CN102916093A - 一种低损伤PECVD沉积高绝缘性SiO2薄膜的方法 - Google Patents

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王国宏
吴杰
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Abstract

一种低损伤PECVD沉积高绝缘性SiO2薄膜的方法，属于光电子器件制造技术领域，具体涉及氮化镓基发光二极管制造方法。本发明在SiO2薄膜的沉积过程中多次引入气体N2O对SiO2膜层进行氧化和纯化处理，N2O电离后产生的O离子与SiO2膜层表面存在的游离Si离子发生反应生成SiO2，与游离的H离子发生反应生成H2O,提高了SiO2膜层的纯度、绝缘性和致密性。使LED器件的开启电压从2.1v左右提高至2.3v以上。本发明具有对GaN基片损伤小、射频功率低和沉积SiO2薄膜绝缘性和致密性高等优点。

Description

一种低损伤PECVD沉积高绝缘性SiO2薄膜的方法
技术领域
本发明属于光电子器件制造技术领域，具体涉及氮化镓（GaN）基发光二极管（LED）制造方法。
背景技术
在制造GaN基LED芯片的过程中，要经过台面刻蚀、透明电极制备和PN金属电极蒸镀三个主要过程，通常在芯片表面最后覆盖一层SiO2薄膜作为保护层，一方面将侧面裸露的PN结用SiO2保护起来，可以防止在封装打金线过程中，N电极有可能打偏触碰到侧壁PN结造成LED短路，或者在使用过程中有金属粒子落到侧壁PN结上造成LED短路；另一方面通常使用氧化铟锡（ITO）作为LED的透明电极，ITO容易吸水怕潮，造成透过率下降、方阻增加，影响器件的光电特性，在ITO上面覆盖SiO2膜层作为保护，可以防止在长期使用过程中ITO由于吸水造成的特性劣化，同时SiO2的折射率是1.5，与ITO（折射率是2）可形成增透膜系，将GaN(折射率为2.5)基LED材料中发出的光更好的提取出来。所以，在GaN基LED芯片制备过程中，SiO2担当了极其重要的作用，要求SiO2薄膜具有高绝缘性、致密、制备低损伤等特点。
通常采用等离子体增强型化学气相淀积（PECVD）沉积SiO2薄膜，一般为了增加沉积SiO2的致密性和绝缘性，需要较大的射频功率（大于80W）。但增大射频功率会对GaN发光材料造成损伤，致使LED器件电压升高、发光强度下降。但若采取降低PECVD射频功率的方法制备SiO2薄膜，SiO2薄膜的致密性和绝缘性能下降，SiO2膜层表面会存在大量未氧化游离Si离子，造成侧壁PN结在小电流下存在微导通现象，使LED得开启电压降低（通常LED开启电压大于2.1v），同时长期可靠性降低。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种低损伤PECVD沉积高绝缘性SiO2薄膜的方法。
本发明包括以下步骤：
1）将已进行过台面刻蚀、透明电极制备和PN电极蒸镀的LED基片放入PECVD真空室沉积一层厚度为50～200Å的SiO2薄膜；
2）重复进行2～5次沉积SiO2薄膜，并在每次沉积前通入N2O对SiO2膜层进行进一步氧化和纯化处理；每次沉积的SiO2薄膜厚度为200～600Å，重复沉积后SiO2薄膜的总厚度为700～3000 Å；
3）通入N2O气对SiO2膜层再进行氧化和纯化处理。
在SiO2薄膜的沉积过程中多次引入气体N2O对SiO2膜层进行氧化和纯化处理，N2O电离后产生的O离子与SiO2膜层表面存在的游离Si离子发生反应生成SiO2，与游离的H离子发生反应生成H2O,提高了SiO2膜层的纯度、绝缘性和致密性。使LED器件的开启电压（正向1μA驱动电流）从2.1v左右提高至2.3v以上。本发明具有对GaN基片损伤小、射频功率低和沉积SiO2薄膜绝缘性和致密性高等优点。
在所述步骤1）中，在将所述LED基片放入PECVD真空室后，在真空室内压力小于10-5Pa、温度保持在270℃的条件下，向真空室内充入气体流量为100～400sccm的SiH4和N2的混合气体和气体流量为600～1000sccm的N2O；当真空室内压力达到600～1100mtorr时，加射频功率70W放电启辉进行0.2～1min的SiO2沉积；在所述SiH4和N2的混合气体中，SiH4和N2的体积比为5︰100。
在所述步骤2）中，每次沉积的具体方法是：向真空室内通入气体流量为700～1200sccm的N2O，至真空室内压力为700～1300mtorr时，加射频功率80W放电启辉进行1～3min的SiO2沉积，在此过程中，N2O电离后产生的O离子与SiO2膜层表面存在的游离Si离子发生反应生成SiO2，与游离的H离子发生反应生成H2O，提高了SiO2膜层的纯度、绝缘性和致密性。然后再向真空室充入气体流量为100～400sccm的SiH4和N2混合气体和气体流量为600～1000sccm的N2O，至真空室压力为600～1100mtorr时，加射频功率70W放电启辉进行1～3min的 SiO2沉积；在所述SiH4和N2的混合气体中，SiH4和N2的体积比为5︰100。
在所述步骤3）中，通入气体流量为700～1200sccm的N2O，至真空室内压力为700～1300mtorr时，加射频功率70W放电启辉进行1～3min的 SiO2沉积。单独通入N2O气对SiO2膜层再进行氧化和纯化处理，使残留在SiO2膜层表面上游离得Si离子和H离子发生反应生成SiO2和H2O。提高SiO2膜层的纯度、绝缘性和致密性。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为采用本发明方法制成的LED器件的开启电压与常规方法制成的LED器件的开启电压对比图。
具体实施方式
一、本发明的低损伤PECVD沉积高绝缘性SiO2薄膜的方法步骤（如图1所示）：
1、先对已进行过台面刻蚀、透明电极制备和PN电极蒸镀的LED基片放入PECVD真空室沉积一层薄的SiO2薄膜：
具体操作如下：抽真空至压力小于10-5Pa，并升温270℃保持稳定。然后向真空室内充入气体流量为100～400sccm的SiH4和N2混合气体（SiH4和N2的体积比为5︰100）和气体流量为600～1000sccm的N2O，至真空室压力为600～1100mtorr，加射频功率70W放电启辉开始沉积SiO2薄膜，SiO2沉积时间为0.2～1min，得到厚度为50～200Å SiO2薄膜。
2、重复进行2～5次沉积SiO2薄膜：
每次沉积的具体过程如下：通入气体流量为700～1200sccm的N2O，至真空室压力为700～1300mtorr，加射频功率80W，时间为1～3min。在此过程中，N2O电离后产生的O离子与SiO2膜层表面存在的游离Si离子发生反应生成SiO2，与游离的H离子发生反应生成H2O，提高了SiO2膜层的纯度、绝缘性和致密性。然后再向真空室充入气体流量为100～400sccm的SiH4和N2混合气体（SiH4和N2的体积比为5︰100）和600～1000sccm的N2O，至真空室压力为600～1100mtorr，加射频功率70W沉积SiO2薄膜，SiO2沉积时间为1～3min，得到厚度为200～600Å SiO2薄膜。
如此方法，重复2～5次，SiO2薄膜总厚度为700～3000 Å，并在每次沉积前通入N2O对SiO2膜层进行进一步氧化和纯化处理，重复沉积后SiO2薄膜的总厚度为700～3000 Å。
3、单独通入气体流量为700～1200sccm的N2O，至真空室压力为700～1300mtorr，加射频功率80W，时间为1～3min。单独通入N2O气对SiO2膜层再进行氧化和纯化处理，使残留在SiO2膜层表面上游离得Si离子和H离子发生反应生成SiO2和H2O。提高SiO2膜层的纯度、绝缘性和致密性。
二、将采用本发明方法制成的多个LED器件与常规方法制成的LED器件分别进行开启电压对比，如图2所示：
由图2中可见，采用本发明方法制成的多个LED器件的开启电压区间为2.32～2.36v之间，而采用常规方法制成的LED器件的开启电压区间只有2.09～2.18v之间。
经过以上对比可见，采用本发明方法制备出的低损伤高绝缘性SiO2薄膜，使LED器件的开启电压提高了0.2V，提高了LED的性能。

Claims (4)

1.一种低损伤PECVD沉积高绝缘性SiO2薄膜的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将已进行过台面刻蚀、透明电极制备和PN电极蒸镀的LED基片放入PECVD真空室沉积一层厚度为50～200Å的SiO2薄膜；
2）重复进行2～5次沉积SiO2薄膜，并在每次沉积前通入N2O对SiO2膜层进行进一步氧化和纯化处理；每次沉积的SiO2薄膜厚度为200～600Å，重复沉积后SiO2薄膜的总厚度为700～3000 Å；
3）通入N2O气对SiO2膜层再进行氧化和纯化处理。
2.根据权利要求1所述低损伤PECVD沉积高绝缘性SiO2薄膜的方法，其特征在于在所述步骤1）中，在将所述LED基片放入PECVD真空室后，在真空室内压力小于10-5Pa、温度保持在270℃的条件下，向真空室内充入气体流量为100～400sccm的SiH4和N2的混合气体和气体流量为600～1000sccm的N2O；当真空室内压力达到600～1100mtorr时，加射频功率70W放电启辉进行0.2～1min的SiO2沉积；在所述SiH4和N2的混合气体中，SiH4和N2的体积比为5︰100。
3.根据权利要求1所述低损伤PECVD沉积高绝缘性SiO2薄膜的方法，其特征在于在所述步骤2）中，每次沉积的具体方法是：向真空室内通入气体流量为700～1200sccm的N2O，至真空室内压力为700～1300mtorr时，加射频功率80W放电启辉进行1～3min的SiO2沉积；然后再向真空室充入气体流量为100～400sccm的SiH4和N2混合气体和气体流量为600～1000sccm的N2O，至真空室压力为600～1100mtorr时，加射频功率70W放电启辉进行1～3min的 SiO2沉积；在所述SiH4和N2的混合气体中，SiH4和N2的体积比为5︰100。
4.根据权利要求1所述低损伤PECVD沉积高绝缘性SiO2薄膜的方法，其特征在于在所述步骤3）中，通入气体流量为700～1200sccm的N2O，至真空室内压力为700～1300mtorr时，加射频功率70W放电启辉进行1～3min的 SiO2沉积。
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