申请/专利权人：山东浪潮华光光电子股份有限公司

申请日：2017-10-24

公开（公告）日：2020-09-18

公开（公告）号：CN109698123B

主分类号：H01L21/306(20060101)

分类号：H01L21/306(20060101);H01L33/00(20100101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.09.18#授权;2019.05.28#实质审查的生效;2019.04.30#公开

摘要：一种GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法，包括如下制作步骤：（1）GaAs衬底腐蚀；（2）水洗；（3）阻挡层去除；（4）水洗；（5）干燥。本发明通过氨水双氧水溶液的适当比例以及适当的角度调整，快速完成底层砷化镓的腐蚀，然后使用适当配比的稀盐酸溶液，通过合适时间的配合，完成阻挡层的腐蚀，整个过程快速有效，既完成了衬底的均匀有效腐蚀，又没有对其它结构产生影响。本发明方法整个过程制作效率较高，成本较低，缩短制程时间的同时减少了晶片表面的污，提高了整个晶片的良率。本发明方法，适合所有GaAs基LED晶片的衬底腐蚀制作。

主权项：1.一种GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法，其特征是，包括如下步骤：1GaAs衬底腐蚀：①将氨水与双氧水按体积比1:5～1:7的比例配制成氨水与双氧水的混合溶液；将混合溶液加热温度到40～50℃保持恒温待用；②将GaAs衬底彻底放入40～50℃的保持恒温的混合溶液中，并对混合溶液超声振动，对GaAs衬底腐蚀3～5分钟，然后将衬底放入纯水中冲洗1分钟-3分钟；③将衬底转动α°，继续腐蚀3分钟～5分钟；④重复步骤③，直至GaAs衬底彻底腐蚀去掉；2第一次水洗：将腐蚀掉衬底的LED晶片放置到水槽内进行冲水并通氮气，冲水时间5分钟～10分钟；3阻挡层去除：将第一水洗后的LED晶片放置到盐酸水溶液中进行腐蚀，腐蚀时间为10～30秒；盐酸水溶液中盐酸与水的体积比例为1:1～1:1.5；4第二次水洗：将去除阻挡层的LED晶片放置到水槽内进行冲水并通氮气，冲水时间5分钟～10分钟；5干燥：对第二次水洗后的晶片烘干；所述步骤1③中的衬底转动α°为30＜α＜90。

全文数据：一种GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法技术领域本发明涉及一种用于腐蚀GaAs基发光二极管晶片衬底的方法，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: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490Wm·K，要比蓝宝石衬底高出10倍以上。不足: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。发光效率作为LED的一个重要指标，在一定程度上表征了LED芯片制作的质量。越来越多的厂家将研发的重点放在了LED芯片发光效率的提升上，目前，提高红光LED芯片的发光效率的重要途径是衬底反转、表面粗化、制作布拉格反射镜、电极下方制作电流阻挡层等。在衬底反转的基础上，对N型AlGaInP用湿法腐蚀的方法形成了三角结构粗糙表面。粗化的表面可减少光在AlGaInP材料内部的多次反射，使光线从内部折射出来，从而提高出光效率。在发光二极管晶片的制作过程中，其中影响出光效率的一个重要环节是彻底的腐蚀，在使用硅片置换GaAs衬底工艺过程中，GaAs衬底腐蚀的好坏影响整个制程工艺。我们在GaAs衬底的腐蚀中，希望能够在最短时间内，均匀的将表面GaAs衬底彻底腐蚀，然而受到腐蚀液和腐蚀工艺的制约，常常出现腐蚀不均匀的情况，要么腐蚀不彻底，有大量Ga和As金属离子残留，要么出现表面过腐蚀现象，该异常现象都会对后面电极的继续生产带来不良影响，如电极粘附不牢固，出光效率不高等。中国专利文献CN102618936A提出了一种砷化镓表面化学腐蚀方法和化学腐蚀液，首先在氨水中浸洗，再将砷化镓晶片放入化学腐蚀液中，在10℃-40℃的温度下，腐蚀晶片表面；然后使用去离子水冲水；最后干燥晶片。该方法使用氨水、双氧水、水配制成的化学腐蚀液进行腐蚀晶片，但是因为晶片载腐蚀过程整个面上腐蚀的速率的不同，很容易产生，部分区域过腐蚀而部分区域腐蚀不彻底的情况出现，其方案中没有提及解决该问题的具体方法。CN104518056A提出了一种反极性AlGaInP红光LED芯片的制备方法，其中提到腐蚀GaAs衬底，并将晶片沿垂直方向转动180度，继续腐蚀。使用浓硫酸溶液对晶片表面的阻挡层进行腐蚀。其中所使用的衬底腐蚀液为氨水与水的混合溶液，该腐蚀液进行GaAs彻底腐蚀速率比较容易控制，相对比较均匀，但是，耗用时间较长，效率较低。鉴于此，有必要研究一种GaAs衬底能够被彻底腐蚀的方法，既能够均匀彻底快速腐蚀掉衬底又不会出现过度腐蚀的现象，以便提高芯片良率，提高生产效率。本发明提到的过腐蚀是指：在进行衬底腐蚀时，腐蚀液的腐蚀速率或者腐蚀时间控制不当时容易出现对粘附层、P型电极层、阻隔层等金属膜层的渗透腐蚀现象，其中尤以粘附层最为明显，再出现过腐蚀现象时，整个置换衬底容易脱落。发明内容针对现有衬底腐蚀技术存在的弊端，本发明提出一种能够有效快速彻底腐蚀衬底，又不对晶片产生负面影响的GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法。本发明的GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法，包括如下步骤：1GaAs衬底腐蚀：①将氨水与双氧水按体积比1:5～1:7的比例配制成氨水与双氧水的混合溶液；将混合溶液加热温度到40～50℃保持恒温待用；②将GaAs衬底彻底放入整个晶片放入40～50℃的保持恒温的混合溶液中，并对混合溶液超声振动，对GaAs衬底腐蚀3～5分钟，然后将衬底放入整个晶片放入纯水中冲洗1分钟-3分钟；③将衬底整个晶片转动α°，继续腐蚀3分钟～5分钟；④重复步骤③，直至GaAs衬底彻底腐蚀去掉；2第一次水洗：将腐蚀掉衬底的LED晶片放置到水槽内进行冲水并通氮气，冲水时间5分钟～10分钟；3阻挡层去除：将第一水洗后的LED晶片放置到盐酸水溶液中进行腐蚀，腐蚀时间为10～30秒；盐酸水溶液中盐酸与水的体积比例为1:1～1:1.5；4第二次水洗：将去除阻挡层的LED晶片放置到水槽内进行冲水并通氮气，冲水时间5分钟～10分钟；5干燥：对第二次水洗后的晶片烘干。所述步骤1中的氨水溶液的密度为0.88gmL，NH3含量为20-30％；双氧水溶液的密度为1.11gmL，H2O2的含量为25％以上。所述步骤1中的超声频率为5Khz～15Khz。进一步优选超声波频率为10Khz。所述步骤1③中的衬底转动α°为30＜α＜90。所述步骤3中的盐酸密度为1.18gml，含量为36～38％。所述步骤5中的烘干是指使用旋干机旋干或者使用40-80℃的加热氮气吹干，施加氮气的时间为2-10分钟。所述步骤2和4中的冲水并通氮气是指用去离子水喷淋、下给水溢流并通氮气的方式进行清洗。所述步骤2和4中氮气纯度≥99.999％，氮气压力为0.1-0.3MPa。以保证氮气的纯净和使用安全。进一步优选所述氮气是5N氮气。本发明具有以下特点：1.步骤1，GaAs衬底的腐蚀选用氨水与双氧水的混合溶液，主要利用双氧水的强氧化性和氨水的络合作用。利用双氧水的强氧化性可以与GaAs产生反应，生成As2O3，Ga2O3，GaAsO4等，并且在碱性环境中双氧水能够将低价化合物氧化成高价化合物，使难溶物转化成可溶物。氨水的电离平衡，既能提供氨分子又能提供氢氧根，既可以利用碱与金属发生反应，又能够利用其络合作用，将金属离子和金属氧化物生成可溶性的络合物，从而较容易的去掉。2.步骤1中，氨水与双氧水的比例及其重要，该配比能够比较有效的进行腐蚀GaAs衬底的腐蚀，又能够有效的控制其腐蚀速率，而成功抑制过腐蚀现象，尤其使混合溶液保持在恒定温度如果不加控制，在腐蚀时溶液温度升高较快，相对的腐蚀会加快，腐蚀速率无法控制，使腐蚀速率的均匀性能够得到有效的保证，同时配合超声的使用，能够较为快速均匀的完成衬底的腐蚀。3.步骤1中，按照顺时针或者逆时针旋转晶片一定角度，比较关键，该操作可以保证LED晶片GaAs衬底各个方向腐蚀的均匀性。本发明中，旋转角度取值在30°到90°之间，大于90°时很难保证个方向的均匀性，失去应用作用，小于30°时，操作较为繁琐，冲水次数较多，生产效率较低，适当的旋转角度既保证了腐蚀衬底各个方向的均匀性，又保证了较快腐蚀效率。4.在步骤1中，所选用超声波功率与恒定温度的配合非常重要，本发明中提供的参数组合，能够在促进GaAs衬底加速腐蚀的基础上，又不对晶片内部结构产生影响，能够较大幅度提高腐蚀质量。5.步骤3中，阻挡层的去除中，使用的盐酸的比例与恰当时间的组合非常重要，该参数组合中，既能够保证快速去除阻挡层，有不会对其余金属产生腐蚀现象，提高了整个晶片制的良率。附图说明图1是本发明中GaAs基LED晶片在腐蚀衬底之前的完整结构示意图。图2是本发明GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法的步骤示意图。图3是本发明中步骤1完成GaAs衬底腐蚀后的晶片示意图。图4是本发明中步骤3去除阻挡层后的晶片示意图。具体实施方式如图1所示，本发明中提及的未进行衬底腐蚀之前的GaAs基LED晶片，自下至上依次为GaAs衬底、阻挡层GaInP、重掺GaAs层、“其它结构”、粘附层和置换用Si衬底。“其它结构”最少包括金属层形成的P型电极结构、防止P型电极金属与粘附层金属相互扩散的阻隔层、P型GaAs层、N型GaAs层和量子阱层等。所述粘附层使用的金属可以为Au、Al、Ni、Ag、Sn或In等。本发明对图1所示GaAs基LED晶片的衬底进行腐蚀的方法，如图2所示，包括以下步骤：1GaAs衬底腐蚀：①配制氨水与双氧水的混合溶液，溶液体积比，氨水：双氧水＝1:5～1:7；放入到超声设备内，加热温度到40℃～50℃保持恒温待用，超声功率为5Khz～15Khz。氨水溶液的密度为0.88gmL，NH3含量为20-30％；双氧水溶液的密度为1.11gmL，H2O2的含量为25％以上。②将整个GaAs基LED晶片放入氨水与双氧水的混合溶液中这样使得GaAs衬底彻底浸入混合溶液，保持40℃～50℃恒温，对衬底腐蚀3～5分钟，然后将衬底放入是整个晶片放入纯水中冲洗1分钟-3分钟；③将衬底按照顺时针或者逆时针方向转动α度30＜α＜90，继续腐蚀3～5分钟；④重复步骤③，直至GaAs衬底彻底腐蚀去掉，得到如图3所示的晶片。2第一次水洗：将完成GaAs衬底腐蚀后的LED晶片放置到水槽内进行冲水并通氮气，冲水时间5分钟～10分钟。所用氮气纯度≥99.999％，氮气压力为0.1-0.3MPa，以保证氮气的纯净和使用安全。优选氮气是5N氮气。冲水并通氮气是指：用去离子水喷淋、下给水溢流并通氮气的方式进行清洗。3去除阻挡层：将完成第一次冲水的LED晶片放置到稀盐酸水溶液中进行腐蚀，腐蚀时间为10～30秒，稀盐酸水溶液中盐酸与水的比例为1:1～1:1.5，其中盐酸密度为1.18gml，含量为36～38％。得到如图4所示的晶片。4第二次水洗：将去除阻挡层的LED晶片放置到水槽内，按第一次水洗冲水并通氮气方式，冲水时间5分钟～10分钟。5干燥：将完成步骤4的GaAs基LED晶片使用旋干机进行旋干，或者使用40-80℃的加热氮气吹干，施加氮气的时间为2-10分钟。经过上述方法制作后的GaAs基LED晶片，能够在较短时间内，完成GaAs衬底的完全腐蚀，且对晶片其它膜层包括粘附层、P型金属电极、阻隔层等没有任何损伤，晶片表面未出现过腐蚀现象，达到了工艺需要。本发明中，通过氨水双氧水混合溶液的腐蚀清洗，做到了快速均匀彻底腐蚀衬底的要求，整个过程制作效率较高，成本较低，缩短制程时间的同时减少了晶片表面的污染问题，提高了整个晶片的良率，本发明方法适合所有GaAs基LED晶片的衬底腐蚀制作。

权利要求：1.一种GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法，其特征是，包括如下步骤：（1）GaAs衬底腐蚀：①将氨水与双氧水按体积比1:5～1:7的比例配制成氨水与双氧水的混合溶液；将混合溶液加热温度到40～50℃保持恒温待用；②将GaAs衬底彻底放入40～50℃的保持恒温的混合溶液中，并对混合溶液超声振动，对GaAs衬底腐蚀3～5分钟，然后将衬底放入纯水中冲洗1分钟-3分钟；③将衬底转动α°，继续腐蚀3分钟～5分钟；④重复步骤③，直至GaAs衬底彻底腐蚀去掉；（2）第一次水洗：将腐蚀掉衬底的LED晶片放置到水槽内进行冲水并通氮气，冲水时间5分钟～10分钟；（3）阻挡层去除：将第一水洗后的LED晶片放置到盐酸水溶液中进行腐蚀，腐蚀时间为10～30秒；盐酸水溶液中盐酸与水的体积比例为1:1～1:1.5；（4）第二次水洗：将去除阻挡层的LED晶片放置到水槽内进行冲水并通氮气，冲水时间5分钟～10分钟；（5）干燥：对第二次水洗后的晶片烘干。2.根据权利要求1所述的GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法，其特征是，所述步骤（1）中的氨水溶液的密度为0.88gmL，NH3含量为20-30%；双氧水溶液的密度为1.11gmL，H2O2的含量为25%以上。3.根据权利要求1所述的GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法，其特征是，所述步骤（1）中的超声频率为5Khz～15Khz。4.根据权利要求1所述的GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法，其特征是，所述步骤（1）③中的衬底转动α°为30＜α＜90。5.根据权利要求1所述的GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法，其特征是，所述步骤（3）中的盐酸密度为1.18gml，含量为36～38%。6.根据权利要求1所述的GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法，其特征是，所述步骤（5）中的烘干是指使用旋干机旋干或者使用40-80℃的加热氮气吹干，施加氮气的时间为2-10分钟。7.根据权利要求1所述的GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法，其特征是，所述步骤（2）和（4）中的冲水并通氮气是指用去离子水喷淋、下给水并通氮气的方式进行清洗。8.根据权利要求1所述的GaAs基LED晶片的衬底腐蚀方法，其特征是，所述步骤（2）和（4）中氮气纯度≥99.999%，氮气压力为0.1-0.3MPa。

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