、bsg、usg中的一种或多种组成的多层复合结构。

15、作为本发明制备方法的一种可选方案，介质层制备的具体过程为：

16、s021、在micro-led阵列单元的表面及侧壁沉积第一介质层，第一介质层为sinx或sio2；

17、s022、在micro-led晶圆上旋涂第二介质层，第二介质层填充隔离沟槽并覆盖所有micro-led阵列单元；第二介质层为sog；

18、s023、采用化学机械抛光（cmp）对介质层进行平坦化处理，去除micro-led阵列单元上方的介质层，使micro-led阵列单元的n型层暴露；

19、s024、在平坦化表面上沉积第三介质层，第三介质层为sinx；

20、s025、在第三介质层的表面制备第四介质层，第四介质层为sio2或sog；第三介质层和第四介质层的总厚度为0.5um-0.65um。

21、作为本发明制备方法的一种可选方案，n电极包括设于micro-led阵列单元的n型层上的手指电极，与各手指电极电连接的n电极线；手指电极的宽度为600nm-800nm，长度为2um-2.5um；各手指电极以固定间距平行排列。

22、作为本发明制备方法的一种可选方案，步骤s03中还包括去除预设焊盘区域的介质层，形成焊盘凹槽；步骤s04中蒸镀的金属叠层还覆盖焊盘凹槽；步骤s05中保留的焊盘凹槽内的金属叠层即为焊盘；焊盘与n电极线相连。

23、第二方面，本发明还提供一种micro-led芯片结构，包括由上述的制备方法制得的n电极。

24、本发明的附加方面及优点将在以下描述中部分阐述，部分内容会在描述过程中逐渐明晰，另有部分可通过实践本发明得以了解。

1.一种micro-led芯片的晶圆级n电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的micro-led芯片的晶圆级n电极制备方法，其特征在于：步骤s04中，所述金属叠层由下层的粘附金属和上层的导电填充金属组成；步骤s05中，所述化学机械抛光采用两步法进行，包括：第一阶段抛光，减薄上层的导电填充金属；第二阶段抛光，去除剩余的金属叠层；其中，所述第二阶段抛光的抛光压力大于所述第一阶段抛光的抛光压力，且所述第二阶段抛光的抛光转速大于所述第一阶段抛光的抛光转速。

3.根据权利要求2所述的micro-led芯片的晶圆级n电极制备方法，其特征在于：所述粘附金属的厚度为10nm-30nm，所述导电填充金属的厚度为1.2um-1.5um；所述粘附金属选自cr、ti、tin、ta、tan、ni、mo、pt中的至少一种；所述导电填充金属选自cu、au、al、ag、ru中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的micro-led芯片的晶圆级n电极制备方法，其特征在于：步骤s05中，第一阶段抛光的抛光压力为0.5psi-1.5psi，抛光转速为30rpm-50rpm；第二阶段抛光的抛光压力为1psi-3psi，抛光转速为50rpm-100rpm。

5.根据权利要求3所述的micro-led芯片的晶圆级n电极制备方法，其特征在于：所述金属叠层为cr/cu、ti/au、ti/al、tin/cu、mo/cu中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的micro-led芯片的晶圆级n电极制备方法，其特征在于：所述介质层为sio2、sog、fsg、psg、bsg、usg中的一种或多种组成的多层复合结构。

7.根据权利要求1所述的micro-led芯片的晶圆级n电极制备方法，其特征在于，所述介质层制备的具体过程为：

8.根据权利要求1所述的micro-led芯片的晶圆级n电极制备方法，其特征在于：所述n电极包括设于所述micro-led阵列单元的n型层上的手指电极，与所述各手指电极电连接的n电极线；所述手指电极的宽度为600nm-800nm，长度为2um-2.5um；所述各手指电极以固定间距平行排列。

9.根据权利要求8所述的micro-led芯片的晶圆级n电极制备方法，其特征在于：步骤s03中还包括去除预设焊盘区域的介质层，形成焊盘凹槽；步骤s04中蒸镀的所述金属叠层还覆盖所述焊盘凹槽；步骤s05中保留的焊盘凹槽内的金属叠层即为焊盘；所述焊盘与所述n电极线相连。

10.一种micro-led芯片结构，其特征在于，包括由权利要求1-9中任一项所述的制备方法制得的n电极。