Способ изготовления кристалла с односторонними контактами для мощного светодиода

 

Использование: микроэлектроника, технология полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: в способе изготовления кристалла с односторонними контактами для мощного светодиода после напыления металлической пленки центрального контакта поверхность кристалла закрывают маскирующим покрытием, например неорганической пленкой, затем методом фотолитографии формируют маску фоторезиста, в окнах которой локально стравливают неорганическую пленку, удаляют фоторезист с участков выхода контактов на поверхность кристалла, травят полупроводниковую структуру кристалла, создавая в нем основания мезаструктуры, удаляют неорганическую пленку, незащищенную фоторезистом, проводят вакуумное напыление металлической пленки, затем фоторезист удаляют вместе с нанесенной на него пленкой металла. В качестве неорганической пленки может быть использован оксид или нитрид кремния. Техническим результатом изобретения является повышение выхода годных изделий, снижение трудоемкости и себестоимости изделий, снижение разброса вольтамперных характеристик, улучшение потребительских свойств и повышение конкурентоспособности изделий. 2 з.п.ф-лы, 1табл., 7 ил.

Изобретение относится к способам изготовления или обработки полупроводниковых приборов.

Известен способ изготовления кристалла полупроводникового прибора с односторонними контактами, содержащий формирование мезаструктуры и металлической пленки омических контактов к основанию мезаструктуры, выходящих на участки поверхности кристалла путем фотолитографии с использованием маскирующих покрытий, чувствительных к травителям, и последующего напыления металлической пленки (См. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Уч. пособие для вузов. М.: Высшая школа. 1986. Стр.9).

Недостатком известного способа, выбранного в качестве прототипа, является его низкая технологичность, поскольку он предполагает несколько операций фотолитографии по рельефной поверхности. Это вызвано тем, что напыление металлической пленки осуществляется на всю поверхность кристалла, а лишний напыленный металл затем удаляется с помощью фотолитографии, осуществляемой по рельефной поверхности. При этом точность изготовления контакта, влияющая на основные характеристики прибора, будет определятся погрешностью совмещении фотошаблона на рельефе. Следствием такой технологии является повышенный процент бракованных изделий из-за смещений омического контакта, обрывов металлизации на углах, растравов и закороток, обусловленных известными сложностями проведения фотолитографических операций по развитой рельефной поверхности.

Заявленное изобретение отличается тем, что в известном способе изготовления кристалла с односторонними контактами для мощного светодиода, в котором после формирования на поверхности кристалла центрального омического контакта поверхность кристалла закрывают маскирующим покрытием в виде неорганической пленки, затем методом фотолитографии формируют маску фоторезиста, в окнах которой локально стравливают неорганическую пленку, удаляют фоторезист с участков выхода контактов на поверхность кристалла, травят полупроводниковую структуру до основания мезаструктуры, удаляют неорганическую пленку, незащищенную фоторезистом, проводят вакуумное напыление металлической пленки омических контактов к основанию мезаструктуры, выходящих на поверхность кристалла, после чего фоторезист удаляют вместе с нанесенной на него пленкой металла.

В качестве неорганической пленки используют оксид или нитрид кремния.

Сущность заявляемого технического решения состоит в следующем. Использование в процессе фотолитографии двух типов маскирующих покрытий, каждое из которых чувствительно только к конкретному виду травителя, позволяет удалять одно из покрытий, т.е. вскрывать необходимый участок поверхности. А поскольку другое покрытие нейтрально в отношении данного травителя, то участки поверхности под этим покрытием останутся нетронутыми. Поэтому, после вскрытия мезаструктуры в результате травления, достаточно удалить перед напылением одно из покрытий с участка поверхности кристалла и появляется возможность получения в процессе напыления надежного рельефного металлического контакта, обеспечивающего вывод металлизации от основания мезаструктуры к участкам выхода контактов на поверхность кристалла. Таким образом, предлагаемое изобретение решает одну из основных проблем в технологии изготовления полупроводниковых приборов, а именно создание рисунка металлизации на развитых рельефных поверхностях.

Отсутствуют трудности проведения фотолитографии по рельефу. Заявляемый способ лишен этих трудностей, поскольку все фотолитографические операции проводятся по планарной поверхности, что и позволяет формировать качественный рисунок металлизации при практически любой высоте рельефа. Поэтому в сравнении с известным способом в данном случае отпадает необходимость в проведении дополнительной операции фотолитографии по рельефной поверхности для удаления лишнего металла, напыляемого на всю поверхность пластины. Использование заявляемого технического решения при изготовлении кристаллов с односторонними контактами для мощных светодиодов инфракрасного и видимого диапазонов излучения позволило повысить выход годных кристаллов на 17 процентов. Технология стала проще, повысилась надежность изготовления омических контактов, снижен разброс вольтамперных характеристик и в целом качество приборов стало выше.

В таблице приведены сравнительные характеристики кристаллов светодиодов инфракрасного диапазона ( λ = 870 нм, где λ - длина волны) по стандартной и заявляемой технологиям.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1-7 представлен процесс изготовления. На фигурах обозначено; 1 - кристалл на основе структуры GaAs/GaAlAs; 2 - металлическая пленка центрального контакта; 3 - покрытие в виде неорганической пленки на основе кремния, 4 - фоторезист; 5 - окна в неорганической пленке; 6 - основание мезаструктуры; 7 - участки поверхности кристалла выхода контактов; 8 - напыленная металлическая пленка.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. После формирования на поверхности кристалла 1 центрального омического контакта в виде металлической пленки 2, поверхность кристалла 1 покрывают неорганической пленкой 3. В этой пленке 3 фотолитографией с помощью фоторезиста 4 и последующим травлением создаются окна 5 (фиг. 2). После этого фоторезист 4 удаляется с участков 7 поверхности кристалла и проводится еще одна фотолитография (фиг. 3). Затем под защитой фоторезиста 4, оставшегося на участке центрального контакта, и неорганической пленки 3, закрывающей участки 7, в окнах 5 локально травят полупроводниковую структуру кристалла 1, создавая в нем основание 6 мезаструктуры (фиг. 4). По окончании травления с участков 7 поверхности удаляют неорганическую пленку 3 (фиг. 5). Затем на поверхность кристалла 1, включая закрытый фоторезистом 4 участок центрального контакта, а также открытые участки поверхности 7 и основание 6 мезаструктуры, напыляют металлическую пленку 8 (фиг. 6). Затем при необходимости или удаляют маскирующие покрытия (фиг. 7) или ведут операции по дальнейшему утолщению пленки 8 (на фиг. не показано). Заявляемый процесс формирования контакта не требует принципиально новых операций, а напротив, позволяет получить рельефный контакт практически любой глубины. Более того, такая технология позволяет отказаться от рельефной фотолитографии, которая была необходима для снятия лишней металлической пленки при известных способах формирования контакта.

Пример конкретного выполнения. Технологию изготовления излучающего кристалла для мощного светодиода с использованием заявляемого способа ведут следующим образом. После формирования на поверхности кристалла центрального омического контакта 2 поверхность кристалла 1 закрывают маскирующим покрытием 3, например неорганической пленкой в виде оксида кремния. Затем методом фотолитографии формируют маску фоторезиста 4, в окнах которой неорганическую пленку 3 локально стравливают травителем HF+H₂O. Затем фоторезист 4 удаляют с участков 7 и проводят еще одну фотолитографию, после которой под защитой фоторезиста 4 на центральном контакте и пленки 3 на участках 7 поверхности локально травят полупроводниковую, структуру 1 в аммиачно-перекисном травителе на глубину 30-40 мкм. После окончания травления полупроводниковой структуры пленку 3, незащищенную фоторезистом 4 и размещенную на участках поверхности 7, удаляют в травителе HF+H₂O, после чего проводят вакуумное напыление металлической пленки 8, например, золото-германием. Затем пленку фоторезиста 4 удаляют в органическом растворителе вместе с нанесенной на нее пленкой металла.

Использование заявляемого технического решения в технологии изготовления кристалла с односторонними контактами для мощных светодиодов инфракрасного и видимого диапазонов излучения повысило выход годных кристаллов на 17 процентов. Снизилась трудоемкость и себестоимость изделия. Снизился разброс вольтамперных характеристик светодиодов, что улучшило их потребительские свойства и, как следствие, конкурентоспособность на рынке этих изделий.

Изготовленные по заявляемому способу кристаллы для мощных светодиодов в настоящее время применяются в системах охранной сигнализации, в светофорах, в системах инфракрасной подсветки видеокамер, оптоэлектронных датчиках дыма, инфракрасных прицелах.

Формула изобретения

1. Способ изготовления кристалла с односторонними контактами для мощного светодиода, в котором после напыления металлической пленки центрального контакта поверхность кристалла закрывают маскирующим покрытием, например, неорганической пленкой, затем методом фотолитографии формируют маску фоторезистора, в окнах которой локально стравливают неорганическую пленку, удаляют фоторезист с участков выхода контактов на поверхность кристалла, травят полупроводниковую структуру кристалла, создавая в нем основания мезаструктуры, удаляют неорганическую пленку, незащищенную фоторезистом, проводят вакуумное напыление металлической пленки, затем фоторезист удаляют вместе с нанесенной на него пленкой металла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганической пленки используют оксид кремния.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганической пленки используют нитрид кремния.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8