5um線寬LED晶片最佳光刻條件探究

鄒賢軍，廖穎鈺湘能華磊光電股份有限公司

5um線寬LED晶片最佳光刻條件探究

鄒賢軍，廖穎鈺
湘能華磊光電股份有限公司

摘要：在外延結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定的前提下，如何在芯片前工藝COW制備中提高亮度成為各芯片廠商最關(guān)注的話題，而制備反射電極、增加電流阻擋層、優(yōu)化圖形、縮短線寬則是提高COW亮度的常用方法。本文主要探究尺寸為457um*889um的芯片在制備5um線寬時黃光作業(yè)中的最佳光刻條件，實驗表明硬烤110°/60秒，曝光能量90mj/cm2，顯影時間90秒，膠厚2.85um，軟烤105℃/ 120秒為最佳光刻條件。

關(guān)鍵詞：LED；5um線寬；黃光；硬烤；顯影；曝光；SEM

1.引言

隨著國內(nèi)LED行業(yè)的迅猛發(fā)展，整個LED行業(yè)的競爭也日趨激烈。前期巨量資金涌入而形成的巨大產(chǎn)能在近兩年的釋放更是使整個行業(yè)出現(xiàn)了產(chǎn)能過剩。為在這有限的市場中站住腳，各大芯片廠商紛紛將提高芯片品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本作為提高產(chǎn)品競爭力的主要方法。而在提高芯片品質(zhì)中尤以提高芯片亮度作為首要任務(wù)，縮短線寬增加發(fā)光區(qū)面積就是其中一種提高亮度的方法。窄線寬對黃光光刻工藝要求較高，要保持芯片工藝的穩(wěn)定性和性能一致性，就必須找到其作業(yè)時的工藝參數(shù)窗口，本文將通過實驗探究5um線寬的硬烤、曝光、顯影的工藝窗口，找出5um線寬的最佳光刻條件。

2.實驗

本次實驗所使用的的GaN基LED樣品均為我司在GaN襯底上MOCVD外延生長的InGaN／GaN多量子阱藍光LED結(jié)構(gòu)，生長方法已有報道[1]。樣品為我司18*35產(chǎn)品，尺寸為457um*889um。實驗步驟為：1、固定其它光刻條件，抓出硬烤窗口；2、固定其它光刻條件，抓出曝光能量窗口；3、固定其它光刻條件，抓出顯影時間窗口；4、固定其它光刻條件，抓出顯影時間窗口；5、根據(jù)最佳光刻條件下SEM的結(jié)果，調(diào)節(jié)硬烤時間以得到80度和90度的倒角；6、得出結(jié)論。

3.結(jié)果與討論

1）硬烤窗口的確定

如表一所示，在其他光刻條件不變：膠厚2.85um、能量90mj/ cm2、顯影90s、軟烤105°/120s，隨著硬烤時間的延長，線寬也會越來越小。如圖一所示，當硬烤時間在40s至100s之間時，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的過顯影或顯影不干凈等異常，但是但硬烤時間為115s時，則出現(xiàn)了非常明顯的顯影不干凈異常。按照制備5um線寬的標準，在硬烤時間為40s時線寬寬度為5.5um，超出了5um線寬標準，則硬烤時間的下限為45s左右，綜合芯片外觀要求考慮，硬烤時間的上限為100s左右。綜上，硬烤時間的工藝窗口為45s~100s，因在硬烤時間為55s~70s區(qū)間范圍內(nèi)，線寬變化最小，故最佳硬烤時間為55s~70s。

表一、不同硬烤時間所對應(yīng)的線寬

2）曝光能量窗口的確定

如表二所示，在其他光刻條件不變：膠厚2.85um、硬烤110°/60秒、顯影90秒、軟烤105°/120s，隨著曝光能量的增大，線寬越來越小，但當曝光能量為130時，出現(xiàn)了明顯的顯影不干凈異常。。如圖二所示，當能量為50時，出現(xiàn)明顯的過顯影異常，且其線寬達到8um，遠遠大于5um線寬標準；綜上分析，根據(jù)線寬判斷，曝光能量的工藝窗口為75mj~115mj，最佳曝光能量為90mj~95mj。

表二、不同曝光能量所對應(yīng)的線寬

3）顯影時間窗口的確定

如表三所示，顯影時間在60s至140s范圍內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)過顯影或者顯影不干凈現(xiàn)象。而顯影時間在40s時，晶片的線寬明顯為4um，遠小于5um線寬標準，顯影時間在60s~140s時，晶片線寬幾乎無變化。結(jié)合之前的試驗可以判斷，顯影時間窗口很大，為50s~150s，最佳顯影時間為80s~120s。

表三、不同顯影時間所對應(yīng)的線寬

4）小結(jié)

綜合前文三個實驗判斷，5um線寬最佳光刻條件為：硬烤110°/60s，曝光能量90mj/cm2，顯影時間90s，膠厚2.85um，軟烤105℃/120s

4.結(jié)論

1）5um線寬工藝，硬烤時間的工藝窗口為45s~100s，曝光能量的工藝窗口為75mj~115mj，顯影時間的工藝窗口為50s~150s。

2）5um線寬最佳光刻條件為：硬烤110°/60s，曝光能量90mj/ cm2，顯影時間90s，膠厚2.85um，軟烤105℃/120s。

3）最佳光刻條件下所測得的SEM倒角較小，在45度左右，硬烤窗口上限100秒時的倒角在60度左右。

參考文獻：

[1]宋海蘭.低溫晶片鍵合技術(shù)及其在硅基長波長雪崩光電探測器中的應(yīng)用研究[D].北京郵電大學2011

[2]王文娟.低溫晶片鍵合技術(shù)及長波長可調(diào)諧WDM解復(fù)用光接收集成器件的研究[D].北京郵電大學2007

[3]石拓,熊兵,孫長征,羅毅.Study on the saturation characteris?tics of high-speed uni-traveling-carrier photodiodes based on field screening analysis[J].Chinese Optics Letters.2011(08)

[4]Duan,Xiaofeng,Huang,Yongqing,Ren,Xiaomin,Wang,Wei, Huang,Hui,Wang,Qi,Cai,Shiwei.Long wavelength multiple resonant cavities RCE photodetectors on GaAs substrates.IEEE Transactions