CN102569564B - SiOx钝化膜的沉积方法及具有该钝化膜的LED芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种SiOx钝化膜的沉积方法及具有该钝化膜的LED芯片。包括以下步骤：经预热步骤得到预热晶片；在预热晶片表面沉积SiOx钝化膜，在沉积SiOx钝化膜步骤前对预热晶片依次进行多次等离子体活化步骤和预沉积SiOx钝化膜步骤；依次重复等离子体活化处理步骤和预沉积步骤4～6次；预热步骤为在氮气氛围下进行。本发明提供的方法中多次反复沉积，每次沉积后用等离子体轰击钝化膜，使钝膜中的Si原子充分被氧化，可改善SiOx膜层质量，提高钝化膜的致密性，从而提高钝化的效果。

Description

SiOx钝化膜的沉积方法及具有该钝化膜的LED芯片

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)钝化膜生产领域，特别地，涉及一种SiOx钝化膜的沉积方法。本发明的另一方面还包括具有上述钝化膜的LED芯片。

背景技术

常用LED的芯片是单晶组件，单晶表面的原子活性非常高，易吸附其他杂质原子或基团，使器件性能下降，因此常常需要在器件表面沉积或生长一层由绝缘介质组成的钝化膜。该钝化膜能隔绝LED芯片的内部组件与外界，防止漏电。当所用钝化膜为由SiOx、Si₃N₄或者SiON组成时，由于这些钝化膜的折射率比空气大，因而设置钝化膜后还能增加LED的出光，提高出光功率。对于GaAs、InP等第二代半导体器件，还经常用湿法钝化，如用NH₄S溶液浸泡使LED表面形成一层钝化膜等。

如果所用钝化方法不得当而导致所形成的钝化膜质量致密度低，会严重影响钝化的效果，不但不能起到增强LED出光率的的作用，还会由于漏电使得LED器件性能受损。如GaN基LED芯片特别是功率型芯片。

发明内容

本发明目的在于提供一种SiOx钝化膜的沉积方法及具有该钝化膜的LED芯片，以解决现有技术中钝化膜致密度低，导致漏电的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种SiOx钝化膜的沉积方法，包括以下步骤：经预热步骤得到预热芯片；在预热芯片表面沉积SiOx钝化膜，在沉积SiOx钝化膜步骤前对预热晶片依次进行多次等离子体活化步骤和预沉积SiOx钝化膜步骤；依次重复活化处理步骤和预沉积步骤4～6次；预热步骤为在氮气氛围下进行。

进一步地，等离子体活化步骤的条件为：用等离子体活化60～120s，RF功率为100～250W，气体流量为700～1200sccm，腔体压力为900～1100mtorr。

进一步地，等离子体为N₂等离子体或N₂O等离子。

进一步地，预沉积步骤的条件为：在250℃～300℃下，沉积30～60s，腔体压力为600～800mtorr，N₂O的流量为700～800sccm，5％SiH₄/N₂的流量为100～200sccm，RF功率为25～50W。

进一步地，预沉积SiOx钝化膜的厚度为

进一步地，预热步骤为在PECVD机内的承片台上进行，承片台温度为250～350℃，PECVD机处于抽气状体，通入流量为500sccm～1000sccm的氮气1～3min进行预热。

进一步地，包括以下步骤：

1)用去胶液和去离子水在加超声波的条件下清洗待沉积晶片，然后氮气气氛中吹扫甩干待沉积晶片；

2)将待沉积晶片置于温度为300℃的PECVD机的承片台上，同时通入流量为800sccm的氮气2min，对晶片进行预热步骤，得到预热晶片；

3)等离子体活化步骤：用N₂等离子体对腔体及预热晶片进行活化处理100s，RF功率为150W，气体流量为1000sccm，腔体压力为1000mtorr；

4)预沉积SiOx钝化膜：在270℃下，腔体压力700mtorr，N₂O流量750sccm，5％SiH₄/N₂流量为150sccm，RF的功率为40W条件下沉积50s，得到厚度为的SiOx钝化膜；

5)重复步骤3)和步骤4)为一个循环，循环5次，得到预沉积片；

6)在预沉积片表面沉积SiOx钝化膜，沉积条件：腔体压力750mtorr，N₂O流量为750sccm，5％SiH₄/N₂流量为180sccm，沉积550s，得到晶片；

7)氮气吹扫PECVD机并抽气，然后破真空，取片，经光刻，露出N、P电极，得到LED芯片。

根据本发明的另一方面还提供了一种具有上述方法制得的SiOx钝化膜的LED芯片。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的方法在氮气氛围下对待沉积晶片进行预热，使晶片受热充分均匀，且蒸发出水汽等杂质气体，并将这些杂质及时抽走。采用等离子体对晶片进行预处理，首先是激发晶片表面原子的活性，提高后续沉积钝化膜的附着力。而激发晶片的过程可不移动晶片；

本发明提供的方法中多次反复沉积，每次沉积后用等离子体轰击钝化膜，使钝膜中的Si原子充分被氧化，可改善SiOx膜层质量，提高钝化膜的致密性，从而提高钝化的效果。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例3的光学显微镜照片图；以及

图2是本发明对比例的光学显微镜照片图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明提供的制备方法为在预热的晶片表面依次进行活化和预沉积步骤，并反复多次活化和预沉积步骤。使得所制得的钝化膜致密，膜内应力小，增强晶片的钝化效果。从而达到提高晶片的出光效率的目的。

本发明提供的方法以按常规方法预热过的待处理晶片为处理对象。首先对其进行活化处理。从预热步骤开始，待处理晶片就一直处于PECVD腔体中，故活化处理也是在PECVD腔体中进行，这样能减少由于不断更换设备对晶片表面造成的不良影响。在前述活化步骤的条件下处理预热过的待处理晶片，能使得晶片表面的原子形成大量的悬挂键，从而提高晶片表面的反应活性。为后续预沉积SiOx钝化膜做好准备。预沉积的SiOx钝化膜能更好的与晶片上的悬挂键发生反应，使得钝化膜与晶片结合紧密。具体活化处理的条件可以为常用的预处理晶片的条件。优选为，用等离子体活化60～120s，射频功率(RF)功率为100～250W，气体流量为700～1200sccm，腔体压力为900～1100mtorr。按此条件进行预处理活化效果最优。其中RF功率的频率为13.5兆赫兹。活化步骤中所用等离子体可以为常用的参与反应的等离子体，优选为N₂等离子体或N₂O等离子体。当然的取得这些效果的活化条件，不是仅通过数次实验就可以得到的。选取这参数不仅需要艰苦多次的实验，而且还需要结合现有知识创造性的将其组合并进行修改后才能得到。

第二步骤为对经活化过的晶片预沉积的步骤，预沉积的钝化膜形成于已活化的晶片表面。优选的，该钝化膜的厚度为此厚度的钝化膜能增加最终制得的钝化膜的透光性，尤其适用于发蓝、绿光的晶片。预沉积的条件可以为常规的沉积SiOx钝化膜的方法。优选为，预沉积步骤的条件为：在250～300℃下，腔体压力为600～800mtorr，N₂O流量为700～800sccm，5％SiH₄/N₂的流量为100～200sccm，RF功率为25～50W，沉积30～60s。按此条件沉积能所得钝化膜内的应力最小，透光效率最高。

第三步骤为在预沉积的SiOx膜表面再次进行活化步骤。用等离子体轰击SiOx膜表面，一方面能使预沉积钝化膜的原子间结合紧密，而且还能活化该预沉积钝化膜表面的原子，为后续预沉积钝化膜提供具有高反应活性的表面，使得各层预沉积钝化膜间粘结紧密性，消除各层间的应力提高晶片的发光效率。另一方面再次进行活化步骤能使预沉积的SiOx膜被充分氧化，增加其钝化效果，减小晶片漏电。

之后依次重复上述第二活化步骤和第三预沉积步骤4～6次。重复次数的选择是综合考虑了预沉积的SiOx膜厚度薄和生产效率而选定的。

显然的，本发明中的预热步骤可以为常规预热工艺，优选的，预热工艺为将待处理晶片置于处于抽气状态的PECVD机内，通入流量为500sccm～1000sccm的氮气1～3min进行预热。对晶片起到加热作用的部件为PECVD机中的承片台自身的温度。承片台的温度为250～350℃。由于PECVD机按处于抽气状态，预热时晶片表面蒸发出的水蒸气等杂质能被及时带走，净化晶片表面。干净的晶片表面能防止活化步骤中晶片表面的原子与杂质发生反应，影响钝化效果，防止降低所得晶片的发光效率。

最后在预沉积的最后一层钝化膜上按常规方法继续进行SiOx钝化膜沉积，得到沉积有钝化膜的晶片。

本发明提供的方法的优选的步骤包括以下步骤：

1)用去胶液和去离子水在加超声波的条件下清洗待沉积晶片，然后氮气气氛中吹扫甩干待沉积晶片；

2)将待沉积晶片置于温度为300℃的PECVD机的承片台上，同时通入流量为800sccm的氮气2min，对晶片进行预热步骤，得到预热晶片；

3)等离子体活化步骤：用N₂等离子体对腔体及预热晶片进行活化处理100s，RF功率为150W，气体流量为1000sccm，腔体压力为1000mtorr；

4)预沉积SiOx钝化膜：在270℃下，腔体压力700mtorr，N₂O流量750sccm，5％SiH₄/N₂流量为150sccm，RF的功率为40W条件下沉积50s，得到厚度为的SiOx钝化膜；

5)重复步骤3)和步骤4)为一个循环，循环5次，得到预沉积片；

6)在预沉积片表面沉积SiOx钝化膜，沉积条件：腔体压力750mtorr，N₂O流量为750sccm，5％SiH₄/N₂流量为180sccm，沉积550s，得到晶片；

7)氮气吹扫PECVD机并抽气，然后破真空，取片，经光刻，露出N、P电极，得到LED芯片。

本发明的另一方面还提供了一种按上述方法制得的LED芯片。

实施例

以下实施例中所用物料和仪器均为市售。等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)仪购自Oxford Instruments(牛津仪器)，型号为Plasmalab800plus。晶片为按常规方法生产的，以蓝宝石为衬底。该芯片包括叠置于衬底上的成核层、缓冲层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层、P电极、N电极和透明导电层。

光强测试方法：用点测机按25粒中抽1粒芯片的抽取规则，对所抽到的芯片进行光强检测。计算所得芯片的光强的平均值，即为结果。

IR良率：按25粒中抽1粒芯片的抽取规则，随机抽取所得芯片进行检测。根据芯片尺寸的不同，按照常规方法对待测芯片施加反向电压，当所测得芯片的漏电流值(IR)小于常规要求时，芯片为IR良品，计数为IR合格芯粒数目为1，点测的总芯粒数目也为1。以此类推。IR良率＝IR合格的芯粒数目/点测的总芯粒数目。

老化试验：

封装材料：宏磊达公司生产的支架、道康宁生产的硅胶、弘大生产的00902荧光粉、0.8mil的市售金线。对10mil×18mil的晶片。

封装条件：120℃长烤4小时。

1)将IR合格的芯粒封装成直插式子弹头LED灯珠。

2)取60颗封装好的LED灯珠在50℃下用40mA持续点亮1000h。

3)老化1000h后对灯珠的IR良率进行测量。所用测试仪器为杭州远方公司生产的PMS-50增强型LED精密光色电测试系统。

漏电检测：

对芯片通以0.1μA的电流，通电后点测芯片周围的电压。如果测得的电压小于2.0V说明该LED在漏电，反之则没有漏电。如果存在漏电则LED成品光强和光效都会下降。

实施例1

包括以下步骤：

1)将待沉积钝化膜的芯片用去胶液、去离子水清洗，同时加超声波，然后用甩干机在氮气气氛中吹扫甩干；

2)将晶片置于PECVD机的承片台上，通入流量为500sccm的氮气3min，对晶片进行预热，承片台温度为350℃；

3)预热后用等离子体对腔体及晶片进行活化处理，等离子体为N₂等离子体，处理120s，RF功率为100W，气体流量为1200sccm，腔体压力为1100mtorr；

4)SiOx钝化膜预沉积，在250℃℃下，沉积60s，腔体压力800mtorr，N₂O流量800sccm，5％SiH₄/N₂的流量为100sccm，RF的功率为50W，沉积厚度为的SiOx钝化膜；

5)重复步骤3)和步骤4)为一个循环，循环6次；

6)SiOx钝化膜沉积，沉积条件：时间500s，腔体压力800mtorr，N₂O流量为800sccm，5％SiH₄/N₂的流量为100～200sccm；

7)氮气吹扫，并抽气，然后破真空，取片，经光刻，露出N、P电极，得到LED成品1。

实施例2

包括以下步骤：

1)将待沉积钝化膜的晶片用去胶液、去离子水清洗，同时加超声波，然后用甩干机在氮气气氛中吹扫甩干；

2)将晶片置于PECVD机的承片台上，通入流量为1000sccm的氮气1min，对晶片进行预热，承片台温度为250℃；

3)预热后用等离子体对腔体及晶片进行活化处理，等离子体为N₂O等离子体，处理60s，RF功率为250W，气体流量为700sccm，腔体压力为900mtorr；

4)SiOx钝化膜预沉积，在300℃下，沉积30s，腔体压力600mtorr，N₂O流量700sccm，5％SiH₄/N₂的流量为200sccm，RF的功率为25W，沉积厚度为的SiOx钝化膜；

5)重复步骤3)和步骤4)为一个循环，循环4次；

6)SiOx钝化膜沉积，沉积条件：时间600s，腔体压力600mtorr，N₂O流量为700sccm，5％SiH₄/N₂的流量为100sccm；

7)氮气吹扫，并抽气，然后破真空，取片，经光刻，露出N、P电极，得到LED成品2。

实施例3

包括以下步骤：

1)将待沉积钝化膜的晶片用去胶液、去离子水清洗，同时加超声波，然后用甩干机在氮气气氛中吹扫甩干；

2)将晶片置于PECVD机的承片台上，通入流量为800sccm的氮气2min，对晶片进行预热，承片台温度为300℃；

3)预热后用等离子体对腔体及晶片进行活化处理，等离子体为N₂等离子体，处理100s，RF功率为150W，气体流量为1000sccm，腔体压力为1000mtorr；

4)SiOx钝化膜预沉积，在270℃下，沉积50s，腔体压力700mtorr，N₂O流量750sccm，5％SiH₄/N₂的流量为150sccm，RF的功率为40W，沉积厚度为的SiOx钝化膜；

5)重复步骤3)和步骤4)为一个循环，循环5次；

6)SiOx钝化膜沉积，沉积条件：时间550s，腔体压力750mtorr，N₂O流量为750sccm，5％SiH₄/N₂的流量为180sccm；

7)氮气吹扫，并抽气，然后破真空，取片，经光刻，露出N、P电极，得到LED成品3。

对比例

与实施例3的区别在于未进行步骤3)和步骤4)。得到LED成品4。

对LED成品3和4进行光强测试，LED成品3的光强为108.7mcd.，LED成品4的光强为100.9mcd。采用活化步骤和预沉积步骤后，LED成品3的光强相对LED成品4增强7.22～8.89％。

通过测试可知采用该方法后，LED成品1～2的光强相对LED成品4提高的平均值为7.73％。

现有技术中，晶片经多次等离子体反复轰击后沉积出的SiOx膜常在后续湿法腐蚀步骤中无法腐蚀干净，或出现钻蚀，线条不平直等问题。图1为对LED成品3在光学显微镜下拍摄照片，LED成品3中SiOx薄膜与晶片粘附力很好，光刻后SiOx的线条完美。图2为LED成品4在光学显微镜下拍摄的照片。从图1～2可以看出，本发明提供的晶片经光刻腐蚀后线条完美清晰平直，腐蚀区干净，没有残留。

对LED成品3和4分别进行老化实验。老化后LED成品3的IR良率为96.6％，LED成品4的IR良率为83.3％。采用活化步骤和预沉积步骤后，LED成品3的IR良率提高13.3％。

漏电检测：LED成品3的电压为2.3～2.5V，说明没有漏电，LED成品4的电压为＜2.0V，说明存在漏电。因而说明本发明提供的方法制备得到的LED成品各项性能更优。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种SiOx钝化膜的沉积方法，包括以下步骤：待沉积晶片经预热步骤得到预热晶片；在所述预热晶片表面沉积SiOx钝化膜，其特征在于，

在所述沉积SiOx钝化膜步骤前对所述预热晶片依次进行多次等离子体活化步骤和预沉积SiOx钝化膜步骤；依次重复所述活化处理步骤和预沉积步骤4～6次；

所述预热步骤是在氮气气氛下进行的；

所述预沉积步骤的条件为：在250℃～300℃下，沉积30～60s，腔体压力为600～800mtorr，N₂O的流量为700～800sccm，5％SiH₄/N₂的流量为100～200sccm，RF功率为25～50W；所述等离子体活化步骤的条件为：用等离子体活化60～120s，RF功率为100～250W，气体流量为700～1200sccm，腔体压力为900～1100mtorr；

所述等离子体为N2等离子体或N2O等离子；所述预沉积SiOx钝化膜的厚度为所述预热步骤为在PECVD机内的承片台上进行，所述承片台温度为250～350℃，所述PECVD机处于抽气状体，通入流量为500sccm～1000sccm的氮气1～3min进行预热。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)用去胶液和去离子水在加超声波的条件下清洗待沉积晶片，然后氮气气氛中吹扫甩干所述待沉积晶片；

2)将所述待沉积晶片置于温度为300℃的PECVD机的承片台上，同时通入流量为800sccm的氮气2min，对晶片进行预热步骤，得到所述预热晶片；

3)等离子体活化步骤：用N₂等离子体对腔体及所述预热晶片进行活化处理100s，RF功率为150W，气体流量为1000sccm，腔体压力为1000mtorr；

4)预沉积SiOx钝化膜：在270℃下，腔体压力700mtorr，N₂O流量750sccm，5％SiH₄/N₂流量为150sccm，RF的功率为40W条件下沉积50s，得到厚度为的SiOx钝化膜；

5)重复步骤3)和步骤4)为一个循环，循环5次，得到预沉积片；

6)在所述预沉积片表面沉积SiOx钝化膜，沉积条件：腔体压力750mtorr，N₂O流量为750sccm，5％SiH₄/N₂流量为180sccm，沉积550s，得到晶片；

7)氮气吹扫PECVD机并抽气，然后破真空，取片，经光刻，露出N、P电极，得到LED芯片。

3.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片的表面沉积有SiOx钝化膜，所述SiOx钝化膜通过权利要求1-2中任一项所述的方法沉积在所述LED芯片的表面。