CN106098891A - 一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法。基本特征包括以下部分：1.以二氧化硅(或其他材料)作为牺牲层，来固定发光二极管的透明电极与发光平台边缘之间的距离。2.此结构形成在芯片发光平台的边缘处。3.采用这种方法加工发光二极管，会在简化光刻工艺校对过程的同时，使产品的加工结果达到较高的精度和重复性，提高生产效率。

Description

一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种在蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制备方法。

背景技术

发光二极管(LED)是一种将电能转化为光能的固体发光器件，由于其具有寿命长，体积小，耐震性好，节电，高效，响应时间快，驱动电压低，环保等优点，而广泛用于指示，显示，装饰，照明等诸多领域，成为我们生活中不可缺少的一部分。用于上述领域的发光二极管的核心技术是芯片制造技术。

本发明涉及发光二极管芯片的制造技术，特别涉及生长在蓝宝石衬底上的氮化镓发光二极管芯片加工过程中，更加准确地控制电极到发光台面边界的距离，降低光刻对位的精度要求，同时，形成接近垂直的台面侧壁。

原有常规的在蓝宝石衬底上的发光二极管管芯的制作方法为(参考图1及图2)：1.在外延过的蓝宝石衬底上(如图1，101所示)的发光二极管结构上，通过光刻方法，将需要保留的发光台面用光刻胶、或介质膜(如二氧化硅等)、或金属(如镍)覆盖保护住(如图6，传统工艺发光平台掩模情况中606所示)。2.用干法刻蚀的方法(如ICP或RIE)将未保护区域的表层铝镓铟氮材料腐蚀掉，.直到腐蚀到N型铝镓铟氮部分(如图1，107所示)。3.形成一层透明电极，材料可以是Ni/Au，ZnO，ITO等透光导电材料。通过光刻的方法，将稍微小于发光台面的透明电极留住，其余部分去除掉(如图1，106所示，以及图2，206所示)。4.通过光刻方法制作二极管的n电极(图1，103和图2，203所示)和p电极(图1，105和图2，205所示)。5.然后在切割道中央用激光或钻石 刀划片，再用机械方法沿切割道正面中央压开，形成独立的发光二极管芯片。

传统工艺有以下局限性。1.如第一步加工工艺使用光刻胶时，发光台面的侧面有一个10-30度的坡面。只有介质膜(如二氧化硅等)或金属能够形成接近90度的垂直侧壁。2.透明电极制备需要精确的光刻对位。否则，留在发光台面侧壁的透明电极会导致芯片短路而不发光。由于光刻机的精度限制，透明电极边沿不能太靠近台面边沿。此距离通常小于6um。且距离控制受限于操作工技艺和机器精度的限制。由于光刻精度要求高，在第二步对位时，通常操作员花费很多时间。效率较其他工艺低很多。

为了解决以上传统工艺的局限性，本发明采用一种将原工艺第一和第二步合并的方法。首先，本发明工艺加工的芯片具有接近垂直的侧壁。其次，本工艺中，透明电极边沿到发光台面的距离对光刻不敏感，可以高度重复。最重要的是本工艺光刻对位宽容度大，可以允许接近3um的对位误差(透明电极到发光台面距离为6um)。即使对位误差大，也不会造成侧壁金属短路现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在蓝宝石衬底上的发光二极管芯片制作方法，主要是解决发光二极管发光平台边缘与透明电极边缘之间固定间距的难题，此方法可以在减少光刻工序对版时间的同时，使加工结果达到较高的精度和重复性，提高生产的效率，而且本工艺实现了发光台面侧壁接近垂直(如图4和图5所示)。

本发明在发光台面边沿采用二氧化硅作掩模，在完成干法刻蚀后，形成垂直侧壁。发光台面中间部分为透明电极(透明电极材料可以是Ni/Au，ZnO，ITO等透光导电的材料)，且由光刻胶形成干法刻蚀掩模。透明电极边沿与发光台面边沿的间距由二氧化硅的掩模宽度决定。此二氧化硅可以用化学腐蚀去除，形 成高度重复的距离。由于二氧化硅的掩模宽度决定透明电极边沿与发光台面边沿的间距，透明电极只要在二氧化硅的掩模上将在其后的剥离工艺中去除。因此，可以允许透明电极掩模对版误差为二氧化硅的掩模宽度的一半(如图6所示)。

本发明可以通过以下步骤来实现：

(1)在晶圆进行透明电极蒸镀以及发光平台刻蚀以前，采用PECVD以及光刻等工艺，在晶圆表面制作二氧化硅的掩模。

(2)再进行发光平台的干法光刻，光刻时要保证光刻胶边缘要在二氧化硅的掩模的宽度范围之内。

(3)进行干法刻蚀以后，去掉光刻胶以及二氧化硅的掩模，这样发光平台与透明电极之间的距离就是二氧化硅的掩模的宽度。

(4)制作金属电极，完成切割研磨等工序后，即可得到发光二极管。

步骤(1)所述的是采用二氧化硅作为定位条，但也可以使用Si3Nx等材料。

附图说明

图1、传统蓝绿光LED制作流程示意图(侧剖面图)；

101：蓝宝石衬底，102：N-GaN，103：N打线电极，104：P-GaN，105：P打线电极，106：透明电极，107：发光平台；

图2、传统蓝绿光LED制作流程示意图(俯视图)；

202：N-GaN，203：N打线电极，204：P-GaN，205：P打线电极，206：透明电极；

图3、本发明制作过程的示意图(Ni/Au剥离工艺侧剖面图)；

301：蓝宝石衬底，302：N-GaN，303：P-GaN，304：氧化硅掩模，305：Ni/Au透明电极，306：光刻胶掩模；

图4、本发明制作过程的示意图(Ni/Au工艺干法刻蚀前后侧剖面图)；

401：蓝宝石衬底，402：N-GaN，403：P-GaN，404：氧化硅掩模，405：透明电极，406：光刻胶掩模；

图5、氧化硅掩模位置示意图(俯视图)；

501：发光平台边沿，502：透明电极，503：氧化硅掩模；

图6、传统工艺与本发明工艺发光平台制作过程主要区别示意图；

601：蓝宝石衬底，602：N-GaN，603：P-GaN，604：氧化硅掩模，605：Ni/Au透明电极，606：光刻胶掩模；

图7、本发明制作过程的示意图(ITO工艺干法刻蚀后侧剖面图)；

701：蓝宝石衬底，702：N-GaN，703：P-GaN，704：氧化硅掩模，705：ITO透明电极，706：光刻胶掩模。

具体实施方式

为了对本发明的实施进行说明，以下结合附图，以氮化物发光二极管为例，阐述本特殊结构的实施过程。

实施例1(Ni/Au透明电极)：

使用丙酮等溶剂对GaN晶圆表面进行清洗处理，以保证晶圆表面是干净的没有杂质污染的，清洗过的晶圆采用PECVD或电子束蒸发的方法在表面生长一层二氧化硅，生长氧化硅的厚度可以根据实际情况进行调整，一般要大于完成氧化硅的沉积以后，采用光刻、腐蚀等方法制作出二氧化硅的掩模(如图3，304所示)，这样，芯片发光平台边沿和透明电极边沿的距离就被二氧化硅的掩模的宽度固定起来了。二氧化硅的掩模腐蚀完成后，光刻胶掩模不去除，然后采用电子束蒸发的方法在晶圆表面蒸镀一层很薄的Ni/Au层作为芯片的透明电极，厚度一般在几百埃，完成透明电极蒸镀后，使用光刻胶去除液，将氧 化硅表面的光刻胶去掉，这样蒸镀在光刻胶表面的金属透明电极就被剥离掉了，露出氧化硅定位条(如图3所示)。然后再采用光刻的方法制作平台刻蚀掩模，掩模光刻胶的边缘要落在氧化硅定位条上面(如图4，406所示)，这样，能保证干法刻蚀发光平台的时候，发光平台表面被保护起来，以免出现发光平台表面被刻蚀，导致加工后芯片漏电的现象。做好刻蚀掩模以后，进行透明电极的腐蚀，将没有被光刻胶保护到的位置的Ni/Au腐蚀去掉。露出晶圆GaN表面以便进行干法刻蚀。干法刻蚀可以采用ICP、RIE等方法进行(如图4所示)。

发光平台刻蚀完成后，二氧化硅的掩模可以根据工艺要求去掉或者是保留，然后去掉光刻胶刻蚀掩模。这样透明电极和发光平台的加工基本完成了。接下来需要对金属透明电极进行退火，使透明电极能有更好的透光度，一般在空气或氧气的氛围下，300℃以上的环境中进行退火20分钟左右。为了保护芯片避免静电、灰尘等的影响，我们要在芯片表面制作一层几百至几千埃厚的氧化硅保护膜，生长的方式可以是Pecvd或是E-beam。最后我们要制作P/N电极的打线盘，可以采用电子束蒸发的方法，生长Cr/Au(或其他材料)，厚度一共约1微米厚。这样晶圆加工就完成了，最后再经过研磨工序、切割工序、测试分拣等工序，就完成了芯片的加工。

实施例2(ITO透明电极)：

使用丙酮等溶剂对GaN晶圆表面进行清洗处理，以保证晶圆表面是干净的没有杂质污染的，清洗过的晶圆采用PECVD或电子束蒸发的方法在表面生长一层二氧化硅，生长氧化硅的厚度可以根据实际情况进行调整，一般要大于完成氧化硅的沉积以后，采用光刻、腐蚀等方法制作出二氧化硅的掩模，这样，芯片发光平台边沿和透明电极边沿的距离就被二氧化硅的掩模的宽度固定起来了(如图7，704所示)。二氧化硅的掩模腐蚀完成后，使用电子束蒸发的方法， 蒸镀一层ITO薄膜，厚度一般在以上，蒸镀过程要通入适当的氧气，并适当加温，蒸镀完成以后，要采用光刻的方法制作平台刻蚀掩模，掩模光刻胶的边缘要落在氧化硅定位条上面，这样，能保证干法刻蚀发光平台的时候，发光平台表面被保护起来，以免出现发光平台表面被刻蚀，导致加工后芯片漏电的现象。发光平台刻蚀掩模制作完成以后，要进行ITO腐蚀工艺，使用ITO腐蚀液将没有被光刻胶覆盖的ITO薄膜腐蚀去掉(如图7，705所示)。然后进行干法刻蚀，一般采取ICP或RIE的方法，去掉没有被光刻胶覆盖的GaN材料。

发光平台刻蚀完成后，二氧化硅的掩模可以根据工艺要求去掉或者是保留，再用去胶溶液去掉光刻胶掩模，这样透明电极和发光平台的加工基本完成了。接下来我们对ITO透明电极进行退火，使ITO透明电极能有更好的透光度，一般在空气或高氧气的氛围下，400℃以上的环境中进行退火20分钟左右。为了保护芯片避免静电、灰尘等的影响，我们要在芯片表面制作一层几百至几千埃厚的氧化硅保护膜，生长的方式可以是Pecvd或是E-beam。最后我们要制作P/N电极的打线盘，可以采用电子束蒸发的方法，生长Cr/Au(或其他材料)，厚度一共约1微米厚。这样晶圆加工就完成了，最后再经过研磨工序、切割工序、测试分拣等工序，就完成了芯片的加工。

Claims (7)

1.一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，其特征在于以二氧化硅作为定位条，固定发光平台与透明电极之间距离的方法。

2.如权利要求1所述的一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，二氧化硅定位条的位置是在芯片局部即发光平台边缘位置存在，而不是覆盖整个芯片或发光平台。

3.如权利要求1或2所述的一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，其特征在于二氧化硅定位条是环绕在发光平台边缘处，发光平台与透明电极之间的距离完全由定位条的宽度决定，定位条的宽度一般在0微米与50微米之间。

4.如权利要求1或2所述的一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，其特征在于在完成二氧化硅定位条的制作以后，通过电子束蒸发或热蒸发等方法在芯片表面形成透明电极金属层，此时采用光刻工艺，使光刻胶覆盖在芯片透明电极表面，并使光刻胶边缘处于二氧化硅定位条上，这样只要光刻胶边缘在定位条宽度以内，就会确保完成加工后，发光平台边缘与透明电极边缘距离固定不变。

5.如权利要求4所述的一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，在发光平台的刻蚀过程中，二氧化硅定位条作为牺牲层与光刻胶或其他掩模材料一起作为发光平台的干法刻蚀掩模。

6.如权利要求4或5所述的一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，完成干法刻蚀后，去掉光刻胶，并采用二氧化硅腐蚀液去除发光平台边缘的二氧化硅定位条，这样被光刻胶覆盖的没有被腐蚀掉的透明电极金属会与氧化硅定位条一起剥离掉，进而使发光平台与透明电极边缘之间的距离得以固定。

7.如权利要求1至6任意一项所述的一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，其特征在于发光二极管芯片为氮化镓系列材料。