CN104362226B - 新型led芯片的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型LED芯片的制作方法，包括MESA光刻和NP光刻，MESA光刻为对外延片表面蒸镀ITO层后涂光刻胶再进行MESA光刻形成具有MESA图层的光刻胶层，然后对ITO层进行ITO蚀刻以及对外延片表面进行向下蚀刻；最后去除具有MESA图层的光刻胶层；NP光刻具体为在ITO层和N‑GaN层台阶上蒸镀SiO2层后涂布光刻胶，再对光刻胶层进行NP光刻形成具有NP图层的光刻胶层；然后对所述SiO2层进行蚀刻；再然后在SiO2层蚀刻掉的区域形成P电极和N电极；最后去除所述具有NP图层的光刻胶层。本发明的方法有效降低生产成本，缩短生产周期，提高良品率。
Description
技术领域
本发明涉及LED制作及应用领域，尤其涉及一种新型LED芯片的制作方法。
背景技术
LED芯片是一种节能环保产品，它是一种发光二极管，其工作原理是将电能转化为光能，具有低能耗、亮度高、寿命长，其发展备受看好，初期其应用只是在实验研发阶段。近些年随着科技发展，其生产制造工艺逐渐成熟，逐步进入工厂大批量量产，其应用也更加广泛。
LED芯片的成品构造如图1所示。LED芯片生产过程是在外延片（2寸）上做出单颗芯片，单颗芯片尺寸小，肉眼分辨不清，其制造过程需要通过光刻板实现。制造过程为在外延片上涂一层光刻胶，将光刻板覆盖在光刻胶上进行曝光，光刻板上有精密的图案可以透光，通过光刻胶感光后性状发生变化，将光刻板图案复制到外延片上，需要进行四次光刻，形成芯片的构造，在芯片上蒸镀金属电极，最后进行特殊处理生产出单颗芯粒。目前LED产品正在普及与推广，然而生产成本高、 生产周期长、良品率低导致LED产品价格比普通光器件价格高，这是限制其发展的主要因素 。
具体的，在现有技术中，要形成图1所示的LED芯片，需要对形成在蓝宝石基底的外延片依次如图2所示的MESA光刻（S01）、TCL光刻(S02)、NP光刻（S03）、PASSIVATION光刻（S04）的四道光刻工艺过程，最终实现将光刻板图案复制在产品上。结合图3a-图3h, 每个光刻的具体操作过程如下：
1、Mesa光刻
参见图3a-图3b，需要说明的是，不同光刻过程用不同光刻板，光刻板上的图案不相同，图案的不同位置透光程度不一致。Mesa光刻是在外延片上涂布一层3um厚的正光刻胶001，将Mesa光刻板002放在外延片上，使用曝光机进行曝光，曝光后的外延片进行烘烤后，放入显影液中显影，由于Mesa光刻板002的特性，曝光时有的区域见光有的未见光，光会影响光刻胶性能，正光刻胶见光部分会溶解到显影液中，未见光部分不溶，因此可将光刻板图案复制在外延片的正光刻胶上，然后将外延片进行硬烤处理。然后使用ICP设备，利用干法蚀刻将未有正光刻胶保护的外延片蚀刻，形成台阶003，最后使用去胶液将光刻胶去除。
2、TCL光刻
参见图3c-图3d，在Mesa光刻后的外延片上使用ITO蒸镀设备，在外延片上蒸镀一层ITO层004，使用TCL光刻板，将TCL光刻板005上的图案复制在外延片上，曝光时注意要调节TCL光刻板005的位置，TCL光刻是在MESA光刻后的基础上作业，防止出现图案偏移问题。曝光显影硬烤后，将外延片放入ITO蚀刻液中蚀刻，蚀刻未被正光刻胶覆盖的ITO，最后使用去胶液将光刻胶去除。
三、NP光刻
参见图3e-图3f，在外延片表面涂布一层负光刻胶006，使用NP光刻板007，将NP光刻板007上的图案复制在外延片上，曝光时注意要调节NP光刻板007的位置，NP光刻是在MESA光刻后的基础上作业，防止出现图案偏移问题。进行曝光显影后，使用金属蒸镀机在外延片表面蒸镀铬铂金008，使用撕金机将多余的金属粘掉，最后最后使用去胶液将光刻胶去除。
四、Passivation光刻
参见图3g-图3h，使用PECVD设备在外延片表面蒸镀一层SiO2009，然后在外延片表面涂布一层正光刻胶001，使用Passivation光刻，将Passivation光刻板010上的图案复制在外延片上，曝光时注意要调节Passivation光刻板的位置，Passivation光刻是在MESA光刻后的基础上作业，防止出现图案偏移问题，进行曝光显影。使用BOE蚀刻液将未被正光刻胶覆盖的SiO2蚀刻掉，最后使用去胶液将光刻胶去除。经过上述四道光刻，后产品图案以在芯片表面形成，最后经过特殊处理和后道流转，合格的芯片生产完成。
但是采用上述四导工艺， 不利于节省成本，且生产周期长、不便于规模化生产，同时光刻工位不良是影响成品率的主要因素，因四导工艺，光刻次数过多，良品率低，从而导致LED产品价格比普通光器件价格高，如此限制其大量快速的发展。
因此，有必要提供一种新的LED芯片的制作方法，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的多个方面提供一种新型LED芯片的制作方法，能有效降低生产成本，缩短生产周期，提高良品率。
本发明提供了一种新型LED芯片的制作方法，第一步，MESA光刻；所述MESA光刻包括，
首先，在外延片表面蒸镀ITO层；
其次，在所述ITO层表面涂布一层光刻胶，并通过MESA光刻板对形成在所述ITO层上的光刻胶层进行MESA光刻，从而形成具有MESA图层的光刻胶层；
再其次，以所述具有MESA图层的光刻胶层作为掩膜对所述ITO层进行ITO蚀刻；
然后，以所述具有MESA图层的光刻胶层作为掩膜进一步对所述外延片表面进行向下蚀刻，从而露出N-GaN层台阶；
最后，去除所述具有MESA图层的光刻胶层，从而露出P-GaN层上的经ITO蚀刻后的ITO层；
第二步，NP光刻；所述NP光刻包括，
首先，在P-GaN层上的经ITO蚀刻后的ITO层和N-GaN层台阶上蒸镀SiO2层;
其次，在所述SiO2层表面涂布一层光刻胶，并通过NP光刻板对形成在所述SiO2层上的光刻胶层进行NP光刻，从而形成具有NP图层的光刻胶层；
再其次，以所述具有NP图层的光刻胶层作为掩膜对所述SiO2层进行蚀刻，从而分别将P-GaN层上的经ITO蚀刻后的ITO层和N-GaN层台阶上没有所述具有NP图层的光刻胶层覆盖的区域的SiO2层蚀刻掉；
然后，在SiO2层蚀刻掉的所述区域对应形成P电极和N电极；
最后，去除所述具有NP图层的光刻胶层。
在上述技术方案中，所述向下蚀刻的操作采用的是干法蚀刻方法，所述干法蚀刻方法采用的是ICP蚀刻设备。
在上述技术方案中，在MESA光刻前还包括提供一蓝宝石基底，并依次在所述蓝宝石基底上形成N-GaN层和P-GaN层, 所述N-GaN层和P-GaN层共同构成所述外延片。
在上述技术方案中，所述MESA光刻板和/或所述NP光刻板包括透光区域和不透光区域。
在上述技术方案中，所述ITO层表面涂布的为正光刻胶，在所述ITO层表面均匀涂布一层3um正光刻胶，并通过MESA光刻板覆盖形成在所述ITO层上的光刻胶层进行曝光、烘烤以及显影后，从而形成具有MESA图层的光刻胶层；
所述SiO2层表面涂布的光刻胶为负光刻胶；在所述SiO2层表面均匀涂布一层3um负光刻胶，并通过NP光刻板对形成在所述SiO2层上的光刻胶层进行曝光、烘烤以及显影后，从而形成具有NP图层的光刻胶层。
作为上述方案的改进，在所述具有MESA图层的光刻胶层作为掩膜对所述ITO层进行ITO蚀刻，其使用ITO蚀刻液将未被所述具有MESA图层的光刻胶层覆盖的ITO层蚀刻掉。
在上述技术方案中，在所述具有MESA图层的光刻胶层，通过去胶液将所述具有MESA图层的光刻胶层去除；在所述具有NP图层的光刻胶层，通过去胶液将所述具有NP图层的光刻胶层去除。
在上述技术方案中，所述在P-GaN层上的经ITO蚀刻后的ITO层和N-GaN层台阶上蒸镀SiO2层，其使用PECVD设备在P-GaN层上的经ITO蚀刻后的ITO层和N-GaN层台阶上蒸镀形成所述SiO2层；在所述具有NP图层的光刻胶层中，使用BOE蚀刻液将未被所述具有NP图层的光刻胶层覆盖的SiO2层蚀刻掉。
在上述技术方案中，SiO2层蚀刻掉的所述区域对应形成P电极和N电极中，其使用金属蒸镀机在SiO2层蚀刻掉的所述区域表面对应蒸镀铬铂金，再使用撕金机将多余的金属粘掉，从而形成所述P电极和N电极。
在上述技术方案中，在所述外延片表面蒸镀ITO层，所述ITO层蒸镀厚度为2300A；在对所述ITO层进行ITO蚀刻时，使ITO层内缩宽度为2 um -5um；在对所述外延片表面进行向下蚀刻时，蚀刻深度为1.4 um -1.6um；在ITO层和N-GaN层台阶上蒸镀SiO2时，SiO2层蒸镀厚度为2300A；在经ITO蚀刻后的ITO层和N-GaN层台阶上没有所述具有NP图层的光刻胶层覆盖的区域的SiO2层蚀刻掉时，进行蚀刻使SiO2层内缩宽度为1 um -5um。
与现有技术相比，本发明公开的新型LED芯片的制作方法具有如下有益效果：
1、将MESA光刻和TCL光刻整合、NP光刻和PASSIVATION光刻整合，降低光刻次数，化学试剂使用量减半，生产成本可降低30% 。
2、通过优化光刻工艺次数，只需要MESA光刻和NP光刻两道工艺，可缩短生产周期，更便于规模化生产。
3、LED芯片工艺复杂，光刻工位不良是影响成品率的主要因素，通过降低光刻次数，减少造成不良的几率，生产过程更容易管控，过程不良大幅降低，产品良率提高5% 。
附图说明
图1是LED芯片结构示意图；
图2是LED芯片现有制作方法的流程示意图；
图3是现有制作方法具体操作过程示意图；
图4是本发明实施例中一种新型LED芯片的制作方法的流程示意图；
图5是图4中MESA光刻流程示意图；
图6a-6c是图5中MESA光刻具体操作过程示意图；
图7是图4中NP光刻流程示意图；
图8a-8c是图7中NP光刻具体操作过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，本技术领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
参见图4，是本发明实施例提供的一种新型LED芯片的制作方法的结构示意图。该新型LED芯片的制作方法主要包括两道工艺，即只需要两步，MESA光刻和NP光刻。
第一步：MESA光刻，参见图5以及图6a-6c，所述MESA光刻具体的会经过以下小步骤依次逐一完成：
首先，在外延片表面蒸镀ITO层1；
其中，在MESA光刻前会提供一蓝宝石基底，并依次在所述蓝宝石基底上形成N-GaN层和P-GaN层, 所述N-GaN层和P-GaN层共同构成所述外延片。在所述外延片表面蒸镀ITO层1的蒸镀厚度为2300A。
其次，在所述ITO层1表面涂布一层光刻胶2，所述光刻胶2为正光刻胶，并通过MESA光刻板3对形成在所述ITO层1上的光刻胶层进行MESA光刻，从而形成具有MESA图层的光刻胶层4；
具体为在所述ITO层表面均匀涂布一层3um正光刻胶，并通过MESA光刻板覆盖形成在所述ITO层上的光刻胶层进行曝光、烘烤以及显影后，从而形成具有MESA图层的光刻胶层4；其中，所述的MESA光刻板包括透光区域和不透光区域。
再其次，以所述具有MESA图层的光刻胶层4作为掩膜对所述ITO层1进行ITO蚀刻；其中，使用ITO蚀刻液将未被所述具有MESA图层的光刻胶层覆盖的ITO层蚀刻掉。且对所述ITO层进行ITO蚀刻时使ITO层内缩宽度为2 um -5um；
然后，以所述具有MESA图层的光刻胶层4作为掩膜进一步对所述外延片表面进行向下蚀刻，从而露出N-GaN层台阶5；其中，所述向下蚀刻的操作采用的是干法蚀刻方法，所述干法蚀刻方法采用的是ICP蚀刻设备进行处理。对所述外延片表面进行向下蚀刻深度为1.4 um -1.6um；
最后，去除所述具有MESA图层的光刻胶层4，从而露出P-GaN层上的经ITO蚀刻后的ITO层1；其中，通过去胶液将所述具有MESA图层的光刻胶层4去除。
第二步：NP光刻，参见图7以及图8a-8c所述NP光刻具体的会经过以下小步骤依次逐一完成：
首先，在P-GaN层上的经ITO蚀刻后的ITO层1和N-GaN层台阶5上蒸镀SiO2层6，其中，使用PECVD设备在P-GaN层上的经ITO蚀刻后的ITO层1和N-GaN层台阶5上蒸镀形成所述SiO2层6；且所述SiO2层6蒸镀厚度为2300A；
其次，在所述SiO2层6表面涂布一层光刻胶7，并通过NP光刻板8对形成在所述SiO2层6上的光刻胶层7进行NP光刻，从而形成具有NP图层的光刻胶层9；其中所述的光刻胶为负光刻胶。
再其次，以所述具有NP图层的光刻胶层9作为掩膜对所述SiO2层6进行蚀刻，从而分别将P-GaN层上的经ITO蚀刻后的ITO层1和N-GaN层台阶5上没有所述具有NP图层的光刻胶层覆盖的区域的SiO2层蚀刻掉；其中，使用BOE蚀刻液将未被所述具有NP图层的光刻胶层9覆盖的SiO2层蚀刻掉。且对所述SiO2层6进行蚀刻使SiO2层内缩宽度为1 um -5um。
然后，在SiO2层蚀刻掉的所述区域对应形成P电极和N电极；
具体为使用金属蒸镀机在SiO2层蚀刻掉的所述区域表面对应蒸镀铬铂金10，使用撕金机将多余的金属粘掉，从而形成所述P电极和N电极。
最后，去除所述具有NP图层的光刻胶层。其中，通过去胶液将所述具有NP图层的光刻胶层去除。
综上所述，经过MESA光刻和NP光刻后产品图案以在芯片表面形成，最后经过特殊处理和后道流转，合格的芯片生产完成。
如此，本发明的新型LED芯片的制作方法会带来如下有益效果：
1、将MESA光刻和TCL光刻整合、NP光刻和PASSIVATION光刻整合，降低光刻次数，化学试剂使用量减半，生产成本可降低30% 。
2、通过优化光刻工艺次数，只需要MESA光刻和NP光刻两道工艺，可缩短生产周期，更便于规模化生产。
3、 LED芯片工艺复杂，光刻工位不良是影响成品率的主要因素，通过降低光刻次数，减少造成不良的几率，生产过程更容易管控，过程不良大幅降低，产品良率提高5% 。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种LED芯片的制作方法，其特征在于，包括步骤：
S1、MESA光刻；包括步骤：
S11、在外延片表面蒸镀ITO层；
S12、在所述ITO层表面涂布一层光刻胶，并通过MESA光刻板对形成在所述ITO层上的光刻胶层进行MESA光刻，从而形成具有MESA图层的光刻胶层；
S13、以所述具有MESA图层的光刻胶层作为掩膜对所述ITO层进行ITO蚀刻；
S14、以所述具有MESA图层的光刻胶层作为掩膜进一步对所述外延片表面进行向下蚀刻，从而露出N-GaN层台阶；
S15、去除所述具有MESA图层的光刻胶层，从而露出P-GaN层上的经ITO蚀刻后的ITO层；
S2、NP光刻；包括步骤：
S21、在P-GaN层上的经ITO蚀刻后的ITO层和N-GaN层台阶上蒸镀SiO2层；
S22、在所述SiO2层表面涂布一层光刻胶，并通过NP光刻板对形成在所述SiO2层上的光刻胶层进行NP光刻，从而形成具有NP图层的光刻胶层；
S23、以所述具有NP图层的光刻胶层作为掩膜对所述SiO2层进行蚀刻，从而分别将P-GaN层上的经ITO蚀刻后的ITO层和N-GaN层台阶上没有所述具有NP图层的光刻胶层覆盖的区域的SiO2层蚀刻掉；
S24、在SiO2层蚀刻掉的所述区域对应形成P电极和N电极；
S25、去除所述具有NP图层的光刻胶层。
2.如权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述向下蚀刻的操作采用的是干法蚀刻方法，所述干法蚀刻方法采用的是ICP蚀刻设备。
3.如权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，在MESA光刻前还包括步骤：提供一蓝宝石基底，并依次在所述蓝宝石基底上形成N-GaN层和P-GaN层,所述N-GaN层和P-GaN层共同构成所述外延片。
4.如权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述MESA光刻板和/或所述NP光刻板包括透光区域和不透光区域。
5.如权利要求4所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述步骤S12中的光刻胶为正光刻胶，所述步骤S22的光刻胶为负光刻胶；
所述步骤S12具体为：在所述ITO层表面均匀涂布一层3um正光刻胶，并通过MESA光刻板覆盖形成在所述ITO层上的光刻胶层进行曝光、烘烤以及显影后，从而形成具有MESA图层的光刻胶层；
所述步骤S22具体为：在所述SiO2层表面均匀涂布一层3um负光刻胶，并通过NP光刻板对形成在所述SiO2层上的光刻胶层进行曝光、烘烤以及显影后，从而形成具有NP图层的光刻胶层。
6.如权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，在所述S13中，使用ITO蚀刻液将未被所述具有MESA图层的光刻胶层覆盖的ITO层蚀刻掉。
7.如权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，在所述步骤S15中，通过去胶液将所述具有MESA图层的光刻胶层去除；在所述步骤S25中，通过去胶液将所述具有NP图层的光刻胶层去除。
8.如权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，在所述步骤S21，使用PECVD设备在P-GaN层上的经ITO蚀刻后的ITO层和N-GaN层台阶上蒸镀形成所述SiO2层；在所述S23中，使用BOE蚀刻液将未被所述具有NP图层的光刻胶层覆盖的SiO2层蚀刻掉。
9.如权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，在所述步骤S24中，使用金属蒸镀机在SiO2层蚀刻掉的所述区域表面对应蒸镀铬铂金，使用撕金机将多余的金属粘掉，从而形成所述P电极和N电极。
10.如权利要求1所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，
在所述步骤S11中，ITO层蒸镀厚度为2300A；
在所述步骤S13中，对所述ITO层进行ITO蚀刻使ITO层内缩宽度为2um-5um；
在所述步骤S14中，对所述外延片表面进行向下蚀刻深度为1.4um-1.6um；
在所述步骤S21中，SiO2层蒸镀厚度为2300A；
在所述步骤S23中，对所述SiO2层进行蚀刻使SiO2层内缩宽度为1um-5um。
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