CN106252476B - 一种GaN 基发光二极管芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
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，本发明通过在p型GaN层的表面先刻蚀大台面结构，再生长CBL层(电流阻挡层)，然后经过光刻腐蚀CBL，蒸镀ITO，光刻小台图形，生长SiO2钝化层，然后在钝化层上甩匀光刻胶、曝光和显影，制作出P型电极和N型电极结构图形，在经过干法刻蚀钝化层，之后再刻蚀掉不导电层，本发明调整了钝化层和电极的制作步骤，从而省略、简化了光刻的次数，同时也改善了常规中光刻步骤的湿法腐蚀步骤，采用本方法将不会出现腐蚀钝化层时破坏底下覆盖ITO的CBL的情况，提高了产品良率。
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
刻蚀，在半导体制造工艺中是一种相当重要的步骤。是与光刻相联系的图形化(pattern)处理的一种主要工艺。所谓刻蚀，实际上狭义理解就是光刻腐蚀，先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理，然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。随着微制造工艺的发展，广义上来讲，刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除材料的一种统称，成为微加工制造的一种普适叫法。
刻蚀最常用的分类有两种：干法刻蚀和湿法刻蚀。它们的区别就在于湿法使用溶剂或溶液来进行刻蚀。湿法刻蚀是一个纯粹的化学反应过程，是指利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到刻蚀目的。其特点是：湿法刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀。优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低。
缺点是：钻刻严重、对图形的控制性较差，不能用于小的特征尺寸；会产生大量的化学废液。
干法刻蚀种类很多，包括光挥发、气相腐蚀、等离子体腐蚀等。其优点是：各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好，细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引入污染，洁净度高。缺点是：成本高，设备复杂。干法刻蚀主要形式有纯化学过程(如屏蔽式，下游式，桶式)，纯物理过程(如离子铣)，物理化学过程，常用的有反应离子刻蚀RIE，离子束辅助自由基刻蚀ICP等。
干法刻蚀方式很多，一般有：溅射与离子束铣蚀，等离子刻蚀(Plasma Etching)，高压等离子刻蚀，高密度等离子体(HDP)刻蚀，反应离子刻蚀(RIE)。另外，化学机械抛光CMP，剥离技术等等也可看成是广义刻蚀的一些技术。目前常用的GaN基发光二极管芯片的制备方法是：光刻电极图形时，需要进行湿法腐蚀钝化层，若钝化层下面的ITO(透明导电膜)膜致密性不好，则容易腐蚀ITO膜下面的CBL(电流阻挡层)层，造成参数异常，如果采用干法刻蚀，往往需要氟化物对表面进行刻蚀，但常用的氟化物如六氟化硫容易和GaN表面发生发应生成一层不导电的化合物，导致芯片不导电。
发明内容
针对现有工艺存在的问题，本专利提出了一种干法刻蚀钝化层的工艺方法，既能提高产品良率，同时又降低了原材料的消耗。
术语解释：
LED：发光二极管；
CBL层：电流阻挡层；
ITO：氧化铟锡。
本发明的技术方案如下：
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，包括步骤如下:
(1)在P型GaN层的表面涂上正性光刻胶，光刻出大台图形；
(2)通过干法刻蚀沿P型GaN层刻蚀至N型GaN层，刻蚀形成大台面结构，并去除光刻胶；
(3)生长一层SiO2，作为CBL层；
(4)在CBL层上表面做上正性光刻胶，做出CBL图形，去除表面残留光刻胶；
(5)生长一层ITO，作为透明导电膜；
(6)在透明导电膜表面涂上正性光刻胶，光刻出电流扩展层小台图形，对透明导电膜进行湿法腐蚀，腐蚀出透明导电膜的导电层图形，形成小台面结构，去除残留光刻胶；
(7)生长一层SiO2，作为钝化层；
(8)在晶片表面甩匀负性光刻胶，曝光、显影后，制作出p型电极和N型电极结构光刻胶图形；
(9)使用SF6对钝化层进行干法刻蚀，再使用刻蚀气体刻蚀掉SF6与GaN层反应生成的不导电层；
(10)在透明导电膜的台面上制备p型电极，在n型GaN层的大台面上制备n型电极。
根据本发明优选的，所述步骤(1)中在P型GaN层的表面所涂的正性光刻胶的厚度为25000-45000埃，进一步优选为25000-30000埃，优选30000埃。
根据本发明优选的，所述步骤(2)中干法刻蚀的深度在12000-16000埃，优选14000埃。
根据本发明优选的，所述步骤(3)的CBL电流阻挡层的厚度为100－3000埃，进一步优选为300-800埃，优选500埃。
根据本发明优选的，所述步骤(5)中氧化铟锡的厚度为500－1500埃，进一步优选为1000-1500埃，优选1200埃。
根据本发明优选的，所述步骤(7)中钝化层的厚度900-3000埃，进一步优选为900-1000埃，优化900埃。
根据本发明优选，所述步骤(9)中，对钝化层进行干法刻蚀的气体为SF6，SF6流量为20-70sccm，进一步优选为30-50sccm，优选35sccm，刻蚀功率为260W。
根据本发明优选的，所述步骤(9)中，对不导电层进行刻蚀的刻蚀气体为Ar、Cl2、BCl3中的一种或多种。
进一步优选的，所述步骤(9)中，对不导电层进行刻蚀的刻蚀气体为Cl2或/和BCl3，刻蚀功率为260W。
进一步优选的，所述步骤(9)中，对不导电层进行刻蚀的刻蚀气体为Cl2和BCl3时，Cl2气体流量为100sccm，BCl3气体流量为20sccm。
本发明的有益效果如下：
本发明通过在p型GaN层的表面先刻蚀大台，再生长CBL层(电流阻挡层)，然后经过光刻腐蚀CBL，蒸镀ITO，光刻小台图形，生长SiO2钝化层，然后在钝化层上甩匀光刻胶、曝光和显影，制作出P型电极和N型电极结构图形，在经过干法刻蚀钝化层，之后再刻蚀掉不导电层，本发明也改善了常规中光刻步骤的湿法腐蚀步骤，采用本方法将不会出现腐蚀钝化层时破坏底下覆盖ITO的CBL的情况，保护了ITO膜下的CBL层，且干法刻蚀钝化层与之后再刻蚀掉不导电层这两个步骤在同一设备中完成，与湿法腐蚀相比简化了工艺流程，提高了产品良率，同时还提高了生产效率和安全性。
附图说明
图1是本发明中步骤(1)在GaN基外延片上涂上正胶后光刻出大台图形的示意图。
图2是本发明步骤(2)刻蚀出大台台面的示意图。
图3是本发明步骤(3)中在GaN表面生长CBL示意图。
图4是本发明中的步骤(4)制得CBL图形的示意图。
图5是本发明中的步骤(5)生长ITO薄膜的示意图。
图6是本发明中的步骤(6)腐蚀ITO薄膜的小台面示意图。
图7是本发明中的步骤(7)生长完钝化层的示意图。
图8是本发明中的步骤(8)做出电极图形后进行腐蚀之前的示意图；
图9是本发明中的步骤(9)干法刻蚀钝化层的示意图；
图10是本发明中的步骤(9)刻蚀掉不导电层的示意图；
图11是本发明中的步骤(10)生长P、N电极之后的示意图。
图中：1、正性光刻胶；2、P-GaN层；3、N-GaN层；4、CBL层；5、透明导电膜(ITO)；6、钝化层；7、光刻胶；8、P电极；9、N电极。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明的技术方案做进一步描述，但不限于此。
实施例1
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，包括步骤如下:
(1)首先如图1所示在GaN基外延片的p型GaN层的表面甩匀光刻胶，光刻胶为正性光刻胶，厚度为30000埃，然后进行光刻步骤光刻出P型GaN的大台图形；
(2)如图2所示进行ICP刻蚀，利用ICP干法刻蚀方法，沿上一步骤的大台图形外延片刻蚀出大台面结构，刻蚀的深度需要刻蚀到N-GaN层、同时去除表面残留的光刻胶，本实施例中，蚀刻深度为14000埃；
(3)将刻蚀完毕的晶片放入PECVD设备生长CBL层，厚度为500埃，如图3所示；
(4)将带有CBL层的晶片经过甩光刻胶、曝光、显影后，通过湿法腐蚀、去残留光刻胶步骤后做出CBL图形，如图4所示，同时去除表面残留的光刻胶，光刻胶为正性光刻胶；
(5)如图5所示在带有CBL层的晶片表面蒸镀一层透明导电膜(ITO)，厚度为1200埃；
(6)将生长ITO之后的晶片在透明导电膜表面涂上正性光刻胶，光刻出电流扩展层小台图形，对透明导电膜进行湿法腐蚀，腐蚀出透明导电膜的导电层图形，形成小台面结构，并去除表面光刻胶，如图6所示；
(7)将经过(6)步骤的晶片表面蒸镀SiO2钝化层，钝化层厚度为900埃，如图7所示；
(8)将长完钝化层的晶片甩匀负性光刻胶，再经过曝光、显影、打胶制作出p型电极和N型电极结构光刻胶图形，得到形貌如图8所示；
(9)将经过步骤(8)处理的晶片进行干法刻蚀，刻蚀气体为SF6，流量为35sccm，刻蚀功率为260W，刻蚀之后的形貌如图9所示，之后用Cl2和BCl3刻蚀掉不导电层，Cl2流量为100sccm，BCl3流量为20sccm，刻蚀功率为260W，如图10所示；
(10)将刻蚀后的晶片表面生长上N电极和P电极，并通过剥离步骤去除掉表面光刻胶，如图11所示。
实施例2
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其步骤如实施例1所述，区别在于，所述步骤(9)中，对不导电层进行刻蚀的刻蚀气体为BCl3，BCl3气体流量为80sccm。
实施例3
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其步骤如实施例1所述，区别在于，所述步骤(9)中，对不导电层进行刻蚀的刻蚀气体为Cl2，Cl2气体流量为100sccm。
实施例4
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其步骤如实施例1所述，区别在于，所述步骤(9)中，对不导电层进行刻蚀的刻蚀气体为Ar和Cl2，Ar气体流量为20sccm，Cl2气体流量为80sccm。
实施例5
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其步骤如实施例1所述，区别在于，所述步骤(9)中，对钝化层进行干法刻蚀的气体为SF6，SF6流量为20sccm。
实施例6
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其步骤如实施例1所述，区别在于，所述步骤(9)中，对钝化层进行干法刻蚀的气体为SF6，SF6流量为70sccm。
实施例7
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其步骤如实施例1所述，区别在于，所述步骤(9)中，对钝化层进行干法刻蚀的气体为SF6，SF6流量为30sccm。
实施例8
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其步骤如实施例1所述，区别在于，所述步骤(9)中，对钝化层进行干法刻蚀的气体为SF6，SF6流量为50sccm。
实施例9
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其步骤如实施例1所述，区别在于，所述步骤(1)中在P型GaN层的表面所涂的正性光刻胶的厚度为45000埃；所述步骤(2)中干法刻蚀的深度在12000埃；所述步骤(3)的CBL电流阻挡层的厚度为100埃；所述步骤(5)中氧化铟锡的厚度为500埃，所述步骤(7)中钝化层的厚度1000埃。
实施例10
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其步骤如实施例1所述，区别在于，所述步骤(1)中在P型GaN层的表面所涂的正性光刻胶的厚度为25000埃；所述步骤(2)中干法刻蚀的深度在16000埃；所述步骤(3)的CBL电流阻挡层的厚度为300埃；所述步骤(5)中氧化铟锡的厚度为1000埃，所述步骤(7)中钝化层的厚度3000埃。
实施例11
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其步骤如实施例1所述，区别在于，所述步骤(2)中干法刻蚀的深度在13000埃；所述步骤(3)的CBL电流阻挡层的厚度为800埃；所述步骤(5)中氧化铟锡的厚度为1500埃。
实施例12
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其步骤如实施例1所述，区别在于，所述步骤(3)的CBL电流阻挡层的厚度为3000埃。
实验例13
采用对比工艺制备芯片，具体工艺流程如下：
(1)首先在GaN基外延片的p型GaN层的表面甩匀光刻胶，然后进行光刻步骤光刻出P型GaN的大台图形；
(2)进行ICP刻蚀，利用ICP干法刻蚀方法，沿上一步骤的大台图形外延片刻蚀出大台面结构，刻蚀的深度需要刻蚀到N-GaN层、同时去除表面残留的光刻胶。
(3)将刻蚀完毕的晶片放入PECVD设备生长CBL层，厚度为500埃；
(4)将带有CBL层的晶片经过甩光刻胶、曝光、显影后，通过湿法腐蚀、去残留光刻胶步骤后做出CBL图形，同时去除表面残留的光刻胶；
(5)在带有CBL层的晶片表面蒸镀一层透明导电膜(ITO)；
(6)将生长ITO之后的晶片在透明导电膜表面涂上正性光刻胶，光刻出电流扩展层小台图形，对透明导电膜进行湿法腐蚀，腐蚀出透明导电膜的导电层图形，形成小台面结构，并去除表面光刻胶；
(7)将腐蚀出小台面结构的晶片表面蒸镀SiO2钝化层；
(8)将长完钝化层的晶片甩匀光刻胶，再经过曝光、显影、湿法腐蚀制作出p型电极和N型电极结构光刻胶图形；
(9)将光刻出电极图形后的晶片表面生长上N电极和P电极，并通过剥离步骤去除掉表面光刻胶。
采用上述对比工艺制备芯片，与采用实施例1所述的步骤制备芯片相比，制备结果对比如表1所述，由此可见，利用本发明的技术方案具有较高的产品良率。
表1不同工艺制备芯片的异常对比
| 工艺 | 现有工艺 | 实施例1 |
| 投料数 | 500 | 500 |
| 裂片数 | 30 | 0 |
| 腐蚀异常 | 6％ | 0 |
Claims (21)
1.一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，包括步骤如下:
(1)在P型GaN层的表面涂上正性光刻胶，光刻出大台图形；
(2)通过干法刻蚀沿P型GaN层刻蚀至N型GaN层，刻蚀形成大台面结构，并去除光刻胶；
(3)生长一层SiO2，作为CBL层；
(4)在CBL层上表面做上正性光刻胶，做出CBL图形，去除表面残留光刻胶；
(5)生长一层ITO，作为透明导电膜；
(6)在透明导电膜表面涂上正性光刻胶，光刻出电流扩展层小台图形，对透明导电膜进行湿法腐蚀，腐蚀出透明导电膜的导电层图形，形成小台面结构，去除残留光刻胶；
(7)生长一层SiO2，作为钝化层；
(8)在晶片表面甩匀负性光刻胶，曝光、显影后，制作出p型电极和N型电极结构光刻胶图形；
(9)使用SF6对钝化层进行干法刻蚀，再使用刻蚀气体刻蚀掉SF6与GaN层反应生成的不导电层；
(10)在透明导电膜的台面上制备p型电极，在n型GaN层的大台面上制备n型电极。
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，其特征在于，所述步骤(1)中在P型GaN层的表面所涂的正性光刻胶的厚度为25000-45000埃。
3.根据权利要求2所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中在P型GaN层的表面所涂的正性光刻胶的厚度为25000-30000埃。
4.根据权利要求3所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中在P型GaN层的表面所涂的正性光刻胶的厚度为30000埃。
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，其特征在于，所述步骤(2)中干法刻蚀的深度在12000-16000埃。
6.根据权利要求5所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中干法刻蚀的深度为14000埃。
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，其特征在于，所述步骤(3)的CBL电流阻挡层的厚度为100－3000埃。
8.根据权利要求7所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的CBL电流阻挡层的厚度为300-800埃。
9.根据权利要求8所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的CBL电流阻挡层的厚度为500埃。
10.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中氧化铟锡的厚度为500－1500埃。
11.根据权利要求10所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中氧化铟锡的厚度为1000-1500埃。
12.根据权利要求11所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中氧化铟锡的厚度为1200埃。
13.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中钝化层的厚度900-3000埃。
14.根据权利要求13所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中钝化层的厚度为900-1000埃。
15.根据权利要求14所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中钝化层的厚度为900埃。
16.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(9)中，对钝化层进行干法刻蚀的气体为SF6，SF6流量为20-70sccm，刻蚀功率为260W。
17.根据权利要求16所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(9)中，SF6流量为30-50sccm。
18.根据权利要求17所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(9)中，SF6流量为35sccm。
19.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(9)中，对不导电层进行刻蚀的刻蚀气体为Ar、Cl2、BCl3中的一种或多种。
20.根据权利要求19所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(9)中，对不导电层进行刻蚀的刻蚀气体为Cl2或/和BCl3，刻蚀功率为260W。
21.根据权利要求20所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(9)中，对不导电层进行刻蚀的刻蚀气体为Cl2和BCl3时，Cl2气体流量为100sccm，BCl3气体流量为20sccm。
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