CN102931298B

CN102931298B - 一种GaN基LED制造工艺中ITO图形的制作方法

Info

Publication number: CN102931298B
Application number: CN201210471857.2A
Authority: CN
Inventors: 王强; 李国琪; 顾法华; 钱志强
Original assignee: Wuxi China Resources Huajing Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Wuxi China Resources Huajing Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: CN102931298A

Abstract

本发明公开了一种GaN基LED制造工艺中ITO图形的制作方法，包括步骤：在衬底上依次外延生长N型GaN层、多量子阱层，以及P型GaN层；在P型GaN层表面蒸镀ITO层；在ITO层上形成光刻胶层；利用光刻掩模，通过对光刻胶层的第一次曝光操作、第一次显影操作而制作第一次ITO图形；腐蚀掉显影操作后露出来的ITO层并继续向下刻蚀到N型GaN层；第二次利用光刻掩模，通过对光刻胶层的第二次曝光操作、第二次显影操作而制作第二次ITO图形；第二次腐蚀掉显影后露出来的ITO层并去除光刻胶，形成最终ITO图形。通过本发明提出的制作方法，可在一步涂胶工艺的情况下制作出两步涂胶工艺才能完成的ITO图形。

Description

一种GaN基LED制造工艺中ITO图形的制作方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种GaN(氮化镓)基LED制造工艺中ITO图形的制作方法。

背景技术

GaN基材料是最常用的制备LED芯片的材料之一。通过GaN基材料而制备的GaN基发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)作为一种光电子器件，实现了蓝光发光，完善了色谱，在彩色显示和照明领域得到了广泛的应用，并且它因为体积小、寿命长、抗震、不易破损、启动响应时间快且无公害等优点而赢得了各国政府和公司的高度重视，市场前景越来越宽广。

氧化铟锡(Indium Tin Oxide，简称ITO)薄膜作为一种用半导体材料制备而成的透明导电薄膜，具有高电导率、高可见光透过率、与衬底结合牢固、抗擦伤等众多优良的物理性能，以及良好的化学稳定性和一些其他的半导体特性，容易制备成电极图形，已经被广泛地应用于LED制造工艺中。在LED制造工艺中，需要将ITO制成特定的图形来充当器件透明电极。

目前GaN基LED工艺中，已知ITO图形的形成通常采用四种方法：

方法一、先刻蚀出Mesa(台面)图形，再生长ITO层，进行光刻工艺做出ITO图形，方法一的工艺缺点是产生的漏电比例较大；

方法二、先生长ITO层，再进行Mesa光刻，腐蚀掉ITO，进行反应耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma,简称ICP)刻蚀，之后再进行一次光刻形成ITO图形，方法二的工艺缺点是需要进行两次光刻过程；

方法三、先生长ITO层，再进行Mesa光刻，腐蚀掉ITO，进行ICP刻蚀，方法三的工艺缺点是ITO图形不缩边不开孔，后续与电极的粘附性是主要问题；

方法四、先生长ITO层，再进行Mesa光刻，腐蚀掉ITO，进行ICP刻蚀，进行ITO腐蚀，使图形进一步缩小达到形成ITO图形的，方法四的工艺缺点是重复性不佳，精度控制较难。

在上述四种方法中，方法二的ITO图形的形成过程是性能最稳定的。具体而言，所述方法二的ITO图形的形成过程主要包括以下步骤：

第1步、在蓝宝石衬底(Sapphire)上生长N型氮化镓(N-GaN)层、多量子阱(MQW，multiquantum well)层，以及P型氮化镓(P-GaN)层；

第2步、在P型氮化镓层表面蒸镀一层透明导电层ITO；

第3步、在透明导电层ITO上涂布光刻胶，并用光刻版掩模(mask)制造第一次ITO图形；

第4步、用ITO腐蚀溶液腐蚀掉显影后露出来的ITO；

第5步、进行ICP刻蚀，达到N型氮化镓层并去除光刻胶；

第6步、第二次涂光刻胶，并用光刻版掩模制作第二次ITO图形；

第7步、用ITO腐蚀溶液腐蚀掉显影后露出来的ITO并去除光刻胶，最终形成ITO图形。

如上所述，在方法二中ITO图形的形成需要通过两次光刻工艺来完成，第一次的光刻胶作为掩膜会在刻蚀后表面变质并且厚度较薄，较难去除，第二次光刻也需要重新涂胶。本发明主要针对方法二中存在的问题进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提出一种GaN基LED制造工艺中ITO图形的制作方法，能够通过光刻工艺及相关工艺的改进，使Mesa刻蚀和ITO图形的形成通过一次涂胶、再次曝光即可完成，在简化了工艺的同时，获得了正常涂胶两次才能形成的ITO图形。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种GaN基LED制造工艺中ITO图形的制作方法，包括步骤：

1)在衬底上依次外延生长N型GaN层、多量子阱层，以及P型GaN层；

2)在P型GaN层表面蒸镀ITO层；

3)在ITO层上形成光刻胶层；

4)利用光刻掩模，通过对光刻胶层的第一次曝光操作、第一次显影操作而制作第一次ITO图形；

5)腐蚀掉显影操作后露出来的ITO层并继续向下刻蚀到N型GaN层；

6)第二次利用光刻掩模，通过对光刻胶层的第二次曝光操作、第二次显影操作而制作第二次ITO图形；

7)第二次腐蚀掉显影后露出来的ITO层并去除光刻胶，形成最终ITO图形。

进一步的，所述光刻胶是聚酰亚胺，所述衬底是蓝宝石衬底。

进一步的，所述“向下刻蚀”操作采用的是干法刻蚀方法，所述干法刻蚀方法采用的是ICP刻蚀设备。

进一步的，所述“外延生长”操作采用的是金属有机化学气相沉积方法，所述“在ITO层上形成光刻胶层”的操作包括涂胶操作和前烘操作。

进一步的，所述涂胶操作采用旋涂法，匀胶速度为3700转/分；所述前烘操作的条件是：温度170℃，时间30分钟。

进一步的，所述第一次曝光操作的条件是：时间35秒，曝光功率250w；所述第一次显影操作的条件是：时间100秒，温度20.5℃。

进一步的，所述“通过对光刻胶层的第一次曝光操作、第一次显影操作而制作第一次ITO图形”的过程中，不对光刻胶进行固化操作。

进一步的，在从步骤3)到步骤7)的过程期间采用黄光照明，在步骤5)和步骤6)之间还包括清洗表面的步骤。

进一步的，所述第二次曝光操作的时间是所述第一次曝光操作的时间的两倍，所述第二次显影操作操作的时间是所述第一次显影操作操作的时间的两倍。

对应地，本发明还提出了一种GaN基LED，其包括衬底、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层以及ITO层，其中所述ITO层采用如上述ITO图形的制作方法而图案化。

进一步的，所述衬底是蓝宝石衬底。

本发明提出的GaN基LED制造工艺中ITO图形的制作方法具有如下特点：在一步涂胶工艺的情况下制作出两步涂胶工艺才能完成的ITO图形。

附图说明

图1a-1g是根据本发明的第一实施例的GaN基LED制造工艺中的ITO图形制作方法中各层的制作示意图；

图2是根据本发明的第一实施例的GaN基LED制造工艺中ITO图形制作方法的流程图；

图3是根据本发明的第二实施例的GaN基LED制造工艺中ITO图形制作方法的流程图；

图4是根据本发明第三实施例的GaN基LED的结构示意图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

11、衬底；12、N型GaN层；13、多量子阱层；14、P型GaN层；15、ITO层；16、光刻胶层；17、光刻掩模；18、光刻掩模；

41、衬底；42、N型GaN层；43、多量子阱层；44、P型GaN层；45、ITO层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部工艺或结构。

图1-2示出了本发明的第一实施例。

图1a-1g示出了根据本发明的第一实施例的GaN基LED制造工艺中ITO图形制作方法中各层的制作，而图2示出了根据本发明的第一实施例的GaN基LED制造工艺中ITO图形制作方法的各个步骤。参见图1a-1g以及图2，第一实施例的ITO图形制作方法包括以下步骤：

第1步：在衬底上依次外延生长N型GaN层、多量子阱层，以及P型GaN层，如图2的步骤21所示。

参看图1a，首先，在衬底11上外延生长N型GaN层12；接着，在所述N型GaN层12上继续外延生长多量子阱层13；最后，在所述多量子阱层13上外延生长P型GaN层14。

在本实施例中，所述衬底11是蓝宝石衬底；在其它实施例中，所述衬底11还可以由其它材料制成，所述其它材料例如碳化硅或者硅片。

在本实施例中，所述多量子阱层13用作放射光的活性层，以便提高GaN基LED器件的发光光度和色纯度。

优选的，所述“外延生长”操作采用的是金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法。

第2步：在P型GaN层表面蒸镀ITO层，如图2的步骤22所示。

参看图1b，在本实施例中，采用电子束蒸发设备在P型GaN层14表面上蒸镀ITO层15。但是，显而易见的是，也可以采用其它工艺来形成ITO层15，例如通过化学气相沉积(CVD)法、溶胶-凝胶法、热蒸镀法、直流电电镀法、高频溅射法、或者反应性DC溅射法形成ITO层15。

第3步：在ITO层上形成光刻胶层，如图2的步骤23所示。

参看图1c，根据本发明的第一实施例，在ITO层15上形成光刻胶层16进一步包括涂胶操作和前烘操作。在本实施例中，所述光刻胶采用聚酰亚胺。在其它实施例中，所述光刻胶还可以采用本领域技术人员所公知的其它光刻胶。

优选的，所述涂胶操作采用旋涂法。其中，通过匀胶机，在ITO层15上均匀旋涂聚酰亚胺，匀胶机转速为3700转/分。

在涂胶操作之后，将涂有聚酰亚胺的产品放入烘箱内进行前烘操作。优选的，所述前烘操作的条件是：在170℃的温度下烘烤时间30分钟。

第4步：制作第一次ITO图形，如图2的步骤24所示。

参看图1d，根据本发明的第一实施例，利用光刻掩模17，通过对光刻胶层16的第一次曝光操作、第一次显影操作而制作第一次ITO图形。其中，在制作第一次ITO图形的过程中，不对光刻胶进行固化操作。

其中，所述第一次曝光操作在光刻机上进行，对聚酰亚胺光刻胶层进行曝光。优选的，所述第一次曝光操作的条件是：时间35秒，曝光功率250w。

在所述第一次曝光操作之后，利用显影液进行第一次显影操作以便显现出第一次曝光后在光刻胶层中形成的潜在ITO图形。优选的，所述第一次显影操作的条件是：时间100秒，温度20.5℃。

第5步：腐蚀掉显影操作后露出来的ITO层并继续向下刻蚀到N型GaN层，如图2的步骤25所示。

参看图1e，根据本发明的第一实施例，在对光刻胶层16进行第一次曝光操作、第一次显影操作之后，光刻胶层16的一部分被去除而露出ITO层。此后，用ITO腐蚀溶液对露出的ITO层进行腐蚀处理，腐蚀处理完成后，继续向下刻蚀而达到N型GaN层。

在本实施例中，所述刻蚀操作目的在于选择性地将未被光刻胶层掩蔽的区域去除。其中，所述“向下刻蚀”操作采用的是干法刻蚀方法，例如采用ICP刻蚀设备进行刻蚀。在其它实施例中，还可以采用其它刻蚀方法，例如湿法刻蚀方法。

在第一实施例中，进一步对ICP刻蚀程序进行调整，在保证一定速率的情况下，减少刻蚀过程中聚酰亚胺光刻胶层受到的损伤。

第6步：制作第二次ITO图形，如图2的步骤26所示。

参看图1f，在本实施例中，利用光刻掩模18，通过对剩余的光刻胶层的第二次曝光操作、第二次显影操作而制作第二次ITO图形。

其中，所述第二次曝光操作可以在光刻机上进行，对剩余的聚酰亚胺光刻胶层进行曝光。优选的，所述第二次曝光操作的时间是所述第一次曝光操作的时间的两倍。

在所述第二次曝光操作之后，利用显影液进行第二次显影操作以便显现出第二次曝光后在光刻胶层中形成的潜在ITO图形。优选的，所述第二次显影操作操作的时间是所述第一次显影操作操作的时间的两倍。

第7步：形成最终ITO图形，如图2的步骤27所示。

参看图1g，根据本发明的第一实施例，在对剩余的光刻胶层进行第二次曝光操作、第二次显影操作之后，剩余的光刻胶层的一部分被去除而露出ITO层。随后，用ITO腐蚀溶液腐蚀掉第二次显影操作后露出来的ITO层并去除光刻胶，形成最终ITO图形。

作为一种优选实施方式，在从第3步到第7步的过程期间，采用黄光照明，例如在上述过程期间全程把日光灯包上黄纸，这样，可以使得所应用的光刻胶如聚酰亚胺不受光线影响。

至此，完成了根据本发明的第一实施例的ITO图形的制作。在本实施例中，通过光刻胶的一次涂胶即可完成ICP刻蚀和ITO图形的开孔和缩边的几个步骤，简化了工艺过程。

图3示出了本发明的第二实施例。

在图3中，示出了根据本发明的第二实施例的GaN基LED制造工艺中ITO图形的制作方法。参见图3，根据本发明的第二实施例的制作方法30包括以下步骤：

第1步：在衬底上依次外延生长N型GaN层、多量子阱层，以及P型GaN层，如图3的步骤31所示；

第2步：在P型GaN层表面蒸镀ITO层，如图3的步骤32所示；

第3步：在ITO层上形成光刻胶层，如图3的步骤33所示；

第4步：制作第一次ITO图形，如图3的步骤34所示；

第5步：腐蚀掉显影操作后露出来的ITO层并继续向下刻蚀到N型GaN层，如图3的步骤35所示；

第5’步：对刻蚀后的产品的表面进行清洗，如图3的步骤35’所示；

第6步：制作第二次ITO图形，如图3的步骤36所示；

第7步：形成最终ITO图形，如图3的步骤37所示。

在第二实施例中，上述制作方法的步骤中的第1步、第2步、第3步、第4步、第5步、第6步、第7步与第一实施例中的相应的各个步骤相同，在此不再赘述。

从图3中可以看出，与第一实施例不同的是，在第二实施例中的ITO图形的制作方法还包括步骤35’，即对刻蚀后的产品的表面进行清洗。

在第二实施例中，增加的表面清洗步骤35’可以清除第5步后残留的ITO腐蚀溶液和刻蚀后产生的残留物，以便能够更好的制作第二次ITO图形。

图4示出了本发明的第三实施例。

图4为根据本发明第三实施例的GaN基LED的结构示意图。如图4所示，本实施例所述的GaN基LED包括：衬底41、N型GaN层42、多量子阱层43、P型GaN层44以及ITO层45，其中所述ITO层45采用如第一实施例或第二实施例所述的ITO图形的制作方法而图案化。

在第三实施例中，所述衬底41是蓝宝石衬底；在其它实施例中，所述衬底41还可以由其它材料制成，所述其它材料例如碳化硅或者硅片。

与现有技术的ITO图形的制作方法相比，本发明所提出的GaN基LED制造工艺中ITO图形的制作方法通过采用聚酰亚胺做为刻蚀掩膜，在光刻和刻蚀操作期间全程采用黄光照明(例如在上述操作期间全程把日光灯包上黄纸)以保证聚酰亚胺光刻胶不受光线影响，调整ICP刻蚀程序以减少刻蚀过程中聚酰亚胺光刻胶受到的损伤，在一次涂胶的情况下完成ICP刻蚀和ITO图形开孔和缩边的几个步骤制作出两次涂胶才能完成的ITO图形，简化了工艺过程。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种GaN基LED制造工艺中ITO图形的制作方法，包括步骤：

1）在衬底上依次外延生长N型GaN层、多量子阱层，以及P型GaN层；

2）在P型GaN层表面蒸镀ITO层；

3）在ITO层上形成光刻胶层；

4）利用光刻掩模，通过对光刻胶层的第一次曝光操作、第一次显影操作而制作第一次ITO图形；

5）腐蚀掉显影操作后露出来的ITO层并继续向下刻蚀到N型GaN层；

6）第二次利用光刻掩模，通过对光刻胶层的第二次曝光操作、第二次显影操作而制作第二次ITO图形；

7）第二次腐蚀掉显影后露出来的ITO层并去除光刻胶，形成最终ITO图形。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述光刻胶是聚酰亚胺，所述衬底是蓝宝石衬底。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述“向下刻蚀”操作采用的是干法刻蚀方法，所述干法刻蚀方法采用的是ICP刻蚀设备。

4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述“外延生长”操作采用的是金属有机化学气相沉积方法，所述“在ITO层上形成光刻胶层”的操作包括涂胶操作和前烘操作。

5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述涂胶操作采用旋涂法，匀胶速度为3700转/分；所述前烘操作的条件是：温度170℃，时间30分钟。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一次曝光操作的条件是：时间35秒，曝光功率250w；所述第一次显影操作的条件是：时间100秒，温度20.5℃。

7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述“通过对光刻胶层的第一次曝光操作、第一次显影操作而制作第一次ITO图形”的过程中，不对光刻胶进行固化操作。

8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在从步骤3）到步骤7）的过程期间采用黄光照明，在步骤5）和步骤6）之间还包括清洗表面的步骤。

9.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第二次曝光操作的时间是所述第一次曝光操作的时间的两倍，所述第二次显影操作操作的时间是所述第一次显影操作操作的时间的两倍。

10.一种GaN基LED，包括衬底、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层以及ITO层，其中所述ITO层采用如权利要求1所述的ITO图形的制作方法而图案化。

11.根据权利要求10所述的GaN基LED，其特征在于，所述衬底是蓝宝石衬底。