RU2156015C2

RU2156015C2 - Manufacturing process for chip with single-sided contacts for high-power light-emitting diode

Info

Publication number: RU2156015C2
Application number: RU97104035A
Authority: RU
Inventors: В.В. Волков
Original assignee: Волков Владимир Владимирович
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 2000-09-10

Abstract

FIELD: microelectronics; semiconductor devices. SUBSTANCE: upon evaporating central-contact metal film chip surface is covered with masking coat such as inorganic film, then photoresist mask is formed by photolithographic method, inorganic film is locally removed by etching through its windows, photoresist is removed from areas where contacts are brought out to chip surface, semiconductor structure of chip is etched to produce mesa base therein, inorganic film not covered by photoresist is removed, metal film is evaporated under vacuum, and then photoresist is removed together with its metal film. Silicon oxide or silicon nitride may be used as inorganic film. Proposed method provides for reducing discrepancy in current-voltage characteristics of chip and for improving its competitive and utility properties. EFFECT: improved yield, reduced labor consumption and cost. 3 cl, 7 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам изготовления или обработки полупроводниковых приборов. The invention relates to methods for manufacturing or processing semiconductor devices.

Известен способ изготовления кристалла полупроводникового прибора с односторонними контактами, содержащий формирование мезаструктуры и металлической пленки омических контактов к основанию мезаструктуры, выходящих на участки поверхности кристалла путем фотолитографии с использованием маскирующих покрытий, чувствительных к травителям, и последующего напыления металлической пленки (См. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Уч. пособие для вузов. М.: Высшая школа. 1986. Стр.9). A known method of manufacturing a crystal of a semiconductor device with one-sided contacts, containing the formation of a mesastructure and a metal film of ohmic contacts to the base of the mesastructure, reaching the surface of the crystal by photolithography using masking coatings sensitive to etchings, and subsequent deposition of a metal film (See Kurnosov A.I. ., Yudin VV Production technology for semiconductor devices and integrated circuits. A textbook for universities. M.: Higher school. 1986. P. 9).

Недостатком известного способа, выбранного в качестве прототипа, является его низкая технологичность, поскольку он предполагает несколько операций фотолитографии по рельефной поверхности. Это вызвано тем, что напыление металлической пленки осуществляется на всю поверхность кристалла, а лишний напыленный металл затем удаляется с помощью фотолитографии, осуществляемой по рельефной поверхности. При этом точность изготовления контакта, влияющая на основные характеристики прибора, будет определятся погрешностью совмещении фотошаблона на рельефе. Следствием такой технологии является повышенный процент бракованных изделий из-за смещений омического контакта, обрывов металлизации на углах, растравов и закороток, обусловленных известными сложностями проведения фотолитографических операций по развитой рельефной поверхности. The disadvantage of this method, selected as a prototype, is its low manufacturability, since it involves several photolithography operations on a relief surface. This is due to the fact that the deposition of a metal film is carried out on the entire surface of the crystal, and the excess deposited metal is then removed using photolithography carried out on a relief surface. In this case, the accuracy of the contact manufacturing, affecting the main characteristics of the device, will be determined by the error in combining the photomask on the relief. The consequence of this technology is an increased percentage of defective products due to ohmic contact displacements, metallization breaks at the corners, rasters and shorts caused by the known difficulties of photolithographic operations on a developed relief surface.

Заявленное изобретение отличается тем, что в известном способе изготовления кристалла с односторонними контактами для мощного светодиода, в котором после формирования на поверхности кристалла центрального омического контакта поверхность кристалла закрывают маскирующим покрытием в виде неорганической пленки, затем методом фотолитографии формируют маску фоторезиста, в окнах которой локально стравливают неорганическую пленку, удаляют фоторезист с участков выхода контактов на поверхность кристалла, травят полупроводниковую структуру до основания мезаструктуры, удаляют неорганическую пленку, незащищенную фоторезистом, проводят вакуумное напыление металлической пленки омических контактов к основанию мезаструктуры, выходящих на поверхность кристалла, после чего фоторезист удаляют вместе с нанесенной на него пленкой металла. The claimed invention is characterized in that in the known method for manufacturing a crystal with one-sided contacts for a high-power LED, in which after the formation of a central ohmic contact on the crystal surface, the crystal surface is covered with a masking coating in the form of an inorganic film, then a photoresist mask is formed by photolithography, in the windows of which it is locally etched inorganic film, remove the photoresist from the contact exit portions of the crystal surface, etch the semiconductor structure y to the base mesa, an inorganic film is removed, the exposed photoresist is carried out vacuum deposition of the metal film ohmic contacts to the base mesa, onto the surface of the crystal, and then the photoresist is removed together with the deposited metal film on it.

В качестве неорганической пленки используют оксид или нитрид кремния. Silicon oxide or nitride is used as the inorganic film.

Сущность заявляемого технического решения состоит в следующем. Использование в процессе фотолитографии двух типов маскирующих покрытий, каждое из которых чувствительно только к конкретному виду травителя, позволяет удалять одно из покрытий, т.е. вскрывать необходимый участок поверхности. А поскольку другое покрытие нейтрально в отношении данного травителя, то участки поверхности под этим покрытием останутся нетронутыми. Поэтому, после вскрытия мезаструктуры в результате травления, достаточно удалить перед напылением одно из покрытий с участка поверхности кристалла и появляется возможность получения в процессе напыления надежного рельефного металлического контакта, обеспечивающего вывод металлизации от основания мезаструктуры к участкам выхода контактов на поверхность кристалла. Таким образом, предлагаемое изобретение решает одну из основных проблем в технологии изготовления полупроводниковых приборов, а именно создание рисунка металлизации на развитых рельефных поверхностях. The essence of the proposed technical solution is as follows. The use of two types of masking coatings in the photolithography process, each of which is sensitive only to a specific type of etchant, allows one of the coatings to be removed, i.e. open the necessary surface area. And since the other coating is neutral with respect to this etchant, the surface areas under this coating will remain intact. Therefore, after opening the mesastructure as a result of etching, it is sufficient to remove one of the coatings from the surface area of the crystal before sputtering and it becomes possible to obtain a reliable embossed metal contact in the process of deposition, which ensures the metallization exit from the base of the mesastructure to the contact exit sites on the crystal surface. Thus, the present invention solves one of the main problems in the manufacturing technology of semiconductor devices, namely the creation of a metallization pattern on developed embossed surfaces.

Отсутствуют трудности проведения фотолитографии по рельефу. Заявляемый способ лишен этих трудностей, поскольку все фотолитографические операции проводятся по планарной поверхности, что и позволяет формировать качественный рисунок металлизации при практически любой высоте рельефа. Поэтому в сравнении с известным способом в данном случае отпадает необходимость в проведении дополнительной операции фотолитографии по рельефной поверхности для удаления лишнего металла, напыляемого на всю поверхность пластины. Использование заявляемого технического решения при изготовлении кристаллов с односторонними контактами для мощных светодиодов инфракрасного и видимого диапазонов излучения позволило повысить выход годных кристаллов на 17 процентов. Технология стала проще, повысилась надежность изготовления омических контактов, снижен разброс вольтамперных характеристик и в целом качество приборов стало выше. There are no difficulties in conducting photolithography on the relief. The inventive method is devoid of these difficulties, since all photolithographic operations are carried out on a planar surface, which allows us to form a high-quality metallization pattern at almost any height of the relief. Therefore, in comparison with the known method, in this case, there is no need for an additional photolithography operation on the embossed surface to remove excess metal sprayed onto the entire surface of the plate. The use of the claimed technical solution in the manufacture of crystals with one-sided contacts for high-power LEDs of the infrared and visible ranges of radiation allowed to increase the yield of suitable crystals by 17 percent. The technology has become simpler, the reliability of manufacturing ohmic contacts has increased, the dispersion of current-voltage characteristics is reduced, and in general, the quality of devices has become higher.

В таблице приведены сравнительные характеристики кристаллов светодиодов инфракрасного диапазона ( λ = 870 нм, где λ - длина волны) по стандартной и заявляемой технологиям. The table shows the comparative characteristics of the crystals of the infrared LEDs (λ = 870 nm, where λ is the wavelength) according to standard and claimed technologies.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1-7 представлен процесс изготовления. На фигурах обозначено; 1 - кристалл на основе структуры GaAs/GaAlAs; 2 - металлическая пленка центрального контакта; 3 - покрытие в виде неорганической пленки на основе кремния, 4 - фоторезист; 5 - окна в неорганической пленке; 6 - основание мезаструктуры; 7 - участки поверхности кристалла выхода контактов; 8 - напыленная металлическая пленка. The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1-7 shows the manufacturing process. In the figures indicated; 1 - crystal based on the structure of GaAs / GaAlAs; 2 - a metal film of a central contact; 3 - coating in the form of an inorganic film based on silicon, 4 - photoresist; 5 - windows in an inorganic film; 6 - the base of the mesastructure; 7 - sections of the surface of the crystal exit contacts; 8 - sprayed metal film.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. После формирования на поверхности кристалла 1 центрального омического контакта в виде металлической пленки 2, поверхность кристалла 1 покрывают неорганической пленкой 3. В этой пленке 3 фотолитографией с помощью фоторезиста 4 и последующим травлением создаются окна 5 (фиг. 2). После этого фоторезист 4 удаляется с участков 7 поверхности кристалла и проводится еще одна фотолитография (фиг. 3). Затем под защитой фоторезиста 4, оставшегося на участке центрального контакта, и неорганической пленки 3, закрывающей участки 7, в окнах 5 локально травят полупроводниковую структуру кристалла 1, создавая в нем основание 6 мезаструктуры (фиг. 4). По окончании травления с участков 7 поверхности удаляют неорганическую пленку 3 (фиг. 5). Затем на поверхность кристалла 1, включая закрытый фоторезистом 4 участок центрального контакта, а также открытые участки поверхности 7 и основание 6 мезаструктуры, напыляют металлическую пленку 8 (фиг. 6). Затем при необходимости или удаляют маскирующие покрытия (фиг. 7) или ведут операции по дальнейшему утолщению пленки 8 (на фиг. не показано). Заявляемый процесс формирования контакта не требует принципиально новых операций, а напротив, позволяет получить рельефный контакт практически любой глубины. Более того, такая технология позволяет отказаться от рельефной фотолитографии, которая была необходима для снятия лишней металлической пленки при известных способах формирования контакта. The inventive method is as follows. After the formation of a central ohmic contact on the surface of the crystal 1 in the form of a metal film 2, the surface of the crystal 1 is covered with an inorganic film 3. In this film 3, windows 5 are created by photolithography using photoresist 4 and subsequent etching (Fig. 2). After that, the photoresist 4 is removed from sections 7 of the surface of the crystal and another photolithography is performed (Fig. 3). Then, under the protection of the photoresist 4 remaining in the central contact area and the inorganic film 3 covering the sections 7, the semiconductor structure of the crystal 1 is locally etched in the windows 5, creating a mesastructure base 6 in it (Fig. 4). At the end of the etching, the inorganic film 3 is removed from the surface sections 7 (Fig. 5). Then, a metal film 8 is sprayed onto the surface of the crystal 1, including the portion of the central contact covered by the photoresist 4, as well as the exposed parts of the surface 7 and the base 6 of the mesastructure (Fig. 6). Then, if necessary, masking coatings are removed (Fig. 7) or operations are carried out to further thicken the film 8 (not shown in Fig.). The inventive process of forming a contact does not require fundamentally new operations, but on the contrary, allows you to get a relief contact of virtually any depth. Moreover, this technology allows you to abandon the relief photolithography, which was necessary to remove excess metal film with known methods of forming contact.

Пример конкретного выполнения. Технологию изготовления излучающего кристалла для мощного светодиода с использованием заявляемого способа ведут следующим образом. После формирования на поверхности кристалла центрального омического контакта 2 поверхность кристалла 1 закрывают маскирующим покрытием 3, например неорганической пленкой в виде оксида кремния. Затем методом фотолитографии формируют маску фоторезиста 4, в окнах которой неорганическую пленку 3 локально стравливают травителем HF+H₂O. Затем фоторезист 4 удаляют с участков 7 и проводят еще одну фотолитографию, после которой под защитой фоторезиста 4 на центральном контакте и пленки 3 на участках 7 поверхности локально травят полупроводниковую, структуру 1 в аммиачно-перекисном травителе на глубину 30-40 мкм. После окончания травления полупроводниковой структуры пленку 3, незащищенную фоторезистом 4 и размещенную на участках поверхности 7, удаляют в травителе HF+H₂O, после чего проводят вакуумное напыление металлической пленки 8, например, золото-германием. Затем пленку фоторезиста 4 удаляют в органическом растворителе вместе с нанесенной на нее пленкой металла.An example of a specific implementation. The manufacturing technology of the emitting crystal for a high-power LED using the proposed method is as follows. After the formation of a central ohmic contact 2 on the crystal surface 2, the surface of the crystal 1 is covered with a masking coating 3, for example, an inorganic film in the form of silicon oxide. Then, a photoresist mask 4 is formed by photolithography, in the windows of which the inorganic film 3 is locally etched with an HF + H ₂ O etchant. Then, the photoresist 4 is removed from sections 7 and another photolithography is carried out, after which under the protection of photoresist 4 at the central contact and film 3 in sections 7 surfaces locally etch the semiconductor structure 1 in the ammonia-peroxide etchant to a depth of 30-40 microns. After etching of the semiconductor structure, the film 3, unprotected by photoresist 4 and placed on the surface 7, is removed in the etchant HF + H ₂ O, after which a vacuum deposition of the metal film 8 is carried out, for example, gold-germanium. Then the film of photoresist 4 is removed in an organic solvent together with a metal film deposited on it.

Использование заявляемого технического решения в технологии изготовления кристалла с односторонними контактами для мощных светодиодов инфракрасного и видимого диапазонов излучения повысило выход годных кристаллов на 17 процентов. Снизилась трудоемкость и себестоимость изделия. Снизился разброс вольтамперных характеристик светодиодов, что улучшило их потребительские свойства и, как следствие, конкурентоспособность на рынке этих изделий. The use of the claimed technical solution in the technology of manufacturing a crystal with one-sided contacts for high-power LEDs of the infrared and visible ranges of radiation increased the yield of suitable crystals by 17 percent. The complexity and cost of the product decreased. The scatter of the current-voltage characteristics of the LEDs decreased, which improved their consumer properties and, as a result, the competitiveness in the market for these products.

Изготовленные по заявляемому способу кристаллы для мощных светодиодов в настоящее время применяются в системах охранной сигнализации, в светофорах, в системах инфракрасной подсветки видеокамер, оптоэлектронных датчиках дыма, инфракрасных прицелах. Crystals made by the present method for high-power LEDs are currently used in burglar alarm systems, in traffic lights, in infrared illumination systems of cameras, optoelectronic smoke sensors, infrared sights.

Claims

1. A method of manufacturing a crystal with one-sided contacts for a high-power LED, in which after spraying a metal film of a central contact, the surface of the crystal is covered with a masking coating, for example, an inorganic film, then a photoresistor mask is formed by photolithography, in which the inorganic film is locally etched, the photoresist is removed from the sections the contact exit to the crystal surface, etch the semiconductor structure of the crystal, creating the base of the mesastructure in it, and remove anicheskuyu film, the exposed photoresist is carried out vacuum deposition of the metal film, and then the photoresist is removed together with the deposited metal film on it.

2. The method according to claim 1, characterized in that silicon dioxide is used as an inorganic film.

3. The method according to claim 1, characterized in that silicon nitride is used as the inorganic film.