本發(fā)明涉及一種倒裝LED芯片及制作方法，尤其是一種具有低熱阻絕緣層結(jié)構(gòu)的倒裝LED芯片及制作方法，屬于芯片制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

倒裝芯片之所以被稱為“倒裝”是相對于傳統(tǒng)的金屬線鍵合連接方式(Wire Bonding)與植球后的工藝而言的。傳統(tǒng)的通過金屬線鍵合與基板連接的晶片電氣面朝上，而倒裝晶片的電氣面朝下，相當(dāng)于將前者翻轉(zhuǎn)過來，故稱其為“倒裝芯片”。

倒裝LED芯片，通過MOCVD技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上生長GaN基LED結(jié)構(gòu)層，由P/N結(jié)發(fā)光區(qū)發(fā)出的光透過上面的P型區(qū)射出。倒裝LED芯片因具有熱阻小、耐大電流、可靠性好等特點，被公認(rèn)為是LED下一代技術(shù)的發(fā)展方向，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，較早期的倒裝芯片結(jié)構(gòu)有很大的變化。因外延結(jié)構(gòu)層生長為垂直式，需要用到較厚的絕緣層，行業(yè)內(nèi)常用的絕緣層材料為：SiO₂和Si₃N₄，其制備工藝簡單，絕緣電阻高，但其熱導(dǎo)率很低，導(dǎo)致倒裝芯片系統(tǒng)熱阻無法進(jìn)一步下降，制約了倒裝芯片大電流的驅(qū)動能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種具有低熱阻絕緣層結(jié)構(gòu)的倒裝LED芯片及制作方法，該倒裝LED芯片通過改進(jìn)絕緣層的制作工藝和材料，可制備低熱導(dǎo)率的LED芯片，增加了倒裝芯片在大電流下的驅(qū)動能力。

為實現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種具有低熱阻絕緣層結(jié)構(gòu)的倒裝LED芯片的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一. 提供一藍(lán)寶石襯底，在所述藍(lán)寶石襯底上依次生長N型GaN層、量子阱和P型GaN層，完成LED芯片的外延結(jié)構(gòu)；

步驟二. 通過光刻掩膜版的遮擋，刻蝕掉芯片四周的量子阱和P型GaN層，露出部分N型GaN層；

步驟三. 通過光刻掩膜版的遮擋，在露出部分的N型GaN層上電子束蒸鍍金屬，形成N擴展條的金屬層；

步驟三. 在所述P型GaN層表面濺射反射層，所述反射層覆蓋所述P型GaN層；

步驟四. 通過磁控濺射淀積AlN絕緣層，所述AlN絕緣層覆蓋反射層、N擴展條的金屬層、量子阱和P型GaN層；

步驟五. 通過低溫光刻工藝和高溫刻蝕工藝，對AlN絕緣層進(jìn)行刻蝕開孔，在芯片兩側(cè)形成N擴展條，在芯片中心露出反射層；

步驟六. 通過光刻掩膜版的遮擋，采用ICP刻蝕工藝，對AlN絕緣層進(jìn)行刻蝕開孔，在N擴展條接觸區(qū)位置形成N注入孔，在反射層接觸區(qū)域形成P注入孔；

步驟七. 通過光刻掩膜版的遮擋，在芯片左右區(qū)域AlN絕緣層上電子束蒸鍍金屬，形成焊盤電極，所述焊盤電極覆蓋N注入孔和P注入孔區(qū)域；

步驟八. 對芯片背面的藍(lán)寶石襯底進(jìn)行研磨、減薄和切割，完成芯片器件加工制作。

進(jìn)一步地，所述AlN絕緣層的形成過程是，在高真空腔體內(nèi)，對Al金屬靶材施加50~5000W的DC/RF濺射功率，同時通入高純度工藝氣體Ar和N₂，制備具有高絕緣性和高熱導(dǎo)率的AlN絕緣層。

進(jìn)一步地，所述Ar的氣體流量為10~200sccm，所述N₂的氣體流量為5~100sccm。

進(jìn)一步地，所述AlN絕緣層的電阻率為10¹³~ 10¹⁴??cm，熱導(dǎo)率為150~170w /(m·K)。

進(jìn)一步地，所述反射層的覆蓋面積不超出P型GaN層的覆蓋面積。

進(jìn)一步地，焊盤電極的金屬層從下到上依次為Al/Pt/Au/Sn。

進(jìn)一步地，所述反射層為金屬層，所述金屬層從下到上依次為Ag/Ti/W。

進(jìn)一步地，所述步驟八中經(jīng)過研磨和減薄的芯片厚度為100~200um。

為實現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明還提出一種具有低熱阻絕緣層結(jié)構(gòu)的倒裝LED芯片，包括若干個重復(fù)并聯(lián)的芯片單元體，其特征在于：所述芯片單元體包括藍(lán)寶石襯底，在藍(lán)寶石襯底上覆蓋有N型GaN層，芯片單元體中心區(qū)域的N型GaN層上從下到上依次覆蓋有量子阱、P型GaN層和反射層，芯片單元體兩側(cè)區(qū)域的N型GaN層上覆蓋有N擴展條，AlN絕緣層覆蓋在反射層、量子阱、P型GaN層和兩側(cè)的N擴展條上，所述反射層的中心區(qū)域上設(shè)有開孔，在N擴展條和開孔內(nèi)填充有金屬，所述金屬的引出端為焊盤電極。

進(jìn)一步地，所述N擴展條和孔均設(shè)在AlN絕緣層內(nèi)。

從以上描述可以看出，本發(fā)明的有益效果在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明通過PVD技術(shù)采用磁控濺射工藝制備具有高絕緣性和高熱導(dǎo)率的AlN薄膜層，代替常規(guī)工藝的SiO₂或Si₃N₄絕緣層，絕緣層熱導(dǎo)率由0.1~0.5W/(m·K)提升到150~170W/(m·K)，大幅度降低倒裝芯片的系統(tǒng)熱阻，同時增加了倒裝芯片在大電流下的驅(qū)動能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明圖1A-A的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明圖1B-B的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明外延層形成的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明N擴展條的金屬層形成的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明反射層形成的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明AlN絕緣層形成的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖說明：1-AlN絕緣層、2-焊盤電極、3-N擴展條、4-P型GaN層、5-反射層、6-量子阱、7-N型GaN層、8-藍(lán)寶石襯底。

具體實施方式

下面結(jié)合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

根據(jù)圖1所示實施例提供的一種倒裝 LED芯片的制備方法的工藝過程的芯片結(jié)構(gòu)示意圖，制備方法包括如下步驟：

如圖4所示，步驟一. 提供一藍(lán)寶石襯底8，利用CVD技術(shù)在所述藍(lán)寶石襯底8上依次生長N型GaN層7、量子阱6和P型GaN層4，完成LED芯片的外延結(jié)構(gòu)，通過改變量子阱6生長過程中的溫度及In、Al的組分可以改變發(fā)光的波長；步驟二. 利用正性光刻膠掩膜技術(shù)，通過光刻掩膜版的遮擋，刻蝕掉芯片兩側(cè)的量子阱6和P型GaN層4，露出部分N型GaN層7；

如圖5所示，步驟三. 通過光刻掩膜版的遮擋，在露出部分的N型GaN層7上電子束蒸鍍金屬，形成N擴展條3的金屬層；

如圖6所示，步驟四. 利用負(fù)性光刻膠掩膜技術(shù)，通過光刻掩膜版的遮擋，在所述P型GaN層4表面濺射反射層5，所述反射層5覆蓋所述P型GaN層4，且反射層5的覆蓋面積不超出P型GaN層4的面積，所述反射層5為金屬層，所述金屬層依次為Ag/Ti/W；

如圖7所示，步驟五. 在芯片表面通過磁控濺射淀積AlN絕緣層1，所述AlN絕緣層1覆蓋反射層5、N擴展條（3）的金屬層、量子阱6和P型GaN層4；所述AlN絕緣層1的形成過程是，在高真空腔體內(nèi)，對Al金屬靶材施加50~5000W的DC/RF濺射功率，同時通入高純度工藝氣體Ar和N2，制備具有高絕緣性和高熱導(dǎo)率的AlN絕緣層1；所述Ar的氣體流量為10~200sccm，所述N₂的氣體流量為5~100sccm；所述AlN絕緣層1的電阻率為10¹³~10¹⁴ ??cm，熱導(dǎo)率為150~170W /(m·K)，用AlN絕緣層1代替常規(guī)工藝的SiO₂或Si₃O₄絕緣層，絕緣層熱導(dǎo)率由0.1~0.5W/(m·K)提升到150~170W/(m·K)，大幅度降低倒裝芯片的系統(tǒng)熱阻；

步驟六. 通過光刻掩膜版的遮擋，采用ICP刻蝕工藝，對AlN絕緣層1進(jìn)行刻蝕開孔，在N擴展條3接觸區(qū)位置形成N注入孔，在反射層5接觸區(qū)域形成P注入孔；

如圖1所示，步驟七. 通過光刻掩膜版的遮擋，在芯片左右區(qū)域AlN絕緣層1上電子束蒸鍍金屬，形成焊盤電極2，所述焊盤電極2覆蓋N注入孔和P注入孔區(qū)域；焊盤電極2的金屬層依次為Al/Pt/Au/Sn，其中Sn層厚度不低于3 um；

步驟八. 對芯片背面的藍(lán)寶石襯底8進(jìn)行研磨、減薄和切割，完成芯片器件加工制作；經(jīng)過研磨和減薄的芯片厚度為100~200um。

根據(jù)圖2和圖3所示，一種具有低熱阻絕緣層結(jié)構(gòu)的倒裝LED芯片，包括若干個重復(fù)并聯(lián)的芯片單元體，其特征在于：所述芯片單元體包括藍(lán)寶石襯底8，在藍(lán)寶石襯底8上覆蓋有N型GaN層7，芯片單元體中心區(qū)域的N型GaN層7上從下到上依次覆蓋有量子阱6、P型GaN層4和反射層5，芯片單元體兩側(cè)區(qū)域的N型GaN層7上覆蓋有N擴展條3，AlN絕緣層1覆蓋在反射層5、量子阱6、P型GaN層4和兩側(cè)的N擴展條3上，所述反射層5的中心區(qū)域上設(shè)有開孔，在N擴展條3和開孔內(nèi)填充有金屬，所述金屬的引出端為焊盤電極2。所述N擴展條3和孔均設(shè)在AlN絕緣層1內(nèi)。

本發(fā)明的特點在于，該倒裝LED芯片通過改進(jìn)絕緣層的制作工藝和材料，采用磁控濺射工藝制備AlN絕緣層1，用AlN絕緣層1代替常規(guī)工藝的SiO₂或Si₃O₄絕緣層，絕緣層熱導(dǎo)率由0.1~0.5W/(m·K)提升到150~170W/(m·K)，大幅度降低了倒裝芯片的系統(tǒng)熱阻，同時增加了倒裝芯片在大電流下的驅(qū)動能力。

以上對本發(fā)明及其實施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。