CN1595668A - 蓝宝石衬底发光二极管芯片电极制作方法 - Google Patents

蓝宝石衬底发光二极管芯片电极制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种蓝宝石衬底发光二极管芯片的电极制作方法,可采用三步法,具体的方法步骤依次分别为:PT超薄透明电极光刻与蒸镀、P电极光刻与蒸镀、合金、PN电极光刻与蒸镀;或者采用两步法,具体的方法步骤依次分别为:PT超薄透明电极光刻与蒸镀、合金、PN电极光刻与蒸镀,来达到提高生产效率,降低生产成本,改善产品质量的目的。

Description

蓝宝石衬底发光二极管芯片电极制作方法
技术领域
本发明涉及光电子信息技术领域,更具体地说,涉及一种蓝宝石衬底发光二极管芯片的电极制作方法。
背景技术
以氮化镓(GaN)为代表的III-V族宽带隙化合物半导体材料以其优异的光电学和物理化学性质,被誉为是继第一代硅(Si)、锗(Ge)元素半导体材料,第二代砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)及其合金化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。随着氮化镓(GaN)及其合金在材料制备和短波长发光器件制作等方面不断取得重大技术突破,宽带隙半导体材料的发展异常迅速,现已成为全球半导体研究领域新崛起的前沿和热点,并已在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着非常广阔的应用和市场前景。
作为氮化镓(GaN)材料在光电子器件方面应用的一个典型实例,就是氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)。氮化镓(GaN)基蓝、绿光LED与其它颜色(红光、黄光)的LED结合可实现全彩大屏幕显示,用于不同形式和场合的显示显像;蓝绿光LED同高亮度红光、黄光LED一起,还可用于交通信号指示灯;再有,利用蓝、紫光LED芯片和合适的荧光粉封装而成的白光LED取代目前传统的白炽灯和日光灯,用于照明是大势所趣,从而将会在不久的将来实现半导体固态光源、引起世界照明工业的革命。
但是,目前氮化镓(GaN)薄膜单晶材料一般是利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备,在蓝宝石衬底上外延生长而得到的,而在此基础上制作蓝宝石衬底氮化镓(GaN)基蓝、绿、紫光LED芯片时,通常所采取的制造方法是先用电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀的方法,刻蚀出一适当深度(一般为0.5~1微米)的台阶露出N型层,再依次分别光刻与蒸镀PT超薄透明电极(即P型层上的透明电极)、P电极、N电极、PN压焊点(焊盘),这样仅制作电极就需要经过至少四次光刻与蒸镀(称之为四步法)。这种常规的制造方法,不但工艺复杂,工序步骤繁多;而且,由于需要进行多次光刻容易造成套刻累计误差过大,从而难以保证对准精度,使芯片电极的外观质量及电、光学性能也都不同程度地受到一些影响;同时,由于制作工艺复杂、工序步骤繁多,必然带来氮化镓(GaN)基发光二极管芯片制造的生产效率低下、生产制造费用成本高。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷,本发明要简化氮化镓(GaN)基LED芯片的电极制作方法,可提高生产效率,降低生产成本,改善产品质量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:首先在蓝宝石衬底上外延生长得到氮化镓(GaN)薄膜单晶,然后用电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀的方法,刻蚀出一适当深度(一般为0.5~1微米)的台阶露出N型层,然后按照下述步骤进行电极的制作:
(1)在光刻机上利用PT超薄透明电极的光刻版作掩膜进行光刻,然后在第一真空度的真空条件下,利用磁控溅射台在光刻好的晶片上依次溅射第一厚度的镍和第二厚度的金。
(2)在光刻机上利用P电极的光刻版作掩膜进行光刻,然后在第二真空度的真空条件下,利用磁控溅射台或电子束蒸发台设备在光刻好的晶片上依次溅射或蒸镀第三厚度的镍和第四厚度的金。
(3)在第一成分的气氛内和第一温度的高温下对蒸镀有镍和金的晶片进行快速热处理。
(4)在光刻机上利用PN电极的光刻版作掩膜进行光刻,然后在第三真空度的真空条件下,利用磁控溅射台或电子束蒸发台设备在光刻好的晶片上依次溅射或蒸镀适当第五厚度的钛、第六厚度的铝、第七厚度的镍和第八厚度的金。该步骤中PN电极的制作包含了四步法中的N电极制作和PN压焊点的制作。
由于整个电极制作过程中只需要三次光刻和蒸镀,因此上述方法简称为“三步法”,除了上述“三步法”外,电极的制作还可以使用“两步法”,即在整个电极制作过程中只需要两次光刻和蒸镀,具体步骤如下:
(1)在光刻机上利用PT超薄透明电极的光刻版作掩膜进行光刻,然后在第四真空度的真空条件下,利用磁控溅射台在光刻好的晶片上依次溅射第九厚度的镍和第十厚度的金。
(2)在第二成分的气氛内和第二温度的高温下对蒸镀有镍和金的晶片进行快速热处理。
(3)在光刻机上利用PN电极的光刻版作掩膜进行光刻,然后在第五真空度的真空条件下,利用磁控溅射台或电子束蒸发台设备在光刻好的晶片上依次溅射或蒸镀第十一厚度的钛、第十二厚度的铝、第十三厚度的镍、第十四厚度的金、第十五厚度的钛和第十六厚度的金。该步骤中PN电极的制作包含了四步法中的P电极制作、N电极制作和PN压焊点的制作。
通过上述方案,减少了氮化镓(GaN)基发光二极管芯片制造中的光刻、金属薄膜蒸镀、剥离清洗等工艺步骤所需的次数,可提高生产效率;同时,随着工艺步骤的减少,也减少了对光刻胶、显影液、清洗用化学试剂以及钛、铝、镍、金等贵重金属靶材的消耗量,可降低生产成本;并且,工艺步骤的减少,即光刻套刻次数减少,也就减小了多次光刻对准的累计误差,从而提高了精度;最后,简化的制作工艺不但对用来表征LED芯片产品质量的光电性能参数指标均不产生任何负面的影响,而且在一定程度上对于减小反向漏电电流IR这项指标会更加有利,因为套刻次数的减少,相对地更加容易保证N电极与刻蚀台阶边缘之间的距离,减小N电极与刻蚀台阶边缘产生微短路的几率。
附图说明
图1是蓝宝石衬底氮化镓(GaN)基发光二极管芯片平面示意图;
图2是采用“三步法”制作的蓝宝石衬底氮化镓(GaN)基发光二极管芯片截面示意图;
图3是采用“两步法”制作的蓝宝石衬底氮化镓(GaN)基发光二极管芯片截面示意图。
具体实施方式
一、三步法
首先用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备在蓝宝石衬底5上依次外延生长得到氮化镓缓冲层6,N型氮化镓层(n-GaN)7,有源发光层8,P型氮化镓层(p-GaN)9,然后用电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀的方法,刻蚀出一适当深度(一般为0.5~1微米)的台阶露出N型层7,然后按照下述步骤进行电极的制作:
(1)在光刻机上利用形如PT超薄透明电极2的光刻版作掩膜进行光刻,然后在的真空度优于10-7托条件下,利用磁控溅射台在光刻好的晶片上依次溅射厚度为30埃的镍10和厚度为60埃的金11。
(2)在光刻机上利用形如P电极1的光刻版作掩膜进行光刻,然后在真空度优于10-6托条件下,利用磁控溅射台或电子束蒸发台设备在光刻好的晶片上依次溅射或蒸镀厚度为500埃的镍12和厚度为2000埃的金13。
(3)在氮气与氧气按60/30作比例的气氛内和450~600℃的高温下对蒸镀有镍和金的晶片进行快速热处理。
(4)在光刻机上利用形如P电极1的光刻版和形如N电极3的光刻版作掩膜进行光刻,然后在真空度优于10-6托条件下,利用磁控溅射台或电子束蒸发台设备在光刻好的晶片上依次溅射或蒸镀适当厚度为500埃的钛14、厚度为2500埃的铝15、厚度为400埃的镍16和厚度为4000埃的金17。
二、两步法
首先用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备在蓝宝石衬底5上依次外延生长得到氮化镓缓冲层6,N型氮化镓层(n-GaN)7,有源发光层8,P型氮化镓层(p-GaN)9,然后用电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀的方法,刻蚀出一适当深度(一般为0.5~1微米)的台阶露出N型层7,然后按照下述步骤进行电极的制作:
(1)在光刻机上利用形如PT超薄透明电极2的光刻版作掩膜进行光刻,然后在的真空度优于10-7托条件下,利用磁控溅射台在光刻好的晶片上依次溅射厚度为40埃的镍18和厚度为60埃的金19。
(2)在氮气与氧气按60/30作比例的气氛内和450~600℃的高温下对蒸镀有镍和金的晶片进行快速热处理。
(4)在光刻机上利用形如P电极1的光刻版和形如N电极3的光刻版掩膜进行光刻,然后在真空度优于10-6托条件下,利用磁控溅射台或电子束蒸发台设备在光刻好的晶片上依次溅射或蒸镀适当厚度为500埃的钛20、厚度为2000埃的铝21、厚度为400埃的镍22、厚度为2000埃的金23、厚度为500埃的钛24和厚度为3000埃的金25。
“三步法”和“两步法”都减少了氮化镓(GaN)基发光二极管芯片电极制造中的光刻蒸镀次数,随着工艺步骤的减少,光刻套刻次数相应减少,相对地更加容易保证N电极3与刻蚀台阶边缘4之间的距离,从而减小N电极3与刻蚀台阶边缘4产生微短路的几率。

Claims (9)

1、一种蓝宝石衬底发光二极管芯片电极制作方法,其特征在于,包括下列各步骤:
1.1在光刻机上利用PT超薄透明电极的光刻版作掩膜进行光刻,然后在第一真空度的真空条件下,利用磁控溅射台在光刻好的晶片上依次溅射第一厚度的镍和第二厚度的金;
1.2在光刻机上利用P电极的光刻版作掩膜进行光刻,然后在第二真空度的真空条件下,利用磁控溅射台或电子束蒸发台设备在光刻好的晶片上依次溅射或蒸镀第三厚度的镍和第四厚度的金;
1.3在第一成分的气氛内和第一温度的高温下对蒸镀有镍和金的晶片进行快速热处理;
1.4在光刻机上利用PN电极的光刻版作掩膜进行光刻,然后在第三真空度的真空条件下,利用磁控溅射台或电子束蒸发台设备在光刻好的晶片上依次溅射或蒸镀适当第五厚度的钛、第六厚度的铝、第七厚度的镍和第八厚度的金。
2、宝石衬底发光二极管芯片电极制作方法,其特征在于该方法包括下列各步骤:
2.1在光刻机上利用PT超薄透明电极的光刻版作掩膜进行光刻,然后在第四真空度的真空条件下,利用磁控溅射台在光刻好的晶片上依次溅射第九厚度的镍和第十厚度的金;
2.2在第二成分的气氛内和第二温度的高温下对蒸镀有镍和金的晶片进行快速热处理;
2.3在光刻机上利用PN电极的光刻版作掩膜进行光刻,然后在第五真空度的真空条件下,利用磁控溅射台或电子束蒸发台设备在光刻好的晶片上依次溅射或蒸镀第十一厚度的钛、第十二厚度的铝、第十三厚度的镍、第十四厚度的金、第十五厚度的钛和第十六厚度的金。
3、根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤1.1中的第一真空度优于10-7托,第一厚度介于20~40埃、第二厚度介于50~70埃。
4、根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤1.2中的第二真空度优于10-6托,第三厚度介于400~600埃、第四厚度介于1500~2500埃。
5、据权利要求1所述方法中,其特征在于步骤1.3中的第一成分为氮气与氧气按60/30作比例,第一温度介于450~600℃。
6、根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤1.4中的第三真空度优于10-6托,第五厚度介于400~600埃、第六厚度介于2000~3000埃、第七厚度介于350~450埃、第八厚度介于3500~4500埃。
7、根据权利要求2所述方法,其特征在于,步骤2.1中的第四真空度优于10-7托,第九厚度介于30~60埃、第十厚度介于50~80埃。
8、根据权利要求2所述方法,其特征在于,步骤2.2中的第二成分为氮气与氧气按60/30作比例,第二温度介于450~600℃。
9、据权利要2所述方法,其特征在于,步骤2.3中的第五真空度优于10-6托,第十一厚度介于400~600埃、第十二厚度介于1800~2400埃、第十三厚度介于350~450埃、第十四厚度介于1500~2500埃、第十五厚度介于400~600埃、第十六厚度介于2500~3500埃。
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