一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法
2024-02-19 12:23:15 1
一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法
【專利摘要】本發明提供的一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，其在外延生長N型半導體層前，先採用光刻工藝將襯底表面分割成若干個方格子，而後在分割成的方格子四周用雷射劃出一定深度的溝道，大尺寸襯底通過這樣的處理後，再進行外延層生長時，外延層被彼此相互隔開，都是在獨立的方格子上生長，這樣就有利於襯底應力的釋放，襯底就不會再受到外延層的拉扯應力，從而避免了大尺寸襯底晶片製作過程中，外延生長時翹曲嚴重問題的發生，進而使外延層襯底受熱均勻，晶片的光電性能大幅提高。
【專利說明】一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體製造【技術領域】，尤其涉及用於大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法領域。
【背景技術】
[0002]發光二極體具有體積小、效率高和壽命長等優點，在交通指示、戶外全色顯示等領域有著廣泛的應用。尤其是利用大功率發光二極體可能實現半導體固態照明，引起人類照明史的革命，從而逐漸成為目前電子學領域的研究熱點。
[0003]中國逐步淘汰白熾燈路線圖:淘汰目標是普通照明用白熾燈，包括E14、E27螺口型和B22卡口型。第一步:2011年10月1日，發布中國淘汰白熾燈政府公告及路線圖，並將2011年10月1日至2012年9月30日設為過渡期。第二步:2012年10月1日起，禁止銷售和進口 100瓦及以上普通照明用白熾燈。第三步:2014年10月1日起，禁止銷售和進口 60瓦及以上普通照明用白熾燈；依據能效標準，禁止生產、銷售和進口光效低於能效限定值的低效滷鎢燈。第四步:2015年10月1日至2016年9月30日，對前期政策進行評估，調整後續政策。第五步:2016年10月1日起，禁止銷售和進口 15瓦及以上普通照明用白熾燈。
[0004]目前LED照明燈單價相對其他形式的燈還較高，所以生產者必須想辦法降低製造成本，以至於消費者能夠接受，從而推動LED照明發展。目前2英寸藍寶石襯底LED晶片製造工藝較成熟，而能夠有效的降低製造成本的方式是使用大尺寸的藍寶石襯底來製造LED晶片，比如4英寸、6英寸，其降低製造成本的效用不言而知。
[0005]但是，使用大尺寸藍寶石襯底製造LED晶片的工藝尚不成熟，有些技術難點還需攻克，尤其是在外延生長方面更是技術難點，由於外延生長時需要不斷的升降溫，而外延層與藍寶石襯底的熱膨脹係數有所差異，所以在外延生長時襯底翹曲會很嚴重，從而導致外延層襯底受熱不均勻，使得其光電參數不均勻、參數異常。
[0006]鑑於此，實有必要提供一種適合外延生長的大尺寸圖形藍寶石襯底晶片的製作方法，以解決大尺寸藍寶石襯底外延生長問題。
【發明內容】
[0007]鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，用於解決現有大尺寸襯底晶片製備技術中由於在外延生長過程中，生長N型半導體層和量子阱層時會產生較大的內應力，從而造成襯底發生嚴重的翹曲，進而使得外延層襯底受熱不均勻，其光電參數不均勻、參數異常的問題。
[0008]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，所述大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法至少包括以下步驟:
[0009]1)提供一圖形化襯底，在所述襯底上生長緩衝層；
[0010]2)在所述緩衝層上生長氧化矽薄膜；[0011]3)光刻步驟2)得到的襯底，將其表面分割成若干個方格子，並暴露出緩衝層；
[0012]4)在所述方格子四周的緩衝層中形成溝道；
[0013]5)對所述形成的溝道進行清洗；
[0014]6)去除所述方格子表面的氧化矽薄膜；
[0015]7)在步驟6)得到的襯底上依次生長N型半導體層、量子阱層及P型半導體層。
[0016]優選地，步驟2)中所述氧化矽薄膜的厚度為800?8000埃。
[0017]優選地，步驟4)中形成所述溝道的工藝為光刻和刻蝕或雷射劃片工藝。
[0018]優選地，步驟4)中所述溝道將圖形化襯底表面分割成若干個和最終晶片完全一樣尺寸的小區間。
[0019]優選地，步驟4)中所述溝道的深度h為10?25 μ m。
[0020]優選地，步驟4)中所述溝道的深度h為20 μ m。
[0021]可選地，步驟1)中所述圖形化襯底為Si襯底、SiC襯底或藍寶石襯底。
[0022]可選地，步驟5)中使用強酸或強鹼溶液對所述形成的溝道進行清洗。
[0023]優選地，步驟5)中使用加熱至200?350°C的強酸或強鹼溶液對所述形成的溝道進行清洗。
[0024]如上所述，本發明的一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，具有以下有益效果:
[0025]在外延生長N型半導體層前,先米用光刻工藝將襯底表面分割成若干個方格子，而後在分割成的方格子四周用雷射劃出一定深度的溝道，大尺寸襯底通過這樣的處理後，再進行外延層生長時，外延層被彼此相互隔開，都是在獨立的方格子上生長，這樣就有利於襯底應力的釋放，襯底就不會再受到外延層的拉扯應力，從而避免了大尺寸襯底晶片製作過程中，外延生長時翹曲嚴重問題的發生，進而使外延層襯底受熱均勻，晶片的光電性能大巾畐提聞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1顯示為本發明的一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法的在圖形化襯底上生長緩衝層的示意圖；
[0027]圖2顯示為本發明的一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法的在緩衝層上生長氧化矽薄膜的示意圖；
[0028]圖3?4顯示為本發明的一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法的光刻步驟2)得到的襯底，將其表面分割成若干個方格子的示意圖，其中圖4為圖3的俯視圖；
[0029]圖5?6顯示為本發明的一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法的在所述方格子四周的緩衝層中形成溝道的示意圖，其中圖6為圖5的俯視圖；
[0030]圖7?8顯示為本發明的一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法的去除所述方格子表面的氧化矽薄膜的示意圖，其中圖8為圖7的俯視圖；
[0031]圖9顯示為本發明的一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法的在步驟6)得到的襯底上依次生長N型半導體層、量子阱層及P型半導體層的示意圖。
[0032]元件標號說明
[0033]1圖形化襯底[0034]2緩衝層
[0035]3氧化矽薄膜
[0036]4方格子
[0037]5溝道
[0038]6N型半導體層
[0039]7量子阱層
[0040]8P型半導體層
[0041]h溝道的深度
【具體實施方式】
[0042]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0043]請參閱圖1至圖9，需要說明的是，本實施`例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，雖圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
[0044]如圖1至圖9所示，本發明提供一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，所述方法至少包括:
[0045]1)提供一圖形化襯底1，在所述襯底上生長緩衝層2 ；
[0046]2)在所述緩衝層2上生長氧化矽薄膜3 ；
[0047]3)光刻步驟2)得到的襯底，將其表面分割成若干個方格子4，並暴露出緩衝層2 ；
[0048]4)在所述方格子4四周的緩衝層中形成溝道5 ；
[0049]5)對所述形成的溝道5進行清洗；
[0050]6)去除所述方格子4表面的氧化矽薄膜3 ；
[0051]7)在步驟6)得到的襯底上依次生長N型半導體層6、量子阱層7及P型半導體層8。
[0052]在步驟1)中，請參閱圖1，提供一圖形化襯底1，在所述襯底上生長緩衝層2。所述圖形化襯底1可以為Si襯底、SiC襯底或藍寶石襯底等，本實施例中優選藍寶石襯底。所述圖形化襯底1的尺寸應在2英寸以上，本發明對大尺寸襯底的有益效果會更為明顯，本實施例中採用8英寸的生長襯底，實際上襯底尺寸越大，可同時製備更多的晶片，有利於節約生產成本。
[0053]所述緩衝層2為GaN材料，形成所述緩衝層2的方法為化學氣相沉積法。
[0054]在步驟2)中，請參閱圖2，在所述緩衝層2上生長氧化矽薄膜3。所述氧化矽薄膜的厚度為800~8000埃。
[0055]在步驟3)中，請參閱圖3和圖4，其中，圖4為圖3的俯視圖，光刻步驟2)得到的襯底，將其表面分割成若干個方格子4，並暴露出緩衝層2。具體的，通過光刻工藝，去除每個預設定方格子4周圍的氧化矽薄膜3，將所述襯底表面分割成若干個比晶片小的方格子4。
[0056]在步驟4)中，請參閱圖5和圖6，其中，圖6是圖5的俯視圖，在所述方格子4四周的緩衝層中形成溝道5。形成所述溝道5的方法可以為先通過光刻工藝在光刻膠掩膜層上形成溝道圖形，而後採用刻蝕工藝在襯底中形成所需深度的溝道或雷射劃片的方法，由於雷射劃片工藝具有精準的方向性，工藝簡單合理，雷射劃刻速度快、工藝時間段、成本低，所以，本實施例中優選雷射劃片工藝。
[0057]所述溝道5將圖形化襯底1表面分割成若干個和最終晶片完全一樣尺寸的小區間。需要說明的是，所述每個小區間生長外延並經過後續加工後，形成各個晶片的初始結構，在裂片工藝前，各個晶片的初始結構時相連的，經過裂片工藝後，各個晶片分離。因此，上述所指的尺寸相同，並非是完全意義上的尺寸絲毫不差，而是指小區間的尺寸基本決定了晶片的尺寸，由研磨、背減薄、裂片等造成的最終晶片尺寸與所述小區間的尺寸之間的微小差距是可以忽略的。
[0058]所述溝道5位於方格子四周，優選地，溝道5位於相鄰方格子之間的中心線上。
[0059]所述溝道5的深度h為10?25 μ m，優選地，所述溝道5的深度h為20 μ m。
[0060]在外延生長N型半導體層6前，先米用光刻工藝將圖形化襯底1表面分割成若干個方格子4，而後在分割成的方格子4四周用雷射劃出一定深度的溝道5，將圖形化襯底1表面分割成若干個和最終晶片完全一樣尺寸的小區間，大尺寸圖形化襯底通過這樣的處理後，再進行外延層生長時，，外延層無法在所述溝道4上生長，外延層被彼此相互隔開，都是在獨立的方格子上生長，這樣就有利於襯底應力的釋放，襯底就不會再受到外延層的拉扯應力，從而避免了大尺寸襯底晶片製作過程中，外延生長時翹曲嚴重問題的發生，進而使外延層襯底受熱均勻，晶片的光電性能大幅提高。
[0061]又由於外延生長時選擇性的特點，外延層無法在所述溝道4上生長，這就保證了在外延生長過程中，外延層被彼此相互隔開，都是在獨立的方格子上生長，這樣襯底就不會再受到外延層的拉扯應力，從而能夠改善尺寸藍寶石襯底外延生長時翹曲嚴重的問題。
[0062]需要說明的是，為了防止步驟4)產生的雜質對後續外延工藝造成汙染，需要在步驟4)之後執行步驟5)，即對所形成的溝道5進行清洗的步驟，以去除步驟4)生成的溝道中的贓物。本實施例中使用強酸或強鹼溶液對所述溝道5進行清洗，所述強酸溶液可以為硫酸、磷酸，或者他們的混合溶液，所述強鹼溶液可以為氫氧化鉀、氫氧化鈉，或者他們的混合溶液。為了達到最好的腐蝕效果，一般都使用加熱至200?350°C的強酸或強鹼溶液，優選地，本實施例中所使用的腐蝕微小圖形包11的溶液為加熱至200?350°C的強酸溶液，更為優選的，使用的溶液為加熱至200?350°C的硫酸與磷酸的混合溶液。
[0063]此外，還可採用雷射清洗的方法，通常雷射清洗可以利用雷射清洗裝置來完成，與傳統的溼法清洗相比，雷射清洗能有效去除亞微米級的汙染顆粒、有機物、油汙等，對襯底不損傷、無汙染。例如，可利用248nm、30ns的KrF準分子雷射對襯底進行清洗。
[0064]在步驟6 )中，請參閱圖7和圖8，其中，圖8是圖7的俯視圖，去除所述方格子4表面的氧化矽薄膜3。由圖8可以看出，去除方格子4表面的氧化矽薄膜3以後，圖形化襯底1的表面被溝道5分割成若干個獨立的小區間，這就保證了後續工藝外延層生長過程中各區域的獨立性而不受影響。
[0065]在步驟7)中，請參閱圖9，在步驟6)得到的襯底上依次生長N型半導體層6、量子阱層7及P型半導體層8。
[0066]在本實施例中，採用化學氣相沉積法於所述緩衝層2的表面上依次形成N型半導體層6、量子阱層7及P型半導體層8。所述N型半導體層6為N型GaN層，所述量子阱層7為多重量子阱，其材料可為In摻雜的GaN，所述P型半導體層8為P型GaN層。
[0067]由於在所述襯底的表面已經被溝道5分割成了若干個獨立的小區間，所以GaN等半導體材料在外延生長過程中無法在溝道5上生長，所以，該步驟中其可外延自發生長成被所述溝道5向上延伸形成的深溝道分割的各個單體晶片結構。
[0068]綜上所述，本發明提供的一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，其在外延生長N型半導體層前，先採用光刻工藝將襯底表面分割成若干個方格子，而後在分割成的方格子四周用雷射劃出一定深度的溝道，大尺寸襯底通過這樣的處理後，再進行外延層生長時，夕卜延層被彼此相互隔開，都是在獨立的方格子上生長，這樣就有利於襯底應力的釋放，襯底就不會再受到外延層的拉扯應力，從而避免了大尺寸襯底晶片製作過程中，外延生長時翹曲嚴重問題的發生，進而使外延層襯底受熱均勻，晶片的光電性能大幅提高。
[0069]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟:1)提供一圖形化襯底，在所述襯底上生長緩衝層；2)在所述緩衝層上生長氧化矽薄膜；3)光刻步驟2)得到的襯底，將其表面分割成若干個方格子，並暴露出緩衝層；4)在所述方格子四周的緩衝層內形成溝道；5)對所述形成的溝道進行清洗；6)去除所述方格子表面的氧化矽薄膜；7)在步驟6)得到的襯底上依次生長N型半導體層、量子阱層及P型半導體層。
2.根據權利要求1所述的大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，其特徵在於:步驟2)中生長的所述氧化矽薄膜的厚度為800?8000埃。
3.根據權利要求1所述的大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，其特徵在於:步驟4)中形成所述溝道的工藝為光刻和刻蝕或雷射劃片工藝。
4.根據權利要求1所述的大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，其特徵在於:步驟4)中所述溝道將圖形化襯底表面分割成若干個和最終晶片尺寸完全一樣的小區間。
5.根據權利要求1所述的大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，其特徵在於:步驟4)中所述溝道的深度h為10?25 μ m。
6.根據權利要求5所述的大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，其特徵在於:步驟4)中所述溝道的深度h為20 μ m。
7.根據權利要求1所述的大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，其特徵在於:步驟1)中所述圖形化襯底為Si襯底、SiC襯底或藍寶石襯底。
8.根據權利要求1所述的大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，其特徵在於:步驟5)中使用強酸或強鹼溶液對所述形成的溝道進行清洗。
9.根據權利要求8所述的大尺寸圖形化襯底晶片的製作方法，其特徵在於:步驟5)中使用加熱至200?350°C的強酸或強鹼溶液對所述形成的溝道進行清洗。
【文檔編號】H01L33/00GK103746046SQ201310629169
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】袁根如, 郝茂盛, 陶淳, 邢志剛, 陳耀, 李振毅 申請人:上海藍光科技有限公司