CN103633205A - Led芯片制作方法 - Google Patents

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CN103633205A CN201310703714.4A CN201310703714A CN103633205A CN 103633205 A CN103633205 A CN 103633205A CN 201310703714 A CN201310703714 A CN 201310703714A CN 103633205 A CN103633205 A CN 103633205A
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李忠武
魏天使
何金霞
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    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34

Abstract

本发明公开了一种LED芯片制作方法，包括：提供一衬底，依次在衬底上制作N型半导体层、发光层和P型半导体层，形成LED晶圆；在LED晶圆上沉积ITO透明导电层；使用光刻胶对ITO透明导电层进行MESA光刻，形成MESA图层；对ITO透明导电层进行ITO刻蚀；对LED晶圆进行ICP刻蚀，形成N型半导体台面；去除MESA光刻后的光刻胶；在ITO透明导电层和N型半导体台面上沉积钝化层；使用光刻胶对钝化层进行PAD光刻，形成PAD图层；对PAD图层进行钝化层刻蚀，去除PAD图层区域的钝化层；在刻蚀掉的钝化层上制作P电极和N电极；去除PAD光刻后的光刻胶。本发明能实现光刻自对准功能，同时缩短了芯片加工流程、减少芯片加工成本，并且加大了ITO出光面积，增加了芯片的亮度。

Description

LED芯片制作方法
技术领域
本发明涉及半导体发光器件技术领域，特别是涉及一种LED芯片制作方法。
背景技术
发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。
现有LED芯片制作方法通常包括五道光刻、四道光刻或三道光刻，制程较为繁琐，成本高。
五道光刻：包含CBL电流阻挡层，通常流程为：
1、MESA光刻：P/N台阶ICP刻蚀至N-GaN表面；
2、CBL光刻：P电极下方SiO2电流阻挡层；
3、TCL光刻：ITO透明导电层；
4、PAD光刻：P/N电极蒸发，剥离光刻胶层；
5、window光刻：SiO2保护层。
四道光刻：Window光刻SiO2保护层和PAD光刻P/N电极合成一道光刻，通常流程为：
1、MESA光刻：P/N台阶ICP刻蚀至N-GaN表面；
2、CBL光刻：P电极下方SiO2电流阻挡层；
3、TCL光刻：ITO透明导电层；
4、PAD光刻：SiO2保护层和P/N电极蒸发，剥离光刻胶层。
三道光刻：小尺寸芯片无CBL电流阻挡层，通常流程为：
1、MESA光刻：P/N台阶ICP刻蚀至N-GaN表面；
2、TCL光刻：ITO透明导电层；
3、PAD光刻：SiO2保护层和P/N电极蒸发，剥离光刻胶层。
现有技术上LED芯片制作流程复杂，且光刻道数多，制程反复经过同一站点（如匀胶、光刻、显影、去胶等等），容易出现错误；并且会出现光刻步骤间的对位精度问题，工序多导致产品成本大；ITO与MESA间需要预留安全区域约4-5um，致使ITO有效面积变小，亮度偏低。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新的LED芯片制作方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LED芯片制作方法，压缩MESA和TCL光刻工艺为一道光刻工艺，即MESA光刻工艺，故不存在TCL光刻套刻MESA图形出现的对位偏差问题，实现自对准功能。
为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种LED芯片制作方法，所述方法包括以下步骤：
S1、提供一衬底，依次在衬底上制作N型半导体层、发光层和P型半导体层，形成LED晶圆；
S2、在LED晶圆上沉积ITO透明导电层；
S3、使用光刻胶对ITO透明导电层进行MESA光刻，在光刻胶层上形成MESA图层；
S4、以MESA图层为掩模对ITO透明导电层进行ITO刻蚀；
S5、以MESA图层为掩模对LED晶圆进行ICP刻蚀，形成N型半导体台面；
S6、去除MESA光刻后的光刻胶，露出下方的ITO透明导电层；
S7、在ITO透明导电层和N型半导体台面上沉积钝化层；
S8、使用光刻胶对钝化层进行PAD光刻，在光刻胶层上形成PAD图层；
S9、对PAD图层进行钝化层刻蚀，去除PAD图层区域的钝化层；
S10、在刻蚀掉的钝化层上制作P电极和N电极；
S11、去除PAD光刻后的光刻胶。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2前还包括：
S01、在LED晶圆上沉积电流阻挡层；
S02、使用光刻胶对电流阻挡层进行CBL光刻，在光刻胶层上形成CBL图层；
S03、对CBL图层进行电流阻挡层刻蚀，形成与CBL图层相对应的电流阻挡层；
S04、去除CBL光刻后的光刻胶。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中的光刻胶为正胶，所述步骤S3具体为：
在ITO透明导电层上进行正胶匀胶，然后进行MESA图层光刻，完成正胶曝光及显影，而后冲水甩干，在光刻胶层上形成MESA图层；
对形成的MESA图层进行检验。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S8中的光刻胶为负胶，所述步骤S8具体为：
在钝化层上进行负胶匀胶，然后进行PAD图层光刻，完成负胶曝光及显影，而后冲水甩干，在光刻胶层上形成PAD图层；
对形成的PAD图层进行检验。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S8前还包括：
对钝化层表面进行HDMS预处理，增强光刻胶和钝化层的粘附性。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S02中的光刻胶为正胶，所述步骤S02具体为：
在电流阻挡层上进行正胶匀胶，然后进行CBL图层光刻，完成正胶曝光及显影，而后冲水甩干，在光刻胶层上形成CBL图层；
对形成的CBL图层进行检验。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S02前还包括：
对电流阻挡层表面进行HDMS预处理，增强光刻胶和电流阻挡层的粘附性。
作为本发明的进一步改进，所述光刻胶的去除具体包括：
依次用去胶液、丙酮、乙醇溶液进行清洗，最后用清水冲洗并甩干。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2前还包括：
LED晶圆表面清洗，使用浓硫酸和双氧水的体积比为3:1，清洗温度为90℃-100℃，清洗时间为10min-15min。
本发明具有以下有益效果：
将现有技术中MESA和TCL光刻工艺压缩为一道光刻工艺，解决了TCL光刻套刻MESA图形出现的对位偏差问题，实现自对准功能，同时缩短了芯片加工流程、减少芯片加工成本，并且加大了ITO出光面积，增加了芯片的亮度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施方式LED芯片的剖视结构示意图；
图2为本发明第一实施方式LED芯片制作方法中MESA图层和PAD图层的示意图；
图3为本发明第二实施方式LED芯片的剖视结构示意图；
图4为本发明第二实施方式LED芯片制作方法中CBL图层、MESA图层和PAD图层的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
此外，在不同的实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。
参图1所示为本发明的第一实施方式中LED芯片的剖视结构示意图，LED芯片从下至上分别为：
衬底10，衬底可以是蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO等；
N型半导体层20，N型半导体层可以是N型GaN等，N型半导体层3上设有N型半导体台面；
发光层30，发光层可以是GaN、InGaN等；
P型半导体层40，P型半导体层可以是P型GaN等；
ITO透明导电层50，在其他实施方式中也可以为ZITO、ZIO、GIO、ZTO、FTO、AZO、GZO、In4Sn3O12、NiAu等透明导电层；
钝化层60，钝化层设于ITO透明导电层至上，钝化层材料可以为SiO2等；
P电极71和N电极72，P电极通过透明导电层与P型半导体层电性连接，N电极位于N型半导体台面上且与N型半导体层电性连接。
本实施方式中LED芯片制作方法具体包括以下步骤：
S1、提供一衬底10，依次在衬底上制作N型半导体层20、发光层30和P型半导体层40，形成LED晶圆。
S2、在LED晶圆上沉积ITO透明导电层50。本实施方式中采用等离子溅射高致密ITO透明导电层，并对ITO透明导电层表面进行检验，然后将ITO透明导电层进行退火，使ITO透明导电层重结晶，导电层更致密，从而导电能力更强，光透过率更高。
优选地，步骤S2前还包括：LED晶圆表面清洗，使用浓硫酸和双氧水的体积比为3:1，清洗温度为90℃-100℃，清洗时间为10min-15min。
S3、使用光刻胶对ITO透明导电层进行MESA光刻，在光刻胶层上形成如图2中所示的MESA图层2。
光刻胶为正胶，具体为：
在ITO透明导电层上进行正胶匀胶，然后进行MESA图层光刻，完成正胶曝光及显影，而后冲水甩干；
对形成的MESA图层进行检验，并对剩余的光刻胶进行烘烤。
S4、以MESA图层为掩模对ITO透明导电层进行ITO刻蚀。
ITO刻蚀前首先通入O2进行等离子预处理，然后使用ITO刻蚀液进行刻蚀，ITO刻蚀液主要成分为37%HCl溶液，过腐蚀约2-3um后，冲水甩干并进行图层检验。刻蚀后形成P电极区域，用于蒸镀P电极。
S5、以MESA图层为掩模对LED晶圆进行ICP刻蚀，形成N型半导体台面。
对N型半导体层采用气体蚀刻方式刻蚀出N型半导体台面，ICP蚀刻即气体刻蚀，反应气主要有氯气、氩、四氟化碳、氧气。氯气、四氟化碳、氧气刻蚀原理是在射频作用下产生高能等离子体，同GaN反应达到刻蚀效果，生成挥发性的Ga、GaClx、Ga+、GaClx +、N2，GaF等，生成挥发性氯化镓、氟化镓等被泵抽离反应腔体；氩主要是物理轰击功效，同时Cl2也有物理轰击功效，原理如下：
GaN+Cl→Ga，GaClx，Ga+，GaClx +，N2（x=1，2，3）
S6、去除MESA光刻后的光刻胶，露出下方的ITO透明导电层。去除时依次用去胶液、丙酮、乙醇溶液进行清洗，最后用清水冲洗并甩干，并进行图层检验。
S7、在ITO透明导电层和N型半导体台面上沉积钝化层60，本实施方式中钝化层为SiO2钝化层，SiO2具有较好的物理和化学稳定性，能对SiO2下面的ITO透明导电层等结构进行保护。
S8、使用光刻胶对钝化层进行PAD光刻，在光刻胶层上形成如图2中所示的PAD图层3。
光刻胶为负胶，具体为：
对钝化层表面进行HDMS(六甲基二硅胺)预处理，增强光刻胶和钝化层的粘附性；
在钝化层上进行负胶匀胶，然后进行PAD图层光刻，完成负胶曝光及显影，而后冲水甩干；
对形成的PAD图层进行检验。
S9、对PAD图层进行钝化层刻蚀，去除PAD图层区域的钝化层。
钝化层刻蚀前首先通入O2进行等离子预处理，然后使用BOE刻蚀液进行刻蚀，冲水甩干并进行图层检验。
SiO2的刻蚀使用BOE蚀刻液（HF和NH4F）。其刻蚀反应式为：
SiO2+4HF→SiF4+2H2O，
SiF4与氢氟酸生成氟硅酸（六氟合硅酸），方程式：
SiF4+2HF→H2SiF6。
S10、在刻蚀掉的钝化层上制作P电极71和N电极72。
S11、去除PAD光刻后的光刻胶，去除时依次用去胶液、丙酮、乙醇溶液进行清洗，最后用清水冲洗并甩干。
本实施方式LED芯片制作方法中适用于小尺寸芯片，只需经过MESA光刻和PAD光刻两道光刻工序，不存在现有技术中TCL光刻和MESA光刻的对位偏差问题，实现了自对准功能。
参图3所示为本发明的第二实施方式中LED芯片的剖视结构示意图，与第一实施方式的区别在于，P电极71下方设有电流阻隔层80，用于阻隔P电极和ITO透明导电层之间的电流，电流阻隔层80的面积略大于P电极71的面积，电流阻隔层80可以为SiO2、Si3N4、SiOxNy等。
本实施方式中LED芯片制作方法具体包括以下步骤：
S1、提供一衬底，依次在衬底上制作N型半导体层、发光层和P型半导体层，形成LED晶圆。
S01、在LED晶圆上沉积电流阻挡层。
S02、使用光刻胶对电流阻挡层进行CBL光刻，在光刻胶层上形成如图4中所示的CBL图层1，其中CBL图层1的面积略大于PAD图层3的面积。
光刻胶为正胶，具体为：
对电流阻挡层表面进行HDMS预处理，增强光刻胶和电流阻挡层的粘附性；
在电流阻挡层上进行正胶匀胶，然后进行CBL图层光刻，完成正胶曝光及显影，而后冲水甩干，在光刻胶层上形成MESA图层；
对形成的CBL图层进行检验。
S03、对CBL图层进行电流阻挡层刻蚀，形成与CBL图层相对应的电流阻挡层。
电流阻挡层刻蚀前首先通入O2进行等离子预处理，然后使用BOE刻蚀液进行刻蚀，冲水甩干并进行图层检验。
由于电流阻挡层和钝化层均为SiO2，因此本步骤中电流阻挡层的刻蚀与第一实施方式中钝化层的刻蚀相同。
S04、去除CBL光刻后的光刻胶，去除时依次用去胶液、丙酮、乙醇溶液进行清洗，最后用清水冲洗并甩干。
优选地，在去除CBL光刻的光刻胶后还需对LED晶圆进行进一步清洗，使用浓硫酸和双氧水的体积比为3:1，清洗温度为90℃-100℃，清洗时间为10min-15min。
S2、在LED晶圆上沉积ITO透明导电层。
S3、使用光刻胶对ITO透明导电层进行MESA光刻，在光刻胶层上形成如图4中所示的MESA图层2。
S4、以MESA图层为掩模对ITO透明导电层进行ITO刻蚀。
S5、以MESA图层为掩模对LED晶圆进行ICP刻蚀，形成N型半导体台面。
S6、去除MESA光刻后的光刻胶，露出下方的ITO透明导电层。
S7、在ITO透明导电层和N型半导体台面上沉积钝化层。
S8、使用光刻胶对钝化层进行PAD光刻，在光刻胶层上形成如图4中所示的PAD图层3。
S9、对PAD图层进行钝化层刻蚀，去除PAD图层区域的钝化层。
S10、在刻蚀掉的钝化层上制作P电极和N电极。
S11、去除PAD光刻后的光刻胶。
本实施方式中步骤S1、S2～S11与第一实施方式中相同，在此不再进行赘述。
本实施方式LED芯片制作方法中适用于大尺寸芯片，需经过CBL光刻、MESA光刻和PAD光刻三道光刻工序，同样不存在现有技术中TCL光刻和MESA光刻的对位偏差问题，实现了自对准功能。
本发明工艺制程简单，流程时间缩短约20%，减少了芯片加工成本。
材料节约量如下：
Figure BDA0000441946150000101
流程的精简同时减少了芯片加工人力成本，提升了匀胶机、光刻机、去胶台等设备的月产出片约25%-33%。
另外，TCL与MESA实现自对准功能，加大了ITO有效面积约5%，亮度提升约2%，如在本发明一具体实施方式中，采用本发明制作的LED芯片具体参数如下：
Figure BDA0000441946150000102
由以上技术方案可以看出，本发明LED芯片制作方法具有以下有益效果：
将现有技术中MESA和TCL光刻工艺压缩为一道光刻工艺，解决了TCL光刻套刻MESA图形出现的对位偏差问题，实现自对准功能，同时缩短了芯片加工流程、减少芯片加工成本，并且加大了ITO出光面积，增加了芯片的亮度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种LED芯片制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、提供一衬底，依次在衬底上制作N型半导体层、发光层和P型半导体层，形成LED晶圆；
S2、在LED晶圆上沉积ITO透明导电层；
S3、使用光刻胶对ITO透明导电层进行MESA光刻，在光刻胶层上形成MESA图层；
S4、以MESA图层为掩模对ITO透明导电层进行ITO刻蚀；
S5、以MESA图层为掩模对LED晶圆进行ICP刻蚀，形成N型半导体台面；
S6、去除MESA光刻后的光刻胶，露出下方的ITO透明导电层；
S7、在ITO透明导电层和N型半导体台面上沉积钝化层；
S8、使用光刻胶对钝化层进行PAD光刻，在光刻胶层上形成PAD图层；
S9、对PAD图层进行钝化层刻蚀，去除PAD图层区域的钝化层；
S10、在刻蚀掉的钝化层上制作P电极和N电极；
S11、去除PAD光刻后的光刻胶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2前还包括：
S01、在LED晶圆上沉积电流阻挡层；
S02、使用光刻胶对电流阻挡层进行CBL光刻，在光刻胶层上形成CBL图层；
S03、对CBL图层进行电流阻挡层刻蚀，形成与CBL图层相对应的电流阻挡层；
S04、去除CBL光刻后的光刻胶。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中的光刻胶为正胶，所述步骤S3具体为：
在ITO透明导电层上进行正胶匀胶，然后进行MESA图层光刻，完成正胶曝光及显影，而后冲水甩干，在光刻胶层上形成MESA图层；
对形成的MESA图层进行检验。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S8中的光刻胶为负胶，所述步骤S8具体为：
在钝化层上进行负胶匀胶，然后进行PAD图层光刻，完成负胶曝光及显影，而后冲水甩干，在光刻胶层上形成PAD图层；
对形成的PAD图层进行检验。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S8前还包括：
对钝化层表面进行HDMS预处理，增强光刻胶和钝化层的粘附性。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S02中的光刻胶为正胶，所述步骤S02具体为：
在电流阻挡层上进行正胶匀胶，然后进行CBL图层光刻，完成正胶曝光及显影，而后冲水甩干，在光刻胶层上形成CBL图层；
对形成的CBL图层进行检验。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S02前还包括：
对电流阻挡层表面进行HDMS预处理，增强光刻胶和电流阻挡层的粘附性。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光刻胶的去除具体包括：
依次用去胶液、丙酮、乙醇溶液进行清洗，最后用清水冲洗并甩干。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2前还包括：
LED晶圆表面清洗，使用浓硫酸和双氧水的体积比为3:1，清洗温度为90℃-100℃，清洗时间为10min-15min。
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