5um线宽LED晶片最佳光刻条件探究

邹贤军，廖颖钰湘能华磊光电股份有限公司

5um线宽LED晶片最佳光刻条件探究

邹贤军，廖颖钰
湘能华磊光电股份有限公司

摘要：在外延结构已经确定的前提下，如何在芯片前工艺COW制备中提高亮度成为各芯片厂商最关注的话题，而制备反射电极、增加电流阻挡层、优化图形、缩短线宽则是提高COW亮度的常用方法。本文主要探究尺寸为457um*889um的芯片在制备5um线宽时黄光作业中的最佳光刻条件，实验表明硬烤110°/60秒，曝光能量90mj/cm2，显影时间90秒，胶厚2.85um，软烤105℃/ 120秒为最佳光刻条件。

关键词：LED；5um线宽；黄光；硬烤；显影；曝光；SEM

1.引言

随着国内LED行业的迅猛发展，整个LED行业的竞争也日趋激烈。前期巨量资金涌入而形成的巨大产能在近两年的释放更是使整个行业出现了产能过剩。为在这有限的市场中站住脚，各大芯片厂商纷纷将提高芯片品质、降低生产成本作为提高产品竞争力的主要方法。而在提高芯片品质中尤以提高芯片亮度作为首要任务，缩短线宽增加发光区面积就是其中一种提高亮度的方法。窄线宽对黄光光刻工艺要求较高，要保持芯片工艺的稳定性和性能一致性，就必须找到其作业时的工艺参数窗口，本文将通过实验探究5um线宽的硬烤、曝光、显影的工艺窗口，找出5um线宽的最佳光刻条件。

2.实验

本次实验所使用的的GaN基LED样品均为我司在GaN衬底上MOCVD外延生长的InGaN／GaN多量子阱蓝光LED结构，生长方法已有报道[1]。样品为我司18*35产品，尺寸为457um*889um。实验步骤为：1、固定其它光刻条件，抓出硬烤窗口；2、固定其它光刻条件，抓出曝光能量窗口；3、固定其它光刻条件，抓出显影时间窗口；4、固定其它光刻条件，抓出显影时间窗口；5、根据最佳光刻条件下SEM的结果，调节硬烤时间以得到80度和90度的倒角；6、得出结论。

3.结果与讨论

1）硬烤窗口的确定

如表一所示，在其他光刻条件不变：胶厚2.85um、能量90mj/ cm2、显影90s、软烤105°/120s，随着硬烤时间的延长，线宽也会越来越小。如图一所示，当硬烤时间在40s至100s之间时，没有发现明显的过显影或显影不干净等异常，但是但硬烤时间为115s时，则出现了非常明显的显影不干净异常。按照制备5um线宽的标准，在硬烤时间为40s时线宽宽度为5.5um，超出了5um线宽标准，则硬烤时间的下限为45s左右，综合芯片外观要求考虑，硬烤时间的上限为100s左右。综上，硬烤时间的工艺窗口为45s~100s，因在硬烤时间为55s~70s区间范围内，线宽变化最小，故最佳硬烤时间为55s~70s。

表一、不同硬烤时间所对应的线宽

2）曝光能量窗口的确定

如表二所示，在其他光刻条件不变：胶厚2.85um、硬烤110°/60秒、显影90秒、软烤105°/120s，随着曝光能量的增大，线宽越来越小，但当曝光能量为130时，出现了明显的显影不干净异常。。如图二所示，当能量为50时，出现明显的过显影异常，且其线宽达到8um，远远大于5um线宽标准；综上分析，根据线宽判断，曝光能量的工艺窗口为75mj~115mj，最佳曝光能量为90mj~95mj。

表二、不同曝光能量所对应的线宽

3）显影时间窗口的确定

如表三所示，显影时间在60s至140s范围内，没有发现过显影或者显影不干净现象。而显影时间在40s时，晶片的线宽明显为4um，远小于5um线宽标准，显影时间在60s~140s时，晶片线宽几乎无变化。结合之前的试验可以判断，显影时间窗口很大，为50s~150s，最佳显影时间为80s~120s。

表三、不同显影时间所对应的线宽

4）小结

综合前文三个实验判断，5um线宽最佳光刻条件为：硬烤110°/60s，曝光能量90mj/cm2，显影时间90s，胶厚2.85um，软烤105℃/120s

4.结论

1）5um线宽工艺，硬烤时间的工艺窗口为45s~100s，曝光能量的工艺窗口为75mj~115mj，显影时间的工艺窗口为50s~150s。

2）5um线宽最佳光刻条件为：硬烤110°/60s，曝光能量90mj/ cm2，显影时间90s，胶厚2.85um，软烤105℃/120s。

3）最佳光刻条件下所测得的SEM倒角较小，在45度左右，硬烤窗口上限100秒时的倒角在60度左右。

参考文献：

[1]宋海兰.低温晶片键合技术及其在硅基长波长雪崩光电探测器中的应用研究[D].北京邮电大学2011

[2]王文娟.低温晶片键合技术及长波长可调谐WDM解复用光接收集成器件的研究[D].北京邮电大学2007

[3]石拓,熊兵,孙长征,罗毅.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