微型发光芯片阵列结构及其制备方法、掩膜版

技术领域

本发明涉及芯片加工技术领域，尤其涉及一种微型发光芯片阵列结构制备方法、微型发光芯片阵列结构及掩膜版。

背景技术

微型发光芯片阵列结构的制备过程，通常是在晶圆上排布多个阵列设置的微型发光芯片单元，再通过切割设备将晶圆切割为多个独立的微型发光芯片单元。相关技术中，微型发光芯片阵列结构的良率不高。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够改善良率的微型发光芯片阵列结构制备方法、芯片及掩膜版。

一种微型发光芯片阵列结构制备方法，包括：

提供基片，所述基片包括多个微型发光芯片；

于所述基片的表面设置保护层；

对所述基片进行刻蚀得到至少一条切割道，所述至少一条切割道将所述多个微型发光芯片分隔为多组微型发光芯片阵列；

沿所述切割道切割所述基片，得到多个微型发光芯片阵列结构。

在所述微型发光芯片阵列结构制备方法的一些实施例中，所述对所述基片进行刻蚀得到至少一条切割道，所述至少一条切割道将所述多个微型发光芯片分隔为多组微型发光芯片阵列，包括：

在所述基片的表面制备具有纵横交错的凹槽的掩膜；

使用刻蚀基质腐蚀所述基片，以形成所述切割道。

在所述微型发光芯片阵列结构制备方法的一些实施例中，所述在所述基片的表面制备具有纵横交错的凹槽的掩膜，包括：

于所述基片的表面涂布光刻胶；

提供掩膜版，利用光束透过所述掩膜版照射所述光刻胶，以使得所述光刻胶转化为耐刻蚀部分与不耐刻蚀部分；

去除所述不耐刻蚀部分，得到所述掩膜。

在所述微型发光芯片阵列结构制备方法的一些实施例中，在所述于所述基片的表面设置保护层之前，还包括将用于引出电极的金属电极层设置于所述微型发光芯片上；

所述对所述基片进行刻蚀得到至少一条切割道，还包括形成多个孔道，所述孔道延伸至所述金属电极层。

在所述微型发光芯片阵列结构制备方法的一些实施例中，在所述沿所述切割道切割所述基片，得到多个微型发光芯片阵列结构之前，还包括：

于所述孔道内沉积金属基质，以连接所述金属电极层。

在所述微型发光芯片阵列结构制备方法的一些实施例中，所述保护层包括氧化硅、氮化硅或氧化铝中的至少之一。

在所述微型发光芯片阵列结构制备方法的一些实施例中，所述沿所述切割道切割所述基片的方法为激光切割。

一种微型发光芯片阵列结构，使用根据上述任意实施例所述的微型发光芯片阵列结构制备方法制备得到。

一种掩膜版，包括至少一个切割轨道，所述切割轨道的透光度大于或小于相邻区域的透光度。

在所述掩膜版的一些实施例中，所述掩膜版上还设有多个孔位。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

依据本发明提供的微型发光芯片阵列结构制备方法，通过在基片表面的多个微型发光芯片上设置保护层，再对多个微型发光芯片之间的切割道刻蚀，并去除切割道上的保护层，首先可以减少切割基片时产生碎屑，改善因切割碎屑粘附在微型发光芯片上导致良率不高的问题，能够提高微型发光芯片阵列结构的良率；并且，由于在切割前将切割道的保护层去除，可以改善甚至避免保护层在被切割处产生毛边，从而改善后续裂片、回流、焊接等工艺中保护层在毛边撕裂导致大块保护层脱落的现象，使保护层下结构能够继续受到保护，在更低水氧的环境下加工、工作，进而提高了微型发光芯片阵列结构的性能和良率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为一实施例提供的微型发光芯片阵列结构制备方法的结构流程图。

图2为又一实施例提供的微型发光芯片阵列结构制备方法的结构流程图。

图3为再一实施例提供的微型发光芯片阵列结构制备方法的结构流程图。

图4为另一实施例提供的微型发光芯片阵列结构制备方法的结构流程图。

图5为一实施例提供的掩膜版的结构示意图。

图6为又一实施例提供的掩膜版的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

请参阅图1，本发明实施例提供一种微型发光芯片阵列结构制备方法，包括如下步骤：

步骤S10：提供基片，基片包括多个微型发光芯片。

基片可以是预先制备有多个微型发光芯片的晶圆，或者非微型发光芯片尺寸的晶圆切割部分，例如预切割的包括两个或以上微型发光芯片的中等尺寸方片。

该基片可以由外延片刻蚀制备得到，也可以由衬底逐层生长制备得到。以衬底为硅片为例，最底层可以是P型衬底硅；然后在衬底上生长一层单晶硅，这层单晶硅称为外延层；再后来在外延层上注入基区、发射区等等。最后基本形成纵向NPN管结构，外延层在其中是集电区，外延上面有基区和发射区。

进一步地，该外延片的衬底包括但不限于蓝宝石衬底、硅衬底或碳化衬底。

步骤S30：于基片的表面设置保护层。

可以理解的是，微型发光芯片为微米级的结构，该保护层可以避免外界空气以及尘埃干扰微型发光芯片的结构，影响产品质量。

另外，基于保护层材料的不同，可以采取不同方式设置保护层。例如，以PFA等光阻材料为保护层材料的情况，可以通过涂布的方式设置保护层；又例如，以氮化硅、氧化硅、氧化铝等材料为保护层材料的情况，也可以通过沉积的方式设置保护层。

优选地，保护层包括氧化硅、氮化硅或氧化铝中的至少之一。

步骤S50：对基片进行刻蚀得到至少一条切割道，至少一条切割道将多个微型发光芯片分隔为多组微型发光芯片阵列。

这里，可以利用掩膜版和掩膜层，在基片上形成设定图案的掩膜，再对覆盖设定图案掩膜的基片进行刻蚀，得到设有至少一条切割道的基片。

需要说明的是，设置保护层后，该基片的表面均覆盖有保护层，本步骤中，对于基片的刻蚀，通过对基片上保护层进行刻蚀以形成切割道，且该切割道在厚度方向上贯穿保护层。

当然，刻蚀完切割道处的保护层后，允许对于基片的本体进行部分刻蚀。并且，在对基片进行刻蚀后，可以继续对基片进行加工，再对加工后的基片进行切割。

步骤S70：沿切割道切割基片，得到多个微型发光芯片阵列结构。

具体地，沿切割道切割基片的方法可以为激光切割。并且，该切割道的宽度可以大于或等于切割时对基片作用位置(被切割区域)的宽度。

依据本发明提供的微型发光芯片阵列结构制备方法，通过在基片表面的多个微型发光芯片上设置保护层，再对多个微型发光芯片之间的切割道刻蚀，并去除切割道上的保护层，首先可以减少切割基片时产生碎屑，改善因切割碎屑粘附在微型发光芯片上导致良率不高的问题，能够提高微型发光芯片阵列结构的良率；并且，通过在切割前将切割道的保护层去除，可以改善甚至避免保护层在被切割处产生毛边，从而改善后续裂片、回流、焊接等工艺中保护层在毛边撕裂导致大块保护层脱落的现象，使保护层下结构能够继续受到保护，在更低水氧的环境下加工、工作，进而提高了微型发光芯片阵列结构的性能和良率。

请参阅图2，基于上述实施例，本发明还提供又一实施例。

步骤S50：对基片进行刻蚀得到至少一条切割道，至少一条切割道将多个微型发光芯片分隔为多组微型发光芯片阵列，具体包括如下步骤：

步骤S51：在基片的表面制备具有纵横交错的凹槽的掩膜；

其中，纵横交错的凹槽可以由至少一个横向排列的凹槽与至少一个纵向排列的凹槽交回形成。

可以理解的是，该凹槽主要用于将需要被刻蚀的部分暴露出来，该掩膜则用于保护基片不需要被刻蚀的部分。在实施时，掩膜层上的每个凹槽可以是通槽、半凹槽或封闭槽。

该掩膜可以是软掩膜如光刻胶、非光敏性胶，也可以是硬掩膜如SiO

另外，制备该掩膜的方式可以根据材料类型进行设置，可以是涂布后曝光显影，也可以是沉积等。

步骤S52：使用刻蚀基质腐蚀基片，以形成切割道。

根据保护层的材料，可以对应设置刻蚀基质。这里，刻蚀基质可以是气相的，例如反应性等离子气体；刻蚀基质也可以是液相的，例如刻蚀液体。在实施时，保护层的材料为氧化硅时，刻蚀基质可以对应设置为氢氟酸；而保护层的材料为氮化硅时，刻蚀基质可以对应设置为磷酸溶液。

请参阅图3，步骤S51在基片的表面制备具有纵横交错的凹槽的掩膜，具体包括如下步骤：

步骤S511：于基片的表面涂布光刻胶。

该光刻胶具有遇见特定光束发生性质转化的性能。比如说被特定光束照射的部分由耐刻蚀性能转化为不耐刻蚀性能，或者是被特定光束照射的部分由不耐刻蚀性能转化为耐刻蚀性能，本实施例不作限定。

步骤S512：提供掩膜版，利用光束透过掩膜版照射光刻胶，以使得光刻胶转化为耐刻蚀部分与不耐刻蚀部分。

其中，掩膜版可以是全透光掩膜版、灰阶掩膜版等。

步骤S513：去除不耐刻蚀部分，得到掩膜。

采用本实施例提供的方式制备掩膜，得到的切割道的精度更高。

请参阅图4，在本发明提供的再一种实施例中，该微型发光芯片阵列结构制备方法包括如下步骤：

步骤S10：提供基片，基片包括多个微型发光芯片。

基片是指预先制备有多个微型发光芯片的晶圆，或者非微型发光芯片尺寸的晶圆切割部分，例如预切割的包括两个或以上微型发光芯片的中等尺寸方片。

该基片可以由外延片刻蚀制备得到，也可以由衬底逐层生长制备得到。以衬底为硅片为例，最底层可以是P型衬底硅；然后在衬底上生长一层单晶硅，这层单晶硅称为外延层；再后来在外延层上注入基区、发射区等等。最后基本形成纵向NPN管结构，外延层在其中是集电区，外延上面有基区和发射区。

进一步地，该外延片的衬底包括但不限于蓝宝石衬底、硅衬底或碳化衬底。

步骤S20：将用于引出电极的金属电极层设置于微型发光芯片上。

本实施例中，任意微型发光芯片均包括层叠设置的N极层、发光层以及P极层。其中发光层为发光芯片的电路主体，N极层与P极层构成该微型发光芯片的两极，金属电极层设置于N极层与P极层上，以将微型发光芯片的正负极引出。

N极层可以为N-GaN层，发光层可以为多量子阱(MQW)层，P极层可以为P-GaN层。

在一种可行的实施方式中，将金属电极层设置于微型发光芯片上的工艺为蒸镀。

该金属电极层可以包括但不限于Ti、Al、Au、Pt或Ni等。

步骤S30：于基片的表面设置保护层。

可以理解的是，微型发光芯片为微米级的结构，该保护层可以避免外界空气以及尘埃干扰微型发光芯片的结构，影响产品质量。

另外，基于保护层材料的不同，设置保护层的方式也有所不同，可以通过涂布的方式设置保护层，也可以通过沉积的方式设置保护层。

优选地，保护层包括氧化硅、氮化硅或氧化铝中的至少之一。

步骤S50A：对基片进行刻蚀得到至少一条切割道以及多个孔道，至少一条切割道将多个微型发光芯片分隔为多组微型发光芯片阵列，孔道延伸至金属电极层。

值得一提的是，该步骤中，通过掩膜版设计或其他方式，在刻蚀孔道的同时，也刻蚀形成切割道，这样无需增加额外的工艺，既不影响芯片整体加工的效率，又解决了切割保护层产生的碎屑影响良率的问题。

步骤S60：于孔道内沉积金属基质，以连接金属电极层。

如此可以使得外部元器件能够更好地连接P极层或者N极层，避免接触不良的现象发生。

具体地说，该金属基质的厚度属于μm级别，该金属基质一般是低熔点金属，包括但不限于铟、锡或合金，有利于在较低温度回流成球。

步骤S70：沿切割道切割基片，得到多个微型发光芯片阵列结构。

另外，在另又一实施例中，步骤S20将用于引出电极的金属电极层设置于微型发光芯片上之前，还包括蒸镀用于改善导电性能的电流扩散层至P极层上。

可以理解的是，基于基片结构特性，该电流扩散层可以提高P极层的导电性能，进而减少该光芯片的能量消耗，提高该光芯片的性能。

具体地，电流扩散层为多层金属或半导体氧化物。金属包括不限于Ti、Al、Au、Pt、Ni等，半导体氧化物包括不限于ITO、ZnO等。

本发明实施例还提供一种微型发光芯片阵列结构，使用上述任意实施例提供的微型发光芯片阵列结构制备方法制备得到。

采用上述实施例提供的微信发光芯片阵列结构制备方法值得的该芯片，可以改善芯片周边的毛边，进而避免后续工艺或操作中毛边导致芯片撕裂的现象发生。

请参阅图5，本发明实施例还提供一种掩膜版，包括至少一个切割轨道，所述切割轨道的透光度大于或小于相邻区域的透光度。

其中，在掩膜版的切割轨道为两条或以上的方案中，切割轨道可以是纵横交错的，也就是说，纵横交错的切割轨道可以由至少一个横向排列的切割轨道与至少一个纵向排列的切割轨道交回形成。

可以理解的是，该掩膜版的切割轨道20的透光度不同于相邻区域的透光度。对于掩膜为正性光刻胶的方案，切割轨道20的透光度大于相邻区域的透光度，该切割轨道20可以通过光束，光源通过该掩膜版照射在掩膜上，以使得掩膜上与切割轨道20对应的部分改变为不耐刻蚀性质。对于掩膜为负性光刻胶的方案，切割轨道20的透光度小于相邻区域的透光度，该切割轨道20可以阻碍光束，光源通过该掩膜版照射在掩膜上，以使得掩膜上被特定光束照射的部分转变为耐刻蚀性质。

请参阅图6，在一种具体的实施例中，掩膜版上还设有多个孔位12。

该孔位12与上述实施例提及的孔道位置存在对应关系，换言之，用于形成切割道的掩膜版与用于形成孔道的掩膜版为同一个掩膜版，这样利用该掩膜版进行光刻，在形成孔道的同时，也可以刻蚀除去切割道位置的保护层，这样，不需要设置额外的曝光步骤和刻蚀步骤，尤其曝光步骤所使用的曝光机昂贵，曝光是半导体制备中的瓶颈制程，利用该掩膜版得到切割道，既可以提高生产效率，又能够降低生产成本。

本公开还提供了一种微型发光芯片阵列结构。该微型发光芯片阵列结构可应用于电子设备，以实现增强现实(Augmented Reality，AR)、虚拟现实(Virtual Reality，VR)、混合现实(Mixed Reality，MR)等扩展现实(Extended Reality，XR)技术。例如，该微型发光芯片阵列结构可以是电子设备的投影部分，例如投影仪、抬头显示(Head Up Display，HUD)等；又例如，该微型发光芯片阵列结构也可以是电子设备的显示部分，例如该电子设备可以包括：智能手机、智能手表、笔记本电脑、平板电脑、行车记录仪、导航仪、头戴式设备等任何具有显示屏的设备。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。