一種垂直結(jié)構(gòu)led的襯底剝離方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種垂直結(jié)構(gòu)LED的襯底剝離方法，該垂直結(jié)構(gòu)LED包括依次層疊的高摻硅層、LED芯片層和硅襯底層，該方法包括以下步驟：1)首次超聲清洗；2)研磨：使用金剛石磨盤對(duì)硅襯底層進(jìn)行研磨，設(shè)置減薄量為硅襯底層總厚度的20?90％；3)再次超聲清洗；4)刻蝕：使用感應(yīng)耦合等離子體對(duì)殘余硅襯底層進(jìn)行刻蝕，刻蝕腔壓力為10?3?10?5Pa，刻蝕氣體為SF6。本方法采用物理研磨與化學(xué)刻蝕相結(jié)合的方式，以去除垂直結(jié)構(gòu)LED的硅襯底，而對(duì)LED芯片層或高摻硅層幾乎沒(méi)有影響，可提高LED器件性能，可廣泛應(yīng)用于LED、LD、光電探測(cè)器、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】
一種垂直結(jié)構(gòu)LED的襯底剝離方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體涉及一種垂直結(jié)構(gòu)LED的襯底剝離方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，氮化鎵基LED主要是在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)制備的橫向結(jié)構(gòu)LED，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)的電流方向水平流動(dòng)，且藍(lán)寶石熱導(dǎo)率低等，導(dǎo)致LED壽命減少且不易制備大功率器件。因此，人們開(kāi)始采用硅作為新型襯底來(lái)外延制備氮化鎵基化合物半導(dǎo)體材料。硅襯底具有成本低、單晶尺寸大、導(dǎo)熱率高、導(dǎo)電性能良好等特點(diǎn)，并且硅的微電子技術(shù)十分成熟，在硅襯底上生長(zhǎng)氮化鎵薄膜有望實(shí)現(xiàn)光電子和微電子的集成。由于硅襯底的上述諸多優(yōu)點(diǎn)，硅襯底上生長(zhǎng)氮化鎵薄膜進(jìn)而制備LED愈被人們關(guān)注。但是，硅與氮化鎵的熱失配遠(yuǎn)高于藍(lán)寶石，導(dǎo)致外延片更容易產(chǎn)生裂紋，且硅對(duì)可見(jiàn)光的吸收也大大降低了 LED的發(fā)光效率。
[0003]基于硅襯底在LED制備的缺點(diǎn)，研究人員開(kāi)發(fā)了一系列襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)，主要是將硅襯底和外延層進(jìn)行剝離，以期將外延片轉(zhuǎn)移至其他高性能襯底上，從而獲得性能更加優(yōu)良的垂直結(jié)構(gòu)器件。而轉(zhuǎn)移的襯底材料包括高摻硅、金屬等，其中，以高摻硅作為轉(zhuǎn)移襯底材料，剝離原來(lái)的硅襯底有化學(xué)濕法剝離和物理干法方法兩種。
[0004]濕法剝離具有成本低廉，工程流程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但針對(duì)作為轉(zhuǎn)移襯底的高摻硅而言，濕法剝離不僅會(huì)剝離原來(lái)的硅襯底，也會(huì)對(duì)高摻硅有所破壞，從而影響芯片性能。而物理法剝離硅襯底能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制剝離對(duì)象，在剝離原硅襯底的同時(shí)，對(duì)高摻硅的轉(zhuǎn)移襯底影響相對(duì)較小，但仍需要避免對(duì)轉(zhuǎn)移襯底高摻硅造成破壞，保證了垂直芯片的完整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是為了提供一種對(duì)轉(zhuǎn)移襯底影響小的垂直結(jié)構(gòu)LED的襯底剝離方法。
[0006]本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種垂直結(jié)構(gòu)LED的襯底剝離方法，該垂直結(jié)構(gòu)LED包括依次層疊的高摻硅層、LED芯片層和硅襯底層，該方法包括以下步驟:
[0008]I)首次清洗:將垂直結(jié)構(gòu)LED依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲洗滌后，經(jīng)去離子水清洗，用氮?dú)獯蹈桑?br>[0009]2)研磨:使用金剛石磨盤對(duì)硅襯底層進(jìn)行研磨，設(shè)置減薄量為硅襯底層總厚度的20-90% ；
[0010]3)再次清洗:將步驟2)處理過(guò)的垂直結(jié)構(gòu)LED依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲洗滌后，經(jīng)去離子水清洗，用氮?dú)獯蹈桑?br>[0011]4)刻蝕:使用感應(yīng)耦合等離子體對(duì)殘余硅襯底層進(jìn)行刻蝕，刻蝕腔壓力為10—3-10一 5Pa，刻蝕氣體為SF6。
[0012]作為優(yōu)選，步驟I)中，依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中各超聲洗滌l-20min。
[0013]作為優(yōu)選，步驟2)中，采用多孔陶瓷吸盤固定垂直結(jié)構(gòu)LED。
[0014]作為優(yōu)選，步驟2)中，研磨轉(zhuǎn)速為每分鐘1000-6000轉(zhuǎn)，給進(jìn)速度為每秒0.01-1μπι。
[0015]作為優(yōu)選，步驟2)中，減薄量為硅襯底層厚度的70-90%。
[0016]作為優(yōu)選，步驟3)中，依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中各超聲洗滌l-20min。
[0017]作為優(yōu)選，步驟4)中，氣流量為lO-lOOOOmL/min，刻蝕時(shí)間為l-300min。
[0018]作為優(yōu)選，步驟4)中，氣流量為30-100mL/min，刻蝕時(shí)間為5-30min。
[0019]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于:
[0020]本發(fā)明采用物理研磨與化學(xué)刻蝕相結(jié)合的方式，以去除垂直結(jié)構(gòu)LED的硅襯底，對(duì)LED芯片層或高摻硅層幾乎沒(méi)有影響；
[0021]本發(fā)明提出的制備方法可以精確去除硅襯底而不傷害器件功能層，提高LED器件性能，可廣泛應(yīng)用于LED、LD、光電探測(cè)器、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為實(shí)施例1中垂直結(jié)構(gòu)LED的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖標(biāo)記:1、高摻硅層；2、LED芯片層;3、娃襯底層。
[0023]圖2為實(shí)施例1中步驟2)處理后的垂直結(jié)構(gòu)LED照片圖。
[0024]圖3為實(shí)施例1中步驟4)處理后的垂直結(jié)構(gòu)LED照片圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面，結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
[0026]本發(fā)明提供一種垂直結(jié)構(gòu)LED的襯底剝離方法，該垂直結(jié)構(gòu)LED自上至下依次包括高摻硅層1、LED芯片層2和硅襯底層3，該方法包括以下步驟:
[0027]I)首次清洗:將垂直結(jié)構(gòu)LED依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲洗滌后，經(jīng)去離子水清洗，用氮?dú)獯蹈桑?br>[0028]通過(guò)首次清洗，除去垂直結(jié)構(gòu)LED表面的有機(jī)、無(wú)機(jī)的可溶性及不溶性雜質(zhì)，以減少因雜質(zhì)存在造成對(duì)垂直結(jié)構(gòu)LED表面研磨或刻蝕不平整的問(wèn)題；
[0029]2)研磨:使用金剛石磨盤對(duì)硅襯底層進(jìn)行研磨，設(shè)置減薄量為硅襯底層厚度的20-90% ；
[0030]使用金剛石將部分的硅襯底層研磨去除，以減少刻蝕氣體的使用量，從而減少刻蝕氣體對(duì)轉(zhuǎn)移襯底即高摻硅層的影響；
[0031]3)再次清洗:將步驟2)處理過(guò)的垂直結(jié)構(gòu)LED依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲洗滌后，經(jīng)去離子水清洗，用氮?dú)獯蹈桑?br>[0032]通過(guò)再次清洗，以去除垂直結(jié)構(gòu)LED研磨后留下的碎肩，以使硅襯底層露出光滑的表面；
[0033]4)刻蝕:使用感應(yīng)耦合等離子體對(duì)殘余硅襯底層進(jìn)行刻蝕，刻蝕腔壓力為10—3-10—5Pa，刻蝕氣體為SF6;
[0034]刻蝕的反應(yīng)方程式如下:
[0035]SFe+Si^SiFx
[0036]刻蝕過(guò)程有助于除去剩余的硅襯底層，最終實(shí)現(xiàn)表面硅襯底完全去除。
[0037]實(shí)施例1:
[0038]—種垂直結(jié)構(gòu)LED的襯底剝離方法，該垂直結(jié)構(gòu)LED包括依次層疊的高摻硅層、LED芯片層和硅襯底層，該方法包括以下步驟:
[0039]I)首次清洗:將垂直結(jié)構(gòu)LED依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中各超聲洗滌3min后，經(jīng)去離子水清洗，用氮?dú)獯蹈桑?br>[0040]2)研磨:使用金剛石磨盤對(duì)硅襯底層進(jìn)行研磨，將垂直結(jié)構(gòu)LED放置多孔陶瓷吸盤上，硅襯底層朝上，設(shè)置研磨轉(zhuǎn)速為每分鐘4200轉(zhuǎn)，給進(jìn)速度為每秒0.2μπι，設(shè)置減薄量為370μπι，研磨20分鐘后，原來(lái)420μπι厚的硅襯底層減薄至50μπι，取出垂直結(jié)構(gòu)LED，如圖2所示；
[0041]3)再次清洗:將步驟2)處理過(guò)的垂直結(jié)構(gòu)LED依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中各超聲洗滌3min后，經(jīng)去離子水清洗，用氮?dú)獯蹈桑?br>[0042]4)刻蝕:使用感應(yīng)耦合等離子體對(duì)殘余的50μπι硅襯底層進(jìn)行刻蝕，刻蝕腔壓力為10—5Pa，刻蝕氣體為SF6，氣流量為50mL/min，刻蝕時(shí)間為10分鐘，最終硅襯底層完全去除，如圖3所示。由圖3可見(jiàn)，完全去除硅襯底后的垂直結(jié)構(gòu)LED表面光滑，LED芯片層保存完整，且高摻硅層幾乎沒(méi)有受到損害。
[0043]實(shí)施例2:
[0044]—種垂直結(jié)構(gòu)LED的襯底剝離方法，該垂直結(jié)構(gòu)LED包括依次層疊的高摻硅層、LED芯片層和硅襯底層，該方法包括以下步驟:
[0045]I)首次清洗:將垂直結(jié)構(gòu)LED依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中各超聲洗滌20min后，經(jīng)去離子水清洗，用氮?dú)獯蹈桑?br>[0046]2)研磨:使用金剛石磨盤對(duì)硅襯底層進(jìn)行研磨，將垂直結(jié)構(gòu)LED放置多孔陶瓷吸盤上，硅襯底層朝上，設(shè)置研磨轉(zhuǎn)速為每分鐘4200轉(zhuǎn)，給進(jìn)速度為每秒0.5μπι，設(shè)置減薄量為340μηι，研磨15分鐘后，原來(lái)420μηι厚的娃襯底層減薄至80μηι，取出垂直結(jié)構(gòu)LED ；
[0047]3)再次清洗:將步驟2)處理過(guò)的垂直結(jié)構(gòu)LED依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中各超聲洗滌20min后，經(jīng)去離子水清洗，用氮?dú)獯蹈桑?br>[0048]4)刻蝕:使用感應(yīng)耦合等離子體對(duì)殘余的80μπι硅襯底層進(jìn)行刻蝕，刻蝕腔壓力為10—5Pa，刻蝕氣體為SF6，氣流量為70mL/min，刻蝕時(shí)間為8分鐘，最終硅襯底層完全去除。
[0049]實(shí)施例3:
[0050]—種垂直結(jié)構(gòu)LED的襯底剝離方法，該垂直結(jié)構(gòu)LED包括依次層疊的高摻硅層、LED芯片層和硅襯底層，該方法包括以下步驟:
[0051]I)首次清洗:將垂直結(jié)構(gòu)LED依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中各超聲洗滌1min后，經(jīng)去離子水清洗，用氮?dú)獯蹈桑?br>[0052]2)研磨:使用金剛石磨盤對(duì)硅襯底層進(jìn)行研磨，將垂直結(jié)構(gòu)LED放置多孔陶瓷吸盤上，硅襯底層朝上，設(shè)置研磨轉(zhuǎn)速為每分鐘4200轉(zhuǎn)，給進(jìn)速度為每秒0.0 Iwn，設(shè)置減薄量為220μπι，將原來(lái)420μπι厚的硅襯底層減薄至200μπι，取出垂直結(jié)構(gòu)LED;
[0053]3)再次清洗:將步驟2)處理過(guò)的垂直結(jié)構(gòu)LED依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中各超聲洗滌20min后，經(jīng)去離子水清洗，用氮?dú)獯蹈桑?br>[0054]4)刻蝕:使用感應(yīng)耦合等離子體對(duì)殘余200μπι硅襯底層進(jìn)行刻蝕，刻蝕腔壓力為10—3Pa，刻蝕氣體為SF6，氣流量為100mL/min，最終硅襯底層完全去除。
[0055]對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍 y
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【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種垂直結(jié)構(gòu)LED的襯底剝離方法，該垂直結(jié)構(gòu)LED包括依次層疊的高摻硅層、LED芯片層和硅襯底層，該方法包括以下步驟: 1)首次清洗:將垂直結(jié)構(gòu)LED依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲洗滌后，經(jīng)去離子水清洗，用氮?dú)獯蹈桑?2)研磨:使用金剛石磨盤對(duì)硅襯底層進(jìn)行研磨，設(shè)置減薄量為硅襯底層總厚度的20-90% ； 3)再次清洗:將步驟2)處理過(guò)的垂直結(jié)構(gòu)LED依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲洗滌后，經(jīng)去離子水清洗，用氮?dú)獯蹈桑? 4)刻蝕:使用感應(yīng)耦合等離子體對(duì)殘余硅襯底層進(jìn)行刻蝕，刻蝕腔壓力為10—3-10—5Pa，刻蝕氣體為SF6。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中，依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中各超聲洗滌l_20min。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中，采用多孔陶瓷吸盤固定垂直結(jié)構(gòu) LED ο4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中，研磨轉(zhuǎn)速為每分鐘1000-6000轉(zhuǎn)，給進(jìn)速度為每秒0.01-1μηι。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中，減薄量為硅襯底層厚度的70-90%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)中，依次置于丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水中各超聲洗滌l_20min。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中，氣流量為lO-lOOOOmL/min，刻蝕時(shí)間為l_300min。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中，氣流量為30-100mL/min，刻蝕時(shí)間為 5-30min。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK106098869SQ201610553084
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】李國(guó)強(qiáng)
【申請(qǐng)人】河源市眾拓光電科技有限公司