袁根如
（中國 上海 201210）
【摘要】本文研究了採用普通的接觸式光刻機來製作PSS產品，並且使光刻出的PSS具有與stepper光刻機相同的效用，研究結果表明，通過開發出的自掩膜光刻工藝技術可以製作出與stepper光刻機相同規格的PSS產品，並將其製作成大功率LED器件，封裝後在100mA電流驅動下率出光效率都達到了99lm/w。
關鍵詞 自掩膜光刻；圖形化藍寶石襯底（PSS）；發光二極體（LED）
作者簡介：袁根如，身份證號碼3624241982****541X。
0引言
GaN 基LED 外延片及晶片是半導體照明的核心，由於其節能、長壽命、環保的特點，近年來日益成為各國積極發展的方向。LED 在我們的生活中已經無處不在，大到2008 年北京奧運會上的各種燈光和顯示效果、體育場館和各式晚會上的超大顯示屏，小到各種指示和特種照明以及包括手機等個人電子用品中的光源，基本上都是LED 的天下。
襯底是製造LED 外延片不可缺少的關鍵材料，由於缺乏合適的GaN 襯底，GaN 基LED 外延片一般都生長在異質襯底之上，其中藍寶石襯底已經成為主流。異質外延的特性決定，生長在原子級平整的藍寶石襯底之上的GaN 基LED 外延結構中不可避免的存在大量缺陷，影響LED 內量子效率的提高。應用PSS技術，在藍寶石襯底上形成微納圖形，結合GaN 外延的側向生長效應，可以減少外延結構中的缺陷密度，提高LED 的內量子效率。另外圖形襯底上微納結構對光的漫散射作用可以抵消LED 結構的光波導效應，大大提高LED 的出光效率。
stepper光刻機除了占有解析度高的優勢外還具有很多劣勢。
優點：
1）掩模版與襯底不接觸、掩模版使用壽命長、解析度高；
2）可以直接光刻出厚膠圖形。
缺點：
1）光學系統複雜，對物鏡成象要求高，價格昂貴；
2）對襯底平整度要求非常高；
3）對機械震動和溫度很敏感；
4）採用分區曝光方式，在一個襯底上有數十個曝光區，每次只對一個曝光區曝光，機械裝置帶動襯底移動到下一個曝光區曝光，直至所有曝光區完成曝光，產能低。
接觸式光刻機具有設備結構簡單、產量高（整個襯底曝光一次完成）、維護成本低等優點。
基於上述因素，並結合LED企業資金量小等因素，因而展開技術創新研究。
1實驗
本實驗中採用相關刻設備和部分材料有：AND勻膠/顯影機，ABM手動接觸式光刻機，254nm深紫外光源，普通高溫退火爐，北方微電子ELED300干法刻蝕， EPG-515/AZ-GXR-601光刻膠。
實驗方法：
用接觸式光刻機在藍寶石襯底表面製作一層薄膠光刻膠圖形，圖形尺寸為2μm *1μm ，厚度分別為0.5μm/1μm/1.5μm幾個尺寸；
深紫外光源固化處理，處理時間為5min/10min/15min；
高溫退火爐將光刻膠圖形碳化，溫度為200℃/400℃/600℃/800℃，時間為5min/10min/15min/10min；
在表面勻一層厚膠AZ-GXR-601，厚度為2.2μm/2.5μm/2.8μm；
利用碳化的圖形做掩膜，利用接觸式光刻機進行光刻，通過顯影出厚膠光刻膠圖形；
利用干法刻蝕設備將圖形轉移到藍寶石襯底上；
將製作出的PSS產品用於外延生長製作出大功率晶片，封裝並測試。
２實驗結果與分析
２．１薄膜圖形製作結果
本研究項目利用企業自有設備優勢，用接觸式對準曝光系統先在藍寶石襯底上製作一層薄膜光刻膠圖形，通過曝光光刻，厚度為0.5μm和1μm的圖形線條均勻性較好，厚度為1.5μm的圖形線條均勻性不能滿足要求。
2.2自掩膜光刻結果
通過固化、碳化幾個參數的實驗，得出幾個光刻出的圖形效果和刻蝕效果。
條件1，固化5min/碳化200℃5min/膠厚2.2μm；
條件2，固化5min/碳化400℃10min/膠厚2.5μm；
條件3，固化5min/碳化600℃15min/膠厚2.8μm；
碳化溫度800℃時，光刻膠都被燒掉。
從實驗結果得到，薄膠厚度1μm/固化5min/碳化600℃15min/膠厚2.8μm條件較好。
2.3自掩膜技術應用效果
選用較好的條件製作PSS，並與stepper光刻技術製作出的PSS產品一起進行外延生長LED結構，之後晶片電極製作，最後比較兩種產品的亮度提升效果。
晶片尺寸14x28mil 封裝3528 測試條件100mA
從測試結果來看，自掩膜光刻PSS產品對LED晶片亮度的提升與stepper光刻PSS產品相當。
３結束語
通過研究實驗，得到較好的自掩膜光刻條件：薄膠厚度1μm/固化5min/碳化600℃15min/膠厚2.8μm。
通過創新研究，開發出自掩膜光刻工藝製作了PSS產品，此技術的出現顛覆了傳統理念，此技術的出現，無論是其製作成本，還是光刻良率，都比stepper光刻工藝具有很大優勢。同時也為LED企業能夠輕鬆的製作出PSS產品來實現自給自足，解決PSS供應缺貨問題。本技術的創新，推動了LED產業的發展，為LED產品早日進入千家萬戶做出了應有的貢獻。
參考文獻
［１］顏燕.半導體工藝與半導體設備的關係[J].微電子技術,2002,30(03).
［責任編輯：楊玉潔］
（中國 上海 201210）
【摘要】本文研究了採用普通的接觸式光刻機來製作PSS產品，並且使光刻出的PSS具有與stepper光刻機相同的效用，研究結果表明，通過開發出的自掩膜光刻工藝技術可以製作出與stepper光刻機相同規格的PSS產品，並將其製作成大功率LED器件，封裝後在100mA電流驅動下率出光效率都達到了99lm/w。
關鍵詞 自掩膜光刻；圖形化藍寶石襯底（PSS）；發光二極體（LED）
作者簡介：袁根如，身份證號碼3624241982****541X。
0引言
GaN 基LED 外延片及晶片是半導體照明的核心，由於其節能、長壽命、環保的特點，近年來日益成為各國積極發展的方向。LED 在我們的生活中已經無處不在，大到2008 年北京奧運會上的各種燈光和顯示效果、體育場館和各式晚會上的超大顯示屏，小到各種指示和特種照明以及包括手機等個人電子用品中的光源，基本上都是LED 的天下。
襯底是製造LED 外延片不可缺少的關鍵材料，由於缺乏合適的GaN 襯底，GaN 基LED 外延片一般都生長在異質襯底之上，其中藍寶石襯底已經成為主流。異質外延的特性決定，生長在原子級平整的藍寶石襯底之上的GaN 基LED 外延結構中不可避免的存在大量缺陷，影響LED 內量子效率的提高。應用PSS技術，在藍寶石襯底上形成微納圖形，結合GaN 外延的側向生長效應，可以減少外延結構中的缺陷密度，提高LED 的內量子效率。另外圖形襯底上微納結構對光的漫散射作用可以抵消LED 結構的光波導效應，大大提高LED 的出光效率。
stepper光刻機除了占有解析度高的優勢外還具有很多劣勢。
優點：
1）掩模版與襯底不接觸、掩模版使用壽命長、解析度高；
2）可以直接光刻出厚膠圖形。
缺點：
1）光學系統複雜，對物鏡成象要求高，價格昂貴；
2）對襯底平整度要求非常高；
3）對機械震動和溫度很敏感；
4）採用分區曝光方式，在一個襯底上有數十個曝光區，每次只對一個曝光區曝光，機械裝置帶動襯底移動到下一個曝光區曝光，直至所有曝光區完成曝光，產能低。
接觸式光刻機具有設備結構簡單、產量高（整個襯底曝光一次完成）、維護成本低等優點。
基於上述因素，並結合LED企業資金量小等因素，因而展開技術創新研究。
1實驗
本實驗中採用相關刻設備和部分材料有：AND勻膠/顯影機，ABM手動接觸式光刻機，254nm深紫外光源，普通高溫退火爐，北方微電子ELED300干法刻蝕， EPG-515/AZ-GXR-601光刻膠。
實驗方法：
用接觸式光刻機在藍寶石襯底表面製作一層薄膠光刻膠圖形，圖形尺寸為2μm *1μm ，厚度分別為0.5μm/1μm/1.5μm幾個尺寸；
深紫外光源固化處理，處理時間為5min/10min/15min；
高溫退火爐將光刻膠圖形碳化，溫度為200℃/400℃/600℃/800℃，時間為5min/10min/15min/10min；
在表面勻一層厚膠AZ-GXR-601，厚度為2.2μm/2.5μm/2.8μm；
利用碳化的圖形做掩膜，利用接觸式光刻機進行光刻，通過顯影出厚膠光刻膠圖形；
利用干法刻蝕設備將圖形轉移到藍寶石襯底上；
將製作出的PSS產品用於外延生長製作出大功率晶片，封裝並測試。
２實驗結果與分析
２．１薄膜圖形製作結果
本研究項目利用企業自有設備優勢，用接觸式對準曝光系統先在藍寶石襯底上製作一層薄膜光刻膠圖形，通過曝光光刻，厚度為0.5μm和1μm的圖形線條均勻性較好，厚度為1.5μm的圖形線條均勻性不能滿足要求。
2.2自掩膜光刻結果
通過固化、碳化幾個參數的實驗，得出幾個光刻出的圖形效果和刻蝕效果。
條件1，固化5min/碳化200℃5min/膠厚2.2μm；
條件2，固化5min/碳化400℃10min/膠厚2.5μm；
條件3，固化5min/碳化600℃15min/膠厚2.8μm；
碳化溫度800℃時，光刻膠都被燒掉。
從實驗結果得到，薄膠厚度1μm/固化5min/碳化600℃15min/膠厚2.8μm條件較好。
2.3自掩膜技術應用效果
選用較好的條件製作PSS，並與stepper光刻技術製作出的PSS產品一起進行外延生長LED結構，之後晶片電極製作，最後比較兩種產品的亮度提升效果。
晶片尺寸14x28mil 封裝3528 測試條件100mA
從測試結果來看，自掩膜光刻PSS產品對LED晶片亮度的提升與stepper光刻PSS產品相當。
３結束語
通過研究實驗，得到較好的自掩膜光刻條件：薄膠厚度1μm/固化5min/碳化600℃15min/膠厚2.8μm。
通過創新研究，開發出自掩膜光刻工藝製作了PSS產品，此技術的出現顛覆了傳統理念，此技術的出現，無論是其製作成本，還是光刻良率，都比stepper光刻工藝具有很大優勢。同時也為LED企業能夠輕鬆的製作出PSS產品來實現自給自足，解決PSS供應缺貨問題。本技術的創新，推動了LED產業的發展，為LED產品早日進入千家萬戶做出了應有的貢獻。
參考文獻
［１］顏燕.半導體工藝與半導體設備的關係[J].微電子技術,2002,30(03).
［責任編輯：楊玉潔］
收藏