CN108511574A - 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，属于光电子技术领域，通过在p型GaN层的表面先刻蚀大台面结构，再生长电流阻挡层，然后经过光刻腐蚀电流阻挡层，蒸镀透明导电膜，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。本发明通过O2等离子体轰击光刻胶，刻蚀后不去胶，通过离子体轰击光刻胶的方法直接将大台图形轰击为小台图形，光刻大台和光刻小台步骤只需要甩一边胶、一次光刻即可，减少了光刻的步数，同时也避免了因为多一步光刻步骤而容易出现的过腐蚀、曝光异常等常见光刻异常，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
光刻胶是主要由感光树脂、增感剂(见光谱增感染料)和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像。
光刻胶根据其化学反应机理和显影原理，可分负性光刻胶和正性光刻胶两个种类。光照后形成不可溶物质的是负性光刻胶；对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性光刻胶，而光照后形成不可溶物质的是负性光刻胶；所以可以利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在蓝宝石表面刻蚀所需的芯片图形。
光刻胶基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。
①光聚合型
采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。
②光分解型
采用含有叠氮醌类化合物的材料，经光照后会发生光分解反应，由油溶性变为水溶性，可以制成正性胶。
③光交联型
采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，这是一种典型的负性光刻胶。
随着LED(发光二极管)的发展，越来越多的技术应用在LED之中，随着透明导电膜、钝化层、电流阻挡层等薄膜应用在LED管芯技术中，从而使LED管芯的光电性能得到了很大的提高，在这其中，光刻技术发挥了很大的作用，在正常的工艺流程中，每生长一次薄膜都需要进行一次光刻，经过光刻技术处理的电流阻挡层(CBL)、透明导电层(ITO)，钝化层才可以形成各种各样的图形，但随着这些技术的加入，管芯的制作方法越来越复杂，步骤越来越繁琐，每次正常的管芯流程都需要进行多次光刻，而制作工艺的复杂往往也会导致异常的增多。
目前GaN基发光二极管芯片的制备工艺依次在GaN表面生长电流阻挡层、透明导电层、钝化层，每生长一层薄膜都需要光刻技术进行处理，整个过程步骤繁琐，耗时过长，效率较低且成本偏高，在目前LED市场上的竞争不具备优势。常规工艺流程如下：蒸镀CBL→光刻CBL(甩胶→曝光→显影→腐蚀→去胶)→蒸镀ITO→退火→光刻小台(甩胶→曝光→显影→腐蚀→去胶)→光刻大台(甩胶→曝光→显影→坚膜)→ICP刻蚀→去胶→打胶→PECVD→光刻电极→蒸镀电极。具体制备步骤如下：
(1)首先在GaN基外延片的p型GaN层生长以SiO2为主要成分的CBL(电流阻挡层)，然后进行光刻步骤光刻出CBL图形；
(2)在晶片表面生长ITO，并进行ITO退火，厚度为1500埃。
(3)在ITO表面，甩匀正性光刻胶，经过曝光、显影、腐蚀、去胶后做出小台图形；
(4)将做完小台图形的晶片经过甩匀光刻胶、曝光、显影、坚膜步骤后做出大台；
(5)使用ICP设备进行刻蚀，刻蚀深度为15000埃，刻蚀后进行去胶、打胶步骤保证晶片表面无残留胶；
(6)使用PECVD设备在晶片表面生长SiO2钝化层；
(7)在钝化层表面甩匀光刻胶，进行光刻电极步骤；
(8)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。
如图1，上述常规的方法需要进行两次光刻，先进行一次光刻小台，再进行一次光刻大台，右图中虚线为光刻小台的光刻胶图形，实线为光刻大台的光刻胶图形。
GaN基发光二极管芯片的制备也有许多改进方法，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》。CN104300048A公开的《一种GaN基发光二极管芯片的制备方法》，CN106252476A公开的《一种GaN基发光二极管芯片的制备方法》，CN104659165A公开的《一种GaN基发光二极管芯片的制备方法》，CN105140354A公开的《一种GaN基发光二极管芯片的制备方法》，CN105719955A公开的《一种GaN基发光二极管芯片的制备方法》。
现有工艺每一次光刻都需要进行甩胶、曝光、显影、腐蚀和去胶的步骤，而步骤越多越容易发生异常。
鉴于此，在不影响管芯最终的光电参数的情况下，减少光刻次数、降低成本、优化工艺是本发明的研发目标。
发明内容
针对现有GaN基发光二极管芯片的制备工艺中存在的多次光刻的问题，本发明提出一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，该方法使用氧气等离子体轰击光刻胶后将大台图形转变为小台图形的工艺方法，减少了光刻大台和光刻小台的步骤，既能减少了光刻的次数，又能提高生产效率，同时也可以降低生产成本，优化工艺。
本发明的GaN基发光二极管芯片的制备方法，包括如下步骤:
(1)在GaN基发光二极管晶片的P型GaN层表面生长电流阻挡层(SiO2)；
(2)在生长完电流阻挡层后的晶片上甩正性光刻胶，做出电流阻挡层图形后，去除表面残留光刻胶；
(3)在带有电流阻挡层的晶片上蒸镀透明导电膜(氧化铟锡，ITO)；
(4)在透明导电膜上甩正性光刻胶，经过显影、曝光、腐蚀和坚膜后做出大台图形；
(5)刻蚀晶片；
(6)将刻蚀之后的晶片使用离子体(如O2等)进行轰击，将光刻胶的大台图形轰击为小台图形；
(7)腐蚀掉小台图形外的透明导电膜；
(8)去除光刻胶；
(9)在晶片表面生长SiO2钝化层；
(10)在生长了钝化层的晶片上甩负性光刻胶，通过曝光、显影和腐蚀光刻出电极图形，其中腐蚀步骤中将钝化层和电流阻挡层一起腐蚀。
(11)蒸镀电极，蒸镀后通过剥离和清洗完成P电极和N电极的蒸镀。
所述步骤(1)中电流阻挡层的厚度为500埃-5000埃。进一步优选为1000埃-4000埃，优选2000埃。
所述步骤(2)中正性光刻胶的厚度为10000-30000埃。进一步优选为10000-20000埃，优选20000埃。
所述步骤(3)中氧化铟锡的厚度为500－3000埃。进一步优选为1000-1500埃，优选1200埃。
所述步骤(4)中正性光刻胶的厚度为10000-50000埃。进一步优选为20000-40000埃，优选36000埃。
所述步骤(5)中刻蚀深度为11000-21500埃。进一步优选为12000-15500埃，优选14500埃。
所述步骤(6)中进行轰击的离子体(氧气)的流量为10-200sccm，进一步优选为40-150sccm，优选80sccm；上射频源功率为100-400W，进一步优选为200-400sccm，优选300W；下射频源功率为100-400W，进一步优选为100-300sccm，优选200W。
所述步骤(9)中生长的钝化层厚度为700-2500埃，进一步优选为800-2000埃，优选1000埃。
所述步骤(10)中负性光刻胶的厚度为10000-30000埃，进一步优选为13000-23000埃，优选20000埃。
本发明通过使用O2等离子体轰击光刻胶后光刻胶覆盖范围会变小的特性，刻蚀后不去胶(在刻蚀过程中，起到掩膜作用的是正性光刻胶和以二氧化硅为主要组成部分的CBL)，通过O2等离子体轰击光刻胶的方法直接将大台图形轰击为小台图形。常规的方法则需要进行两次光刻，每一次光刻都需要进行甩胶、曝光、显影、腐蚀和去胶的步骤，步骤越多越容易发生异常；而利用本发明的方法则光刻大台和光刻小台步骤只需要甩一边胶、一次光刻即可，减少了光刻的步数，同时也避免了因为多一步光刻步骤而容易出现的过腐蚀、曝光异常等常见光刻异常，提高了产品良率。
附图说明
图1是现有常规方法中光刻小台和光刻大台的光刻胶图形示意图。图中，实线为光刻大台的光刻胶图形，虚线为光刻小台的光刻胶图形。
图2是离子体轰击后光刻胶覆盖范围变小的示意图。
图3是采用本发明的光刻大台图形和经过ICP轰击后的小台图形示意图。
图4是本发明步骤(1)中在GaN基外延片上生长电流阻挡层CBL的示意图。
图5是本发明步骤(2)光刻CBL后的示意图。
图6是本发明步骤(3)中在GaN表面生长ITO的示意图。
图7是本发明中的步骤(4)甩上正性光刻胶的示意图。
图8是本发明中的步骤(4)光刻出大台图形，进行腐蚀ITO之前的示意图。
图9是本发明中的步骤(4)将ITO腐蚀完的示意图。
图10是本发明中的步骤(5)进行ICP刻蚀后未去胶的示意图。
图11是本发明中的步骤(6)使用氧气进行等离子体轰击后的示意图。
图12是本发明中的步骤(7)腐蚀因光刻胶覆盖面积变小而露出的ITO，即形成小台图形的示意图。
图13是本发明中的步骤(8)去掉正性光刻胶的示意图。
图14是本发明中的步骤(9)生长钝化层的示意图。
图15是本发明中的步骤(10)在晶片表面甩匀负性光刻胶的示意图。
图16是本发明中的步骤(10)光刻出电极图形后进行腐蚀钝化层之前的示意图。
图17是本发明中的步骤(10)腐蚀钝化层和CBL的示意图。
图18是本发明中的步骤(11)蒸镀完P、N电极的示意图。
图中：1、电流阻挡层(CBL)；2、P型GaN层；3、N型GaN层；4、透明导电膜(ITO)；5、正性光刻胶；6、钝化层；7、负性光刻胶；8、P电极；9、N电极。
具体实施方式
实施例1
本发明GaN基发光二极管芯片的制备方法，过程如下：蒸镀CBL→光刻CBL(甩胶→曝光→显影→腐蚀→去胶)→蒸镀ITO→退火→光刻大台(甩胶→曝光→显影→腐蚀→坚膜)→ICP刻蚀→ICP O2轰击小台图形→腐蚀ITO→去胶→打胶→PECVD→光刻电极→蒸镀电极。
本发明通过使用O2等离子体轰击光刻胶后光刻胶覆盖范围会变小的特性，如图2所示，右边图中虚线所示为原光刻胶覆盖范围，刻蚀后不去胶(在刻蚀过程中，起到掩膜作用的是正性光刻胶和以二氧化硅为主要组成部分的CBL)，通过O2等离子体轰击光刻胶的方法直接将大台图形轰击为小台图形，如图3所述，光刻大台和光刻小台步骤只需要甩一边胶、一次光刻即可，减少了光刻的步数，同时也避免了因为多一步光刻步骤而容易出现的过腐蚀、曝光异常等常见光刻异常，提高了产品良率。
本发明具体包括以下步骤:
(1)如图4所示，在GaN基发光二极管晶片的P型GaN层2的表面生长一层SiO2来当做电流阻挡层(CBL)1和之后刻蚀时保护P型GaN层的SiO2掩膜。
电流阻挡层1的厚度为500埃-5000埃，优选为1000埃-4000埃，本实施例为2000埃。
(2)如图5所示，在生长完CBL后的晶片上甩匀正性光刻胶，对上一步生长的CBL进行光刻，经过曝光、显影和腐蚀步骤后做出CBL图形，去除表面残留光刻胶。
正性光刻胶的厚度为10000-30000埃，优选为10000-20000埃。本实施例中，正性光刻胶的厚度为25000埃。
(3)如图6所示，在带有CBL的晶片上蒸镀透明导电膜4(ITO，氧化铟锡)，作为透明导电膜4，之后按常规工艺进行ITO退火。
氧化铟锡的厚度为500－3000埃，优选为1000-1500埃，优选1200埃。本实施例中其厚度为2000埃。
(4)如图7所示，在透明导电膜4上甩正性光刻胶5，经过曝光和显影，得到正性光刻胶5上带有豁口的如图8所示的晶片，图8的豁口对应的是图3中最左边的光刻大台的图形中间的圈，圈里面和大台图形外面是没有光刻胶覆盖的，这是光刻步骤中显影的效果。再腐蚀掉豁口下方及其它没有被光刻胶覆盖的透明导电膜4(ITO)，如图9所示。
正性光刻胶5的厚度为10000-50000埃，进一步优选为20000-40000埃，优选36000埃。本实施例中厚度为35000埃。
(5)如图10所示，将晶片使用ICP设备进行刻蚀，刻蚀至N型GaN层3。刻蚀深度为11000-21500埃，优选为12000-15500埃，优选14500埃。本实施例中刻蚀深度为14500埃。
(6)如图11所示，将刻蚀之后的晶片使用O2等离子体进行轰击，将正性光刻胶5的大台图形轰击为小台图形。
氧气的流量为10-200sccm，优选为40-150sccm，优选80sccm。上射频源功率为100-400W，优选为200-400sccm，最优选300W。下射频源功率为100-400W，优选为100-300sccm，最优选200W。在本实施例中，O2的流量为60sccm，上电极(射频源)功率为300W，下电极功率为200W，轰击时间为10分钟。
(7)如图12所示，使用ITO腐蚀液腐蚀掉因上一步轰击而露出的透明导电膜4(ITO)，即小台图形；
(8)如图13所示，将残留的光刻胶去除；
(9)如图14所示，在晶片表面生长SiO2钝化层。钝化层厚度为700-2500埃，优选为800-2000埃。本实施例中SiO2钝化层厚度为1000埃。
(10)如图15、图16和图17所示，在生长了钝化层的晶片上甩负性光刻胶7，通过曝光、显影和腐蚀步骤光刻出电极图形，其中腐蚀步骤中将钝化层和CBL一起腐蚀。
负性光刻胶的厚度为10000-30000埃，优选为13000-23000埃，本实施例中优选20000埃。
(11)如图18所示，在晶片上蒸镀电极，蒸镀后通过剥离、清洗等步骤，完成P电极8和N电极9的蒸镀。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，所述步骤(6)中，轰击气体O2的流量为80sccm，上电极功率为260W。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，所述步骤(6)中，轰击气体O2的流量为150sccm，轰击时间为5分钟。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，所述步骤(1)中，生长的SiO2厚度为3000埃。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于，所述步骤(3)中，生长的ITO厚度为1500埃。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于，所述步骤(9)中，生长的SiO2钝化层的厚度为2300埃。
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(4)中，正性光刻胶厚度为30000埃。
实施例8
本实施例与实施例1的区别在于，所述步骤(4)中在ITO的表面所涂的正性光刻胶的厚度为45000埃；所述步骤(5)中干法刻蚀的深度在13000埃；所述步骤(1)的CBL电流阻挡层的厚度为1000埃；所述步骤(3)中氧化铟锡的厚度为1000埃，所述步骤(9)中钝化层的厚度800埃。
Claims (9)
1.一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，包括如下步骤:
(1)在GaN基发光二极管晶片的P型GaN层表面生长电流阻挡层；
(2)在生长完电流阻挡层后的晶片上甩正性光刻胶，做出电流阻挡层图形后，去除表面残留光刻胶；
(3)在带有电流阻挡层的晶片上蒸镀透明导电膜；
(4)在透明导电膜上甩正性光刻胶，经过显影、曝光、腐蚀和坚膜后做出大台图形；
(5)刻蚀晶片；
(6)将刻蚀之后的晶片使用离子体进行轰击，将光刻胶的大台图形轰击为小台图形；
(7)腐蚀掉小台图形外的透明导电膜；
(8)去除光刻胶；
(9)在晶片表面生长SiO2钝化层；
(10)在生长了钝化层的晶片上甩负性光刻胶，通过曝光、显影和腐蚀光刻出电极图形，其中腐蚀步骤中将钝化层和电流阻挡层一起腐蚀。
(11)蒸镀电极，蒸镀后通过剥离和清洗完成P电极和N电极的蒸镀。
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)中电流阻挡层的厚度为500埃-5000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(2)中正性光刻胶的厚度为10000-30000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)中氧化铟锡的厚度为500－3000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，其特征是，所述步骤(4)中正性光刻胶的厚度为10000-50000埃。
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)中刻蚀深度为11000-21500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，其特征是，所述步骤(6)中进行轰击的离子体的流量为10-200sccm，上射频源功率为100-400W，下射频源功率为
100-400W。
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(9)中生长的钝化层厚度为700-2500埃。
9.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(10)中负性光刻胶的厚度为10000-30000埃。
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