[发明专利]一种GaAs基LED手动键合的制作方法

说明书

本发明涉及一种GaAs基LED手动键合的制作方法，属于半导体器件加工领域，包括：(1)材料准备：硅片作为永久衬底，GaAs基LED晶片作为临时衬底；(2)贴片：将永久衬底的金属粘附层面和临时衬底的反射镜层面手动粘附在一起，初步得到晶片；(3)压片：先用两块形状、面积与晶片相同的铝箔片放置在晶片上下两侧，后将与晶片形状、面积均相同的两块压板放置在铝箔片的上下两侧，使用压片夹具将压板压紧，分三次压片，逐次增加接触面积和扭矩大小；(4)高温键合；(5)衬底腐蚀及(6)管芯结构制作。本发明不使用键合机仅通过常用的设备工具实现了手动键合，且该键合方法可以大幅度提高管芯整体良率，降低了制作成本。

技术领域

本发明涉及一种GaAs基LED手动键合的制作方法，属于半导体器件加工技术领域。

背景技术

半导体发光二极管(LED)因为具有结构简单，性能稳定，体积较小，工作电流小，使用方便，成本低，节能环保，使用寿命较长等诸多优点，被广泛应用于通信、信息处理和照明等诸多方面。尤其在显示屏、交通信号灯、汽车用灯、液晶屏背光源、灯饰、照明光源等行业的使用越来越多，给人们的生活学习等带来了诸多便利。

对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。目前三种常用的衬底材料为：蓝宝石(Al2O3)、硅(Si)、碳化硅(SiC)。蓝宝石的优点：1、生产技术成熟、器件质量较好；2、稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；3、机械强度高，易于处理和清洗。蓝宝石的不足：1、晶格失配和热应力失配，会在外延层中产生大量缺陷；2、蓝宝石是一种绝缘体，在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少；3、增加了光刻、蚀刻工艺过程，制作成本高。硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。碳化硅衬底(CREE公司专门采用SiC材料作为衬底)的LED芯片，电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。优点：碳化硅的导热系数为490W/m·K，要比蓝宝石衬底高出10倍以上。不足之处在于：碳化硅制造成本较高，实现其商业化还需要降低相应的成本。综合考虑，在红光发光二极管管芯倒装结构的制作中，通常选用硅片作为置换衬底使用。

置换衬底通常采用键合的方式实现，将生长有外延层的砷化镓临时衬底和硅衬底通过金属粘附，在高温作用下黏贴在一起，使用键合机完成整个键合过程。键合质量的好坏直接影响着整体管芯的良率和发光亮度等重要参数。硅片本身表面的粗糙程度相差较大，通过抛光或者热氧化处理的硅片，并不是理想的镜面，而总是有一定的起伏和表面粗糙度。同时在键合过程中，硅会发生弹性形变、高温下的金属的粘滞回流等，如果界面处残留气体较多，就会在键合的界面产生孔洞，这种孔洞在后续通过腐蚀方法对临时衬底去除时，会造成腐蚀液的钻蚀，产生大面积的外延层脱落现象，这种外观异常的键合纹引起的腐蚀脱落，会对整体良率产生较大的影响。

中国专利文件CN102569031A提出了一种用铟(In)进行外延片/硅片键合的方法，具体步骤如下：在沉积有反射镜层的外延片上蒸发金(Au)层，然后将两片相对(铟(In)层在中间)，放入键合机(bonding)中进行键合，可制备高效率、高亮度、低阻值、性能稳定的LED发光二极管器件。用这种方法进行外延片/硅片键合，键合区致密、无空洞，键合强度高，键合率高达98％以上。其制得的衬底片键合区不存在污染层、多晶层、氧化层。从而可使制得的二极管发光器件性能得到大大的提高。该发明专利中使用专门的键和机进行的键合，为现在较为传统的键合方法，但是键合机相对来说价格高昂，使整体制作成本较高。同时传统的键合方法，不可避免的会在键合界面处产生键合纹现象。

中国专利文件CN104518056 A提出了一种反极性AlGaInP红光LED芯片的制备方法，其中提到了晶片键合的方法，将GaAs衬底发光二极管的晶片与硅片键合在一起，此时的GaAs衬底发光二极管的晶片已经蒸镀好P型金属电极，硅片的抛光面蒸镀有TiAu或PtAu膜，TiAu或PtAu膜上蒸镀有Sn膜，但是在本发明中没有提及具体的制作方法。