CN102832225A - 空气桥电极互联阵列式led器件的制作方法 - Google Patents

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张杨
詹腾
李璟
刘志强
伊晓燕
王国宏
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Abstract

一种空气桥电极互联阵列式LED器件的制作方法，包括：选择性刻蚀外延结构上的N型氮化镓层，形成N型台阶，制作掩膜，形成隔离的深槽；沉积绝缘介质层，腐蚀掉深槽侧壁以外的绝缘介质层；在外延结构表面制作一层薄膜材料；制作掩膜，去掉除深槽以外的薄膜材料，使深槽中填满薄膜材料；在外延结构的上表面，通过旋涂光刻胶，制作掩膜；将电极图形转移到外延结构和薄膜材料上；制作金属层；采用lift-off工艺，形成金属电极；将深槽内的薄膜材料去掉形成悬空的桥型电极互联结构。其可解决侧壁的金属电极很薄导致的电压增高问题，可有效的增加出光面积，而且避免因钝化失效造成的短路现象，增加可靠性。

Description

空气桥电极互联阵列式LED器件的制作方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是指空气桥电极互联阵列式LED器件的制作方法。
背景技术
由于石油能源危机的到来，发展更高效率更省电的电子与照明设备越来越受到重视，在此趋势之下具有省电、环保(不含汞)无污染、寿命长、亮度高、反应快、体积小、高发光效率等优点的发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)组件渐渐在照明产业中露出头角，应用范围遍及于日常生活中，例如仪器面板上的指示灯。
阵列式LED是在原DC LED芯片上分立出一定数量的微晶粒，然后将微晶粒通过金属电极互连，阵列式LED还可以分为两大类高压LED和交流LED，将这些微晶粒串联来提高整颗芯片的工作电压，故称之为高压(HV)LED，此外将这些微晶粒通过不同的排列方式和电极连接方式，使之在交流模式下也可以正常发光，故称之为交流(AC)LED。目前的DC LED产品在应用中存在一些弊端，如需要与变压器等原件一并使用，且寿命只有2万小时左右，而实际LED芯片的寿命却长达5-10万小时。与之相对，阵列式LED则无需额外的变压器，只需简短的驱动电路，不仅驱动成本降低，也避免了电路转换过程中能量的损失，因而成为当前具有市场前景的LED产品。
空气桥技术主要应用于集成电路的制作过程中，因为集成电路的元件或互联结构之间通常采用介质材料隔离，这些介质材料如氧化硅和氮化硅虽然绝缘性比较好，但是有比较大的介电常数，因此许多工艺采用空气桥的连接方式。在本专利中我们将这种空气桥连接技术应用到阵列式LED中。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种空气桥电极互联阵列式LED器件，该结构采用空气桥电极进行微晶粒互连，可解决侧壁的金属电极很薄导致的电压增高问题，可有效的增加出光面积，而且避免因钝化失效造成的短路现象，增加可靠性。对于交流LED，可以直接应用空气桥实现交叉布线的问题，同时提高阵列式发光二极管芯片的发光效率。
本发明提供一种一种空气桥电极互联阵列式LED器件的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：取外延结构，该外延结构包括衬底、N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层；
步骤2：采用光刻的方法制作掩膜，选择性刻蚀至外延结构上的N型氮化镓层，形成N型台阶，在外延结构的表面再次制作掩膜，将部分N型氮化镓层刻蚀至衬底，形成隔离的深槽；
步骤3：在外延结构的上表面沉积绝缘介质层，采用光刻的方法，腐蚀掉深槽侧壁以外的绝缘介质层；
步骤4：在外延结构表面制作一层薄膜材料；
步骤5：采用光刻的方法制作掩膜，去掉除深槽以外的薄膜材料，使深槽中填满薄膜材料；
步骤6：采用光刻的方法，在制作有薄膜材料的外延结构的上表面，通过旋涂光刻胶，制作掩膜；
步骤7：采用曝光、显影工艺将电极图形转移到外延结构和薄膜材料上；
步骤8：采用蒸镀的方法，制作金属层；
步骤9：采用lift-off工艺，形成金属电极；
步骤10：通过浸泡或腐蚀的方法，将深槽内的薄膜材料去掉形成悬空的桥型电极互联结构。
附图说明
为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：
图1为本发明阵列式LED芯片外延结构1的示意图；
图2为本发明的阵列式LED芯片经过深刻蚀后的结构示意图；
图3为本发明的阵列式LED芯片制作薄膜材料15后的结构示意图；
图4为本发明的阵列式LED芯片的深槽中填满薄膜材料15的结构示意图；
图5为本发明的阵列式LED芯片制作金属层17后的结构示意图；
图6为本发明的的阵列式LED芯片经过lift-off工艺后的结构示意图；
图7为本发明的的阵列式LED芯片将深槽内的薄膜材料15去掉形成悬空的桥型电极互联结构的最终器件结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1-图7所示，一种空气桥电极互联阵列式LED器件的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：取外延结构1(参阅图1)，该外延结构1包括衬底10、N型氮化镓层11、有源层12和P型氮化镓层13，所述衬底10为蓝宝石、硅、碳化硅或氮化镓，该衬底为图形化衬底或平面衬底；
步骤2：运用光刻办法，通过匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜，在外延结构的P型氮化镓13上制作光刻胶掩膜；运用ICP选择性刻蚀至外延结构1上的N型氮化镓层11，然后将光刻胶掩膜清洗干净，形成N型台阶111；在外延结构1的表面再次制作双重掩膜，将部分N型氮化镓层11刻蚀至衬底10，将双重掩膜腐蚀干净后，形成隔离的深槽101，所述双重掩膜为厚胶或二氧化硅与普通胶的两层材料(参阅图2)；
步骤3：运用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法，在外延结构1的上表面沉积绝缘介质层14(参阅图3)，采用光刻的方法，腐蚀掉深槽101侧壁以外的绝缘介质层14，所述绝缘介质层14为SiO2、SiN或SiON及其组合；
步骤4：在外延结构1表面制作一层薄膜材料15(参阅图3)，所述薄膜材料15为二氧化硅、光刻胶、旋涂玻璃、氮氧化硅或氮化硅，其中SiO2、SiN或SiON等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积，也可以采用旋涂的方法在外延片表面制作一层玻璃浆(SOG)，然后经过200-500℃退火形成一层玻璃体；此外还可以在外延片表面旋涂一层光刻胶；
步骤5：如果薄膜材料15为光刻胶(参阅图4)，运用光刻办法，通过匀前烘、曝光、显影、坚膜办法去掉除深槽101以外部分的光刻胶，只保留深槽101内的光刻胶；如果薄膜材料15为SiO2、旋涂玻璃(SOG)、SiN和SiON，运用光刻办法，通过匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜，将深槽101内的薄膜材料15用光刻胶掩膜保护起来，其余部分无光刻胶掩膜，运用HF或BOE溶液腐蚀掉没有光刻胶掩膜部分的SiO2、旋涂玻璃(SOG)、SiN和SiON，然后将光刻胶掩膜清洗干净。；
步骤6：在制作有薄膜材料15的外延结构1的上表面，通过旋涂光刻胶，制作光刻胶掩膜16(参阅图5)；
步骤7：采用曝光、显影工艺将电极图形转移到外延结构1和薄膜材料15上；
步骤8：采用蒸镀或溅射的方法，制作金属层17(参阅图5)；
步骤9：采用lift-off工艺，形成金属电极18(参阅图6)，所述金属电极18选自于包括Ti、Au、Pt、Al、Ni、Cr或Ag及其组合；
步骤10：通过浸泡或腐蚀的方法，将深槽101内的薄膜材料15去掉，使每个微晶粒之间的连接电极17成为空气桥连接方式，形成最终器件(参阅图7)。
实施例
请参阅图1至图7所示，本发明提供一种高光效阵列式高压LED器件的制作方法包括：
步骤1：取外延结构1，该外延结构1包括衬底10、N型氮化镓层11、有源层12和P型氮化镓层13。
步骤2：运用光刻办法制作掩膜，ICP刻蚀外延结构至N型氮化镓层11，刻蚀深度为1.2μm，形成N型台阶；
步骤3：采用PECVD办法生长厚度为1um的SiO2，运用光刻办法制作掩膜，然后腐蚀二氧化硅，再采用ICP方法，将未掩膜的外延层刻蚀6um至衬底10，形成隔离深槽；
步骤4：采用PECVD办法，在外延结构上沉积300nm的SiO2；
步骤5：运用光刻办法，制作掩膜，腐蚀掉深槽侧壁以外的SiO2，然后去除作为掩膜的光刻胶；
步骤6：在外延片表面旋涂一层光刻胶；
步骤7：运用光刻办法，去掉除深槽以外部分的光刻胶，只保留深槽内的光刻胶；
步骤8：在外延层和深槽内的光刻胶上，再次运用光刻办法，制作光刻胶掩膜16；
步骤9：电子束蒸镀金属电极Cr/Au，通过lift-off工艺将电极位置以外的金属层17剥离掉，形成金属电极PN17；
步骤10：运用有机溶剂，去掉深槽内的光刻胶，形成最终器件。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种空气桥电极互联阵列式LED器件的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：取外延结构，该外延结构包括衬底、N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层；
步骤2：采用光刻的方法制作掩膜，选择性刻蚀至外延结构上的N型氮化镓层，形成N型台阶，在外延结构的表面再次制作掩膜，将部分N型氮化镓层刻蚀至衬底，形成隔离的深槽；
步骤3：在外延结构的上表面沉积绝缘介质层，采用光刻的方法，腐蚀掉深槽侧壁以外的绝缘介质层；
步骤4：在外延结构表面制作一层薄膜材料；
步骤5：采用光刻的方法制作掩膜，去掉除深槽以外的薄膜材料，使深槽中填满薄膜材料；
步骤6：采用光刻的方法，在制作有薄膜材料的外延结构的上表面，通过旋涂光刻胶，制作掩膜；
步骤7：采用曝光、显影工艺将电极图形转移到外延结构和薄膜材料上；
步骤8：采用蒸镀的方法，制作金属层；
步骤9：采用lift-off工艺，形成金属电极；
步骤10：通过浸泡或腐蚀的方法，将深槽内的薄膜材料去掉形成悬空的桥型电极互联结构。
2.根据权利要求1所述的空气桥电极互联阵列式LED器件制作方法，其中衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或氮化镓，该衬底为图形化衬底或平面衬底。
3.根据权利要求1所述的空气桥电极互联阵列式LED器件制作方法，其中步骤2中的掩膜为厚胶或二氧化硅与普通胶的双重掩膜。
4.根据权利要求1所述的空气桥电极互联阵列式LED器件制作方法，其中薄膜材料为二氧化硅、光刻胶、旋涂玻璃、氮氧化硅或氮化硅。
5.根据权利要求1所述的空气桥电极互联阵列式LED器件制作方法，其中金属电极选自于包括Ti、Au、Pt、Al、Ni、Cr或Ag或及其组合。
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