CN105719955B - 一种GaN基发光二极管芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：(1)在p型GaN层的表面生长透明导电膜，在透明导电膜表面制作出导电层图形；(2)在芯片表面匀正性光刻胶，制作出p型GaN台面结构图形；(3)在芯片表面匀负性光刻胶，制作出负性光刻胶的电极初步图形；(4)将显影后带有负性光刻胶的芯片进行无光刻版全面曝光；(5)去除光刻胶图形底膜；(6)对芯片进行显影，对光刻胶图形底部进行再钻蚀；(7)制备p型电极和n型电极，得到GaN基发光二极管芯片；(8)在GaN基发光二极管芯片表面上制作钝化层。该方法增大接触或接近式光刻机用负胶制作小线宽电极时的工艺窗口，实现了用接触或接近式光刻机制作线宽在4μm以下电极的工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
光刻工艺是把掩膜版上的图形转移到芯片上，使芯片上具有想要制作的器件的光刻胶图形形貌，然后再对芯片进行微细图形化处理。处理方法通常采用干法刻蚀和金属剥离等。干法刻蚀方法为ICP(Inductive Coupled Plasma，感应耦合等离子体)刻蚀。ICP刻蚀过程中，在高频射频源的作用下ICP刻蚀设备腔室内通入的气体会形成等离子体，在内建电场的作用下会轰击芯片表面以物理的作用刻蚀光刻前所沉积的薄膜层，同时形成的原子团会以化学作用刻蚀薄膜层。金属剥离是光刻制作好所需要的光刻胶图形后，在光刻胶上面蒸镀进行膜，然后通过剥离技术将没有被光刻胶覆盖和保护的部分留在芯片上，将光刻胶保护的区域金属通过剥离和去胶等工步去除，形成所需要的金属图形，从而完成转移掩膜图形到薄膜上面的目的。GaN基发光二极管芯片的制备有许多方法，如中国专利文献CN103137810A公开的《一种利用两次划片制备的GaN基发光二极管芯片及其制备方法》、CN103515495A公开的《一种GaN基发光二极管芯片的生长方法》、CN104022200A公开的《一种GaN基发光二极管芯片及其制备方法》以及CN102324450A公开的《GaN基发光二极管芯片及其制备方法》。
目前，在制备GaN基发光二极管芯片的过程中，随着GaN基发光二极管芯片技术的发展，芯片的尺寸越来越小，器件的线条越来越细。为了将器件的图形结构精确地转移到芯片上，就需要光刻胶图形更加精确，线宽更细小，线条形貌更整齐。很多时候在通常工艺下，LED生产线上广泛应用的接近式或接触式光刻机很难达到4微米以下图形的精确转移，工艺窗口很窄。CN101154049公开的《一种制备光刻胶图形的方法》以及CN1175788公开的《在半导体芯片上形成光刻胶图形的方法》也存在同样的问题。
发明内容
针对现有GaN基发光二极管芯片制备技术存在电极线宽越来越小而目前使用的光刻机很难达到要求的问题，本发明提出了一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，可以使用接近或接触式光刻机制作小于4微米负性光刻胶电极图形，且工艺稳定。
本发明的GaN基发光二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)在GaN基发光二极管芯片的p型GaN层的表面生长一层透明导电膜(氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide))，再在透明导电膜上匀正性光刻胶制作光刻胶保护图形，制作出电流扩展层图形(即小台图形)，然后去掉光刻胶；
(2)在透明导电膜表面匀正性光刻胶，通过曝光和显影，制作出正性光刻胶的p型GaN台面结构图形，去除表面的光刻胶；然后进行干法刻蚀沿GaN基发光二极管芯片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出台面结构，在n型GaN层上制备出台面(即大台)，去除表面的光刻胶；
(3)在芯片表面匀负性光刻胶，通过烘烤、曝光和显影，在透明导电膜和n型GaN层上光刻出p型电极区域和n型电极区域；
(4)将芯片再次进行无光刻版曝光，进一步稳定光刻胶形貌，再将芯片进行坚膜处理；
(5)将芯片进行干法刻蚀，刻掉显影时应该显掉区域残留的光刻胶底膜，将图形显开区光刻胶底膜及拖尾全部刻蚀干净，使光刻胶外形修理整齐；
(6)将芯片放入显影液显影1分钟-5分钟，使光刻胶图形底部再钻蚀0.2μm-2μm；
(7)在p型电极区域和n型电极区域蒸镀金属电极膜，通过剥离分别在透明导电膜和n型GaN层的台面上制备出p型电极和n型电极，得到GaN基发光二极管芯片；
(8)在GaN基发光二极管芯片表面上制作钝化层。
所述步骤(1)中透明导电膜的厚度为1000埃－3000埃。
所述步骤(1)和(2)中透明导电膜表面匀正性光刻胶的厚度为7000埃-30000埃。
所述步骤(3)的具体过程是：在芯片表面匀负性光刻胶，厚度2.5μm-5μm，在90℃-120℃下烘烤1-2分钟，然后用接触式光刻机或接近式光刻机在紫外线下曝光20-120秒，再在90-100℃下烘烤1-2分钟，再使用四甲基氢氧化铵溶液显影30-100秒，从而在透明导电膜和n型GaN层上光刻出p型电极区域和n型电极区域。
所述步骤(3)中芯片表面匀负性光刻胶的厚度应大于步骤(7)中金属电极膜的厚度，给干法刻蚀修理图形形貌留有余量。
所述步骤(4)将芯片再次进行无光刻版曝光的过程是将芯片放入接触式光刻机或接近式光刻机，在紫外线下进行无光刻版全面曝光30-150秒，然后在98℃90℃-120℃下烘烤1-2分钟。
所述步骤(5)的具体实施过程为：采用O2和SF6混合气体，其中，O2流量30-80sccm(sccm：标准毫升每分钟)，SF6流量30-80sccm，压力6mTorr(毫托，压强单位)，第一射频能量(RF Power1)为200-350W，第二射频能量(RF Power2)为150-250W，温度7℃-15℃。
所述步骤(6)中的显影液为2.38％的四甲基氢氧化铵溶液。
所述步骤(7)中p型电极和n型电极的厚度为1μm-3μm。
所述步骤(8)中的钝化层为厚度的氧化硅薄膜。
本发明通过在负性光刻胶制作光刻胶电极图形时，显影后增加无光刻版再曝光，以及蒸镀金属电极膜之前的干法刻蚀光刻胶步骤，从而达到修整光刻胶形貌的目的，继而实现用接近或接触式光刻机制作线宽小于等于4微米的电极的工艺。
本发明增大了接触或接近式光刻机用负胶制作小线宽电极时的工艺窗口，用接近或接触式光刻机制作线宽更小的电极，在不需要昂贵的高精度光刻机设备的条件下，实现了制作线宽度不大于4微米的电极的工艺。
附图说明
图1是本发明中步骤(1)在GaN基外延片上生长透明导电膜的示意图。
图2是本发明中步骤(1)中制得具有透明导电膜的电流扩展层台面图形(即小台图形)示意图。
图3是本发明步骤(2)中制得的p型GaN台面(即大台图形)的示意图。
图4是本发明步骤(3)中负胶显影后的示意图。
图5是本发明步骤(5)中负胶干法刻蚀后的示意图。
图6是本发明步骤(6)中再次显影后光刻胶图形的形貌示意图。
图7是本发明步骤(7)中制得的具有金属电极的GaN基外延片的示意图。
图8是本发明步骤(8)中制得的具有钝化层的GaN基外延片的示意图。
图中：1、透明导电膜，2、p型GaN层，3、量子阱层，4、n型GaN层，5、用于制作电极的负性光刻胶，6、金属电极，7、钝化层。
具体实施方式
本发明的GaN基发光二极管芯片的制备方法，具体步骤如下：
(1)如图1所示，在GaN基发光二极管芯片的p型GaN层2的上表面蒸镀厚度为700－3000埃的ITO透明导电膜1。GaN基发光二极管芯片包括自下至上设置的n型GaN层4、量子阱层3和p型GaN层2。
在透明导电膜1的表面匀正性光刻胶，光刻胶的厚度7000-30000埃，通过对准、曝光、显影和烘干，然后将芯片放进ITO腐蚀液腐蚀出透明导电层台面图形(电流扩展层图形)，即小台图形，如图2所示，冲水甩干，再去掉正性光刻胶。
(2)去胶后将GaN基芯片放入烘箱进行预烘烤后制作p型GaN台面图形。然后匀正性光刻胶，光刻胶厚度7000-30000埃，通过对准、曝光、显影和坚膜，制作出正性光刻胶的p型GaN台面图形，然后通过ICP刻蚀，再去掉芯片表面正性光刻胶，形成p型GaN台面，如图3所示。
(3)在芯片表面匀负性光刻胶5，厚度2.5-5μm，用热板在90℃-110℃下烘烤1-2分钟，然后用接触式光刻机(或接近式光刻机)在紫外线下曝光20-120秒，再用热板在90-100℃下烘烤1-2分钟(具体温度和烘烤时间根据光刻胶种类和具体工艺做工艺窗口拉偏后决定)，再使用四甲基氢氧化铵溶液显影30-100秒，从而在ITO透明导电膜和n型GaN层上光刻出p型电极区域和n型电极区域，如图4所示。
(4)将芯片放入接触式光刻机(或接近式光刻机)在紫外线下曝光30-150秒，进行无光刻版全面曝光，然后再使用热板在90℃-110℃下烘烤1-2分钟。
(5)将芯片进行干法刻蚀，刻蚀掉一层负性光刻胶，从而刻掉光刻胶底膜，修整光刻胶表面形貌。其具体实施过程为：采用O2和SF6混合气体，其中，O2：30-80sccm，SF6：30-80sccm，6mTorr，RF Power1200-350W，RF Power2150-250W，温度10℃。
(6)将芯片放入浓度2.38％的四甲基氢氧化铵溶液，显影1分钟-5分钟，使光刻胶图形底部再钻蚀0.2μm-2μm。如图5所示。
(7)利用电子束蒸发方法在p型电极区域和n型电极区域分别沉积1μm-3μm厚的Cr金属层和Au金属层，作为金属电极6，剥离负性光刻胶后得到p型金属电极和n型金属电极。如图7所示。
(8)对步骤(7)所制得的GaN基发光二极管芯片制备钝化层7，如图8所示。使用PECVD化学气相沉积法，首先在GaN基发光二极管芯片的上表面沉积一层的氧化硅薄膜作为钝化层7，露出金属电极6，然后在钝化层7的表面涂上2μm的正性光刻胶，使用热板在98℃下烘烤1-2分钟对准，然后在紫外线下曝光5-20秒，再烘干后使用四甲基氢氧化铵显影10-30秒，使用热板在98℃下烘烤1-2分钟，放入SiO2腐蚀液中腐蚀30-60秒，腐蚀掉未被光刻胶保护的SiO2薄膜，放入丙酮中超声5-10分钟，然后在乙醇中超声10分钟，取出后使用去离子水冲洗10分钟，去除表面的光刻胶，形成钝化层的制作，得到GaN基发光二极管。
Claims (8)
1.一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)在GaN基发光二极管芯片的p型GaN层的表面生长一层透明导电膜，再在透明导电膜上匀正性光刻胶制作光刻胶保护图形，制作出电流扩展层图形，然后去掉光刻胶；
(2)在透明导电膜表面匀正性光刻胶，通过曝光和显影，制作出正性光刻胶的p型GaN台面结构图形，去除表面的光刻胶；然后进行干法刻蚀沿GaN基发光二极管芯片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出台面结构，在n型GaN层上制备出台面，去除表面的光刻胶；
(3)在芯片表面匀负性光刻胶，通过烘烤、曝光和显影，在透明导电膜和n型GaN层上光刻出p型电极区域和n型电极区域；
(4)将芯片再次进行无光刻版曝光，进一步稳定光刻胶形貌，再将芯片进行坚膜处理；
(5)将芯片进行干法刻蚀，刻掉显影时应该显掉区域残留的光刻胶底膜，将图形显开区光刻胶底膜及拖尾全部刻蚀干净，使光刻胶外形修理整齐；
(6)将芯片放入显影液显影1分钟-5分钟，使光刻胶图形底部再钻蚀0.2μm-2μm；
(7)在p型电极区域和n型电极区域蒸镀金属电极膜，通过剥离分别在透明导电膜和n型GaN层的台面上制备出p型电极和n型电极，得到GaN基发光二极管芯片；
(8)在GaN基发光二极管芯片表面上制作钝化层；
所述步骤(3)的具体过程是：在芯片表面匀负性光刻胶，厚度2.5μm-5μm，在90℃-120℃下烘烤1-2分钟，然后用接触式光刻机或接近式光刻机在紫外线下曝光20-120秒，再在90-100℃下烘烤1-2分钟，再使用四甲基氢氧化铵溶液显影30-100秒，从而在透明导电膜和n型GaN层上光刻出p型电极区域和n型电极区域；
所述步骤(6)中的显影液为2.38％的四甲基氢氧化铵溶液。
2.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤(1)中透明导电膜的厚度为1000埃－3000埃。
3.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤(1)和(2)中透明导电膜表面匀正性光刻胶的厚度为7000埃-30000埃。
4.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤(3)中芯片表面匀负性光刻胶的厚度应大于步骤(7)中金属电极膜的厚度。
5.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤(4)中将芯片再次进行无光刻版曝光的过程是将芯片放入接触式光刻机或接近式光刻机，在紫外线下进行无光刻版全面曝光30-150秒，然后在90℃-110℃下烘烤1-2分钟。
6.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤(5)中干法刻蚀采用O2和SF6混合气体，其中，O2流量30-80sccm，SF6流量30-80sccm，压力6mTorr，第一射频能量为200-350W，第二射频能量为150-250W，温度7℃-15℃。
7.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤(7)中p型电极和n型电极的厚度为1μm-3μm。
8.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤(8)中的钝化层为厚度的氧化硅薄膜。
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