[发明专利]垂直结构LED芯片的制造方法

说明书

公开了一种垂直结构LED芯片的制造方法，包括在第一晶圆表面形成第一键合层，第一晶圆包括第一衬底以及外延层；在第二衬底表面形成第二键合层；在第一键合层和/或第二键合层表面上形成第三键合层；通过第一键合层、第二键合层及第三键合层将第一晶圆与第二衬底键合；将第一衬底剥离；第一键合层、第二键合层为高熔点金属层，第三键合层为低熔点金属层。在衬底转移过程中，通过第一键合层、第二键合层、第三键合层将外延层和第二衬底键合，第一键合层、第二键合层为高熔点金属层，第三键合层为低熔点金属层，在键合温度略高于第三键合层的熔点温度的环境下将外延层和第二衬底键合，以降低因材料晶格常数和热膨胀系统差异所导致的键合后翘曲问题。

技术领域

本发明属于半导体器件制造技术领域，更具体地，涉及一种垂直结构LED芯片的制造方法。

背景技术

垂直结构LED芯片相比水平结构LED芯片具有高亮度的优势。一方面，垂直结构LED芯片是将外延层从绝缘和散热差的蓝宝石衬底转移到导电导热能力优异的键合衬底上，进而能承受更高的工作电流从而获得更高的亮度。另一方面，垂直结构LED芯片更容易将出光表面进行微纳加工，进而降低外延层和空气界面的全反射来增加光提取效率。

在垂直结构LED芯片的制造过程中，衬底转移技术是至关重要的步骤。目前的衬底转移技术中一般会采用共晶键合或热压键合方式。共晶键合工艺是利用具有合适共晶温度的二元或多元键合层实现外延层和键合衬底的粘结，键合层一般由导电性能良好和低熔点的金属组成。然而由于键合衬底和外延层之间存在显著的晶格常数差异和热膨胀系数差异，且部分键合层在制备过程中内部具有较严重的应力，容易导致垂直结构LED晶圆发生翘曲现象。热压键合工艺主要采用金金键合工艺，由制造设备提供较大的键合压力。对于键合衬底为金属衬底的情况，由于金属衬底自身具有较高韧性，仅需要缓解翘曲问题即可，但对于键合衬底为硬脆性材料的硅衬底的情况，在衬底剥离过程或后续加工过程中，容易出现碎片现象，进而使得制造得到的垂直结构LED芯片良率低、成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直结构LED芯片的制造方法，以避免在衬底转移过程中因键合造成的严重翘曲问题和晶圆碎片现象。

根据本发明提供的一种垂直结构LED芯片的制造方法，包括：在第一晶圆表面形成第一键合层，所述第一晶圆包括第一衬底以及位于所述第一衬底表面的外延层；

在第二衬底表面形成第二键合层；

在所述第一键合层和/或第二键合层表面上形成第三键合层；

通过所述第一键合层、所述第二键合层以及所述第三键合层将所述第一晶圆与所述第二衬底键合在一起；

将所述第一衬底剥离；

其中，所述第一键合层、所述第二键合层为高熔点金属层，所述第三键合层为低熔点金属层。

可选地，采用液相瞬态键合工艺将所述第一晶圆与所述第二衬底键合在一起。

可选地，所述第一晶圆和所述第二衬底的键合环境为真空，键合温度比所述第三键合层的熔点温度高5℃～20℃，键合压力为5000kgf～15000kgf，键合时间不小于10分钟。

可选地，所述键合温度为160℃～260℃。

可选地，在第一晶圆表面形成第一键合层以及在第二衬底表面形成第二键合层的步骤后，还包括：

对所述第一键合层和所述第二键合层进行快速退火处理以形成降低应力的所述第一键合层和降低应力的所述第二键合层。

可选地，所述快速退火处理的方法包括激光退火技术或者强光退火技术，所述退火处理的温度为400℃～800℃，所述退火处理的时间小于2分钟。