提高铝镓铟磷系发光二极管产能的制作工艺

摘要

本发明公开了一种提高铝镓铟磷系发光二极管产能的制作工艺，在完成常规工艺后，采用干湿蚀刻和劈裂技术结合取代钻石刀切割技术使芯粒完全分离，由于干蚀刻的各向异性蚀刻，可减少芯粒边缘的崩裂，使芯粒与芯粒间面积损失减少，进而可提高单片产出数量，并可有效地避免切割后残留粉尘附于侧面引起导致漏电，提高产品的良率，有效地降低生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及四元系发光二极管，尤其是一种提高铝镓铟磷系发光二极管产能的制作工艺。

背景技术

LED主要应用于点阵显示、交通灯、户内外显示屏、汽车尾灯等方面，因此对其可靠性要求较高。首先需要在GaAs衬底上外延生长AlGaInP LED发光结构，再进行常规的清洗、电极制作、光刻、减薄等半导体工艺制作，窗口层上面制作电极图形，窗口层采用GaP材料，GaAs衬底和GaP窗口层之间的各层统称为外延层。常规工艺完成后需进行测试，保证LED芯片的亮度、波长、电压、反向漏电流等参数都达到使用标准。通常，AlGaInP/GaAs体系红光、橙光、黄光、黄绿光的发光二极管的测试流程都是先进行半切，再测试，之后进行二次切割使发光二极管芯粒完全分离。“半切”即采用钻石刀在高速转动下对做好电极的晶圆进行切割，切割的深度大于整个发光二极管外延层的厚度，这样就将LED芯片的正极(P区)完全分离，GaAs衬底做为公共的负极(N区)形成分立的发光二极管芯粒，“二次切割”即沿着半切所留下来的刀痕采用钻石刀将剩余GaAs部分完全分离，因此每一个芯片都要进行两次切割，占用设备使用时间较长，生产效率较低，另外半切过程中，由于钻石刀的刀刃宽度为20～40μm，会带来较大面积的损失，降低单片产出率，并且由于钻石刀高速转动和GaAs是硬性接触，容易造成边缘的崩裂，给发光的PN结造成较大的损伤，同时在切割过程中的粉尘易在侧壁残留，导致芯粒反向漏电，降低成品率。

专利申请号为200710014001.1的授权发明专利提供了一种高亮度发光二极管芯片的制备方法，即将半切工艺用光刻腐蚀法替代，用光刻胶作腐蚀保护层，通过选择性曝光、显影、化学腐蚀的方法，完成共GaAs衬底负极，分离发光二极管芯片的正极。该发明采用化学腐蚀方法完全替代常规工艺中的“半切”，只需对芯片进行二次切割即可完全分离芯粒，完全不接触PN结面，避免了对PN结的硬性损伤，缩短了生产周期，提高了器件的合格率；但是采取该工艺步骤易受湿蚀刻等向性的影响，芯粒与芯粒之间损失宽度高达20～60um，这样大大地降低了单片产量。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种提高铝镓铟磷系发光二极管产能的制作工艺，使切割过程中晶片的损失面积大幅下降，提高15～25％的单片产出。

本发明是这样子实现的，提高铝镓铟磷系发光二极管产能的制作工艺，其工艺步骤如下：

1)在衬底上依次形成分布布拉格反射层、第一型磊晶层、发光层、第二型磊晶层、窗口层；

2)在窗口层上形成P电极并在衬底的底面形成N电极，构成晶片；

3)在晶片的顶面形成保护层用于遮盖P电极；

4)通过光刻技术在晶片的顶面形成2～5μm的切割道，并定义预切割晶粒的尺寸；

5)对晶片顶面的保护层从上述切割道切口进行湿蚀刻至窗口层顶面；

6)在晶片的底面形成保护层用于遮盖N电极；

7)通过干蚀刻技术，将对晶片的顶面进行非等向性干蚀刻，可得到3～6μm的切割道；

8)去除晶片的顶面P电极的保护层、底面N电极的保护层后进行光电参数测试；

9)在晶片的底面形成保护层用于遮盖N电极；

10)通过具有上下CCD镜头的光刻机在与晶片的顶面相对应的背面光刻出2～5μm的切割道；

11)对晶片底面的保护层从上述切割道切口进行湿蚀刻至底面N电极底面；

12)在晶片的顶面形成保护层用于遮盖P电极；

13)通过干蚀刻技术，对晶片的背面进行非等向性干蚀刻，得到3～6μm的切割道，并使上下切割道间剩余5～10μm；

14)去除晶片的顶面P电极的保护层、底面N电极的保护层后，对晶片采用劈裂技术即得发光二极管芯粒。

本发明中衬底材料可选用GaAs或GaP中的一种或前述的任意组合之一；本发明中保护层选自SiO₂、SiN_x、光刻胶、Ni、Cr中的一种或前述的任意组合之一；本发明湿蚀刻采用的蚀刻液选自HF、NH₄F、CH₃COOH、H₂SO₄、H₂O₂的一种或前述的任意组合之一；本发明干蚀刻采用的气体选自Ar、O₂、BCl₃、Cl₂、SiCl₄的一种或前述的任意组合之一。

同现有技术相比较，本发明采用干湿蚀刻和劈裂技术结合可使切割过程中晶片的损失面积大幅下降，进而可提高15～25％的单片产出；采用干蚀刻取代切割工艺可减少芯粒边缘的崩裂，有效地防止切割过程中产生的粉尘附着于切割侧面引起反向漏电流，提高产品的良率，整体生产而言还可有效降低成本。

附图说明

图1～图11是本发明发光二极管制作工艺的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

提高铝镓铟磷系发光二极管产量的制作工艺，其工艺步骤如下：

如图1所示，在GaAs衬底1上依次形成分布布拉格反射层2、第一型磊晶层3、发光层4、第二型磊晶层5、窗口层6；在窗口层6上形成P电极7并在衬底1的底面形成N电极8，构成晶片；

如图2所示，在晶片的顶面形成保护层用于遮盖P电极7，通过光刻技术在晶片的顶面形成3μm的切割道，并定义预切割晶粒的尺寸，其中顶面保护层由SiO₂第一保护层9和光刻胶第二保护层10组成；

如图3所示，对晶片顶面的保护层从上述切割道切口进行湿蚀刻至窗口层6顶面，蚀刻液由HF、NH₄F、CH₃COOH、H₂SO₄、H₂O₂组成；

如图4所示，在晶片的底面形成SiO₂保护层11用于遮盖N电极8；

如图5所示，通过干蚀刻技术，对晶片的顶面进行非等向性干蚀刻，可得到5μm的切割道，干蚀刻采用的气体由Ar、O₂、BCl₃、Cl₂、SiCl₄组成；

如图6所示，去除晶片的顶面P电极7的第一保护层9、第二保护层10和底面N电极8的保护层11后进行光电参数测试；

如图7所示，在晶片的底面重新形成底面保护层用于遮盖N电极8；通过具有上下CCD镜头的光刻机在与晶片的顶面相对应的背面光刻出3μm的切割道，其中底面保护层由SiO₂第一保护层12和光刻胶第二保护层13组成；

如图8所示，对晶片的底面保护层从上述切割道切口进行湿蚀刻至底面N电极底面，蚀刻液由HF、NH₄F、CH₃COOH、H₂SO₄、H₂O₂组成；

如图9所示，在晶片的顶面形成SiO₂保护层14用于遮盖P电极7；

如图10所示，通过干蚀刻技术，对晶片的底面进行非等向性干蚀刻，可得到5μm的切割道，并使上下切割道间剩余8μm，干蚀刻采用的气体由Ar、O₂、BCl₃、Cl₂、SiCl₄组成；

如图11所示，去除晶片的顶面P电极7的保护层14、底面N电极8的SiO₂第一保护层12、光刻胶第二保护层13后，对晶片底面采用劈裂技术即得发光二极管芯粒。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。