一種藍寶石襯底上發光二極管芯片的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種藍寶石襯底上發光二極管芯片的制作方法。基本特征包括以下部分：1.以二氧化硅(或其他材料)作為犧牲層，來固定發光二極管的透明電極與發光平臺邊緣之間的距離。2.此結構形成在芯片發光平臺的邊緣處。3.采用這種方法加工發光二極管，會在簡化光刻工藝校對過程的同時，使產品的加工結果達到較高的精度和重復性，提高生產效率。
【專利說明】
-種藍寶石襯底上發光二極管巧片的制作方法
技術領域
[0001] 本發明設及半導體技術領域，特別設及一種在藍寶石襯底上發光二極管忍片的制 備方法。
【背景技術】
[0002] 發光二極管(LED)是一種將電能轉化為光能的固體發光器件，由于其具有壽命長， 體積小，耐震性好，節電，高效，響應時間快，驅動電壓低，環保等優點，而廣泛用于指示，顯 示，裝飾，照明等諸多領域，成為我們生活中不可缺少的一部分。用于上述領域的發光二極 管的核屯、技術是忍片制造技術。
[0003] 本發明設及發光二極管忍片的制造技術，特別設及生長在藍寶石襯底上的氮化嫁 發光二極管忍片加工過程中，更加準確地控制電極到發光臺面邊界的距離，降低光刻對位 的精度要求，同時，形成接近垂直的臺面側壁。
[0004] 原有常規的在藍寶石襯底上的發光二極管管忍的制作方法為(參考圖1及圖2): 1. 在外延過的藍寶石襯底上(如圖1，1〇1所示）的發光二極管結構上，通過光刻方法，將需要保 留的發光臺面用光刻膠、或介質膜(如二氧化娃等）、或金屬(如儀)覆蓋保護住(如圖6,傳統 工藝發光平臺掩模情況中606所示）。2.用干法刻蝕的方法(如ICP或RIE)將未保護區域的表 層侶嫁銅氮材料腐蝕掉，.直到腐蝕到N型侶嫁銅氮部分(如圖1，107所示）。3.形成一層透明 電極，材料可W是Ni/Au，Zn0，IT0等透光導電材料。通過光刻的方法，將稍微小于發光臺面 的透明電極留住，其余部分去除掉(如圖1，1〇6所示，W及圖2,206所示）。4.通過光刻方法制 作二極管的n電極(圖1，103和圖2,203所示)和P電極(圖1，105和圖2,205所示）。5.然后在切 割道中央用激光或鉆石刀劃片，再用機械方法沿切割道正面中央壓開，形成獨立的發光二 極管忍片。
[0005] 傳統工藝有W下局限性。1.如第一步加工工藝使用光刻膠時，發光臺面的側面有 一個10-30度的坡面。只有介質膜(如二氧化娃等)或金屬能夠形成接近90度的垂直側壁。2. 透明電極制備需要精確的光刻對位。否則，留在發光臺面側壁的透明電極會導致忍片短路 而不發光。由于光刻機的精度限制，透明電極邊沿不能太靠近臺面邊沿。此距離通常小于 6um。且距離控制受限于操作工技藝和機器精度的限制。由于光刻精度要求高，在第二步對 位時，通常操作員花費很多時間。效率較其他工藝低很多。
[0006] 為了解決W上傳統工藝的局限性，本發明采用一種將原工藝第一和第二步合并的 方法。首先，本發明工藝加工的忍片具有接近垂直的側壁。其次，本工藝中，透明電極邊沿到 發光臺面的距離對光刻不敏感，可W高度重復。最重要的是本工藝光刻對位寬容度大，可W 允許接近3um的對位誤差(透明電極到發光臺面距離為6um)。即使對位誤差大，也不會造成 側壁金屬短路現象。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于提供一種在藍寶石襯底上的發光二極管忍片制作方法，主要是 解決發光二極管發光平臺邊緣與透明電極邊緣之間固定間距的難題，此方法可W在減少光 刻工序對版時間的同時，使加工結果達到較高的精度和重復性，提高生產的效率，而且本工 藝實現了發光臺面側壁接近垂直(如圖4和圖5所示）。
[000引本發明在發光臺面邊沿采用二氧化娃作掩模，在完成干法刻蝕后，形成垂直側壁。 發光臺面中間部分為透明電極(透明電極材料可W是Ni/Au，化0，IT0等透光導電的材料）， 且由光刻膠形成干法刻蝕掩模。透明電極邊沿與發光臺面邊沿的間距由二氧化娃的掩模寬 度決定。此二氧化娃可W用化學腐蝕去除，形成高度重復的距離。由于二氧化娃的掩模寬 度決定透明電極邊沿與發光臺面邊沿的間距，透明電極只要在二氧化娃的掩模上將在其后 的剝離工藝中去除。因此，可W允許透明電極掩模對版誤差為二氧化娃的掩模寬度的一半 (如圖6所示）。
[0009] 本發明可W通過W下步驟來實現：
[0010] (1)在晶圓進行透明電極蒸鍛W及發光平臺刻蝕W前，采用PECVDW及光刻等工 藝，在晶圓表面制作二氧化娃的掩模。
[0011] (2)再進行發光平臺的干法光刻，光刻時要保證光刻膠邊緣要在二氧化娃的掩模 的寬度范圍之內。
[0012] (3)進行干法刻蝕W后，去掉光刻膠W及二氧化娃的掩模，運樣發光平臺與透明電 極之間的距離就是二氧化娃的掩模的寬度。
[0013] (4)制作金屬電極，完成切割研磨等工序后，即可得到發光二極管。
[0014] 步驟(1)所述的是采用二氧化娃作為定位條，但也可W使用Si3化等材料。
【附圖說明】
[001引圖1、傳統藍綠光LED制作流程示意圖（側剖面圖）；
[0016] 101:藍寶石襯底，102:N-GaN，103:N 打線電極，104:P-GaN，105:P 打線電極，106:透 明電極，107:發光平臺；
[0017] 圖2、傳統藍綠光L邸制作流程示意圖(俯視圖）；
[001 引 202: N-GaN，203: N打線電極，204: P-GaN，205: P打線電極，206:透明電極；
[0019]圖3、本發明制作過程的示意圖（Ni/Au剝離工藝側剖面圖）；
[0020] 301:藍寶石襯底，302: N-GaN，303: P-GaN, 304:氧化娃掩模，305: Ni/Au透明電極， 306:光刻膠掩模；
[0021] 圖4、本發明制作過程的示意圖（Ni/Au工藝干法刻蝕前后側剖面圖）；
[0022] 401:藍寶石襯底，402: N-GaN，403: P-GaN，404:氧化娃掩模，405:透明電極，406:光 刻膠掩模；
[0023] 圖5、氧化娃掩模位置示意圖（俯視圖）；
[0024] 501:發光平臺邊沿，502:透明電極，503:氧化娃掩模；
[0025] 圖6、傳統工藝與本發明工藝發光平臺制作過程主要區別示意圖；
[0026] 601:藍寶石襯底，602: N-GaN，603: P-GaN, 604:氧化娃掩模，605: Ni/Au透明電極， 606:光刻膠掩模；
[0027] 圖7、本發明制作過程的示意圖（IT0工藝干法刻蝕后側剖面圖）；
[0028] 701:藍寶石襯底，702 :N-GaN，703: P-GaN，704:氧化娃掩模，705 : ITO透明電極， 706:光刻膠掩模。
【具體實施方式】
[0029] 為了對本發明的實施進行說明，W下結合附圖，W氮化物發光二極管為例，闡述本 特殊結構的實施過程。
[0030] 實施例l(Ni/Au透明電極）：
[0031] 使用丙酬等溶劑對GaN晶圓表面進行清洗處理，W保證晶圓表面是干凈的沒有雜 質污染的，清洗過的晶圓采用PECVD或電子束蒸發的方法在表面生長一層二氧化娃，生長氧 化娃的厚度可W根據實際情況進行調整，一般要大于1500A，完成氧化娃的沉積W后，采用 光刻、腐蝕等方法制作出二氧化娃的掩模(如圖3,304所示），運樣，忍片發光平臺邊沿和透 明電極邊沿的距離就被二氧化娃的掩模的寬度固定起來了。二氧化娃的掩模腐蝕完成后， 光刻膠掩模不去除，然后采用電子束蒸發的方法在晶圓表面蒸鍛一層很薄的Ni/Au層作為 忍片的透明電極，厚度一般在幾百埃，完成透明電極蒸鍛后，使用光刻膠去除液，將氧化娃 表面的光刻膠去掉，運樣蒸鍛在光刻膠表面的金屬透明電極就被剝離掉了，露出氧化娃定 位條(如圖3所示）。然后再采用光刻的方法制作平臺刻蝕掩模，掩模光刻膠的邊緣要落在氧 化娃定位條上面(如圖4,406所示），運樣，能保證干法刻蝕發光平臺的時候，發光平臺表面 被保護起來，W免出現發光平臺表面被刻蝕，導致加工后忍片漏電的現象。做好刻蝕掩模W 后，進行透明電極的腐蝕，將沒有被光刻膠保護到的位置的Ni/Au腐蝕去掉。露出晶圓GaN表 面W便進行干法刻蝕。干法刻蝕可W采用ICP、RIE等方法進行(如圖4所示）。
[0032] 發光平臺刻蝕完成后，二氧化娃的掩模可W根據工藝要求去掉或者是保留，然后 去掉光刻膠刻蝕掩模。運樣透明電極和發光平臺的加工基本完成了。接下來需要對金屬透 明電極進行退火，使透明電極能有更好的透光度，一般在空氣或氧氣的氛圍下，300°C W上 的環境中進行退火20分鐘左右。為了保護忍片避免靜電、灰塵等的影響，我們要在忍片表面 制作一層幾百至幾千埃厚的氧化娃保護膜，生長的方式可W是化CVd或是E-beam。最后我們 要制作P/N電極的打線盤，可W采用電子束蒸發的方法，生長&/AU(或其他材料），厚度一共 約1微米厚。運樣晶圓加工就完成了，最后再經過研磨工序、切割工序、測試分煉等工序，就 完成了忍片的加工。
[0033] 實施例2( 口 0透明電極）：
[0034] 使用丙酬等溶劑對GaN晶圓表面進行清洗處理，W保證晶圓表面是干凈的沒有雜 質污染的，清洗過的晶圓采用PECVD或電子束蒸發的方法在表面生長一層二氧化娃，生長氧 化娃的厚度可W根據實際情況進行調整，一般要大于巧00A，完成氧化娃的沉積W后，采用 光刻、腐蝕等方法制作出二氧化娃的掩模，運樣，忍片發光平臺邊沿和透明電極邊沿的距離 就被二氧化娃的掩模的寬度固定起來了（如圖7,704所示）。二氧化娃的掩模腐蝕完成后，使 用電子束蒸發的方法，蒸鍛一層ITO薄膜，厚度一般在1000 A W上，蒸鍛過程要通入適當的 氧氣，并適當加溫，蒸鍛完成W后，要采用光刻的方法制作平臺刻蝕掩模，掩模光刻膠的邊 緣要落在氧化娃定位條上面，運樣，能保證干法刻蝕發光平臺的時候，發光平臺表面被保護 起來，W免出現發光平臺表面被刻蝕，導致加工后忍片漏電的現象。發光平臺刻蝕掩模制作 完成W后，要進行ITO腐蝕工藝，使用ITO腐蝕液將沒有被光刻膠覆蓋的ITO薄膜腐蝕去掉 (如圖7,705所示）。然后進行干法刻蝕，一般采取ICP或RIE的方法，去掉沒有被光刻膠覆蓋 的GaN材料。
[0035]發光平臺刻蝕完成后，二氧化娃的掩模可W根據工藝要求去掉或者是保留，再用 去膠溶液去掉光刻膠掩模，運樣透明電極和發光平臺的加工基本完成了。接下來我們對ITO 透明電極進行退火，使ITO透明電極能有更好的透光度，一般在空氣或高氧氣的氛圍下，400 °C W上的環境中進行退火20分鐘左右。為了保護忍片避免靜電、灰塵等的影響，我們要在忍 片表面制作一層幾百至幾千埃厚的氧化娃保護膜，生長的方式可W是化CVd或是E-beam。最 后我們要制作P/N電極的打線盤，可W采用電子束蒸發的方法，生長&/AU(或其他材料），厚 度一共約1微米厚。運樣晶圓加工就完成了，最后再經過研磨工序、切割工序、測試分煉等工 序，就完成了忍片的加工。
【主權項】
1. 一種藍寶石襯底上發光二極管芯片的制作方法，其特征在于以二氧化硅作為定位 條，固定發光平臺與透明電極之間距離的方法。2. 如權利要求1所述的一種藍寶石襯底上發光二極管芯片的制作方法，二氧化硅定位 條的位置是在芯片局部即發光平臺邊緣位置存在，而不是覆蓋整個芯片或發光平臺。3. 如權利要求1或2所述的一種藍寶石襯底上發光二極管芯片的制作方法，其特征在于 二氧化硅定位條是環繞在發光平臺邊緣處，發光平臺與透明電極之間的距離完全由定位條 的寬度決定，定位條的寬度一般在〇微米與50微米之間。4. 如權利要求1或2所述的一種藍寶石襯底上發光二極管芯片的制作方法，其特征在于 在完成二氧化硅定位條的制作以后，通過電子束蒸發或熱蒸發等方法在芯片表面形成透明 電極金屬層，此時采用光刻工藝，使光刻膠覆蓋在芯片透明電極表面，并使光刻膠邊緣處于 二氧化硅定位條上，這樣只要光刻膠邊緣在定位條寬度以內，就會確保完成加工后，發光平 臺邊緣與透明電極邊緣距離固定不變。5. 如權利要求4所述的一種藍寶石襯底上發光二極管芯片的制作方法，其特征在于，在 發光平臺的刻蝕過程中，二氧化硅定位條作為犧牲層與光刻膠或其他掩模材料一起作為發 光平臺的干法刻蝕掩模。6. 如權利要求4或5所述的一種藍寶石襯底上發光二極管芯片的制作方法，其特征在 于，完成干法刻蝕后，去掉光刻膠，并采用二氧化硅腐蝕液去除發光平臺邊緣的二氧化硅定 位條，這樣被光刻膠覆蓋的沒有被腐蝕掉的透明電極金屬會與氧化硅定位條一起剝離掉， 進而使發光平臺與透明電極邊緣之間的距離得以固定。7. 如權利要求1至6任意一項所述的一種藍寶石襯底上發光二極管芯片的制作方法，其 特征在于發光二極管芯片為氮化鎵系列材料。
【文檔編號】H01L33/36GK106098891SQ201210485520
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2012年11月18日
【發明人】武勝利, 肖志國, 王景偉, 劉琦, 閆曉紅, 薛念亮
【申請人】大連路美芯片科技有限公司