[发明专利]一种减少GaAs基发光二极管手动键合过程中裂纹的工艺方法

说明书

本发明涉及一种减少GaAs基发光二极管手动键合过程中裂纹的工艺方法，包括如下步骤：(1)晶片准备；(2)晶片放置：将GaAs基LED晶片的第二反射镜层朝上平放在耐高温袋中，然后在GaAs基LED晶片第二反射镜层的边缘放置楔子，再将步骤(1)中制备好的硅片的的金属粘附层朝下放置在GaAs基LED晶片上，使得楔子将GaAs基LED晶片与硅片间隔开，并且将硅片的切边与GaAs基LED晶片的切边对齐；(3)抽真空、贴片；(4)压片；(5)高温键合；(6)管芯结构制作。本发明提供的方法可以大幅度减少或杜绝键合过程中裂纹/裂片的产生，适用于所有LED晶片的键合制程，且成本低廉，质量稳定。

技术领域

本发明涉及一种减少GaAs基发光二极管手动键合过程中裂纹的工艺方法，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。

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。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，利用两片晶圆键合表面的原子键合力，经过处理使键合表面的原子反应产生共价键合，并实现一定的键合强度。晶圆键合方法一般包括直接键合(Direct Bonding)和通过中间层的键合(Bonding with inter-layers)。直接键合方式有，热键合(熔融键合，Fusion Bonding)、阳极键合(Anodic Bonding)；通过中间层键合的方式有，金属键合(Metal Bonding)、玻璃溶液键合(Glass Frit Bonding)、粘性键合(Adhersive Bonding)。其中金属键合又包括共晶键合(Eutectic Bonding)、焊锡键合(Solder Bonding)、金属热压缩键合(Metal Thermo-Compression Bonding)。而粘性键合又分为，紫外线固化键合(UV Cured polymerBonding)和热固化键合(Thermo Cured polymer Bonding)。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。键合过程中通常需要使用200-300℃的高温，来进行合金过程使表面键合的粘附程度更佳。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。同时在高温键合过程中，硅会发生弹性形变、高温下的金属的粘滞回流等现象，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裂纹引起的腐蚀脱落，会对整体良率产生较大的影响。

中国专利文件CN102569031A公开了一种用铟(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。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，但是键和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CN112053938A公开了一种晶圆键合方法，包括如下步骤：对待键合的晶圆进行等离子体活化处理；对经过等离子体活化处理后的晶圆进行清洗；以梯度升温模式对清洗后的晶圆进行氮气干燥；对干燥后的晶圆进行预键合和键合。该专利采用热氮气梯度加热，对整片晶圆进行氮气干燥处理，以消除或减少键合后两片晶圆之间的空洞形成，有一定的效果，但是仍然存在较大比例键合裂纹的出现。