[发明专利]隔离深沟槽及其高压LED芯片的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于发光器件制造领域，尤其涉及一种隔离深沟槽及具有隔离深沟槽的高压LED芯片的制造方法。

背景技术

随着半导体集成技术的高速发展及电光效率的提高，以III族氮化物为材料的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的应用越来越广，随着LED应用的升级、市场对于LED的需求，使LED朝大功率、高亮度的高功率LED芯片的方向发展。

对于高功率LED芯片的设计，目前以传统的大尺寸单颗低压直流LED为主，分为水平结构与垂直结构。由水平结构的大尺寸晶粒LED构成的高功率LED芯片有别于小尺寸晶粒LED，常常需要工作在大电流下，对P、N电极的平衡设计要求高，若均衡性不好则导致严重的电流丛聚效应(Current crowding)以及随着接触面的温度升高而导致的光衰现象(Droop effect)加剧，同时损害芯片的可靠度(Reliability)、寿命等；同时，在高功率LED芯片上要将电流均匀扩散并不容易，而且由于几何效应的关系，光在芯片材料内传播路径长被吸收可能性增加。因此，由水平结构的大尺寸晶粒LED构成的高功率LED光萃取效率也往往较小尺寸晶粒LED的低。

由垂直导电结构的大尺寸晶粒LED构成的高功率LED与水平结构的大尺寸晶粒LED构成的高功率LED相比，由于在垂直导电结构中，比较不需要考虑电流横向传导，因此电流均匀度更佳。此外，通过采用导电性良好的材料来代替蓝宝石衬底，也具有高导热性，解决了电流丛聚效应，同时也改善了散热，降低了PN接触面温度，以间接提高了光萃取效率。但是，蓝宝石内在的优异特征能够促进LED发光材料的完美生长，对于在外延上生长LED芯片，蓝宝石为不可或缺的最佳衬底材料。因此，要实现垂直导电结构必须先和导电性基板做粘合之后，再剥去蓝宝石衬底，之后再完成后续制造工艺。但与此同时，提高了垂直导电结构的制造工艺复杂度，良品率较水平结构低，提高了制作成本。

目前，通过半导体集成工艺制备的高压LED芯片(High Voltage LED，HVLED)作为高功率LED的解决方案，其效率优于一般传统低压LED的原因，是因为将单颗晶片面积分割成多个微晶粒单元(cell)之后串联而成，此时小驱动电流、多cell的设计能均匀地将电流扩散开来，光在晶片材料内传播路径缩短而减少了被吸收，进而提升光萃取效率，且晶片能够依照不同的输入电压的需求而决定其cell数量与大小等，以便实现可客制化的服务；并且高压LED与大功率单颗芯片具备同样稳定可靠的光电性能。而高压LED和量产的大功率低压LED在技术上最主要的差异之一就是高压LED芯片内被刻蚀有许多沟槽(Trench)。沟槽的目的在于将复数颗的微晶粒单元独立开来，因此其沟槽下方需要达到绝缘的蓝宝石衬底，其深度依不同的外延结构而异，一般约在5～8μm。

传统技术中存在多种高压LED芯片的制备方法。一种为通过在热导性良好的AlN(氮化铝)或SiC(碳化硅)衬底上生长外延层结构，再光刻、深沟槽刻蚀至半绝缘的缓冲层，或直接刻蚀至半绝缘衬底材料上隔离出晶片的微晶粒单元，进行晶片电极制作等工艺，然后用导线互联各个电极，形成高压LED芯片。虽然，此种方法制备得到的高压LED芯片散热性较好，但导线互联的可靠性差，一旦某个焊点松动或脱落，随之整个高压LED芯片失效；另一种高压LED芯片的制备方法为先采取电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，ICP)刻蚀出垂直侧壁的深沟槽，然后用绝缘性聚合物填塞沟槽至与p-GaN(P型氮化镓)表面齐平，或是调整ICP刻蚀参数，直接刻蚀出具有倾斜度的斜坡侧壁；还有一种高压LED芯片的制备方法为先刻蚀出斜坡侧壁，然后沉积厚的绝缘介质实现隔离工艺。

由上可知，高压LED芯片的各个微晶粒单元间的深沟槽刻蚀多采用硬掩膜版与ICP刻蚀得到，这种方法制作过程繁冗，多次ICP刻蚀不可避免引入外延材料损伤，影响成本与良率；沟槽宽度方面虽无一定的限制，但是沟槽太宽代表着有效发光面积的减少，将影响高压LED的发光效率表现，因此深沟槽刻蚀工艺需要开发高深宽比的制程技术，缩小制程线宽以增加发光面积，但制程线宽受限；此外，为了沟槽间绝缘隔离介质层和互联电极层的连续性与致密性，ICP刻蚀的沟槽侧壁应具有合适倾斜度，工艺亦存在一定的难度。因此，上述任何一种高压LED芯片的制备方法，都需要采用沉积硬掩膜版进行深沟槽的ICP刻蚀工艺，再附加其它工艺以保证各个微晶粒单元之间能够绝缘与互联电极金属膜层的连续性与致密性。