一種垂直結構led的襯底剝離方法
【專利摘要】本發明公開了一種垂直結構LED的襯底剝離方法，該垂直結構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：使用金剛石磨盤對硅襯底層進行研磨，設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：使用感應耦合等離子體對殘余硅襯底層進行刻蝕，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刻蝕相結合的方式，以去除垂直結構LED的硅襯底，而對LED芯片層或高摻硅層幾乎沒有影響，可提高LED器件性能，可廣泛應用于LED、LD、光電探測器、太陽能電池等領域。
【專利說明】
一種垂直結構LED的襯底剝離方法
技術領域
[0001]本發明涉及半導體領域，具體涉及一種垂直結構LED的襯底剝離方法。
【背景技術】
[0002]當前，氮化鎵基LED主要是在藍寶石襯底上生長制備的橫向結構LED，因為該結構的電流方向水平流動，且藍寶石熱導率低等，導致LED壽命減少且不易制備大功率器件。因此，人們開始采用硅作為新型襯底來外延制備氮化鎵基化合物半導體材料。硅襯底具有成本低、單晶尺寸大、導熱率高、導電性能良好等特點，并且硅的微電子技術十分成熟，在硅襯底上生長氮化鎵薄膜有望實現光電子和微電子的集成。由于硅襯底的上述諸多優點，硅襯底上生長氮化鎵薄膜進而制備LED愈被人們關注。但是，硅與氮化鎵的熱失配遠高于藍寶石，導致外延片更容易產生裂紋，且硅對可見光的吸收也大大降低了 LED的發光效率。
[0003]基于硅襯底在LED制備的缺點，研究人員開發了一系列襯底轉移技術，主要是將硅襯底和外延層進行剝離，以期將外延片轉移至其他高性能襯底上，從而獲得性能更加優良的垂直結構器件。而轉移的襯底材料包括高摻硅、金屬等，其中，以高摻硅作為轉移襯底材料，剝離原來的硅襯底有化學濕法剝離和物理干法方法兩種。
[0004]濕法剝離具有成本低廉，工程流程簡單等優點。但針對作為轉移襯底的高摻硅而言，濕法剝離不僅會剝離原來的硅襯底，也會對高摻硅有所破壞，從而影響芯片性能。而物理法剝離硅襯底能夠實現精確控制剝離對象，在剝離原硅襯底的同時，對高摻硅的轉移襯底影響相對較小，但仍需要避免對轉移襯底高摻硅造成破壞，保證了垂直芯片的完整。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術的不足，本發明的目的是為了提供一種對轉移襯底影響小的垂直結構LED的襯底剝離方法。
[0006]本發明的目的采用以下技術方案實現:
[0007]—種垂直結構LED的襯底剝離方法，該垂直結構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:將垂直結構LED依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中超聲洗滌后，經去離子水清洗，用氮氣吹干；
[0009]2)研磨:使用金剛石磨盤對硅襯底層進行研磨，設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)處理過的垂直結構LED依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中超聲洗滌后，經去離子水清洗，用氮氣吹干；
[0011]4)刻蝕:使用感應耦合等離子體對殘余硅襯底層進行刻蝕，刻蝕腔壓力為10—3-10一 5Pa，刻蝕氣體為SF6。
[0012]作為優選，步驟I)中，依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中各超聲洗滌l-20min。
[0013]作為優選，步驟2)中，采用多孔陶瓷吸盤固定垂直結構LED。
[0014]作為優選，步驟2)中，研磨轉速為每分鐘1000-6000轉，給進速度為每秒0.01-1μπι。
[0015]作為優選，步驟2)中，減薄量為硅襯底層厚度的70-90%。
[0016]作為優選，步驟3)中，依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中各超聲洗滌l-20min。
[0017]作為優選，步驟4)中，氣流量為lO-lOOOOmL/min，刻蝕時間為l-300min。
[0018]作為優選，步驟4)中，氣流量為30-100mL/min，刻蝕時間為5-30min。
[0019]相比現有技術，本發明的有益效果在于:
[0020]本發明采用物理研磨與化學刻蝕相結合的方式，以去除垂直結構LED的硅襯底，對LED芯片層或高摻硅層幾乎沒有影響；
[0021]本發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，可廣泛應用于LED、LD、光電探測器、太陽能電池等領域。
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1中垂直結構LED的結構示意圖，附圖標記:1、高摻硅層；2、LED芯片層;3、娃襯底層。
[0023]圖2為實施例1中步驟2)處理后的垂直結構LED照片圖。
[0024]圖3為實施例1中步驟4)處理后的垂直結構LED照片圖。
【具體實施方式】
[0025]下面，結合附圖以及【具體實施方式】，對本發明做進一步描述:
[0026]本發明提供一種垂直結構LED的襯底剝離方法，該垂直結構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:將垂直結構LED依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中超聲洗滌后，經去離子水清洗，用氮氣吹干；
[0028]通過首次清洗，除去垂直結構LED表面的有機、無機的可溶性及不溶性雜質，以減少因雜質存在造成對垂直結構LED表面研磨或刻蝕不平整的問題；
[0029]2)研磨:使用金剛石磨盤對硅襯底層進行研磨，設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轉移襯底即高摻硅層的影響；
[0031]3)再次清洗:將步驟2)處理過的垂直結構LED依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中超聲洗滌后，經去離子水清洗，用氮氣吹干；
[0032]通過再次清洗，以去除垂直結構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:使用感應耦合等離子體對殘余硅襯底層進行刻蝕，刻蝕腔壓力為10—3-10—5Pa，刻蝕氣體為SF6;
[0034]刻蝕的反應方程式如下:
[0035]SFe+Si^SiFx
[0036]刻蝕過程有助于除去剩余的硅襯底層，最終實現表面硅襯底完全去除。
[0037]實施例1:
[0038]—種垂直結構LED的襯底剝離方法，該垂直結構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:將垂直結構LED依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中各超聲洗滌3min后，經去離子水清洗，用氮氣吹干；
[0040]2)研磨:使用金剛石磨盤對硅襯底層進行研磨，將垂直結構LED放置多孔陶瓷吸盤上，硅襯底層朝上，設置研磨轉速為每分鐘4200轉，給進速度為每秒0.2μπι，設置減薄量為370μπι，研磨20分鐘后，原來420μπι厚的硅襯底層減薄至50μπι，取出垂直結構LED，如圖2所示；
[0041]3)再次清洗:將步驟2)處理過的垂直結構LED依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中各超聲洗滌3min后，經去離子水清洗，用氮氣吹干；
[0042]4)刻蝕:使用感應耦合等離子體對殘余的50μπι硅襯底層進行刻蝕，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，完全去除硅襯底后的垂直結構LED表面光滑，LED芯片層保存完整，且高摻硅層幾乎沒有受到損害。
[0043]實施例2:
[0044]—種垂直結構LED的襯底剝離方法，該垂直結構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:將垂直結構LED依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中各超聲洗滌20min后，經去離子水清洗，用氮氣吹干；
[0046]2)研磨:使用金剛石磨盤對硅襯底層進行研磨，將垂直結構LED放置多孔陶瓷吸盤上，硅襯底層朝上，設置研磨轉速為每分鐘4200轉，給進速度為每秒0.5μπι，設置減薄量為340μηι，研磨15分鐘后，原來420μηι厚的娃襯底層減薄至80μηι，取出垂直結構LED ；
[0047]3)再次清洗:將步驟2)處理過的垂直結構LED依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中各超聲洗滌20min后，經去離子水清洗，用氮氣吹干；
[0048]4)刻蝕:使用感應耦合等離子體對殘余的80μπι硅襯底層進行刻蝕，刻蝕腔壓力為10—5Pa，刻蝕氣體為SF6，氣流量為70mL/min，刻蝕時間為8分鐘，最終硅襯底層完全去除。
[0049]實施例3:
[0050]—種垂直結構LED的襯底剝離方法，該垂直結構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:將垂直結構LED依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中各超聲洗滌1min后，經去離子水清洗，用氮氣吹干；
[0052]2)研磨:使用金剛石磨盤對硅襯底層進行研磨，將垂直結構LED放置多孔陶瓷吸盤上，硅襯底層朝上，設置研磨轉速為每分鐘4200轉，給進速度為每秒0.0 Iwn，設置減薄量為220μπι，將原來420μπι厚的硅襯底層減薄至200μπι，取出垂直結構LED;
[0053]3)再次清洗:將步驟2)處理過的垂直結構LED依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中各超聲洗滌20min后，經去離子水清洗，用氮氣吹干；
[0054]4)刻蝕:使用感應耦合等離子體對殘余200μπι硅襯底層進行刻蝕，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]對本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應該屬于本發明權利要求的保護范圍 y
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【主權項】
1.一種垂直結構LED的襯底剝離方法，該垂直結構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:將垂直結構LED依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中超聲洗滌后，經去離子水清洗，用氮氣吹干； 2)研磨:使用金剛石磨盤對硅襯底層進行研磨，設置減薄量為硅襯底層總厚度的20-90% ； 3)再次清洗:將步驟2)處理過的垂直結構LED依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中超聲洗滌后，經去離子水清洗，用氮氣吹干； 4)刻蝕:使用感應耦合等離子體對殘余硅襯底層進行刻蝕，刻蝕腔壓力為10—3-10—5Pa，刻蝕氣體為SF6。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中，依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中各超聲洗滌l_20min。3.根據權利要求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構 LED ο4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中，研磨轉速為每分鐘1000-6000轉，給進速度為每秒0.01-1μηι。5.根據權利要求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.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)中，依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中各超聲洗滌l_20min。7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中，氣流量為lO-lOOOOmL/min，刻蝕時間為l_300min。8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中，氣流量為30-100mL/min，刻蝕時間為 5-30min。
【文檔編號】H01L33/00GK106098869SQ201610553084
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月12日
【發明人】李國強
【申請人】河源市眾拓光電科技有限公司