一种多面式侧壁LED芯片及其制备方法与流程

一种多面式侧壁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，特别涉及一种多面式侧壁led芯片及其制备方法。


背景技术：

2.发光二极管(light emitting diode，简称led)作为新一代绿色光源，广泛应用于照明、背光、显示、指示等领域。高压led芯片包括至少两个串联的子芯片，各个子芯片均包括n型层、有源层和p型层，具有高抗静电能力、高发光效率和节约封装厂打线成本等优点，在芯片领域的地位逐渐显现。
3.为了避免led芯片侧壁漏电的发生，无论是正装芯片还是倒装芯片均采用隔离沟槽方式的制作工艺，尤其是高压芯片，必须进行隔离沟槽切割以形成分区，刻蚀出隔离沟槽后在进行绝缘层沉积，避免侧壁发光层露出导致失效发生。而侧壁的形貌状态对光电性能、可靠性影响至关重要。
4.现有技术中，如图4和图5所示，隔离沟槽形成的侧壁角度一般为30
°
至80
°
左右，侧壁的角度过小时，隔离沟槽面积占比大，发光面损失严重，导致发光效率差，侧壁角度过大时，披覆性差，影响侧壁的绝缘效果。


技术实现要素：

5.基于此，本发明的目的是提供一种多面式侧壁led芯片及其制备方法，解决背景技术中隔离沟槽侧壁角度导致发光效率差和披覆性差中至少一个问题。
6.本发明提供一种多面式侧壁led芯片，包括：
7.提供一衬底，在衬底上形成led外延，在led外延上沉积不同致密性的材料作为掩膜；
8.通过iso光刻形成具有iso图形的光刻胶层，以光刻胶层为遮挡对掩膜进行刻蚀；
9.去除光刻胶层，以掩膜为遮挡对led外延进行icp刻蚀，直至刻蚀至衬底，形成侧壁具有多个斜面的隔离沟槽。
10.本发明中的多面式侧壁led芯片的制备方法，通过在led外延上沉积不同致密性材料的掩膜，进而蚀刻出具有多个斜面的侧壁，多个斜面的侧壁将增加发光面积，进而提高出光效率；进一步的，多个斜面组成的侧壁呈现出弧度变化可减缓侧壁过陡的角度，从而避免后续镀层因角度过大导致的批覆不良引起芯片失效的问题；同时，侧壁的多个斜面能够改变芯片内部光线到侧壁的入射角，使得更多的光线可以取出，整体提升芯片亮度，从而解决了背景技术中隔离沟槽侧壁角度导致发光效率差和披覆性差的问题。进一步的，不同致密性的材料包括sio2、sin
x
、tio
x
和al2o3中一种或多种材料。
11.进一步的，在led外延上沉积不同致密性的材料作为掩膜的步骤中包括：
12.通过调整掩膜材料的制作参数，以改变掩膜的致密性，制作参数包括机台功率、腔体压力、气体流量、温度、靶源。
13.进一步的，不同致密性的材料的致密性由下至上呈递增或递减趋势。
14.进一步的，掩膜的厚度为0.5um～4um。
15.进一步的，以光刻胶层为遮挡对掩膜进行刻蚀中，刻蚀方法包括干法刻蚀或湿法刻蚀中的任意一种。
16.本发明还提供一种多面式侧壁led芯片，由下至上依次包括衬底和led外延，其特征在于，led外延向上开口设有隔离沟槽，隔离沟槽的底部显露出衬底，且隔离沟槽的侧壁具有多个斜面。
附图说明
17.图1为本发明实施例中多面式侧壁led芯片的剖面示意图；
18.图2为本发明实施例中两面式侧壁隔离槽剖面示意图；
19.图3为本发明实施例中多面式侧壁隔离槽剖面示意图；
20.图4为本发明实施例中多面式侧壁led芯片与现有技术中80度侧壁的对比图；
21.图5为本发明实施例中多面式侧壁led芯片与现有技术中30度侧壁的对比图；
22.图6为本发明实施例中多面式侧壁led正装芯片的结构示意图。
23.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
24.主要元件符号说明：
25.衬底1多面式侧壁11led外延2cbl电流阻挡层5第一半导体台面3tcl电流扩展层6电极层7反射层8bonding焊盘层9两面式侧壁10钝化层12
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具体实施方式
26.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
27.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
29.实施例一
30.本实施例中提供一种多面式侧壁led芯片的制备方法，如图1所示为根据本实施例中的制备方法制备的led芯片，所述制备方法包括：
31.s1、提供一衬底1，依次在衬底1上生长第一半导体层、发光层和第二半导体层，形
成led外延2。使用光刻胶对led外延2制作mesa图形，对led外延2的第一半导体层进行刻蚀形成第一半导体台面3。
32.s2、在led外延上沉积不同致密性材料组成的掩膜。
33.在led外延2上的第一半导体层和第二半导体层通过pecvd(等离子体增强化学气相沉积法)沉积不同致密性的材料作为掩膜，掩膜厚度为0.5um-4um。其中，通过调整制作参数或使用不同致密性的材料进行组合，从而形成不同致密性材料组成的掩膜。制作参数包括机台功率、腔体压力、气体流量、温度、靶源，制作材料包括sio2、sin
x
、tio
x
和al2o3中一种或多种材料组合。掩膜在蚀刻时因上下组分的致密性不同，从而蚀刻速率不同，当材料致密性越大，越难被蚀刻掉，刻蚀速度越慢，致密性材料越小，刻蚀速度快，形成的侧壁角度越小，从而隔离沟槽的侧壁会逐渐出现多个斜面以及角度。当掩膜的致密性变化越多时，iso隔离沟槽侧壁就会有越多的斜面出现，直至出现弧形侧壁。
34.沉积掩膜的制备工艺如下：
35.在led外延2上沉积具有不同致密性的sio2掩膜，可以采用pecvd法，将待沉积的外延放入作业腔内。在沉积步骤中，腔体压力为120pa，机台沉积功率为90w，反应气体为n2o、sih4，载气为n2，沉积时气体流量分别为n2o1180sccm、sih
4 110sccm(含量5％)，机台温度为230℃。提高致密性可以将对应的沉积温度提升至260℃、290℃，或将沉积功率提升至110w、130w。
36.以上制作参数可以单一改变，也可配合同时变化。如图2所示，通过调整掩膜的制作参数或材料，得到两种不同致密性材料的掩膜，进而刻蚀得到带有两面式侧壁10的隔离沟槽，侧壁由两段斜面组成；如图3所示，通过调整掩膜的制作参数或材料，得到两种以上致密性材料的掩膜，进而刻蚀后得到带有多面式侧壁11的侧壁，侧壁由多段斜面组成。
37.当掩膜材料致密性差异变化越多时，iso隔离沟槽的侧壁就会出现更多角度的斜面。当出现的斜面越多时，侧壁将呈现出弧形。如图5所示，当现有技术中侧壁斜面角度为30度时，发光面积较小，本实施例中通过增加多个斜面及多个角度，侧壁面积将越大，此时侧面出光就会越多，并且，侧壁上多个斜面的变化坡度将不会影响后续披覆工艺。如图4所示，当现有技术中侧壁斜面角度为80度时，侧壁斜面较陡，因此披覆性不好，本实施例中通过增加多个斜面，侧壁最终呈弧度，能够减缓侧壁过陡的角度，从而避免后续镀层时，因角度过大导致的批覆不良引起芯片失效。斜面越多内部光入射到此面上的角度将发生改变，能够减少全反射，使得更多的光线可以取出，进而会增加出光率，提高led的发光亮度。
38.掩膜材料的致密性由下至上各不同，致密性不同的掩膜材料将在刻蚀后形成不同的斜面，并达到增加侧壁出光面积以及减缓侧壁斜面的陡式并提高后续披覆效果。优选的，掩膜材料的致密性从上之下可依次递增，也可依次递减，当掩膜材料致密性依次递增时，侧壁刻蚀的隔离沟槽将呈外八型角度，当致密性依次递减时，侧壁刻蚀的隔离沟槽将呈倒八型角度。
39.s3、在掩膜上进行涂胶、曝光、显影制作iso图形，通过boe刻蚀(湿法刻蚀)sio2掩膜时，侧面将形成多个斜面，得到具有iso图形的光刻胶层。将具有iso图形的光刻胶层作为遮挡，对掩膜进行刻蚀，去除部分掩膜，直至刻蚀露出衬底1。刻蚀方式为干法刻蚀或湿法刻蚀，刻蚀后掩膜图形将同等转移到iso隔离沟槽的侧壁，最终得到侧壁具有多个斜面的隔离沟槽。
40.s4、led外延上沉积sio2并制作cbl电流阻挡层5图形，形成cbl电流阻挡层5。本发明提供的实施例中cbl电流阻挡层5所使用的材料可以是sio2、al2o3、tio
x
等一种或多种不导电物质组成。
41.s5、在led外延上沉积tcl透明导电层并制作tcl图形，形成tcl导电层。本发明提供的实施例中tcl透明导电层可以是ito、izo等透明导电材料。
42.s6、进行metal层光刻，进行第一电极和第二电极沉积；去除metal光刻后的光刻胶。本发明提供的实施例中电极底层所使用的金属材料可以是cr、au、pt、ni、ti、al、ag、mg等金属或其合金中的一种或多种组成的叠层。
43.s7、沉积布拉格反射层8dbr层并制作dbr图形，刻蚀露出metal层。本发明提供的实施例中dbr层所使用的材料可以是sio2、tiox、al2o3中的两种交替组成的布拉格反射层8。
44.上述dbr层覆盖到除p电极和n电极接触孔以外的全部区域，起到绝缘反射作用。覆盖包含s3制作的iso多角度隔离沟槽，有效的避免固晶时侧壁漏电，在隔离沟槽内起到绝缘保护作用。
45.s8、使用光刻胶进行bonding层光刻，沉积bonding；去除bonding光刻后的光刻胶形成bonding层。本发明提供的实施例中，bonding底层所使用的金属材料可以是cr、au、pt、ni、ti、al、ag、mg等金属中一种或多种组成的叠层。
46.综上，本发明上述实施例当中的多面式侧壁led芯片的制备方法，通过在led外延上沉积不同致密性材料的掩膜，进而蚀刻出具有多个斜面的侧壁，多个斜面的侧壁将增加发光面积，进而提高出光效率；进一步的，多个斜面组成的侧壁呈现出弧度变化可减缓侧壁过陡的角度，从而避免后续镀层因角度过大导致的批覆不良引起芯片失效的问题；同时，侧壁的多个斜面能够改变芯片内部光线到侧壁的入射角，使得更多的光线可以取出，整体提升芯片亮度，从而解决了背景技术中隔离沟槽侧壁角度导致发光效率差和披覆性差中至少一个问题。
47.实施例二
48.本实施例提供一种多面式侧壁led芯片的制备方法，与实施例一的区别在于，本实施例中提供了沉积掩膜的制备工艺，通过改变制备掩膜的材料以改变掩膜的致密性。
49.制备工艺包括：采用pecvd法将待沉积的外延放入作业腔内。在沉积步骤中，掩膜材料包括sin
x
，腔体压力可为120pa，机台沉积功率为90w，反应气体为nh3、sih4，载气为n2，沉积时气体流量分别为nh
3 13sccm、sih
4 270sccm(含量5％)，机台温度为230℃。若需提高掩膜致密性可以将对应的nh3气体流量分别提升至17sccm、21sccm；也可以将沉积功率提升至110w、130w。
50.综上，本发明上述实施例当中的多面式侧壁led芯片的制备方法，通过在led外延上沉积不同致密性材料的掩膜，进而蚀刻出具有多个斜面的侧壁，多个斜面的侧壁将增加发光面积，进而提高出光效率；进一步的，多个斜面组成的侧壁呈现出弧度变化可减缓侧壁过陡的角度，从而避免后续镀层因角度过大导致的批覆不良引起芯片失效的问题；同时，侧壁的多个斜面能够改变芯片内部光线到侧壁的入射角，使得更多的光线可以取出，整体提升芯片亮度，从而解决了背景技术中隔离沟槽侧壁角度导致发光效率差和披覆性差中至少一个问题。
51.实施例三
52.本实施例中提供了一种多面式侧壁led芯片的制备方法，与实施例一的区别在于，本实施例中提供了另一种沉积掩膜的制备工艺，通过沉积多种材料制备掩膜，本实施例中的掩膜材料包括sio2和sin
x
，制备工艺包括：采用pecvd法，将待沉积的外延放入作业腔内。在沉积步骤中，腔体压力可为120pa，机台沉积功率为90w，反应气体为n2o、nh3、sih4，载气为n2，沉积时气体流量分别为n2o 1180sccm、sih
4 110sccm(含量5％)，nh
3 13sccm、sih
4 270sccm，机台温度为230℃。
53.综上，本发明上述实施例当中的多面式侧壁led芯片的制备方法，通过在led外延上沉积不同致密性材料的掩膜，进而蚀刻出具有多个斜面的侧壁，多个斜面的侧壁将增加发光面积，进而提高出光效率；进一步的，多个斜面组成的侧壁呈现出弧度变化可减缓侧壁过陡的角度，从而避免后续镀层因角度过大导致的批覆不良引起芯片失效的问题；同时，侧壁的多个斜面能够改变芯片内部光线到侧壁的入射角，使得更多的光线可以取出，整体提升芯片亮度，从而解决了背景技术中隔离沟槽侧壁角度导致发光效率差和披覆性差中至少一个问题。
54.实施例四
55.本实施例中，提供了一种多面式侧壁led芯片，如图1所示，由下至上依次包括衬底1和led外延2，led外延2由下至上依次包括第一半导体层、发光层和第二半导体层，led外延2向上开口设有隔离沟槽，隔离沟槽的底部露出衬底1。隔离沟槽的侧壁具有多个斜面，当侧壁上的斜面越多，则侧壁将越接近弧状。
56.在本实施例中，第一半导体层上包括第一半导体台面3，第一半导体台面3上设有cbl电流阻挡层5，第二半导体上依次设有tcl电流扩展层6、电极层7、反射层8及bonding焊盘层9。
57.如图5所示，当现有技术中侧壁斜面角度为30度时，发光面积较小，本实施例中通过增加多个斜面及多个角度，侧壁面积将越大，此时侧面出光就会越多，并且，侧壁上多个斜面的变化坡度将不会影响后续披覆工艺。如图4所示，当现有技术中侧壁斜面角度为80度时，侧壁斜面较陡，因此披覆性不好，本实施例中通过增加多个斜面，侧壁最终呈弧度，能够减缓侧壁过陡的角度，从而避免后续镀层时，因角度过大导致的批覆不良引起芯片失效。斜面越多内部光入射到此面上的角度将发生改变，能够减少全反射，使得更多的光线可以取出，进而会增加出光率，提高led的发光亮度。
58.上述结构为倒装led芯片结构，在一些其他可选实施例中，多面式侧壁led芯片也可为正装led芯片，如图6所示，由下至上包括衬底1上的led外延2，以及包括led外延2上的cbl电流阻挡层5、tcl电流扩展层6、电极层7和钝化层12，其中芯片外延层上隔离沟槽的侧壁由多个斜面组成。当侧壁上的斜面越多，则侧壁将越接近弧状，产生的效果与倒装led芯片相同。
59.综上，本发明上述实施例当中的多面式侧壁led芯片，通过在led外延设有具有多个斜面的侧壁，多个斜面的侧壁将增加发光面积，进而提高出光效率；进一步的，多个斜面组成的侧壁呈现出弧度变化可减缓侧壁过陡的角度，从而避免后续镀层因角度过大导致的批覆不良引起芯片失效的问题；同时，侧壁的多个斜面能够改变芯片内部光线到侧壁的入射角，使得更多的光线可以取出，整体提升芯片亮度，从而解决了背景技术中隔离沟槽侧壁角度导致发光效率差和披覆性差中至少一个问题。
60.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
61.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。