專利名稱:SiOx鈍化膜的沉積方法及具有該鈍化膜的LED芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)鈍化膜生產(chǎn)領(lǐng)域,特別地,涉及一種SiOx鈍化膜的沉積方法。本發(fā)明的另一方面還包括具有上述鈍化膜的LED芯片。
背景技術(shù):
常用LED的芯片是單晶組件,單晶表面的原子活性非常高,易吸附其他雜質(zhì)原子或基團,使器件性能下降,因此常常需要在器件表面沉積或生長一層由絕緣介質(zhì)組成的鈍化膜。該鈍化膜能隔絕LED芯片的內(nèi)部組件與外界,防止漏電。當(dāng)所用鈍化膜為由SiOx、 Si3N4或者SiON組成時,由于這些鈍化膜的折射率比空氣大,因而設(shè)置鈍化膜后還能增加 LED的出光,提高出光功率。對于GaAs、InP等第二代半導(dǎo)體器件,還經(jīng)常用濕法鈍化,如用 NH4S溶液浸泡使LED表面形成一層鈍化膜等。如果所用鈍化方法不得當(dāng)而導(dǎo)致所形成的鈍化膜質(zhì)量致密度低,會嚴(yán)重影響鈍化的效果,不但不能起到增強LED出光率的的作用,還會由于漏電使得LED器件性能受損。如 GaN基LED芯片特別是功率型芯片。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種SiOx鈍化膜的沉積方法及具有該鈍化膜的LED芯片,以解決現(xiàn)有技術(shù)中鈍化膜致密度低,導(dǎo)致漏電的技術(shù)問題。為實現(xiàn)上述目的,根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提供了一種SiOx鈍化膜的沉積方法, 包括以下步驟經(jīng)預(yù)熱步驟得到預(yù)熱芯片;在預(yù)熱芯片表面沉積SiOx鈍化膜,在沉積SiOx 鈍化膜步驟前對預(yù)熱晶片依次進(jìn)行多次等離子體活化步驟和預(yù)沉積SiOx鈍化膜步驟;依次重復(fù)活化處理步驟和預(yù)沉積步驟4 6次;預(yù)熱步驟為在氮氣氛圍下進(jìn)行。進(jìn)一步地,等離子體活化步驟的條件為用等離子體活化60 120s,RF功率為 100 250W,氣體流量為700 1200sccm,腔體壓力為900 llOOmtorr。進(jìn)一步地,等離子體為隊等離子體或隊0等離子。進(jìn)一步地,預(yù)沉積步驟的條件為在250°C 300°C下,沉積30 60s,腔體壓力為 600 800mtorr,N20 的流量為 700 800sccm,5% SiH4/N2 的流量為 100 200sccm,RF 功率為25 50W。進(jìn)一步地,預(yù)沉積SiOx鈍化膜的厚度為1600~2600人。進(jìn)一步地,預(yù)熱步驟為在PECVD機內(nèi)的承片臺上進(jìn)行,承片臺溫度為250 350°C, PECVD機處于抽氣狀體,通入流量為500sccm IOOOsccm的氮氣1 !Min進(jìn)行預(yù)熱。進(jìn)一步地,包括以下步驟1)用去膠液和去離子水在加超聲波的條件下清洗待沉積晶片,然后氮氣氣氛中吹掃甩干待沉積晶片;2)將待沉積晶片置于溫度為300°C的PECVD機的承片臺上,同時通入流量為 SOOsccm的氮氣2min,對晶片進(jìn)行預(yù)熱步驟,得到預(yù)熱晶片;
3)等離子體活化步驟用隊等離子體對腔體及預(yù)熱晶片進(jìn)行活化處理100s,RF功率為150W,氣體流量為lOOOsccm,腔體壓力為IOOOmtorr ;4)預(yù)沉積SiOx鈍化膜在270°C下,腔體壓力700mtorr,N2O流量750sccm,5 % SiH4/N2流量為150sccm,RF的功率為40W條件下沉積50s,得到厚度為2000 A的SiOx鈍化膜;5)重復(fù)步驟幻和步驟4)為一個循環(huán),循環(huán)5次,得到預(yù)沉積片;6)在預(yù)沉積片表面沉積SiOx鈍化膜,沉積條件腔體壓力750mtorr,N2O流量為 750sccm,5% SiH4A2 流量為 180sccm,沉積 550s,得到晶片;7)氮氣吹掃PECVD機并抽氣,然后破真空,取片,經(jīng)光刻,露出N、P電極,得到LED
-H-· I I心片。根據(jù)本發(fā)明的另一方面還提供了一種具有上述方法制得的SiOx鈍化膜的LED芯片。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供的方法在氮氣氛圍下對待沉積晶片進(jìn)行預(yù)熱,使晶片受熱充分均勻, 且蒸發(fā)出水汽等雜質(zhì)氣體,并將這些雜質(zhì)及時抽走。采用等離子體對晶片進(jìn)行預(yù)處理,首先是激發(fā)晶片表面原子的活性,提高后續(xù)沉積鈍化膜的附著力。而激發(fā)晶片的過程可不移動
曰曰/T ;本發(fā)明提供的方法中多次反復(fù)沉積,每次沉積后用等離子體轟擊鈍化膜,使鈍膜中的Si原子充分被氧化,可改善SiOx膜層質(zhì)量,提高鈍化膜的致密性,從而提高鈍化的效
: O除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外,本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。 下面將參照圖,對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解,本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明,并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例3的光學(xué)顯微鏡照片圖;以及圖2是本發(fā)明對比例的光學(xué)顯微鏡照片圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明,但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。本發(fā)明提供的制備方法為在預(yù)熱的晶片表面依次進(jìn)行活化和預(yù)沉積步驟,并反復(fù)多次活化和預(yù)沉積步驟。使得所制得的鈍化膜致密,膜內(nèi)應(yīng)力小,增強晶片的鈍化效果。從而達(dá)到提高晶片的出光效率的目的。本發(fā)明提供的方法以按常規(guī)方法預(yù)熱過的待處理晶片為處理對象。首先對其進(jìn)行活化處理。從預(yù)熱步驟開始,待處理晶片就一直處于PECVD腔體中,故活化處理也是在 PECVD腔體中進(jìn)行,這樣能減少由于不斷更換設(shè)備對晶片表面造成的不良影響。在前述活化步驟的條件下處理預(yù)熱過的待處理晶片,能使得晶片表面的原子形成大量的懸掛鍵,從而提高晶片表面的反應(yīng)活性。為后續(xù)預(yù)沉積SiOx鈍化膜做好準(zhǔn)備。預(yù)沉積的SiOx鈍化膜能更好的與晶片上的懸掛鍵發(fā)生反應(yīng),使得鈍化膜與晶片結(jié)合緊密。具體活化處理的條件可以為常用的預(yù)處理晶片的條件。優(yōu)選為,用等離子體活化60 120s,射頻功率(RF)功率為 100 250W,氣體流量為700 1200sccm,腔體壓力為900 llOOmtorr。按此條件進(jìn)行預(yù)處理活化效果最優(yōu)。其中RF功率的頻率為13. 5兆赫茲?;罨襟E中所用等離子體可以為常用的參與反應(yīng)的等離子體,優(yōu)選為N2等離子體或N2O等離子體。當(dāng)然的取得這些效果的活化條件,不是僅通過數(shù)次實驗就可以得到的。選取這參數(shù)不僅需要艱苦多次的實驗,而且還需要結(jié)合現(xiàn)有知識創(chuàng)造性的將其組合并進(jìn)行修改后才能得到。第二步驟為對經(jīng)活化過的晶片預(yù)沉積的步驟,預(yù)沉積的鈍化膜形成于已活化的晶片表面。優(yōu)選的,該鈍化膜的厚度為1600~2600 A。此厚度的鈍化膜能增加最終制得的鈍化膜的透光性,尤其適用于發(fā)藍(lán)、綠光的晶片。預(yù)沉積的條件可以為常規(guī)的沉積SiOx鈍化膜的方法。優(yōu)選為,預(yù)沉積步驟的條件為在250 300°C下,腔體壓力為600 SOOmtorr,N20流量為7OO 8OOsccm, 5 % SiH4/N2的流量為100 2OOsccm, RF功率為25 5OW,沉積3O 60s。按此條件沉積能所得鈍化膜內(nèi)的應(yīng)力最小,透光效率最高。第三步驟為在預(yù)沉積的SiOx膜表面再次進(jìn)行活化步驟。用等離子體轟擊SiOx膜表面,一方面能使預(yù)沉積鈍化膜的原子間結(jié)合緊密,而且還能活化該預(yù)沉積鈍化膜表面的原子,為后續(xù)預(yù)沉積鈍化膜提供具有高反應(yīng)活性的表面,使得各層預(yù)沉積鈍化膜間粘結(jié)緊密性,消除各層間的應(yīng)力提高晶片的發(fā)光效率。另一方面再次進(jìn)行活化步驟能使預(yù)沉積的 SiOx膜被充分氧化,增加其鈍化效果,減小晶片漏電。之后依次重復(fù)上述第二活化步驟和第三預(yù)沉積步驟4 6次。重復(fù)次數(shù)的選擇是綜合考慮了預(yù)沉積的SiOx膜厚度薄和生產(chǎn)效率而選定的。顯然的,本發(fā)明中的預(yù)熱步驟可以為常規(guī)預(yù)熱工藝,優(yōu)選的,預(yù)熱工藝為將待處理晶片置于處于抽氣狀態(tài)的PECVD機內(nèi),通入流量為500sccm IOOOsccm的氮氣1 !Bmin 進(jìn)行預(yù)熱。對晶片起到加熱作用的部件為PECVD機中的承片臺自身的溫度。承片臺的溫度為250 350°C。由于PECVD機按處于抽氣狀態(tài),預(yù)熱時晶片表面蒸發(fā)出的水蒸氣等雜質(zhì)能被及時帶走,凈化晶片表面。干凈的晶片表面能防止活化步驟中晶片表面的原子與雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng),影響鈍化效果,防止降低所得晶片的發(fā)光效率。最后在預(yù)沉積的最后一層鈍化膜上按常規(guī)方法繼續(xù)進(jìn)行SiOx鈍化膜沉積,得到沉積有鈍化膜的晶片。本發(fā)明提供的方法的優(yōu)選的步驟包括以下步驟1)用去膠液和去離子水在加超聲波的條件下清洗待沉積晶片,然后氮氣氣氛中吹掃甩干待沉積晶片;2)將待沉積晶片置于溫度為300°C的PECVD機的承片臺上,同時通入流量為 SOOsccm的氮氣2min,對晶片進(jìn)行預(yù)熱步驟,得到預(yù)熱晶片;3)等離子體活化步驟用隊等離子體對腔體及預(yù)熱晶片進(jìn)行活化處理100s,RF功率為150W,氣體流量為lOOOsccm,腔體壓力為IOOOmtorr ;4)預(yù)沉積SiOx鈍化膜在270°C下,腔體壓力700mtorr,N2O流量750sccm,5 % SiH4/N2流量為150sccm,RF的功率為40W條件下沉積50s,得到厚度為2000 A的SiOx鈍化膜;
5)重復(fù)步驟幻和步驟4)為一個循環(huán),循環(huán)5次,得到預(yù)沉積片;6)在預(yù)沉積片表面沉積SiOx鈍化膜,沉積條件腔體壓力750mtorr,N2O流量為 750sccm,5% SiH4A2 流量為 180sccm,沉積 550s,得到晶片;7)氮氣吹掃PECVD機并抽氣,然后破真空,取片,經(jīng)光刻,露出N、P電極,得到LED
芯片。
本發(fā)明的另一方面還提供了一種按上述方法制得的LED芯片。實施例以下實施例中所用物料和儀器均為市售。等離子體增強化學(xué)氣相沉積法(PECVD) 儀購自O(shè)xford Instruments (牛津儀器),型號為Plasmalab800plus。晶片為按常規(guī)方法生產(chǎn)的,以藍(lán)寶石為襯底。該芯片包括疊置于襯底上的成核層、緩沖層、N型GaN層、多量子阱層、P型GaN層、P電極、N電極和透明導(dǎo)電層。光強測試方法用點測機按25粒中抽1粒芯片的抽取規(guī)則,對所抽到的芯片進(jìn)行光強檢測。計算所得芯片的光強的平均值,即為結(jié)果。IR良率按25粒中抽1粒芯片的抽取規(guī)則,隨機抽取所得芯片進(jìn)行檢測。根據(jù)芯片尺寸的不同,按照常規(guī)方法對待測芯片施加反向電壓,當(dāng)所測得芯片的漏電流值(IR)小于常規(guī)要求時,芯片為頂良品,計數(shù)為頂合格芯粒數(shù)目為1,點測的總芯粒數(shù)目也為1。以此類推。IR良率=頂合格的芯粒數(shù)目/點測的總芯粒數(shù)目。老化試驗封裝材料宏磊達(dá)公司生產(chǎn)的支架、道康寧生產(chǎn)的硅膠、弘大生產(chǎn)的00902熒光粉、0. 8mil的市售金線。對10milX18mil的晶片。封裝條件120°C長烤4小時。1)將頂合格的芯粒封裝成直插式子彈頭LED燈珠。2)取60顆封裝好的LED燈珠在50°C下用40mA持續(xù)點亮1000h。3)老化IOOOh后對燈珠的頂良率進(jìn)行測量。所用測試儀器為杭州遠(yuǎn)方公司生產(chǎn)的PMS-50增強型LED精密光色電測試系統(tǒng)。漏電檢測對芯片通以0. ΙμΑ的電流,通電后點測芯片周圍的電壓。如果測得的電壓小于 2. OV說明該LED在漏電,反之則沒有漏電。如果存在漏電則LED成品光強和光效都會下降。實施例1包括以下步驟1)將待沉積鈍化膜的芯片用去膠液、去離子水清洗,同時加超聲波,然后用甩干機在氮氣氣氛中吹掃甩干;2)將晶片置于PECVD機的承片臺上,通入流量為500sCCm的氮氣3min,對晶片進(jìn)行預(yù)熱,承片臺溫度為350°C ;3)預(yù)熱后用等離子體對腔體及晶片進(jìn)行活化處理,等離子體為隊等離子體,處理 120s, RF功率為100W,氣體流量為1200sccm,腔體壓力為IlOOmtorr ;4) SiOx鈍化膜預(yù)沉積,在250°C °C下,沉積60s,腔體壓力800mtorr,N2O流量 800sccm,5% SiH4/N2的流量為lOOsccm,RF的功率為50W,沉積厚度為2600 A的SiOx鈍化膜;
5)重復(fù)步驟幻和步驟4)為一個循環(huán),循環(huán)6次;6) SiOx鈍化膜沉積,沉積條件時間500s,腔體壓力800mtorr,N2O流量為 800sccm,5% SiH4/N2 的流量為 100 200sccm ;7)氮氣吹掃,并抽氣,然后破真空,取片,經(jīng)光刻,露出N、P電極,得到LED成品1。實施例2包括以下步驟1)將待沉積鈍化膜的晶片用去膠液、去離子水清洗,同時加超聲波,然后用甩干機在氮氣氣氛中吹掃甩干;2)將晶片置于PECVD機的承片臺上,通入流量為lOOOsccm的氮氣lmin,對晶片進(jìn)行預(yù)熱,承片臺溫度為250°C ;3)預(yù)熱后用等離子體對腔體及晶片進(jìn)行活化處理,等離子體為隊0等離子體,處理 60s, RF功率為250W,氣體流量為700sccm,腔體壓力為900mtorr ;4) SiOx鈍化膜預(yù)沉積,在300 °C下,沉積30s,腔體壓力600mtorr,N2O流量 700sccm,5% SiH4/N2的流量為200sccm,RF的功率為25W,沉積厚度為1600 A的SiOx鈍化膜;5)重復(fù)步驟幻和步驟4)為一個循環(huán),循環(huán)4次;6) SiOx鈍化膜沉積,沉積條件時間600s,腔體壓力600mtorr,N2O流量為 700sccm,5% SiH4/N2 的流量為 IOOsccm ;7)氮氣吹掃,并抽氣,然后破真空,取片,經(jīng)光刻,露出N、P電極,得到LED成品2。實施例3包括以下步驟1)將待沉積鈍化膜的晶片用去膠液、去離子水清洗,同時加超聲波,然后用甩干機在氮氣氣氛中吹掃甩干;2)將晶片置于PECVD機的承片臺上,通入流量為SOOsccm的氮氣2min,對晶片進(jìn)行預(yù)熱,承片臺溫度為300°C ;3)預(yù)熱后用等離子體對腔體及晶片進(jìn)行活化處理,等離子體為隊等離子體,處理 100s, RF功率為150W,氣體流量為lOOOsccm,腔體壓力為IOOOmtorr ;4) SiOx鈍化膜預(yù)沉積,在270 °C下,沉積50s,腔體壓力700mtorr,N2O流量 750sccm,5% SiH4/N2的流量為150sccm,RF的功率為40W,沉積厚度為2000 A的SiOx鈍化膜;5)重復(fù)步驟幻和步驟4)為一個循環(huán),循環(huán)5次; 6) SiOx鈍化膜沉積,沉積條件時間550s,腔體壓力750mtorr,N2O流量為 750sccm,5% SiH4/N2 的流量為 180sccm ;7)氮氣吹掃,并抽氣,然后破真空,取片,經(jīng)光刻,露出N、P電極,得到LED成品3。對比例與實施例3的區(qū)別在于未進(jìn)行步驟3)和步驟4)。得到LED成品4。對LED成品3和4進(jìn)行光強測試,LED成品3的光強為108. 7mcd.,LED成品4的光強為100. 9mcd。采用活化步驟和預(yù)沉積步驟后,LED成品3的光強相對LED成品4增強 7. 22 8. 89%。
通過測試可知采用該方法后,LED成品1 2的光強相對LED成品4提高的平均值為7. 73%?,F(xiàn)有技術(shù)中,晶片經(jīng)多次等離子體反復(fù)轟擊后沉積出的SiOx膜常在后續(xù)濕法腐蝕步驟中無法腐蝕干凈,或出現(xiàn)鉆蝕,線條不平直等問題。圖1為對LED成品3在光學(xué)顯微鏡下拍攝照片,LED成品3中SiOx薄膜與晶片粘附力很好,光刻后SiOx的線條完美。圖2 為LED成品4在光學(xué)顯微鏡下拍攝的照片。從圖1 2可以看出,本發(fā)明提供的晶片經(jīng)光刻腐蝕后線條完美清晰平直,腐蝕區(qū)干凈,沒有殘留。對LED成品3和4分別進(jìn)行老化實驗。老化后LED成品3的頂良率為96. 6%, LED成品4的頂良率為83. 3%。采用活化步驟和預(yù)沉積步驟后,LED成品3的頂良率提尚 13. 3 % ο漏電檢測LED成品3的電壓為2. 3 2. 5V,說明沒有漏電,LED成品4的電壓為 < 2. 0V,說明存在漏電。因而說明本發(fā)明提供的方法制備得到的LED成品各項性能更優(yōu)。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已,并不用于限制本發(fā)明,對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種SiOx鈍化膜的沉積方法,包括以下步驟待沉積晶片經(jīng)預(yù)熱步驟得到預(yù)熱晶片;在所述預(yù)熱晶片表面沉積SiOx鈍化膜,其特征在于,在所述沉積SiOx鈍化膜步驟前對所述預(yù)熱晶片依次進(jìn)行多次等離子體活化步驟和預(yù)沉積SiOx鈍化膜步驟;依次重復(fù)所述活化處理步驟和預(yù)沉積步驟4 6次;所述預(yù)熱步驟是在氮氣氣氛下進(jìn)行的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述等離子體活化步驟的條件為用等離子體活化60 120s,RF功率為100 250W,氣體流量為700 1200sccm,腔體壓力為900 1IOOmtorr。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,所述等離子體為隊等離子體或N2O等離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述預(yù)沉積步驟的條件為在250°C 300°C下,沉積30 60s,腔體壓力為600 800mtorr,N2O的流量為700 800sccm,5%SiH4/N2的流量為100 2OOsccm, RF功率為25 50W。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于,所述預(yù)沉積SiOx鈍化膜的厚度為1600 2600A。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的方法,其特征在于,所述預(yù)熱步驟為在PECVD機內(nèi)的承片臺上進(jìn)行,所述承片臺溫度為250 350°C,所述PECVD機處于抽氣狀體,通入流量為500sccm IOOOsccm的氮氣1 3min進(jìn)行預(yù)熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于,包括以下步驟1)用去膠液和去離子水在加超聲波的條件下清洗待沉積晶片,然后氮氣氣氛中吹掃甩干所述待沉積晶片;2)將所述待沉積晶片置于溫度為300°C的PECVD機的承片臺上,同時通入流量為SOOsccm的氮氣2min,對晶片進(jìn)行預(yù)熱步驟,得到所述預(yù)熱晶片;3)等離子體活化步驟用隊等離子體對腔體及所述預(yù)熱晶片進(jìn)行活化處理100s,RF功率為150W,氣體流量為lOOOsccm,腔體壓力為IOOOmtorr ;4)預(yù)沉積SiOx鈍化膜在270°C下,腔體壓力700mtorr,N20流量750sccm,5%SiH4/N2流量為150sCCm,RF的功率為40W條件下沉積50s,得到厚度為2000 A的SiOx鈍化膜;5)重復(fù)步驟幻和步驟4)為一個循環(huán),循環(huán)5次,得到預(yù)沉積片;6)在所述預(yù)沉積片表面沉積SiOx鈍化膜,沉積條件腔體壓力750mtorr,隊0流量為750sccm,5% SiH4A2 流量為 180sccm,沉積 550s,得到晶片;7)氮氣吹掃PECVD機并抽氣,然后破真空,取片,經(jīng)光刻,露出N、P電極,得到LED芯片。
8.一種LED芯片,其特征在于,所述LED芯片的表面沉積有SiOx鈍化膜,所述SiOx鈍化膜通過權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法沉積在所述LED芯片的表面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種SiOx鈍化膜的沉積方法及具有該鈍化膜的LED芯片。包括以下步驟經(jīng)預(yù)熱步驟得到預(yù)熱晶片;在預(yù)熱晶片表面沉積SiOx鈍化膜,在沉積SiOx鈍化膜步驟前對預(yù)熱晶片依次進(jìn)行多次等離子體活化步驟和預(yù)沉積SiOx鈍化膜步驟;依次重復(fù)等離子體活化處理步驟和預(yù)沉積步驟4~6次;預(yù)熱步驟為在氮氣氛圍下進(jìn)行。本發(fā)明提供的方法中多次反復(fù)沉積,每次沉積后用等離子體轟擊鈍化膜,使鈍膜中的Si原子充分被氧化,可改善SiOx膜層質(zhì)量,提高鈍化膜的致密性,從而提高鈍化的效果。
文檔編號H01L33/02GK102569564SQ20121004589
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者侯召男, 姚禹, 汪延明, 牛鳳娟, 許亞兵 申請人:湘能華磊光電股份有限公司