CN102931299A - 一种发光二极管激光刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管激光刻蚀方法，所述方法用于进行集成式发光二极管的隔离沟槽的刻蚀，所述方法包括：按照预定尺寸用于制造所述集成式发光二级管的外延片表面制作沟槽图形；通过激光划刻设备按照沟槽图形对所述外延片的外延层进行沟槽的划刻，直到沟槽达到外延片的衬底；在沟槽中形成介质绝缘层。本发明还公开了利用激光刻蚀的集成式发光二极管制造方法。本发明通过利用激光划刻设备来进行集成式发光二极管的隔离沟槽刻蚀，不需要生长很厚的掩模层，减小了隔离沟槽形成时间，减小了工序长度，提高了产品的良率，大大降低了产品成本。

Description

一种发光二极管激光刻蚀方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术，尤其涉及一种发光二极管的激光刻蚀方法和集成式发光二极管的制造方法。
背景技术
集成式发光二极管在芯片层面通过半导体工艺实现各个发光二极管之间的金属互联，从而不用利用PCB板即可将多颗发光二级管之间形成串联或者并联，简化了工艺过程，降低了成本，且集成式发光二极管性能更加稳定，获得广泛的应用。
图1是集成式发光二极管芯片的结构示意图。如图1所示，集成式发光二极管10的多颗发光二极管芯片形成在统一的衬底11（例如蓝宝石衬底）上，每颗发光二极管芯片包括衬底11、形成在衬底上的外延层12以及形成在外延层上的透明导电层13，在透明导电层13上形成有第一电极14，在外延层上还形成有平台15，平台15上形成有第二电极16。在目前应用较为广泛的氮化镓（GaN）基发光二极管工艺中，外延层12包括顺序形成的氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、多量子阱发光层和P型氮化镓层。集成式发光二极管10的多颗发光二级管之间形成有用于对各个发光二极管进行隔离的隔离沟槽17，隔离沟槽17从外延层12的表面一直延伸到衬底11，隔离沟槽17中填充有绝缘介质层18，在绝缘介质层18上可以形成用于将两个发光二极管电极连接起来的金属连接层19，图1中相邻发光二极管的第一电极和第二电极被连接形成串联电路，因此，集成式发光二极管10为串联关系。当然，图1仅仅示意性地说明集成式发光二极管的截面图，所示的集成式发光二极管上的各个发光二极管芯片之间并不限于串联关系，还可以是并联关系或串联并联结合的电路关系。在现有的工艺中，第一、第二电极14、16和金属连接层19通常通过同一金属蒸镀工艺一体形成。
而在目前的集成式发光二极管制造工艺中，隔离沟槽的形成需要对整个外延层进行刻蚀，刻蚀深度会达到外延层的厚度(如5-8微米)，现有工艺通常采用感应等离子耦合刻蚀（ICP）对外延层进行刻蚀。但是，由于集成式发光二极管隔离沟槽的刻蚀深度较深，一般的刻蚀设备(如ICP)需要的刻蚀工艺时间长，而在刻蚀过程中，工艺时间长会显著降低ICP设备的稳定，从而影响产品良率，因此，利用感应等离子耦合刻蚀进行集成式发光二极管的隔离沟槽刻蚀对设备、产能、成本方面都有负面影响。而且，ICP刻蚀为晶圆正面刻蚀，因此在刻蚀前需要对非刻蚀区域生长一层较厚（厚度通常为0.5-2微米）的掩蔽层(如SiO2、Si3N4等)进行保护，使工艺变得复杂，成本高，而且掩蔽层的质量还会对产品良率构成较大影响。
发明内容
本发明的目的在于提出一种发光二极管激光刻蚀方法及集成式发光二极管的制造方法，以替代现有的刻蚀方式，减少工艺时间，降低制造成本，同时提高产品良率。
本发明公开了一种发光二极管激光刻蚀方法，用于进行集成式发光二极管的隔离沟槽的刻蚀，所述方法包括：
按照预定尺寸在用于制造所述集成式发光二级管的外延片表面制作沟槽图形；
通过激光划刻设备按照沟槽图形对所述外延片的外延层进行沟槽的划刻，直到沟槽达到外延片的衬底。
优选地，所述方法还包括：
在进行沟槽划刻前，在所述外延片的外延层上形成保护层；
在进行沟槽划刻后，对划刻形成的沟槽进行湿法腐蚀。
优选地，所述保护层为氧化硅层。
优选地，所述对划刻形成的沟槽进行湿法腐蚀包括：
利用按体积比3:1混合浓硫酸和浓磷酸的混合液，在250℃温度下对划刻形成的沟槽进行腐蚀。
优选地，所述激光划刻设备包括纳秒激光器、飞秒激光器或皮秒激光器。
优选地，通过控制激光划刻设备的划刻速度和激光功率来控制所述沟槽的刻蚀深度。
优选地，通过控制激光光束宽度和/或聚焦深度控制所述沟槽的刻蚀宽度。
优选地，所述外延片为在蓝宝石衬底上生长有氮化镓外延层的外延片。
优选地，所述氮化镓外延层包括依次生长的氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、多量子阱发光层和P型氮化镓层。
本发明还公开了一种集成式发光二极管的制造方法，其特征在于，使用如上所述的发光二极管激光刻蚀方法进行隔离沟槽的刻蚀。
优选地，所述集成式发光二极管包括高压发光二极管和交流发光二极管。
本发明通过利用激光划刻设备来进行集成式发光二极管的隔离沟槽刻蚀，不需要生长很厚的掩模层，减小了隔离沟槽形成时间，减小了工序长度，提高了产品的良率，大大降低了产品成本。
附图说明
图1是集成式发光二极管芯片的结构示意图；
图2是本发明第一实施例的发光二极管激光刻蚀方法的流程图；
图3是本发明第二实施例的发光二极管激光刻蚀方法的流程图；
图4是本发明实施例的发光二极管激光刻蚀方法在发光二级管晶圆表面制作的沟槽图形的示意图；
图5a-5c是本发明第二实施例的发光二极管激光刻蚀方法在不同阶段处理的外延片截面示意图；
图5d是形成介质绝缘层后的晶圆截面示意图；
图6是本发明第三实施例的发光二极管激光刻蚀方法的流程图；
图7是本发明实施例的集成式发光二极管制造方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图2是本发明第一实施例的发光二极管激光刻蚀方法的流程图。如图2所示，所述方法包括：
步骤210、按照预定尺寸在用于制造所述集成式发光二级管的外延片表面制作沟槽图形。
步骤220、通过激光划刻设备按照沟槽图形对所述外延片的外延层进行沟槽的划刻，直到沟槽达到外延片的衬底。
其中，通过控制激光划刻设备的划刻速度和/或激光功率来控制所述沟槽的刻蚀深度以使得划刻深度达到衬底，所述的划刻速度和激光功率可以根据芯片的刻蚀深度参数通过实验调试获得。同时，通过控制激光光束宽度和/或聚焦深度控制所述沟槽的刻蚀宽度。
激光划刻具有精准的方向性，划刻工艺简单合理，激光划刻速度快、工艺时间短、成本低。而且，激光划刻为非接触式加工，聚焦后的激光微细光斑作用在晶圆表面划槽图形内，不会接触和损失芯片发光区域，对芯片发光区域构成较好的保护。
图3是本发明第二实施例的发光二极管激光刻蚀方法的流程图。如图3所示，所述方法包括：
步骤310、按照预定尺寸用于制造所述集成式发光二级管的外延片表面制作沟槽图形。
在本实施例中，通过光刻和刻蚀在外延片表面做出深度很浅的划槽作为沟槽图形。该沟槽图形用于为后续的激光刻蚀提供对准参照。本领域技术人员可理解，也可以采用其它的替代方式来形成沟槽图形。
在本发明的一个具体实施方式中，如图4所示，所述沟槽图形为标识沟槽中心的线条41，在图4中，每个独立的芯片发光区域42被线条41隔离。当然在本发明的其它具体实施方式中，可以使用其它类型的图形来标识沟槽位置和形状方便后续进行激光划刻。
图5a是本发明第二实施例的发光二极管激光刻蚀方法中步骤310后的晶圆截面示意图。如图5a所示，在制造沟槽图形后，外延片晶圆50的表面实际上没有变化，仍然是包括衬底51和外延层52。
其中，外延层52包括顺序形成的氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、多量子阱发光层和P型氮化镓层。
步骤320、在进行沟槽划刻前，在所述外延片的外延层上形成保护层。
在本发明的一个具体实施方式中，所述保护层选用二氧化硅形成，由此，透明的二氧化硅层不会遮挡外延层表面的沟槽图形。
图5b是本发明第二实施例的发光二极管激光刻蚀方法中步骤320后的晶圆截面示意图。如图5b所示，在步骤320后，在外延片50在外延层52上形成有保护层53。
步骤330、通过激光划刻设备按照沟槽图形对所述外延片的外延层进行沟槽的划刻，直到沟槽达到外延片的衬底。
在进行激光划刻时，可以通过控制激光划刻设备的划刻速度和/或激光功率来控制所述沟槽的刻蚀深度以使得划刻深度达到衬底，所述的划刻速度和激光功率可以根据芯片的刻蚀深度参数通过实验调试获得，如上所述，对于现有的集成式发光二极管的制造工艺，刻蚀深度会达到外延层的厚度，即5-8微米。同时，可以通过控制激光光束宽度和/或聚焦深度控制所述沟槽的刻蚀宽度。
图5c是本发明第二实施例的发光二极管激光刻蚀方法中步骤330后的晶圆截面示意图。如图5c所示，在步骤330后，外延片50的部分外延层52被激光划刻设备刻蚀，形成直达衬底的沟槽结构54。
步骤340、对激光划刻形成的沟槽进行湿法腐蚀。
在激光划刻后，会在形成的沟槽中形成部分残留物，对激光划刻形成的沟槽进行湿法腐蚀可以去除这些残留物。而且，由于步骤320中在外延片表面形成了一层保护层，因此湿法腐蚀不会损坏集成式发光二极管的发光区域。在本实施例中，湿法腐蚀选择不会对保护层构成腐蚀的腐蚀液，从而保持湿法腐蚀不会损坏集成式发光二极管的发光区域。同时，通过控制湿法腐蚀的时间和温度，将该腐蚀步骤对于沟槽侧壁的腐蚀程度控制到较低水平。
在本发明的一个具体实施方式中，利用按体积比3:1混合浓硫酸和浓磷酸的混合液，在250℃温度下对划刻形成的沟槽进行腐蚀。当然，本领域技术人员能够理解在本发明的其它具体实施方式中，可以根据具体情况使用其它的腐蚀液以及根据需要选择其它的工艺条件来进行所述湿法腐蚀。
步骤340后，用于隔离相邻发光二极管芯片的沟槽结构刻蚀工艺就完成了。
本实施例通过在划刻前形成保护发光区域的保护层并在划刻后进行湿法腐蚀的方式，对激光刻蚀后的沟槽进行腐蚀清理，去除由于激光划刻产生的残留物，进一步提高了芯片的质量。
在完成沟槽结构刻蚀后，需要在沟槽中形成介质绝缘层以进一步来形成隔离。根据本领域技术人员的选择，可以选择通过化学气相沉积或其他方式在沟槽结构中形成预定厚度的介质绝缘层。例如，可以通过低压化学气相沉积（LPCVD）或者等离子体增强化学气相沉积（PECVD）在沟槽结构中形成厚度大于1微米的二氧化硅层（SiO2）或氮化硅层（Si3N4）。
图5d是形成介质绝缘层后的晶圆截面示意图。如图5d所示，外延片50的沟槽结构54中形成有介质绝缘层55。
图6本发明第三实施例的发光二极管激光刻蚀方法的流程图。如图6所示，所述方法包括：
步骤610、在用于制造所述集成式发光二级管的外延片的外延层上形成保护层。
步骤620、按照预定尺寸在所述外延片表面制作沟槽图形。
步骤630、通过激光划刻设备按照沟槽图形对所述外延片的外延层进行沟槽的划刻，直到沟槽达到外延片的衬底。
步骤640、对激光划刻形成的沟槽进行湿法腐蚀。
图6所示的第三实施例与图3所示的第二实施例的不同在于制作沟槽图形与形成保护层的顺序不同，沟槽图形形成在保护层上方，即在外延层形成保护层后，再按照预定芯片尺寸在所述保护层的表面制作沟槽图形。由此，本实施例中的保护层可以选择不透明的材料来制作，增加了方法的对材料选择的灵活性。
本发明各实施例的发光二极管激光刻蚀方法可以应用于集成式发光二极管的制造工艺制程中，可以选择在形成电极前进行发光二极管激光刻蚀形成隔离沟槽，然后在沟槽隔离结构完成后，通过刻蚀露出电极区域并蒸镀金属层，形成电极以及连接相邻芯片的金属连接层以实现金属互联。
图7示出了本发明实施例的集成式发光二极管制造方法的流程图。所述方法包括：
步骤710、在形成电极前，按照预定尺寸在用于制造所述集成式发光二级管的外延片表面制作沟槽图形。
步骤720、通过激光划刻设备按照沟槽图形对所述外延片的外延层进行沟槽的划刻，直到沟槽达到外延片的衬底。
步骤730、在沟槽中形成介质绝缘层。
步骤740、刻蚀介质绝缘层，露出电极形成区域。
步骤750、一体形成电极及连接相邻芯片的金属连接层。
本实施例通过在集成式发光二极管制造工艺流程中在形成电极前引入激光刻蚀，不需要生长很厚的掩模层，减小了隔离沟槽形成时间，减小了工序长度，提高了产品的良率，大大降低了产品成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理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 (10)

1.一种发光二极管激光刻蚀方法，用于进行集成式发光二极管的隔离沟槽的刻蚀，所述方法包括：
按照预定尺寸在用于制造所述集成式发光二级管的外延片表面制作沟槽图形；
通过激光划刻设备按照沟槽图形对所述外延片的外延层进行沟槽的划刻，直到沟槽达到外延片的衬底。
2.根据权利要求1所述的发光二极管激光刻蚀方法，其特征在于，所述方法还包括：
在进行沟槽划刻前，在所述外延片的外延层上形成保护层；
在进行沟槽划刻后，对划刻形成的沟槽进行湿法腐蚀。
3.根据权利要求2所述的发光二极管激光刻蚀方法，其特征在于，所述保护层为二氧化硅层；
所述对划刻形成的沟槽进行湿法腐蚀包括：
利用按体积比3:1混合的浓硫酸和浓磷酸的混合液，在250℃温度下对划刻形成的沟槽进行腐蚀。
4.根据权利要求1所述的发光二极管激光刻蚀方法，其特征在于，所述激光划刻设备包括纳秒激光器、飞秒激光器或皮秒激光器。
5.根据权利要求1所述的发光二极管激光刻蚀方法，其特征在于，通过控制激光划刻设备的划刻速度和激光功率来控制所述沟槽的刻蚀深度。
6.根据权利要求1所述的发光二极管激光刻蚀方法，其特征在于，通过控制激光光束宽度和/或聚焦深度控制所述沟槽的刻蚀宽度。
7.根据权利要求1所述的发光二极管激光刻蚀方法，其特征在于，所述外延片为在蓝宝石衬底上生长有氮化镓外延层的外延片。
8.根据权利要求7所述的发光二极管激光刻蚀方法，其特征在于，所述氮化镓外延层包括依次生长的氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、多量子阱发光层和P型氮化镓层。
9.一种集成式发光二极管的制造方法，其特征在于，使用如权利要求1-8任一所述的发光二极管激光刻蚀方法进行隔离沟槽的刻蚀。
10.如权利要求9所述的集成式发光二极管的制造方法，其特征在于，所述集成式发光二极管包括高压发光二极管和交流发光二极管。
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