專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于ー種半導(dǎo)體發(fā)光二極管，尤其涉及ー種半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)由于其具有體積小、壽命長(zhǎng)、效率高、高耐震性、同時(shí)耗電量少、 發(fā)熱少，廣泛應(yīng)用到日常生活中的各項(xiàng)用品，如各種家電的指示燈或光源等。近年來(lái)更由于多色彩及高高度化的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)用范圍更向戶外顯示發(fā)展如照明燈、大型戶外顯示屏、交通信號(hào)燈等。半導(dǎo)體表面是具有特殊性質(zhì)的表面，裸露的半導(dǎo)體表面容易受到外界影響，如雜質(zhì)、機(jī)械損傷、靜電放電等對(duì)半導(dǎo)體器件有很大的危害。發(fā)光二極管的節(jié)區(qū)附近、溝槽等均容易受到損害而導(dǎo)致可靠性降低，表現(xiàn)為漏電流升高(從而發(fā)光效率降低、熱損耗増加)甚至由于靜電放電而被擊穿，嚴(yán)重的影響半導(dǎo)體器件的特性，半導(dǎo)體LED也不例外。為了提高器件的可靠性和穩(wěn)定性，必須對(duì)表面采取有效的保護(hù)措施。由于鈍化層的生長(zhǎng)是在完成電極制備之后，因此生長(zhǎng)溫度不宜過(guò)高，否則電極性能會(huì)變壞。而過(guò)低溫下生長(zhǎng)的鈍化層往往存在黏附性不好，易剝落，致密度差，針孔密度大等缺點(diǎn)。常見(jiàn)的大功率LED的構(gòu)造如圖1、圖2所示。其結(jié)構(gòu)至少包括P電極2，P型半導(dǎo)體3，多量子阱4，N型電極5，N型半導(dǎo)體6，襯底7。器件制備過(guò)程如下在一塊生長(zhǎng)好LED 結(jié)構(gòu)晶圓上，用光刻法在晶圓上用光刻膠或者ニ氧化硅為掩膜做出LED的臺(tái)結(jié)構(gòu)圖型，然后用離子刻蝕系統(tǒng)ICP刻過(guò)多量子阱有4 一直到N型半導(dǎo)體6形成LED臺(tái)面；刻出LED臺(tái)后剝離去掉光刻膠；樣品用王水清洗后，用光刻法掩膜，用濺射或蒸發(fā)的方法在LED臺(tái)頂部的P半導(dǎo)體3上制作P電極2 ；對(duì)P電極2進(jìn)行合金；利用光刻法對(duì)P電極2和LED臺(tái)的側(cè)壁進(jìn)行膠保護(hù)，用濺射金屬或蒸發(fā)金屬的方法在LED臺(tái)的底部N型半導(dǎo)體6上沉積N電極 5 ；N電極5不與LED臺(tái)的側(cè)壁相接觸；剝離光刻膠，這樣在器件上就制備好了 N電極5和P 電極2，鈍化工藝過(guò)程就在制備好N電極5和P電極2之后進(jìn)行，用來(lái)提高器件的光提取效率和可靠性。關(guān)于LED的外延芯片的的傳統(tǒng)的鈍化工藝，一般是在利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)形成 P、N區(qū)電極溝道并沉積電極金屬后，直接長(zhǎng)出鈍化層，如ニ氧化硅層或者氮化硅層。然而， 此方法的問(wèn)題是鈍化層并不能完全抑制由于反應(yīng)離子刻蝕引發(fā)的側(cè)面漏電流。LED反向漏電流的來(lái)源主要是等離子體損傷(以及劃片過(guò)程中帶來(lái)的機(jī)械或者熱損傷)，其損傷層位于表面至表面以下50nm左右的亞表面(meta-surface)區(qū)域。在上述エ藝上，進(jìn)行改迸，可在反應(yīng)離子刻蝕以后，通過(guò)HF HCl H2O大約 1:4: 20配比的腐蝕性液體去除損傷層，再生長(zhǎng)氮化硅或者氧化硅等鈍化層。如《半導(dǎo)體學(xué)報(bào)》2008年2月第四卷第二期公開(kāi)的《鈍化前表面預(yù)處理對(duì)AlGaN/GaNHEMTS性能的影響》中，就介紹了這種利用腐蝕液去除損傷層之后再進(jìn)行鈍化工藝的具體的實(shí)施步驟。然而，這種方法在半導(dǎo)體外延ェ藝過(guò)程中加入了一道化學(xué)腐蝕ェ藝，引入了不必要的化學(xué)雜質(zhì)，而且對(duì)企業(yè)調(diào)整エ藝并不是特別方便。因此，又提出了一種改進(jìn)的表面處理方法，即兩步反應(yīng)離子刻蝕方法。即在反應(yīng)離子刻蝕形成溝道后，調(diào)整刻蝕速率(通常以較慢的速率)二次刻蝕芯片的表面，用來(lái)去除表面、亞表面損傷層，后續(xù)再進(jìn)行鈍化工藝。該種方法在《半導(dǎo)體學(xué)報(bào)》2006年9月第27卷第 9期公開(kāi)的《兩步刻蝕法去除GaN-LED刻蝕中引入的損傷》中有詳細(xì)的掲示。這種方法使用了化學(xué)活性氣體，因此刻蝕速率快，而且與原エ藝基本上兼容，但同時(shí)也給器件帶來(lái)了雜質(zhì)元素的隱患(如Cl離子等)。本發(fā)明則提供一種新的半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法用以改善或解決上述的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供ー種半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)表面處理方法， 用以提升鈍化效果，降低反向漏電流。本發(fā)明通過(guò)這樣的技術(shù)方案解決上述的技術(shù)問(wèn)題提供ー種半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法，該方法包括以下步驟提供待處理的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片；提供等離子體處理設(shè)備，該等離子體處理設(shè)備具有等離子體真空腔體和等離子體放電功能；清潔待處理的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片并將其干燥；將清潔并干燥后的待處理的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片放入等離子體設(shè)備的等離子體真空腔體內(nèi)；將等離子體真空腔體進(jìn)行抽真空；在抽過(guò)真空的等離子體真空腔體內(nèi)注入具化學(xué)惰性的氣體，并控制等離子體真空腔體內(nèi)的真空度；對(duì)等離子體真空腔體內(nèi)的惰性氣體加電至高壓；經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)的處理時(shí)間后停止等離子體放電，將半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片退出等離子體真空腔體。作為本發(fā)明的ー種改迸，將等離子體真空腔體進(jìn)行抽真空的步驟中，抽真空至 I-IOPa0作為本發(fā)明的ー種改迸，在抽過(guò)真空的等離子體真空腔體內(nèi)注入具化學(xué)惰性的氣體，并控制等離子體真空腔體內(nèi)的真空度的步驟中，注入的具化學(xué)惰性的氣體為氮?dú)饣蛘?br> 風(fēng)\ ο作為本發(fā)明的ー種改迸，在抽過(guò)真空的等離子體真空腔體內(nèi)注入氬氣或者氮?dú)猓?并控制等離子體真空腔體內(nèi)的真空度的步驟中，真空度保持在101^。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，作為上述步驟的進(jìn)ー步細(xì)化，處理時(shí)間設(shè)定為5-30分鐘，加電電壓為5千伏 20千伏。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)采用本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法，能夠部分去除芯片表面至亞表面的損傷層，并且通過(guò)化學(xué)平衡抑制內(nèi)部氮空位的形成，從而降低漏電流，結(jié)合后續(xù)鈍化工藝，可以進(jìn)一歩改善鈍化的效果，進(jìn)ー步降低漏
4電流。


圖1是帶有SiOxNy鈍化層(具增透效果)的LED剖面圖；圖2是帶有SiOxNy鈍化層(具增透效果)的LED俯視圖；圖3是本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法的方法流程圖；圖4是實(shí)驗(yàn)中將晶圓分成4個(gè)區(qū)的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)表面處理方法主要用在LED芯片在進(jìn)行鈍化工藝之前，進(jìn)行表面處理，用以提升鈍化效果，降低反向漏電流。下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。請(qǐng)參圖3，為本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法的流程圖。具體方法包括如下步驟提供待處理的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片；提供等離子體處理設(shè)備，該等離子體處理設(shè)備具有等離子體真空腔體和等離子體放電功能；清潔待處理的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片并將其干燥；將清潔并干燥后的待處理的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片放入等離子體設(shè)備的等離子體真空腔體內(nèi)；將等離子體真空腔體進(jìn)行抽真空；在抽過(guò)真空的等離子體真空腔體內(nèi)注入具化學(xué)惰性的氣體，并控制等離子體真空腔體內(nèi)的真空度；對(duì)等離子體真空腔體內(nèi)的惰性氣體加電至高壓；經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)的處理時(shí)間后停止等離子體放電，將半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片退出等離子體真空腔體。上述的步驟，并未定義各順序之間的時(shí)間先后順序，即，若后步驟并非依賴前步驟的完成作為前提的話，則順序可以調(diào)換，或者同時(shí)進(jìn)行。作為上述步驟的進(jìn)ー步細(xì)化，將等離子體真空腔體進(jìn)行抽真空的步驟中，抽真空至 I-IOPa ；作為上述步驟的進(jìn)ー步細(xì)化，在抽過(guò)真空的等離子體真空腔體內(nèi)注入具化學(xué)惰性的氣體，并控制等離子體真空腔體內(nèi)的真空度的步驟中，注入的具化學(xué)惰性的氣體為氮?dú)?(N2)或者氬氣(Ar)；作為上述步驟的進(jìn)ー步細(xì)化，在抽過(guò)真空的等離子體真空腔體內(nèi)注入惰性氣體， 并控制等離子體真空腔體內(nèi)的真空度的步驟中，真空度保持在10 左右；作為上述步驟的進(jìn)ー步細(xì)化，處理時(shí)間設(shè)定為5-30分鐘，加電電壓為5千伏 20 千伏。采用本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法，能夠去除芯片表面、亞表面的損傷層，從而降低漏電流，結(jié)合后續(xù)鈍化工藝，可以進(jìn)一歩改善鈍化的效果，進(jìn)ー步降低漏電流。下面將簡(jiǎn)單就本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。樣品藍(lán)寶石襯底GaN基LED芯片的晶圓O英寸片)樣品數(shù)量2處理方法請(qǐng)參圖4，將晶圓分為4個(gè)區(qū)AB⑶，分別用不同的等離子體處理時(shí)間5 分鐘(A區(qū)域)，15分鐘(B區(qū)域)，30分鐘(C區(qū)域)，硅片掩膜遮擋。等離子體高壓為5kV。 #1樣品生長(zhǎng)SiNx, #2樣品生長(zhǎng)SW2鈍化層。將數(shù)據(jù)提取出來(lái)以后，將數(shù)據(jù)分為正常樣品和不良樣品(漏電流過(guò)大的樣品)。考慮到平均值加權(quán)和儀器測(cè)試誤差的問(wèn)題，我們選取漏電流I < 0. 05uA的芯片樣品，在同一區(qū)域選取相同數(shù)量的樣品(從小到大取)，每個(gè)區(qū)域是120個(gè)芯片(一共480個(gè)芯片)。表1是低漏電流芯片樣品鈍化層エ藝前后對(duì)比(電流單位μ A)。表 權(quán)利要求
1.ー種半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟提供待處理的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片；提供等離子體處理設(shè)備，該等離子體處理設(shè)備具有等離子體真空腔體和等離子體放電功能；清潔待處理的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片并將其干燥；將清潔并干燥后的待處理的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片放入等離子體設(shè)備的等離子體真空腔體內(nèi)；將等離子體真空腔體進(jìn)行抽真空；在抽過(guò)真空的等離子體真空腔體內(nèi)注入具化學(xué)惰性的氣體，并控制等離子體真空腔體內(nèi)的真空度；對(duì)等離子體真空腔體內(nèi)的惰性氣體加電至高壓；經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)的處理時(shí)間后停止等離子體放電，將半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片退出等離子體真空腔體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法，其特征在干，將等離子體真空腔體進(jìn)行抽真空的步驟中，抽真空至1-lOI^a。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法，其特征在干，在抽過(guò)真空的等離子體真空腔體內(nèi)注入具化學(xué)惰性的氣體，并控制等離子體真空腔體內(nèi)的真空度的步驟中，注入的具化學(xué)惰性的氣體為氮?dú)饣蛘邭鍤狻?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法，其特征在干，在抽過(guò)真空的等離子體真空腔體內(nèi)注入氬氣或者氮?dú)猓⒖刂频入x子體真空腔體內(nèi)的真空度的步驟中，真空度保持在lOI^a。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法，其特征在干，作為上述步驟的進(jìn)ー步細(xì)化，處理時(shí)間設(shè)定為5-30分鐘，加電電壓為5千伏 20千伏。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管表面處理方法，該方法包括以下步驟提供待處理的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片；提供等離子體處理設(shè)備，該等離子體處理設(shè)備具有等離子體真空腔體和等離子體放電功能；清潔待處理的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片并將其干燥；將清潔并干燥后的待處理的半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片放入等離子體設(shè)備的真空腔體內(nèi)；將等離子體真空腔體抽真空；在抽過(guò)真空的等離子體真空腔體內(nèi)注入氬氣或者氮?dú)猓⒖刂普婵涨惑w內(nèi)的真空度；對(duì)等離子體真空腔體內(nèi)的惰性氣體加高壓，處理一定時(shí)間后結(jié)束放電過(guò)程，退出等離子體真空腔體。本發(fā)明能夠去除芯片表面至亞表面的損傷層，降低漏電流，結(jié)合后續(xù)鈍化工藝，進(jìn)一步改善鈍化的效果，降低漏電流。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102544268SQ201210055499
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者周穎圓, 戴煒?shù)h, 李抒智, 李越生, 馬可軍 申請(qǐng)人:上海半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心, 復(fù)旦大學(xué)