CN111969088A - 一种Mini LED芯片结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种Mini LED芯片结构及其制造方法，Mini LED芯片结构包括P型电流扩展注入金属层及N型电流扩展注入金属层，所述P型电流扩展注入金属层及N型电流扩展注入金属层包括防迁移金属钌，本发明所提供的一种Mini LED芯片结构及其制造方法，在N/P型电流扩展注入金属层中使用金属钌替代传统的金属铂作为抗迁移层，能够实现更高的抗电迁移效果，且金属钌的工艺窗口稳定，价格与铂相当，故也不会造成成本的上升，保证成本适当。

Description

一种Mini LED芯片结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及芯片制造领域，尤其涉及一种Mini LED芯片结构及其制造方法。

背景技术

Mini LED芯片一般指边长在100～200um之间的LED芯片，因其具有小型化的特点，其应用领域及制造技术与传统LED都有较大差别；Mini LED一般用于超高分辨率的户外大屏幕、电影屏幕及高端LCD显示器的直下式背光，上述3种应用场景都是传统LED不能实现的。

Mini LED的制造难点是：1、尺寸小；2、结构复杂；3、对焊接、耐温、耐电流等等可靠性方面有极高要求；并且Mini LED都是用在背光、显示等领域，Mini LED为高密度排列，就算是单个芯片出现失效，其维修成本也很高，因此芯片的可靠性是Mini LED产品最重要的质量指标，而Mini LED出现可靠性问题的主要原因是芯片结构中的金属在电流的长期冲击下发生迁移导致。综上，开发一款耐电流冲击，不易出现迁移的金属结构是提升Mini LED质量的最核心的技术要求；

现有技术中通常使用铂作为Mini LED芯片中的抗迁移层，在面对超小尺寸和较大的电流密度及长时间的电流冲击时，还是会出现金属层迁移问题，包含铂覆盖的下层金属迁移问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种Mini LED芯片结构及其制造方法，实现更耐电流冲击、更高抗电迁移的芯片结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：

一种Mini LED芯片结构，包括P型电流扩展注入金属层及N型电流扩展注入金属层，所述P型电流扩展注入金属层及N型电流扩展注入金属层包括防迁移金属钌。

本发明的有益效果在于：在N/P型电流扩展注入金属层中使用金属钌替代传统的金属铂作为抗迁移层，同时金属钌在耐过驱能力和耐高温上具有较优的特性，耐电流冲击，能够实现更高的抗电迁移效果，且金属钌的工艺窗口稳定，价格与铂相当，故也不会造成成本的上升，在保证成本适当的情况下，能够实现更好的抗电迁移效果。

附图说明

图1为本发明实施例的一种Mini LED芯片结构示意图；

图2为本发明实施例的P/N型电流扩展注入金属层结构示意图；

图3为本发明实施例的P/N型电流扩展注入金属层俯视图；

图4为本发明实施例的一种Mini LED芯片制造方法的步骤流程图；

标号说明：

1、P型电流扩展注入金属层；2、N型电流扩展注入金属层；

3、衬底层；4、N型氮化镓层；5、多层量子阱层；6、P型氮化镓层；7、电流扩展层；8、第一电流稳定层；9、P型电流扩展注入金属层；10、P型焊接结合界面金属层；11、缓冲绝缘层；12、应力释放层；13、绝缘全光谱反射层；14、N型焊接结合界面金属层；15、N型电流扩展注入金属层；16、第二电流稳定层。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1至图3，一种Mini LED芯片结构，包括P型电流扩展注入金属层及N型电流扩展注入金属层，所述P型电流扩展注入金属层及N型电流扩展注入金属层包括防迁移金属钌。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在N/P型电流扩展注入金属层中使用金属钌替代传统的金属铂作为抗迁移层，同时金属钌在耐过驱能力和耐高温上具有较优的特性，能够实现更高的抗电迁移效果，且金属钌的工艺窗口稳定，价格与铂相当，故也不会造成成本的上升，在保证成本适当的情况下，能够实现更好的抗电迁移效果。

进一步的，所述P型电流扩展注入金属层与所述N型电流扩展注入金属层均为如下金属结构：由靠近Mini LED芯片底部的一侧到远离所述Mini LED芯片底部的一侧依次排列为铬-铝-钛-钌-钛-钌-钛-钌-金。

由上述描述可知，由钌和钛组成复合层，能够更加有效地覆盖下层的铝、铬等金属，进一步加强了抗电迁移的效果。

进一步的，还包括衬底层、N型氮化镓层、多层量子阱层、P型氮化镓层、电流扩展层、第一电流稳定层、P型焊接结合界面金属层、第二电流稳定层以及N型焊接结合界面金属层；

所述N型氮化镓层位于所述衬底层一侧的中间区域，所述N型氮化镓层上不与所述衬底层接触的一面的一侧的第一堆叠区依次叠放有多层量子阱层、P型氮化镓层、电流扩展层、第一电流稳定层、P型电流扩展注入金属层及P型焊接结合界面金属层，且另一侧的第二堆叠区依次叠放有第二电流稳定层、N型电流扩展注入金属层及N型焊接结合界面金属层。

由上述描述可知，衬底层、N型氮化镓层、多层量子阱层、P型氮化镓层等结构配合P型电流扩展注入金属层及N型电流扩展注入金属层，构成完整的芯片结构，能够实现实际芯片的生产。

进一步的，所述P型焊接结合界面金属层和所述N型焊接结合界面金属层的截面呈类T字型；

所述第一堆叠区的外侧、所述电流扩展层的不与所述P型氮化镓层接触的一侧、所述第一堆叠区及所述第二堆叠区之间及所述第二堆叠区的外侧叠放有缓冲绝缘层；

所述缓冲绝缘层远离衬底层的一侧依次叠放有应力释放层及绝缘全光谱反射层；

所述P型焊接结合界面金属层的一端与P型电流扩展注入金属层连接且另一端穿过所述应力释放层及所述绝缘全光谱反射层且位于所述绝缘全光谱反射层远离所述应力释放层的一侧上；

所述N型焊接结合界面金属层的一端与N型电流扩展注入金属层连接且另一端穿过所述绝缘缓冲层、所述应力释放层及所述绝缘全光谱反射层且位于所述绝缘全光谱反射层远离所述应力释放层的一侧上。

由上述描述可知，设置绝缘缓冲层、应力释放层及绝缘全光谱反射层，能够进一步提高芯片的性能，提升芯片整体的可靠性、寿命、耐大电流和耐高温的能力。

进一步的，所述P型焊接结合界面金属层及所述N型焊接结合界面金属层的金属结构相同，为铬-铝-钛-钌-铝-钛-镍-金；

上述金属结构中的钛-钌-铝多次循环。

由上述描述可知，在P型焊接结合界面金属层及N型焊接结合界面金属层中加入金属钌，钌的焊接结合能力强，使得焊接更加方便，并且能够提升Mini LED芯片的性能。

进一步的，所述电流扩展层为氧化铟锡、氧化铟钨或镍金合金。

由上述描述可知，设置电流扩展层，能够提升发光效率。

进一步的，所述缓冲绝缘层为氧化硅、氧化钛、氧化铪或氧化钽；

所述应力释放层为氧化硅或氧化钛。

由上述描述可知，设置缓冲绝缘层，有利于载流子的传输，设置应力释放层，增加了芯片的强度，使芯片不易损坏。

进一步的，所述绝缘全光谱反射层为氧化硅或氧化钛，厚度3-7um。

由上述描述可知，全光谱反射侧有利于传输各个频谱的可见光，提升显示性能。

请参照图4，一种Mini LED芯片制造方法，能够制造出上述的一种Mini LED芯片结构，包括步骤：

S1、通过光刻设施将制备好的氮化镓外延材料按第一预设图形进行图形转移后使用ICP设备刻蚀氮化镓外延片在衬底上形成N型氮化镓层；

S2、先通过蒸镀机或溅射机制作电流扩展层模板，再通过光刻设施将所述电流扩展层模板按照第二预设图形进行图形转移，最后通过化学试剂对所述电流扩展层模板进行腐蚀形成电流扩展层；

S3、通过光刻设施将光刻胶按第三预设图形进行图形转移后通过电子束蒸镀或溅射蒸镀的方式同时形成P型电流扩展注入金属层及N型电流扩展注入金属层；

S4、通过光刻设施将材料按照第七预设图形转移后，通过电子束蒸镀或溅射蒸镀的方式同时制作成P型焊接结合界面金属层及N型焊接结合界面金属层。

由上述描述可知，提供了一种Mini LED芯片制造方法，使制造带钌的P型电流扩展注入金属层及N型电流扩展注入金属层能够在实际生产中应用。

进一步的，所述S3与所述S4之间，还包括：

通过PECVD设备或ALD设备制成缓冲绝缘层模板，再通过光刻设施将所述缓冲绝缘层模板按照第四预设图形进行图形转移后，通过化学试剂对所述缓冲绝缘层模板进行腐蚀形成缓冲绝缘层；

通过PECVD设备或光学离子蒸镀设备制作应力释放层模板，再通过光刻设施将所述应力释放层模板按照第五预设图形进行图形转移后，通过化学腐蚀或ICP刻蚀的方式形成应力释放层；

通过光学离子蒸镀设备制作绝缘全光谱反射层模板后，再通过光刻设施将所述绝缘全光谱反射层模板按照第六预设图形进行图形转移后，通过化学腐蚀或ICP刻蚀的方式形成绝缘全光谱反射层。

由上述描述可知，制作缓冲绝缘层、应力释放层和绝缘全光谱反射层，能够实现制造更高性能的芯片。

请参照图1至图3，本发明的实施例一为：

一种Mini LED芯片结构，请参照图1，具体包括：

衬底层3、N型氮化镓层4、多层量子阱层5、P型氮化镓层6、电流扩展层7、第一电流稳定层8、P型电流扩展注入金属层9、P型焊接结合界面金属层10、第二电流稳定层16、N型电流扩展注入金属层15、N型焊接结合界面金属层14、缓冲绝缘层11、应力释放层12以及绝缘全光谱反射层13；

N型氮化镓层4位于衬底层3一侧的中间区域，Mini LED芯片靠近衬底层3另一侧的一面即为Mini LED芯片的底部；N型氮化镓层4上远离衬底层3的一面上的一侧的第一堆叠区依次叠放有多层量子阱层5、P型氮化镓层6、电流扩展层7、第一电流稳定层8、P型电流扩展注入金属层9及P型焊接结合界面金属层10，且另一侧的第二堆叠区依次叠放有第二电流稳定层16、N型电流扩展注入金属层15及N型焊接结合界面金属层14；

P型焊接结合界面金属层10和N型焊接结合界面金属层14的截面呈类T字型；第一堆叠区的外侧、电流扩展层7的不与所述P型氮化镓层接触的一侧、第一堆叠区及第二堆叠区之间及第二堆叠区的外侧叠放有缓冲绝缘层11；缓冲绝缘层11上方依次叠放有应力释放层12及绝缘全光谱反射层13；P型焊接结合界面金属层10的一端与P型电流扩展注入金属层9连接且另一端穿过应力释放层12及所述绝缘全光谱反射层13且位于绝缘全光谱反射层13远离所述应力释放层的一侧上；N型焊接结合界面金属层14的一端与N型电流扩展注入金属层15连接且另一端穿过所述绝缘缓冲层11、所述应力释放层12及所述绝缘全光谱反射层13且位于所述绝缘全光谱反射层13远离所述应力释放层的一侧上；

P型电流扩展注入金属层与第一电流稳定层之间为P型接触面；N型电流扩展注入金属层与第二电流稳定层之间为N型接触面；

请参照图2，P型电流扩展注入金属层9与N型电流扩展注入金属层15均为如下金属结构：包括铬、铝、钛、钌、金及铂，靠近衬底层3一侧至远离衬底层3一侧依次排列为铬-铝-钛-钌-钛-钌-钛-钌-金-钛-铂-金-钛(Cr-Al-(Ti-Ru-Ti-Ru-Ti-Ru)-Au-Ti-Pt-Au-Ti)；

P型焊接结合界面金属层10及所述N型焊接结合界面金属层14的金属结构相同，靠近衬底层3一侧至远离衬底层3一侧为为铬-铝-钛-钌-铝-钛-镍-金，且其中的钛-钌-铝多次循环；

电流扩展层7为氧化铟锡、氧化铟钨或镍金合金；缓冲绝缘层11为氧化硅、氧化钛、氧化铪或氧化钽；应力释放层12为氧化硅或氧化钛；绝缘全光谱反射层13为氧化硅或氧化钛，厚度3-7um。

请参照图4，本发明的实施例二为：

一种Mini LED芯片制造方法，具体包括：

S1、通过光刻设施将制备好的GaN外延材料按第一预设图形进行图形转移后使用ICP设备刻蚀氮化镓外延片在衬底上形成N型氮化镓层；

S2、先通过蒸镀机或溅射机制作电流扩展层模板，电流扩展层模板的材料可以是氧化铟锡、氧化铟钨、镍金合金等，再通过光刻设施将所述电流扩展层模板按照第二预设图形进行图形转移，最后通过化学试剂对所述电流扩展层模板进行腐蚀形成电流扩展层；

化学试剂可以为盐酸、草酸、三氯化铁；

S3、通过光刻设施将光刻胶按第三预设图形进行图形转移后通过电子束蒸镀或溅射蒸镀的方式同时形成P型电流扩展注入金属层及N型电流扩展注入金属层；金属层结构为Cr-Al-(Ti-Ru-Ti-Ru-Ti-Ru)-Au-Ti-Pt-Au-Ti，使用去胶液清洗的方式去除多余的光刻胶；

S4、通过PECVD设备或ALD设备制成缓冲绝缘层模板，缓冲绝缘层模板的材料可以为氧化硅、氧化钛、氧化铪、氧化钽等，再通过光刻设施将所述缓冲绝缘层模板按照第四预设图形进行图形，转移到整个芯片已加工完成部分的表面，通过化学试剂对所述缓冲绝缘层模板进行腐蚀形成缓冲绝缘层；

化学试剂可以为氢氟酸、氟化铵等；

S5、通过PECVD设备或光学离子蒸镀设备制作应力释放层模板，应力释放层模板的材料可以是氧化硅、氧化钛等，再通过光刻设施将所述应力释放层模板按照第五预设图形进行图形转移后，转移到整个芯片已加工完成部分的表面，通过化学腐蚀或ICP刻蚀的方式形成应力释放层；

若为化学腐蚀，腐蚀液可以是氢氟酸、氟化铵等；若为ICP刻蚀，刻蚀气体可以是三氟甲烷、四氟化碳、六氟化硫等；

S6、通过光学离子蒸镀设备制作绝缘全光谱反射层模板后，再通过光刻设施将所述绝缘全光谱反射层模板按照第六预设图形进行图形转移后，转移到整个芯片已加工完成部分的表面，通过化学腐蚀或ICP刻蚀的方式形成绝缘全光谱反射层；

绝缘全光谱反射层模板的材料可为氧化硅、氧化钛等，厚度为3-7um；若为化学腐蚀，腐蚀液可为氢氟酸、氟化铵、盐酸等；若为ICP刻蚀，刻蚀气体可为三氟甲烷、四氟化碳、六氟化硫等；

S7、通过光刻设施将材料按照第七预设图形转移后，通过电子束蒸镀或溅射蒸镀的方式同时制作成P型焊接结合界面金属层及N型焊接结合界面金属层，金属层结构为Cr-Al-(Ti-Ru-Al)括号内结构多次循环后Ti-Ni-Au，使用去胶液清洗的方式去除多余的光刻胶；

上述的光刻设施可以为光刻机或光刻胶。

综上所述，本发明提供了一种Mini LED芯片结构及其制造方法，使用金属钌作为P/N型电流扩展注入金属层中抗迁移层的金属材料，利用金属钌更优的电流扩展性、耐过驱能力、耐高温能力及耐环境腐蚀能力，实现对Mini LED芯片上述各个方面的提升，并且金属钌的成本与现有技术抗迁移层中使用的金属铂相当，成本适当，在提高芯片性能的同时不会使制造成本大幅上升，并且，创新地将金属钌应用于P/N型焊接结合界面金属层，钌的焊接结合能力较强，在使用端焊接方便，提升P/N型焊接结合界面金属层的性能，P/N型电流扩展注入金属层及P/N型焊接结合界面金属层都使用金属钌进行性能加强，多方面提升了Mini LED芯片的强度，减少Mini LED芯片在使用中失效的概率；并且，本发明所提供的一种Mini LED芯片制造方法，能够制造出上述结构的一种Mini LED芯片，使得将金属钌应用于Mini LED芯片的实际生产中成为可能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种Mini LED芯片结构，包括P型电流扩展注入金属层及N型电流扩展注入金属层，其特征在于，所述P型电流扩展注入金属层及N型电流扩展注入金属层包括防迁移金属钌。

2.根据权利要求1所述的一种Mini LED芯片结构，其特征在于，所述P型电流扩展注入金属层与所述N型电流扩展注入金属层均为如下金属结构：由靠近Mini LED芯片底部的一侧到远离所述Mini LED芯片底部的一侧依次排列为铬-铝-钛-钌-钛-钌-钛-钌-金-钛-铂-金-钛。

3.根据权利要求1所述的一种Mini LED芯片结构，其特征在于，还包括衬底层、N型氮化镓层、多层量子阱层、P型氮化镓层、电流扩展层、第一电流稳定层、P型焊接结合界面金属层、第二电流稳定层以及N型焊接结合界面金属层；

所述N型氮化镓层位于所述衬底层一侧的中间区域，所述N型氮化镓层上不与所述衬底层接触的一面的一侧的第一堆叠区依次叠放有多层量子阱层、P型氮化镓层、电流扩展层、第一电流稳定层、P型电流扩展注入金属层及P型焊接结合界面金属层，且另一侧的第二堆叠区依次叠放有第二电流稳定层、N型电流扩展注入金属层及N型焊接结合界面金属层。

4.根据权利要求3所述的一种Mini LED芯片结构，其特征在于，所述P型焊接结合界面金属层和所述N型焊接结合界面金属层的截面呈类T字型；

所述第一堆叠区的外侧、所述电流扩展层的不与所述P型氮化镓层接触的一侧、所述第一堆叠区及所述第二堆叠区之间及所述第二堆叠区的外侧叠放有缓冲绝缘层；

所述缓冲绝缘层远离衬底层的一侧依次叠放有应力释放层及绝缘全光谱反射层；

所述P型焊接结合界面金属层的一端与P型电流扩展注入金属层连接且另一端穿过所述应力释放层及所述绝缘全光谱反射层且位于所述绝缘全光谱反射层远离所述应力释放层的一侧上；

所述N型焊接结合界面金属层的一端与N型电流扩展注入金属层连接且另一端穿过所述绝缘缓冲层、所述应力释放层及所述绝缘全光谱反射层且位于所述绝缘全光谱反射层远离所述应力释放层的一侧上。

5.根据权利要求3所述的一种Mini LED芯片结构，其特征在于，所述P型焊接结合界面金属层及所述N型焊接结合界面金属层的金属结构相同，为铬-铝-钛-钌-铝-钛-镍-金；

上述金属结构中的钛-钌-铝多次循环。

6.根据权利要求3所述的一种Mini LED芯片结构，其特征在于，所述电流扩展层为氧化铟锡、氧化铟钨或镍金合金。

7.根据权利要求4所述的一种Mini LED芯片结构，其特征在于，所述缓冲绝缘层为氧化硅、氧化钛、氧化铪或氧化钽；

所述应力释放层为氧化硅或氧化钛。

8.根据权利要求3所述的一种Mini LED芯片结构，其特征在于，所述绝缘全光谱反射层为氧化硅或氧化钛，厚度3-7um。

9.一种Mini LED芯片制造方法，能够制造出权利要求3或4所述的一种Mini LED芯片结构，其特征在于，包括步骤：

S1、通过光刻设施将制备好的氮化镓外延材料按第一预设图形进行图形转移后使用ICP设备刻蚀氮化镓外延片在衬底上形成N型氮化镓层；

S2、先通过蒸镀机或溅射机制作电流扩展层模板，再通过光刻设施将所述电流扩展层模板按照第二预设图形进行图形转移，最后通过化学试剂对所述电流扩展层模板进行腐蚀形成电流扩展层；

S3、通过光刻设施将光刻胶按第三预设图形进行图形转移后通过电子束蒸镀或溅射蒸镀的方式同时形成P型电流扩展注入金属层及N型电流扩展注入金属层；

S4、通过光刻设施将材料按照第七预设图形转移后，通过电子束蒸镀或溅射蒸镀的方式同时制作成P型焊接结合界面金属层及N型焊接结合界面金属层。

10.根据权利要求9所述的一种Mini LED芯片制造方法，其特征在于，所述S3与所述S4之间，还包括：

通过PECVD设备或ALD设备制成缓冲绝缘层模板，再通过光刻设施将所述缓冲绝缘层模板按照第四预设图形进行图形转移后，通过化学试剂对所述缓冲绝缘层模板进行腐蚀形成缓冲绝缘层；

通过PECVD设备或光学离子蒸镀设备制作应力释放层模板，再通过光刻设施将所述应力释放层模板按照第五预设图形进行图形转移后，通过化学腐蚀或ICP刻蚀的方式形成应力释放层；

通过光学离子蒸镀设备制作绝缘全光谱反射层模板后，再通过光刻设施将所述绝缘全光谱反射层模板按照第六预设图形进行图形转移后，通过化学腐蚀或ICP刻蚀的方式形成绝缘全光谱反射层。

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