一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法。基本特征包括以下部分：1.以二氧化硅(或其他材料)作为牺牲层，来固定发光二极管的透明电极与发光平台边缘之间的距离。2.此结构形成在芯片发光平台的边缘处。3.采用这种方法加工发光二极管，会在简化光刻工艺校对过程的同时，使产品的加工结果达到较高的精度和重复性，提高生产效率。
【专利说明】
-种蓝宝石衬底上发光二极管巧片的制作方法
技术领域
[0001] 本发明设及半导体技术领域，特别设及一种在蓝宝石衬底上发光二极管忍片的制 备方法。
【背景技术】
[0002] 发光二极管(LED)是一种将电能转化为光能的固体发光器件，由于其具有寿命长， 体积小，耐震性好，节电，高效，响应时间快，驱动电压低，环保等优点，而广泛用于指示，显 示，装饰，照明等诸多领域，成为我们生活中不可缺少的一部分。用于上述领域的发光二极 管的核屯、技术是忍片制造技术。
[0003] 本发明设及发光二极管忍片的制造技术，特别设及生长在蓝宝石衬底上的氮化嫁 发光二极管忍片加工过程中，更加准确地控制电极到发光台面边界的距离，降低光刻对位 的精度要求，同时，形成接近垂直的台面侧壁。
[0004] 原有常规的在蓝宝石衬底上的发光二极管管忍的制作方法为(参考图1及图2): 1. 在外延过的蓝宝石衬底上(如图1，1〇1所示）的发光二极管结构上，通过光刻方法，将需要保 留的发光台面用光刻胶、或介质膜(如二氧化娃等）、或金属(如儀)覆盖保护住(如图6,传统 工艺发光平台掩模情况中606所示）。2.用干法刻蚀的方法(如ICP或RIE)将未保护区域的表 层侣嫁铜氮材料腐蚀掉，.直到腐蚀到N型侣嫁铜氮部分(如图1，107所示）。3.形成一层透明 电极，材料可W是Ni/Au，Zn0，IT0等透光导电材料。通过光刻的方法，将稍微小于发光台面 的透明电极留住，其余部分去除掉(如图1，1〇6所示，W及图2,206所示）。4.通过光刻方法制 作二极管的n电极(图1，103和图2,203所示)和P电极(图1，105和图2,205所示）。5.然后在切 割道中央用激光或钻石刀划片，再用机械方法沿切割道正面中央压开，形成独立的发光二 极管忍片。
[0005] 传统工艺有W下局限性。1.如第一步加工工艺使用光刻胶时，发光台面的侧面有 一个10-30度的坡面。只有介质膜(如二氧化娃等)或金属能够形成接近90度的垂直侧壁。2. 透明电极制备需要精确的光刻对位。否则，留在发光台面侧壁的透明电极会导致忍片短路 而不发光。由于光刻机的精度限制，透明电极边沿不能太靠近台面边沿。此距离通常小于 6um。且距离控制受限于操作工技艺和机器精度的限制。由于光刻精度要求高，在第二步对 位时，通常操作员花费很多时间。效率较其他工艺低很多。
[0006] 为了解决W上传统工艺的局限性，本发明采用一种将原工艺第一和第二步合并的 方法。首先，本发明工艺加工的忍片具有接近垂直的侧壁。其次，本工艺中，透明电极边沿到 发光台面的距离对光刻不敏感，可W高度重复。最重要的是本工艺光刻对位宽容度大，可W 允许接近3um的对位误差(透明电极到发光台面距离为6um)。即使对位误差大，也不会造成 侧壁金属短路现象。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种在蓝宝石衬底上的发光二极管忍片制作方法，主要是 解决发光二极管发光平台边缘与透明电极边缘之间固定间距的难题，此方法可W在减少光 刻工序对版时间的同时，使加工结果达到较高的精度和重复性，提高生产的效率，而且本工 艺实现了发光台面侧壁接近垂直(如图4和图5所示）。
[000引本发明在发光台面边沿采用二氧化娃作掩模，在完成干法刻蚀后，形成垂直侧壁。 发光台面中间部分为透明电极(透明电极材料可W是Ni/Au，化0，IT0等透光导电的材料）， 且由光刻胶形成干法刻蚀掩模。透明电极边沿与发光台面边沿的间距由二氧化娃的掩模宽 度决定。此二氧化娃可W用化学腐蚀去除，形成高度重复的距离。由于二氧化娃的掩模宽 度决定透明电极边沿与发光台面边沿的间距，透明电极只要在二氧化娃的掩模上将在其后 的剥离工艺中去除。因此，可W允许透明电极掩模对版误差为二氧化娃的掩模宽度的一半 (如图6所示）。
[0009] 本发明可W通过W下步骤来实现：
[0010] (1)在晶圆进行透明电极蒸锻W及发光平台刻蚀W前，采用PECVDW及光刻等工 艺，在晶圆表面制作二氧化娃的掩模。
[0011] (2)再进行发光平台的干法光刻，光刻时要保证光刻胶边缘要在二氧化娃的掩模 的宽度范围之内。
[0012] (3)进行干法刻蚀W后，去掉光刻胶W及二氧化娃的掩模，运样发光平台与透明电 极之间的距离就是二氧化娃的掩模的宽度。
[0013] (4)制作金属电极，完成切割研磨等工序后，即可得到发光二极管。
[0014] 步骤(1)所述的是采用二氧化娃作为定位条，但也可W使用Si3化等材料。
【附图说明】
[001引图1、传统蓝绿光LED制作流程示意图（侧剖面图）；
[0016] 101:蓝宝石衬底，102:N-GaN，103:N 打线电极，104:P-GaN，105:P 打线电极，106:透 明电极，107:发光平台；
[0017] 图2、传统蓝绿光L邸制作流程示意图(俯视图）；
[001 引 202: N-GaN，203: N打线电极，204: P-GaN，205: P打线电极，206:透明电极；
[0019]图3、本发明制作过程的示意图（Ni/Au剥离工艺侧剖面图）；
[0020] 301:蓝宝石衬底，302: N-GaN，303: P-GaN, 304:氧化娃掩模，305: Ni/Au透明电极， 306:光刻胶掩模；
[0021] 图4、本发明制作过程的示意图（Ni/Au工艺干法刻蚀前后侧剖面图）；
[0022] 401:蓝宝石衬底，402: N-GaN，403: P-GaN，404:氧化娃掩模，405:透明电极，406:光 刻胶掩模；
[0023] 图5、氧化娃掩模位置示意图（俯视图）；
[0024] 501:发光平台边沿，502:透明电极，503:氧化娃掩模；
[0025] 图6、传统工艺与本发明工艺发光平台制作过程主要区别示意图；
[0026] 601:蓝宝石衬底，602: N-GaN，603: P-GaN, 604:氧化娃掩模，605: Ni/Au透明电极， 606:光刻胶掩模；
[0027] 图7、本发明制作过程的示意图（IT0工艺干法刻蚀后侧剖面图）；
[0028] 701:蓝宝石衬底，702 :N-GaN，703: P-GaN，704:氧化娃掩模，705 : ITO透明电极， 706:光刻胶掩模。
【具体实施方式】
[0029] 为了对本发明的实施进行说明，W下结合附图，W氮化物发光二极管为例，阐述本 特殊结构的实施过程。
[0030] 实施例l(Ni/Au透明电极）：
[0031] 使用丙酬等溶剂对GaN晶圆表面进行清洗处理，W保证晶圆表面是干净的没有杂 质污染的，清洗过的晶圆采用PECVD或电子束蒸发的方法在表面生长一层二氧化娃，生长氧 化娃的厚度可W根据实际情况进行调整，一般要大于1500A，完成氧化娃的沉积W后，采用 光刻、腐蚀等方法制作出二氧化娃的掩模(如图3,304所示），运样，忍片发光平台边沿和透 明电极边沿的距离就被二氧化娃的掩模的宽度固定起来了。二氧化娃的掩模腐蚀完成后， 光刻胶掩模不去除，然后采用电子束蒸发的方法在晶圆表面蒸锻一层很薄的Ni/Au层作为 忍片的透明电极，厚度一般在几百埃，完成透明电极蒸锻后，使用光刻胶去除液，将氧化娃 表面的光刻胶去掉，运样蒸锻在光刻胶表面的金属透明电极就被剥离掉了，露出氧化娃定 位条(如图3所示）。然后再采用光刻的方法制作平台刻蚀掩模，掩模光刻胶的边缘要落在氧 化娃定位条上面(如图4,406所示），运样，能保证干法刻蚀发光平台的时候，发光平台表面 被保护起来，W免出现发光平台表面被刻蚀，导致加工后忍片漏电的现象。做好刻蚀掩模W 后，进行透明电极的腐蚀，将没有被光刻胶保护到的位置的Ni/Au腐蚀去掉。露出晶圆GaN表 面W便进行干法刻蚀。干法刻蚀可W采用ICP、RIE等方法进行(如图4所示）。
[0032] 发光平台刻蚀完成后，二氧化娃的掩模可W根据工艺要求去掉或者是保留，然后 去掉光刻胶刻蚀掩模。运样透明电极和发光平台的加工基本完成了。接下来需要对金属透 明电极进行退火，使透明电极能有更好的透光度，一般在空气或氧气的氛围下，300°C W上 的环境中进行退火20分钟左右。为了保护忍片避免静电、灰尘等的影响，我们要在忍片表面 制作一层几百至几千埃厚的氧化娃保护膜，生长的方式可W是化CVd或是E-beam。最后我们 要制作P/N电极的打线盘，可W采用电子束蒸发的方法，生长&/AU(或其他材料），厚度一共 约1微米厚。运样晶圆加工就完成了，最后再经过研磨工序、切割工序、测试分炼等工序，就 完成了忍片的加工。
[0033] 实施例2( 口 0透明电极）：
[0034] 使用丙酬等溶剂对GaN晶圆表面进行清洗处理，W保证晶圆表面是干净的没有杂 质污染的，清洗过的晶圆采用PECVD或电子束蒸发的方法在表面生长一层二氧化娃，生长氧 化娃的厚度可W根据实际情况进行调整，一般要大于巧00A，完成氧化娃的沉积W后，采用 光刻、腐蚀等方法制作出二氧化娃的掩模，运样，忍片发光平台边沿和透明电极边沿的距离 就被二氧化娃的掩模的宽度固定起来了（如图7,704所示）。二氧化娃的掩模腐蚀完成后，使 用电子束蒸发的方法，蒸锻一层ITO薄膜，厚度一般在1000 A W上，蒸锻过程要通入适当的 氧气，并适当加溫，蒸锻完成W后，要采用光刻的方法制作平台刻蚀掩模，掩模光刻胶的边 缘要落在氧化娃定位条上面，运样，能保证干法刻蚀发光平台的时候，发光平台表面被保护 起来，W免出现发光平台表面被刻蚀，导致加工后忍片漏电的现象。发光平台刻蚀掩模制作 完成W后，要进行ITO腐蚀工艺，使用ITO腐蚀液将没有被光刻胶覆盖的ITO薄膜腐蚀去掉 (如图7,705所示）。然后进行干法刻蚀，一般采取ICP或RIE的方法，去掉没有被光刻胶覆盖 的GaN材料。
[0035]发光平台刻蚀完成后，二氧化娃的掩模可W根据工艺要求去掉或者是保留，再用 去胶溶液去掉光刻胶掩模，运样透明电极和发光平台的加工基本完成了。接下来我们对ITO 透明电极进行退火，使ITO透明电极能有更好的透光度，一般在空气或高氧气的氛围下，400 °C W上的环境中进行退火20分钟左右。为了保护忍片避免静电、灰尘等的影响，我们要在忍 片表面制作一层几百至几千埃厚的氧化娃保护膜，生长的方式可W是化CVd或是E-beam。最 后我们要制作P/N电极的打线盘，可W采用电子束蒸发的方法，生长&/AU(或其他材料），厚 度一共约1微米厚。运样晶圆加工就完成了，最后再经过研磨工序、切割工序、测试分炼等工 序，就完成了忍片的加工。
【主权项】
1. 一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，其特征在于以二氧化硅作为定位 条，固定发光平台与透明电极之间距离的方法。2. 如权利要求1所述的一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，二氧化硅定位 条的位置是在芯片局部即发光平台边缘位置存在，而不是覆盖整个芯片或发光平台。3. 如权利要求1或2所述的一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，其特征在于 二氧化硅定位条是环绕在发光平台边缘处，发光平台与透明电极之间的距离完全由定位条 的宽度决定，定位条的宽度一般在〇微米与50微米之间。4. 如权利要求1或2所述的一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，其特征在于 在完成二氧化硅定位条的制作以后，通过电子束蒸发或热蒸发等方法在芯片表面形成透明 电极金属层，此时采用光刻工艺，使光刻胶覆盖在芯片透明电极表面，并使光刻胶边缘处于 二氧化硅定位条上，这样只要光刻胶边缘在定位条宽度以内，就会确保完成加工后，发光平 台边缘与透明电极边缘距离固定不变。5. 如权利要求4所述的一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，在 发光平台的刻蚀过程中，二氧化硅定位条作为牺牲层与光刻胶或其他掩模材料一起作为发 光平台的干法刻蚀掩模。6. 如权利要求4或5所述的一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，其特征在 于，完成干法刻蚀后，去掉光刻胶，并采用二氧化硅腐蚀液去除发光平台边缘的二氧化硅定 位条，这样被光刻胶覆盖的没有被腐蚀掉的透明电极金属会与氧化硅定位条一起剥离掉， 进而使发光平台与透明电极边缘之间的距离得以固定。7. 如权利要求1至6任意一项所述的一种蓝宝石衬底上发光二极管芯片的制作方法，其 特征在于发光二极管芯片为氮化镓系列材料。
【文档编号】H01L33/36GK106098891SQ201210485520
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2012年11月18日
【发明人】武胜利, 肖志国, 王景伟, 刘琦, 闫晓红, 薛念亮
【申请人】大连路美芯片科技有限公司