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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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
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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