袁根如
（中国 上海 201210）
【摘要】本文研究了采用普通的接触式光刻机来制作PSS产品，并且使光刻出的PSS具有与stepper光刻机相同的效用，研究结果表明，通过开发出的自掩膜光刻工艺技术可以制作出与stepper光刻机相同规格的PSS产品，并将其制作成大功率LED器件，封装后在100mA电流驱动下率出光效率都达到了99lm/w。
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关键词 自掩膜光刻；图形化蓝宝石衬底（PSS）；发光二极管（LED）
作者简介：袁根如，身份证号码3624241982****541X。
0引言
GaN 基LED 外延片及芯片是半导体照明的核心，由于其节能、长寿命、环保的特点，近年来日益成为各国积极发展的方向。LED 在我们的生活中已经无处不在，大到2008 年北京奥运会上的各种灯光和显示效果、体育场馆和各式晚会上的超大显示屏，小到各种指示和特种照明以及包括手机等个人电子用品中的光源，基本上都是LED 的天下。
衬底是制造LED 外延片不可缺少的关键材料，由于缺乏合适的GaN 衬底，GaN 基LED 外延片一般都生长在异质衬底之上，其中蓝宝石衬底已经成为主流。异质外延的特性决定，生长在原子级平整的蓝宝石衬底之上的GaN 基LED 外延结构中不可避免的存在大量缺陷，影响LED 内量子效率的提高。应用PSS技术，在蓝宝石衬底上形成微纳图形，结合GaN 外延的侧向生长效应，可以减少外延结构中的缺陷密度，提高LED 的内量子效率。另外图形衬底上微纳结构对光的漫散射作用可以抵消LED 结构的光波导效应，大大提高LED 的出光效率。
stepper光刻机除了占有分辨率高的优势外还具有很多劣势。
优点：
1）掩模版与衬底不接触、掩模版使用寿命长、分辨率高；
2）可以直接光刻出厚胶图形。
缺点：
1）光学系统复杂，对物镜成象要求高，价格昂贵；
2）对衬底平整度要求非常高；
3）对机械震动和温度很敏感；
4）采用分区曝光方式，在一个衬底上有数十个曝光区，每次只对一个曝光区曝光，机械装置带动衬底移动到下一个曝光区曝光，直至所有曝光区完成曝光，产能低。
接触式光刻机具有设备结构简单、产量高（整个衬底曝光一次完成）、维护成本低等优点。
基于上述因素，并结合LED企业资金量小等因素，因而展开技术创新研究。
1实验
本实验中采用相关刻设备和部分材料有：AND匀胶/显影机，ABM手动接触式光刻机，254nm深紫外光源，普通高温退火炉，北方微电子ELED300干法刻蚀， EPG-515/AZ-GXR-601光刻胶。
实验方法：
用接触式光刻机在蓝宝石衬底表面制作一层薄胶光刻胶图形，图形尺寸为2μm *1μm ，厚度分别为0.5μm/1μm/1.5μm几个尺寸；
深紫外光源固化处理，处理时间为5min/10min/15min；
高温退火炉将光刻胶图形碳化，温度为200℃/400℃/600℃/800℃，时间为5min/10min/15min/10min；
在表面匀一层厚胶AZ-GXR-601，厚度为2.2μm/2.5μm/2.8μm；
利用碳化的图形做掩膜，利用接触式光刻机进行光刻，通过显影出厚胶光刻胶图形；
利用干法刻蚀设备将图形转移到蓝宝石衬底上；
将制作出的PSS产品用于外延生长制作出大功率芯片，封装并测试。
２实验结果与分析
２．１薄膜图形制作结果
本研究项目利用企业自有设备优势，用接触式对准曝光系统先在蓝宝石衬底上制作一层薄膜光刻胶图形，通过曝光光刻，厚度为0.5μm和1μm的图形线条均匀性较好，厚度为1.5μm的图形线条均匀性不能满足要求。
2.2自掩膜光刻结果
通过固化、碳化几个参数的实验，得出几个光刻出的图形效果和刻蚀效果。
条件1，固化5min/碳化200℃5min/胶厚2.2μm；
条件2，固化5min/碳化400℃10min/胶厚2.5μm；
条件3，固化5min/碳化600℃15min/胶厚2.8μm；
碳化温度800℃时，光刻胶都被烧掉。
从实验结果得到，薄胶厚度1μm/固化5min/碳化600℃15min/胶厚2.8μm条件较好。
2.3自掩膜技术应用效果
选用较好的条件制作PSS，并与stepper光刻技术制作出的PSS产品一起进行外延生长LED结构，之后芯片电极制作，最后比较两种产品的亮度提升效果。
芯片尺寸14x28mil 封装3528 测试条件100mA
从测试结果来看，自掩膜光刻PSS产品对LED芯片亮度的提升与stepper光刻PSS产品相当。
３结束语
通过研究实验，得到较好的自掩膜光刻条件：薄胶厚度1μm/固化5min/碳化600℃15min/胶厚2.8μm。
通过创新研究，开发出自掩膜光刻工艺制作了PSS产品，此技术的出现颠覆了传统理念，此技术的出现，无论是其制作成本，还是光刻良率，都比stepper光刻工艺具有很大优势。同时也为LED企业能够轻松的制作出PSS产品来实现自给自足，解决PSS供应缺货问题。本技术的创新，推动了LED产业的发展，为LED产品早日进入千家万户做出了应有的贡献。
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参考文献
［１］颜燕.半导体工艺与半导体设备的关系[J].微电子技术,2002,30(03).
［责任编辑：杨玉洁］