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：在外延結構已經確定的前提下，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注的話題，而制備反射電極、增加電流阻擋層、優化圖形、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。

關鍵詞：LED；5um線寬；黃光；硬烤；顯影；曝光；SEM

1.引言

隨著國內LED行業的迅猛發展，整個LED行業的競爭也日趨激烈。前期巨量資金涌入而形成的巨大產能在近兩年的釋放更是使整個行業出現了產能過剩。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、降低生產成本作為提高產品競爭力的主要方法。而在提高芯片品質中尤以提高芯片亮度作為首要任務，縮短線寬增加發光區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定性和性能一致性，就必須找到其作業時的工藝參數窗口，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結構，生長方法已有報道[1]。樣品為我司18*35產品，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、根據最佳光刻條件下SEM的結果，調節硬烤時間以得到80度和90度的倒角；6、得出結論。

3.結果與討論

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，沒有發現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區間范圍內，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，出現了明顯的顯影不干凈異常。。如圖二所示，當能量為50時，出現明顯的過顯影異常，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，沒有發現過顯影或者顯影不干凈現象。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的線寬

4）小結

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

[2]王文娟.低溫晶片鍵合技術及長波長可調諧WDM解復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