CN105990472A - 一种硅衬底led发光芯片的表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法，其能够有效的提高硅衬底的表面积，提高硅衬底LED发光芯片的发光效率。它主要包括步骤：(a)选用合适的硅衬底，根据硅衬底的表面特性以及所需的图形形状设计掩膜图形；(b)在硅衬底表面生成硅氧化物保护层或金属保护层；(c)对硅衬底进行清洗及预处理；(d)对经过预处理的硅衬底表面涂抹光刻胶，然后进行烘烤；(e)对涂有光刻胶的硅衬底表面依次进行掩膜和光刻工艺处理；(f)采用湿法化学腐蚀工艺把光刻胶图形传递成为硅衬底表面的保护层掩膜图形；(g)把带有保护层掩膜图形的硅衬底浸入化学腐蚀溶液中进行各向异性腐蚀，当硅衬底表面生成需要的立体图形后，立即取出硅衬底终止化学腐蚀反应。

Description

一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法
【技术领域】
本发明涉及LED发光芯片领域，尤其涉及一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法。
【背景技术】
LED光源作为人类的第四代照明，其发展非常迅速，LED发光芯片是LED光源中最重要的元件之一。发光芯片一般是在衬底上组合LED发光芯片的PN结，PN结发生电子能态跃迁发出光子，PN结的面积越大，电流密度越小，发光效率越高。现在主流用的衬底一般为蓝宝石或碳化硅，一般需要将衬底组合PN结的一面处理成毛面或刻画出沟槽，尽量加大PN结的面积，从而提高发光效率，但蓝宝石与碳化硅的硬度非常高同时现在还没有一种好的化学工艺去毛化和刻画沟槽，只能用机械加工工艺去处理，这样加工成本很高同时很难在有限的区域内做到尽量大的PN结发光面积。
【发明内容】
本发明的目的在于有效克服上述技术的不足，提供一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法，该方法基于现有的微电子加工工艺，利用单晶硅在特定溶液中的腐蚀特性，使硅衬底表面出现所需的立体起伏结构，能够有效的提高硅衬底的表面积，从而提高硅衬底LED发光芯片的发光效率。
本发明的技术方案是这样实现的：其改进之处在于，它包括以下步骤：
(a).选用合适的硅衬底，根据硅衬底的表面特性以及所需的图形形状设计掩膜图形，掩膜图形单元尺寸为3μm～1000μm；
(b).在硅衬底表面生成硅氧化物保护层或金属保护层；
(c).对硅衬底进行清洗及预处理，使后续光刻胶能够牢固附着在硅衬底表面；
(d).对经过预处理的硅衬底表面涂抹光刻胶，然后进行烘烤；
(e).对涂有光刻胶的硅衬底表面依次进行掩膜和光刻工艺处理，把掩膜图形传递成为光刻胶图形；
(f).采用湿法化学腐蚀工艺或干法刻蚀工艺把光刻胶图形传递成为硅衬底表面的保护层掩膜图形；
(g).把带有保护层掩膜图形的硅衬底浸入化学腐蚀溶液中进行各向异性腐蚀，腐蚀过程中需要搅拌，预防反应生成物附着在硅衬底表面；
(h).控制化学腐蚀溶液成份、温度及时间，当硅衬底表面生成需要的立体图形后，立即取出硅衬底终止化学腐蚀反应后，对硅衬底表面去除残留保护层、清洗处理后与LED发光芯片进行组合。
优选的，所述的硅氧化物保护层为SiO2保护层，所述的金属保护层为Cr或Al保护层。
优选的，所述的光刻工艺处理包括曝光、显影、定影、烘焙处理。
优选的，所述的光刻胶为正性光刻胶和负性光刻胶。
优选的，所述的掩膜图形为一维阵列分布图形或二维阵列分布图形。
优选的，所述的化学腐蚀溶液为KOH、(CH3)2CHOH和H2O的混合溶液，其中KOH的配制质量占总质量的15％～60％、(CH3)2CHOH的配制质量占总质量的0～20％。
优选的，所述的化学腐蚀溶液为NH2(CH2)2NH2、C6H4(OH)2、H2O和C4H4N2的混合溶液，其中NH2(CH2)NH2的配制质量占总质量的50％～80％，C6H4(OH)2的配制质量占总量的10％～25％，C4H4N2配制浓度为0～20g/L。
优选的，所述的湿法化学腐蚀工艺为：选用配制质量占总量为10％的HF水溶液在室温状况下进行腐蚀。
优选的，所述硅衬底的材料为单晶硅。
本发明的有益效果在于：其可以通过掩膜图形大小和排列的设计、选用需要合适的单晶硅、配比适合的腐蚀溶液可以较为灵活地控制硅衬底的表面积，达到有效增大硅衬底表面积的作用；本发明的工艺路线与现有大规模集成电路工艺有很大程度的兼容性，适合推广使用。
【附图说明】
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明硅衬底经过掩膜、光刻工艺后的俯视图；
图3为本发明硅衬底经过掩膜、光刻工艺后的剖面图；
图4为本发明硅衬底经过各向异性腐蚀后的俯视图；
图5为本发明硅衬底经过各向异性腐蚀后的剖面图；
图中：1.硅衬底 2.SiO2保护层 3.保护层掩膜图形
4.需要的立体图形 5.硅衬底表面 6.基准边
【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描述。
参照图1、2、3、4和5所示，本发明揭示的一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法，包括以下步骤：
(a).选用合适的硅衬底1，所述硅衬底1的材料为单晶硅，根据硅衬底1的表面特性以及所需的图形形状设计掩膜图形，所述的掩膜图形为一维阵列分布图形或二维阵列分布图形，掩膜图形单元尺寸为3μm～1000μm；
(b).在硅衬底表面5生成SiO2保护层2或Cr或Al保护层；
(c).对硅衬底1进行清洗及预处理，使后续光刻胶能够牢固附着在硅衬底表面5；
(d).对经过预处理的硅衬底表面5涂抹光刻胶，所述的光刻胶为正性光刻胶和负性光刻胶，然后进行烘烤；
(e).对涂有光刻胶的硅衬底表面5依次进行掩膜和光刻(曝光、显影、定影、烘焙)工艺处理，把掩膜图形传递成为光刻胶图形；
(f).采用湿法化学腐蚀工艺或干法刻蚀工艺把光刻胶图形传递成为硅衬底表面5的保护层掩膜图形3，所述的湿法化学腐蚀工艺为：选用配制质量占总量为10％的HF水溶液在室温状况下进行腐蚀；
(g).把带有保护层掩膜图形3的硅衬底1浸入化学腐蚀溶液中进行各向异性腐蚀，腐蚀过程中需要搅拌，预防反应生成物附着在硅衬底表面；
(h).控制化学腐蚀溶液成份、温度及时间，当硅衬底表面5生成需要的立体图形4后，立即取出硅衬底1终止化学腐蚀反应后，对硅衬底表面5去除残留保护层、清洗处理后与LED发光芯片进行组合。
其中所述的化学腐蚀溶液为KOH、(CH3)2CHOH和H2O的混合溶液，其中KOH的配制质量占总质量的15％～60％、(CH3)2CHOH的配制质量占总质量的10％～20％；
其中所述的化学腐蚀溶液还可以为NH2(CH2)2NH2、C6H4(OH)2、H2O和C4H4N2的混合溶液，其中NH2(CH2)NH2的配制质量占总质量的50％～80％，C6H4(OH)2的配制质量占总量的10％～25％，C4H4N2配制浓度为0～20g/L。
本发明的具体实施例为：选用单晶硅(100)用本发明的方法进行处理，处理步骤及结果如下：
1.掩膜图形设计成二维阵列排列，图形单元尺寸为10μm；
2.在单晶硅(100)表面生成600nm厚度的SiO2保护层2；
3.对单晶硅(100)进行清洗及预处理，使后续光刻胶能够牢固附着在单晶硅(100)的表面；
4.对经过预处理的单晶硅(100)涂抹光刻胶，然后进行烘烤；
5.对涂有光刻胶的单晶硅(100)先后进行掩膜、曝光，曝光时单元图形窗口边平行于单晶硅(100)的基准边6，接下来进行显影、定影、烘焙等光刻工艺处理，把掩膜图形传递成为光刻胶图形；
6.用湿法化学腐蚀工艺把光刻胶图形传递成为单晶硅(100)表面的保护层掩膜图形3，湿法化学腐蚀工艺为：选用配制质量占总量为10％的HF水溶液在室温状况下进行腐蚀；
7.把带有保护层掩膜图形3的单晶硅(100)浸入KOH、(CH3)2CHOH和H2O质量混合比为44:1：55溶液中进行腐蚀，腐蚀溶液温度为82±2°，腐蚀过程中需要搅拌，预防反应生成物附着在单晶硅(100)的表面上。在这种反应条件下，单晶硅(100)具有较强的各向异性腐蚀特性，最终单晶硅(100)的表面会形成所需的立体图形4，而所需的立体图形4大小与排列和掩膜图形相对应。
经过本发明处理的单晶硅(100)的表面积是没有经过处理的表面积的1.5～1.7倍。
以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制。在本发明的技术思想范畴内，可以出现各种变形及修改，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明所保护的范围。

Claims (9)

1.一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(a).选用合适的硅衬底，根据硅衬底的表面特性以及所需的图形形状设计掩膜图形，掩膜图形单元尺寸为3μm～1000μm；
(b).在硅衬底表面生成硅氧化物保护层或金属保护层；
(c).对硅衬底进行清洗及预处理，使后续光刻胶能够牢固附着在硅衬底表面；
(d).对经过预处理的硅衬底表面涂抹光刻胶，然后进行烘烤；
(e).对涂有光刻胶的硅衬底表面依次进行掩膜和光刻工艺处理，把掩膜图形传递成为光刻胶图形；
(f).采用湿法化学腐蚀工艺或干法刻蚀工艺把光刻胶图形传递成为硅衬底表面的保护层掩膜图形；
(g).把带有保护层掩膜图形的硅衬底浸入化学腐蚀溶液中进行各向异性腐蚀，腐蚀过程中需要搅拌，预防反应生成物附着在硅衬底表面；
(h).控制化学腐蚀溶液成份、温度及时间，当硅衬底表面生成需要的立体图形后，立即取出硅衬底终止化学腐蚀反应后，对硅衬底表面去除残留保护层、清洗处理后与LED发光芯片进行组合。
2.根据权利要求1所述的一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法，其特征在于：所述的硅氧化物保护层为SiO2保护层，所述的金属保护层为Cr或Al保护层。
3.根据权利要求1所述的一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法，其特征在于：所述的光刻工艺处理包括曝光、显影、定影、烘焙处理。
4.根据权利要求1所述的一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法，其特征在于：所述的光刻胶为正性光刻胶和负性光刻胶。
5.根据权利要求1所述的一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法，其特征在于：所述的掩膜图形为一维阵列分布图形或二维阵列分布图形。
6.根据权利要求1所述的一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法，其特征在于：所述的化学腐蚀溶液为KOH、(CH3)2CHOH和H2O的混合溶液，其中KOH的配制质量占总质量的15％～60％、(CH3)2CHOH的配制质量占总质量的0～20％。
7.根据权利要求1所述的一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法，其特征在于：所述的化学腐蚀溶液为NH2(CH2)2NH2、C6H4(OH)2、H2O和C4H4N2的混合溶液，其中NH2(CH2)NH2的配制质量占总质量的50％～80％，C6H4(OH)2的配制质量占总量的10％～25％，C4H4N2配制浓度为0～20g/L。
8.根据权利要求1所述的一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法，其特征在于，所述的湿法化学腐蚀工艺为：选用配制质量占总量为10％的HF水溶液在室温状况下进行腐蚀。
9.根据权利要求1所述的一种硅衬底LED发光芯片的表面处理方法，其特征在于：所述硅衬底的材料为单晶硅。
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