TWI284424B - Producing self-aligned and self-exposed photoresist patterns on light emitting devices - Google Patents

Description

1284424 玖、發明說明： [技術領域] 本發明一般係關於發光裝置，更特定言之，係關於在— 發光二極體（Hght emittlng dl〇de ; LED)上製造自行對齊與自 行曝露的光阻圖案。 [先前技術] 諸如發光二極體之類的半導體發光裝置係目前所能使用 的最有效的光源。目前，在製造高亮度的led中能夠穿過可 見光譜的最重要的材料系統包括出^族（Group ΠΙ-ν)的半 導體，其包括鎵、鋁、銦及氮的二元、三元及四元合金， 也稱為III族氮化物（III-nitnde)材料。建立在該等m族氮化 物材料系統上的發光裝置可提供從uv至黃色光譜區的高亮 度的固怨光源。通常，ΠΙ族氮化物裝置係藉由有機金屬化 學氣體沉積法（metal-organlc chemlcal vapor deposltlon; VD)刀子束羞晶法（molecular beam epitaxy ; MBE)、 或其他的暴晶技術在藍寶石、碳化碎、或m族氮化物基板 上進行磊晶生長。這些基板中的部分係絕緣的或導電性極 差由此類基板上生長的半導體晶體所製成的裝置必須與 巧取置同一側上由磊晶生長的半導體有正負極的電性接觸 相反，在導電基板上生長的半導體裝置可製成：在磊晶 :長的材肖上形 < 一電性接冑，而纟該基板上丨成其他的 私=接觸。然而，在導電基板上製成的裝置也可設計成在 该装置的相同側上均進行兩種接觸，其上的磊晶材料生長 成倒狄晶片的幾何形狀，因此可改進LED晶片的發光、改進 84429 1284424 該晶片的最大載流量或該LED晶粒的熱沉（heat_slnklng)。兩 種類型的發光裝置在該裝置的相同侧上形成此類接點。第 一種稱為倒裝晶片，光穿過基板而獲得。第二種，光穿過 暴晶層上形成的透明或半透明的接點而獲得。 製作一 LED要求在一基板上生長一或多個11型層、在該n 型層上生長一活動區域以及在該活動區域上生長一或多個 P型層。光係藉由活動區域内的電子與電洞之複合而產生。 製成後，LED通常固定在一子基板上。除了 LED的活動區域 内產生的光之外，為了製作發白光或某些顏色光的leD型光 源，在活動區域所產生的全部或一部分光的路徑上沉積一 磷光體。本文所用的「磷光體」係指任何吸收一波長的光 並發出不同波長的光之發光材料。例如，為了獲得白光， 可用產生黃光的磷光體塗佈一藍色的LED。從該LED發出的 藍光與該種磷光體發出的黃光混合而產生白光。 製造一磷光體轉變之LED的一種方法係該LED固定於子 基板上後在該LED上保形塗佈一構光體。在美國申請專利案 序號09/879,547，名稱為「磷光體轉變之發光裝置」一文中 詳細說明一種保形塗佈的磷光體轉變之LED，以提及方式併 入本文中。如果磷光體的保形塗佈不均勻，則會導致該磷 光體轉變之LED所產生的光具有不需要的不一致性。傳統上 ，對於平面半導體而言係使用光罩技術顯影對一 LED進行保 形塗体，其中的遮罩係用於定義光阻(沉積在該LED及子基 板上）中印刷圖案的尺寸及形狀。該印刷光阻層定義磷光體 覆蓋之區域。 84429 1284424 將傳統遮罩技術應用於三維結構（如固定 "ί±'亍基板上的 像中造成的非自然信號；以及5 #對齊，兩者均會導致LED 的^^勾塗一饰。例如，從三維LED結構表面（包=用寸於遮罩 的光阻層之表面）反射的光會造成曝光的非自然信號。此外 ’場深度問冑會引起遮罩所產i的影像在尺寸帛確度上的 ^真及損A。此外，在-LED陣列巾，並非所有的LED都有 最佳形狀或與其他led精確對齊。形狀與對齊上之不足會導 〜m'。遮罩不能完全滿足製造環境中常見的方法 及目標之變化，因而導致各種不足及產出損失 [發明内容] 根據本發明之一項具體實施例，揭示一種在一發光裝置 上形成一光阻遮罩之方法。該發光裝置的一部分用光阻塗 佈。該光阻的一部分係藉由從該發光裝置的内部照射在該 盔光裝置及光阻上的介面光進行曝露。使該光阻顯影，從 而除去已曝露光阻或未曝露光阻。在一具體實施例中，光 阻遮罩可用於在發光裝置上形成一磷光體塗伟層。該發光 裝置固定於一子基板，且該發光裝置及子基板均用光阻塗 饰。該光阻的一邵分係藉由從該發光裝置的内部照射在該 發光裝置及光阻上的介面光進行曝露。使該光阻顯影除去 已曝光光阻。在該發光裝置上沉積一磷光體層，然後剝去 光阻的未曝露部分。在一些具體實施例中，曝露光阻的光 係藉由發光裝置發生電偏壓而產生；或使光穿過—孔徑照 射進入發光裝置；或藉由一受控制的聚焦雷射照射進入該 84429 1284424 發光裝置。 [實施方式] 根據本發明之具體貫施例’從一 led發出的光係用於使光 阻曝露’得到一與該led自行對齊的光阻圖案。該過程可除 去場深度、散射及遮罩對齊等與傳統遮罩使用相關的問題 ’以及由於丄五JD尺一寸—不一致所造成的問題。 圖1A至1F顯示使用一自行對齊的光阻遮罩用磷光體保形 塗佈一 LED之具體實施例。圖1A顯示一固定於子基板1〇的 LED 18。LED 18包含一基板16、一 n型區域15、一活動區域 14及一 p型區域13。一 p型接點12固定於p型區域13。一 ^型 接點11固定於η型區域15。LED 18藉由（例如）接點丨丨及丨之與 子基板ίο之間的焊接（未顯示）固定於子基板1〇。將led 18 固疋於子基板10的其他方法在申請專利案序號〇9/469,657， 名稱為「光產生能力增強之ΙΠ族氮化物發光裝置」一文中 有坪細說明，以提及方式併人本文中。通常，基板16係透 明的，而子基板1 〇不透明。 圖1Β中，LED 18及子基板10均塗佈一層光阻2〇。光阻層 〇可為（例如）正光阻，即當光阻20曝露於電磁輻射時，該輻 射會讀光阻層20㈣化學鍵，使其溶解於顯影液。光阻 2〇未照射之部分不溶於顯影液，因此在光阻層汕顯影後留 下。光阻20可為（例如）一乾膜光阻（藉由熱真空塗佈機塗敷） 液膜光阻 私泳沉積光阻、一絲網印刷光阻或任何 其他合適的光阻。一般而言，光阻2〇為正作用之光阻。 圖1C中’光阻層2〇a曝露於LED 18發出的光。光阻層_ 84429 1284424 未曝露於LED 18發出的光。圖2及圖3顯示曝露光阻層2〇a之 兩項具體實施例。圖2所示之具體實施例中，[ED 1 8發生電 偏壓產生光24。LED 18覆蓋著光阻的表面可在内部反射光 24 ’ B桊露覆盍這些表面的光阻。通常，接點丨丨及1 2(圖1 a中 顯示）具有高反射性，其有助於光24在LED 18中的散射。在 内邵反射的光24製造一自行對齊曝露的光阻層，包括led 1 8周圍一環形的控制厚度2〇c。 圖2的LED 1 8可以兩種方式發生電偏壓。首先，將一電壓 應用於子基板1 0的下侧26之上的接點（未顯示）。子基板j 〇 的下側26上的該等接點係電性連接至焊塊28，其連接至led 18的接點1 1及12(圖1 A中顯示）。該電壓使led 18從該led 1 8的活動區域發光24。在一具體實施例中，子基板丨〇係一 未分割晶圓的多個子基板之部分，一LED固定於該晶圓上的 各子基板。一串探針連接至該晶圓的各列子基板。然後， 各探針提供一串短偏壓脈衝，直至LED 18中產生曝露光阻 20所需的最低位準之光曝露通量。第二，led 18可藉由rf 的激發而發生電偏壓。當子基板1〇&LED 18放置在一尺^輻 射體或天線的附近時，LED 18可藉由與㈣的整流搞合產 生光。 在圖3所示之具體實施例中，LED 18實施光泵抽送以產生 光24。如圖3所$ ’ —遮罩3q(諸如—暗域點狀遮罩）（例如） 在LED 18上對齊。遮罩3〇包含—孔徑35。為了簡化孔徑35 在㈣18上的對齊’孔徑35比LED 18小得多。孔徑35無需 位於LED 18的中心。孔徑35可為任何形狀。將光24的一準 84429 -10 - 1284424 直光束應用於遮罩30。所用光源可為（例如）泛光燈（產生散 度小於3 0的準直光）、連接至遠距離光源的光纖電纟覽或雷射 光源。可使用聚焦雷射光源，且控制該雷射以曝露固定在 一未分割晶圓各子基板之上的多數個led所塗佈之光阻。光 源首先曝路孔fe 3 5下方的光阻部分。光2 4穿過孔徑3 5及光 阻層進入LED 18，在其中光24被LED 18中覆蓋著光阻的表 面反射，曝露覆蓋該些表面的光阻。在一具體實施例中， 使光阻顯影，除去藉由孔徑3 5曝露的光阻層。光穿過孔徑

3 5及該光阻層内的間隙，然後被LED丨8的側壁反射以曝霉 塗佈LED 1 8的剩餘光阻。因此，如果LED係光泵抽送，貝^ 光阻需要兩次曝光及顯影。或者，LED可為具有一氮化錄 鎵活動區域的in族氮化物裝置，且準直光束可為uv光，其 激發從LED 1 8的活動區域或任何其他層發出弱uv。在一具 體實施例中，孔徑35的直徑可為大約1〇〇 μηι。led 18的頂 部面積可為（1000 μΐΏ)2。光阻20(圖1B)具有高吸收率，以防 止光24穿過光阻20a及20b。

在圖2及圖3所示之具體實施例中，使光阻2〇顯影所需的 曝光數量（即曝露時間及曝露密度）取決於所用之光阻。如果 使用吸收率高的光阻，則曝露時間會增加。曝露光阻所需 的光之波長也取決於所用之光阻。 光阻曝露於LED 18發出的光後，應用一光阻顯影液（如標 準液體顯影劑)將已曝露光阻20a除去。已曝露光阻2〇a係可 /合於_影液，而未曝露光阻2〇b不溶於該顯影液。使用的顯 衫液取決於光阻20之組成。顯影後，留下圖丨D所示之結構 84429 -11 - 1284424 。然後，在圖1 D所不結構之邵分上沉積—層磷光體22，如 圖1E所示。可藉由（例如）絲網印刷法或電泳沉積法有選擇地 沉積磷光體22,在「磷光體轉變之發光裝置」一文中對兩 者均有詳細說明，在前面以參考方式併入本文中。濟光體 沉積及固定後’剝去未曝露光阻20b。獲得圖1F所示之結構 。在一具體實施例中，藉由選擇光阻20使未曝露光阻2〇1的 傳導性足夠低’而成為一有效的遮罩用於沒有「硬洪 (h訂d-bake)」的電泳沉積，硬烘會進一步固定光阻2仙，者 沉積磷光體22後會使光阻20b難以剥去。在一具體實施例; ，藉由選擇光阻20使硬烘溫度低於led 18及子基板1〇在涂 佈磷光體及設置磷光體塗佈所需的任何固化步^期間所I 許的最低值。 一旦該晶圓子基板上的各LED 18塗佈磷光體後，可藉由 探針測試該I子基板n，將t亥晶圓分割成單個μ & 板’各子基板固定一 LED。將該等子基板分類、晶粒黏著： -封裝件以及用封裝材料進行封裝。在發光二極體的封裝 中，探測、分割、分類、晶粒黏著以及封裝步驟在本技= 中為人所熟知。 根據本發明之具體實施例’使用自行曝露及自行對赢的 方法曝露光阻有下列優點。首先，由於光阻係藉由從咖18 内部發出的光自行曝露，因此無需遮罩(或許不同於圖3所示 的點狀遮罩30)。點狀遮罩3〇可為一簡單便宜的對齊加其 對固定在該子基板晶圓的子基板中心的任何尺寸或:狀^ LED均有用。因此’避免一遮罩與該子基板晶圓精確對齊時 84429 -12- 1284424 的问成本。用一精確遮罩除去圖案可減少led 18相對於遮 罩圖案在尺寸、形狀、位置及固定高度上變化時引起磷光 體厚度上的變&。第二’除去光阻圖案中的場深度及光散 射的祆差。第三，環形20c的寬度可藉由光曝露予以控制， Q ^減v最、、冬封I的保形塗佈的LED中由於該環形厚度變 化所造成的光輸出變化。在一具體實施例中，環形的寬 度並不大於光阻塗佈層20的厚度。在一具體實施例中，環 形20c的寬度小於100微米。 圖4A至4C顯示在-LED上形成—自行對齊的光阻層之另 方法。圖4A中，LED 18固定於子基板1〇，得到圖〗A•所示 之相同結構。然後，在該結構上塗佈一層光阻4〇，如圖4β 所示。光阻40可為填滿磷光體、螢光染料或其他發光材料 的與光阻。圖4C中，藉由在圖2及圖3的内容中所說明之方 法將光引入LED 18。光曝露光阻層4〇的部分4〇a。部分4仙未 曝露。由於光阻40為負光阻，當光阻4〇a及4〇b顯影時，除去 該光阻的部分40b而留下部分4〇a。獲得圖1?所示之結構。 本發明的上述具體實施例僅係為了說明本發明而：限制 本發明。例如，本發明不限於m族氮化物裝置，而可應用 成之裝置。熟悉此項 可在其廣大範圍内進 於由III族磷化物或其他材料系統所製 技術人士應明白，在不背離本發明下 行各種變更及修改。因A，隨附的申請專利範圍涵蓋所有 遵循本發明之精神與範圍的此類變化與修改。 [圖式簡單說明] 圖 1 A至1 F係連接至一子基板的LED在磷光體塗怖過程各 84429 -13 - 1284424 階段之示意圖。 圖2顯示自行曝露的光阻之一具體實施例。 圖3顯示自行曝露的光阻之另一具體實施例。 圖4A至4C顯示詳細說明磷光體塗佈一 LED之另一具體實 施例。 [圖式代表符號說明] 10 子基板 11 n型接點 12 Ρ型接點 13 ρ型區域 14 活動區域 15 η型區域 16 基板 18 發光二極體 20 光阻 20a 已曝露光阻 20b 未曝露光阻 20c 厚度 22 磷光體 24 光 26 下側 28 焊塊 30 遮罩 35 孔徑 40 光阻層 40a 部分 40b 部分 84429 -14-

Claims (1)

1284@轉21〇6〇278號專利申請案 中文申請專利範囷替換本(96年元月） 拾、申請專利範園： 1 · 一種方法，其包括： 用光阻塗佈一發光裝置的至少一部分 " 曝露該光阻的一部分， 内邵照射在該發光裝置的該 該光阻之該部分； 其中藉由從該發光裝置的 介面與該光阻上的光曝露 •使該S阻顯影，其中顯影可除去該光阻的該已曝 露部分；及 在該光阻由於顯影而留下的一間隙中沉積一發光材 料0 2.如申請專利範圍第丨項之方法，進一步包括藉由使該發 光裝置發生電偏壓在該發光裝置内部產生光。 3·如申請專利範圍第2項之方法，其中該偏壓係藉由複數 個偏壓脈衝而獲得。 4·如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括藉由將該發 光裝置放置在一 RF源附近，從而在該發光裝置的内部產 生光，其中該RF源使該發光裝置從該發光裝置的一活動 區域發光。 5 ·如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括在該發光裝 置内部產生光，其係藉由·· - 在該發光裝置的一部分之上方放置一孔徑； - 穿過該孔梭發光。 6.如申請專利範圍第5項之方法，其中該孔徑小於該發光 裝置之一尺寸。 84429-960130.DOC 1284424 7 ·如申請專利範圍第5項之方法，其中穿過該孔徑發光包 括穿過該孔徑發出一實質上準直的光束。 8.如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括藉由一聚焦 雷射光束而曝露的該發光裝置内部產生光。 9·如申請專利範園第8項之方法，其中該聚焦雷射光束係 受控制以曝露塗佈該發光裝置的該光阻之一部分，以及 塗佈一第二發光裝置的光阻之一部分。 1 0.如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括在該發光裝 置的内邵產生光，其係藉由將該發光裝置曝露於一光源 ，其激發光從該發光裝置的一層發出。 11·如申請專利範圍第10項之方法，其中該光源包括一 UV 光源。 12 · —種用磷光體塗佈一發光裝置之方法，該方法包括： -將該發光裝置固定於一子基板； -用光阻塗佈該發光裝置的至少一部分以及該子基 板的至少一部分； -產生從該發光裝置的内部照射在該發光裝置與該 光阻之間一介面上的光，其曝露該光阻的一部分； -使該光阻顯影，其中該顯影除去光阻的該已曝露 部分； -在該發光裝置上沉積一磷光體層；以及 - 剝去該光阻的一未曝露部分。 13 ·如申清專利範圍第12項之方法，其中該發光裝置係一 m 族氮化物裝置。 84429-960130.DOC -2 - 1284424 i4·如申請專利範圍第12項之方法，其中產生光包括使該發 光裝置發生電偏壓。 1 5 ·如申请專利範圍弟12項之方法，其中產生光包括產生足 夠的曝光量，以曝露該發光裝置上的該光阻之一部分以 及該子基板上的一環形光阻。 W·如申請專利範圍第12項之方法，其中產生光包括： - 在該發光裝置的一部分之上方放置一孔徑； - 穿過該孔徑發光。 1 7·如申請專利範圍第13項之方法，其中該孔徑的一尺寸小 於100微米。 18·如申請專利範圍第12項之方法，其中產生光包括將該發 光裝置曝露於一光源，其激發光從該發光裝置的一活動 區域發出。 19 ·如申請專利範圍第丨2項之方法，其中沉積一轉光體層包 括藉由電泳沉積來沉積一磷光體層。 2〇·如申請專利範圍第12項之方法，其中該磷光體層係沉積 在一區域中，其中該光阻已藉由曝露及顯影除去。 84429-960130.DOC