LED的生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備

LED的生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備

（一）黃健全2007.3第一頁，共三十三頁。主要內(nèi)容LED生產(chǎn)工藝流程；LED襯底材料制作；LED外延制作；第二頁，共三十三頁。Led生產(chǎn)工藝流程1、所用硅襯底在放入反應(yīng)室前進(jìn)行清洗。先用H2SO4∶H2O2(3∶1)溶液煮10min左右,再用2%HF溶液腐蝕5min左右,接著用去離子水清洗,然后用N2吹干。2、襯底進(jìn)入反應(yīng)室后在H2氣氛中于高溫進(jìn)行處理,以去除硅襯底表面氧化物。3、然后溫度降至800℃左右,生長厚約100埃的AlN緩沖層。4、接著把溫度升至1050℃生長200nm偏離化學(xué)計量比(富鎵生長條件)的GaN高溫緩沖層。5、再生長0.4μm厚未摻雜的GaN。6、接著生長2μm厚摻Si的n型GaN,接下來在740℃生長5個周期的InGaN多量子阱有源層。7、以及在990℃生長200nm的p型GaN。第三頁，共三十三頁。Led生產(chǎn)工藝流程8、生長結(jié)束后，樣品置于N2中于760℃進(jìn)行退火,9、然后再對樣品進(jìn)行光刻和ICP刻蝕。Ni/Au和Ti/Al/Ni/Au分別用作p型GaN和n型GaN的歐姆接觸電極。第四頁，共三十三頁。LED生產(chǎn)工藝流程LED透明電極第五頁，共三十三頁。LED生產(chǎn)工藝流程藍(lán)寶石襯底LED（正裝、倒裝）第六頁，共三十三頁。LED生產(chǎn)工藝流程藍(lán)寶石襯底紫外LED第七頁，共三十三頁。LED生產(chǎn)工藝流程藍(lán)寶石襯底白光LED第八頁，共三十三頁。LED生產(chǎn)工藝流程所舉例子只是一種LED制作工藝，不同的廠家都有自己獨(dú)到的一套制作工藝，各廠家所使用的設(shè)備都可能不一樣，各道工序的作業(yè)方式、化學(xué)配方等也不一樣，甚至不同的廠家其各道制作工序都有可能是互相顛倒的。但是萬變不離其宗，其主要的思想都是一樣的：外延片的生長（PN結(jié)的形成）---電極的制作（有金電極，鋁電極，并形成歐姆接觸）---封裝。第九頁，共三十三頁。LED襯底材料制作硅的純化長晶切片晶邊磨圓晶面研磨晶片蝕刻退火晶片拋光晶片清洗檢驗/包裝第十頁，共三十三頁。LED襯底材料制作--硅的純化硅石(Silica)焦炭、煤及木屑等原料混合置于石墨沉浸的加熱還原爐中，并用1500-2000℃的高溫加熱，將氧化硅還原成硅，此時硅的純度約為98％左右，在純度上達(dá)不到芯片制作的要求，要進(jìn)一步純化：1）鹽酸化：將冶金級的多晶硅置于沸騰的反應(yīng)器中，通往鹽酸氣以形成三氯化硅；2）蒸餾：將上一步的低沸點(diǎn)產(chǎn)物（TCS）置于蒸餾塔中，將其他不純物用部分蒸餾去除。3）分解：將已蒸餾純化的TCS置于化學(xué)氣相沉淀（CVD）反應(yīng)爐中，與氫氣還原反應(yīng)而析出于爐中電極上，再將析出的固態(tài)硅擊碎成塊狀多晶硅。第十一頁，共三十三頁。LED襯底材料制作西門子式工藝多晶硅第十二頁，共三十三頁。LED襯底材料制作--長晶

經(jīng)過純化得到的電子級硅雖然純度很高，可達(dá)99.999999999%，但是結(jié)晶方式雜亂，又稱為多晶硅，必需重排成單晶結(jié)構(gòu)，因此將電子級硅置入坩堝內(nèi)加溫融化，先將溫度降低至一設(shè)定點(diǎn)，再以一塊單晶硅為晶種，置入坩堝內(nèi)，讓融化的硅沾附在晶種上，再將晶種以邊拉邊旋轉(zhuǎn)方式抽離坩堝，而沾附在晶種上的硅亦隨之冷凝，形成與晶種相同排列的結(jié)晶。隨著晶種的旋轉(zhuǎn)上升，沾附的硅愈多，并且被拉引成表面粗糙的圓柱狀結(jié)晶棒。拉引及旋轉(zhuǎn)的速度愈慢則沾附的硅結(jié)晶時間愈久，結(jié)晶棒的直徑愈大，反之則愈小。第十三頁，共三十三頁。LED襯底材料制作長晶過程注意事項

第十四頁，共三十三頁。LED襯底材料制作--切片切片是晶片成形的第一個步驟，也是相當(dāng)關(guān)鍵的一個步驟。它決定了晶片的幾個重要規(guī)格：晶面的結(jié)晶方向、晶片的厚度、晶面斜度與曲度。1）晶棒固定2）結(jié)晶定位切割第十五頁，共三十三頁。LED襯底材料制作晶邊磨圓晶邊磨圓主要有以下幾個目的：1）防止晶片邊緣碎裂2）防止熱應(yīng)力集中3）增加外延層、光刻膠層在晶片邊緣的平坦度第十六頁，共三十三頁。LED襯底材料制作--研磨和蝕刻晶面研磨通以特定粒度及粘性的研磨液，加外研磨盤的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，達(dá)到均勻磨平晶片切片時留下的鋸痕、損傷等不均勻表面。晶片蝕刻蝕刻的目的在于除去先前各步機(jī)械加工所造成的損傷，同時獲得干凈且光亮的表面，刻蝕化學(xué)作用可區(qū)分為酸性及堿性反應(yīng)。晶片研磨機(jī)第十七頁，共三十三頁。LED襯底材料制作--退火與拋光退火將晶片置于爐管中施以惰性氣體加熱30分鐘至一小時，再在空氣中快速冷卻，可以將所有氧雜質(zhì)限制作，這樣晶片的電性（阻值）僅由載流子雜質(zhì)來控制，從而穩(wěn)定電阻。晶片拋光可分為邊緣拋光與晶片表面拋光。高溫快速熱處理系統(tǒng)晶片研磨/拋光機(jī)第十八頁，共三十三頁。LED襯底材料制作--清洗、檢驗和包裝晶片清洗用RCA溶液（雙氧水＋氨水或又氧水＋鹽酸），將前面工序所形成的污染去除。檢驗（INSPECTION）：芯片在無塵環(huán)境中進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，包含表面的潔凈度、平坦度以及各項規(guī)格以確保品質(zhì)符合顧客的要求。包裝（PACKING）通過檢驗的芯片以特殊設(shè)計的容器包裝，使芯片維持無塵及潔凈的狀態(tài)，該容器并確保芯片固定于其中，以預(yù)防搬運(yùn)過程中發(fā)生的振動使芯片受損清洗機(jī)第十九頁，共三十三頁。LED外延制作在單晶襯底上生長一薄層單晶工藝，稱為外延；長有外延層的晶體片稱為外延片；正向外延、反向外延；同質(zhì)外延、異質(zhì)外延；外延材料是LED的核心部分。事實(shí)上；LED的波長、亮度、正向電壓等主要光電參數(shù)基本上取決于外延材料。第二十頁，共三十三頁。LED外延制作禁帶寬度適合可獲得電導(dǎo)率高的P型和N型材料可獲得完整性好的優(yōu)質(zhì)晶體發(fā)光復(fù)合幾率大發(fā)光二極管的外延技術(shù)要點(diǎn)第二十一頁，共三十三頁。LED外延制作外延技術(shù)與設(shè)備是外延片制造技術(shù)的關(guān)鍵所在。氣相外延（VPE）液相外延（LPE）分子束外延（MBE）金屬有機(jī)化合物氣相外延（MOCVD）外延技術(shù)的分類第二十二頁，共三十三頁。LED外延制作從飽和溶液中在單晶襯底上生長外延層的方法稱液相外延。液相外延方法是在1963年由納爾遜（Nelson）提出的。優(yōu)點(diǎn)：1．生長設(shè)備比較簡單；2．生長速率快；3．外延材料純度比較高；4．摻雜劑選擇范圍較廣泛；5．外延層的位錯密度通常比它賴以生長的襯底要低；6．成分和厚度都可以比較精確的控制，重復(fù)性好；7．操作安全。液相外延(LiquidPhaseEpitoxy，LPE)第二十三頁，共三十三頁。LED外延制作--液相外延的缺點(diǎn)當(dāng)外延層與襯底的晶格失配大于1%時生長發(fā)生困難。由于生長速率較快，難以得到納米厚度的外延材料。外延層的表面形貌一般不如汽相外延的好。第二十四頁，共三十三頁。LED外延制作液相外延的生長原理

第二十五頁，共三十三頁。LED外延制作液相外延示意圖第二十六頁，共三十三頁。LED外延制作實(shí)際液相外延設(shè)備第二十七頁，共三十三頁。LED外延制作1、生長溶液配制

2、外延生長前的準(zhǔn)備工作 1）石墨舟處理 2）反應(yīng)管處理 3）爐溫設(shè)定

4）襯底制備 5）生長源稱量 6）生長材料腐蝕清洗3、外延生長步驟 1）開爐

2）清洗玻璃和石英器皿

3）稱好長溶劑后應(yīng)立即裝入石墨舟源槽中，以減少在空氣中的氧化和沾污； 4）抽真空和通氫氣。 5）脫氧。

6）裝源。7）熔源。8）外延生長9）關(guān)爐取片液相外延工藝流程第二十八頁，共三十三頁。LED外延制作氣相外延(VaporPhaseEpitoxy，VPE)

VPE的原理是讓生長原材料以氣體或電漿粒子的形式傳輸至芯片表面，這些粒子在失去部份的動能后被芯片表面晶格吸附(Adsorb)，通常芯片會以熱的形式提供能量給粒子，使其游移至晶格位置而凝結(jié)(Condensation)。在此同時粒子和晶格表面原子因吸收熱能而脫離芯片表面稱之為解離(Desorb)，因此VPE的過程其實(shí)是粒子的吸附和解離兩種作用的動態(tài)平衡結(jié)果。VPE依反應(yīng)機(jī)構(gòu)可以分成：

(ａ)化學(xué)氣相沉積(CVD)

(ｂ)物理氣相沉積(PVD)第二十九頁，共三十三頁。LED外延制作--PVD

PVD是原子直接以氣態(tài)形式從淀積源運(yùn)動到襯底表面從而形成固態(tài)薄膜。它是一種近乎萬能的薄膜技術(shù)，應(yīng)用PVD技術(shù)可以制備化合物、金屬、合金等薄膜PVD主要可以分為蒸發(fā)淀積、濺射淀積。蒸發(fā)淀積是將源的溫度加熱到高溫，利用蒸發(fā)的物理現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)源內(nèi)原子或分子的運(yùn)輸，因而需要高的真空，蒸發(fā)淀積中應(yīng)用比較廣泛的熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)。濺射主要利用惰性氣體的輝光放電現(xiàn)象產(chǎn)生離子，用高壓加速離子轟擊靶材產(chǎn)生加速的靶材原子從而淀積在襯底表面，濺射技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是理論上它可以制備任何真空薄膜，同時在臺階覆蓋和均勻性上要優(yōu)于蒸發(fā)淀積。除了主流PVD，還有激光脈沖淀積、等離子蒸發(fā)、分子束外延等補(bǔ)充形式。第三十頁，共三十三頁。LED外延制作--CVDCVD是反應(yīng)物以氣態(tài)到達(dá)加熱的襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成固態(tài)薄膜和氣態(tài)產(chǎn)物。利用化學(xué)氣相淀積可以制備，從金屬薄膜也可以制備無機(jī)薄膜?；瘜W(xué)氣相淀積種類很多，主要有：常壓CVD（APCVD），低壓CVD（LPCVD）、超低壓CVD（VLPCVD）、等離子體增強(qiáng)型CVD（PECVD）、激光增強(qiáng)型CVD（LECVD），金屬氧化物CVD（MOCVD），其他還有電子自旋共振CVD（ECRCVD）等方法按著淀積過程中發(fā)生化學(xué)的種類不同可以分為熱解法、氧化法、還原法、水解法、混合反應(yīng)等。第三十一頁，共三十三頁。LED外延制作--CVD的優(yōu)缺點(diǎn)CVD制備的薄膜最大的特點(diǎn)是致密性好、高效率、良好的臺階覆、孔蓋能力、可以實(shí)現(xiàn)厚膜淀積、以及相對的低成本；缺點(diǎn)是淀積過程容易對薄膜表面形成污染、對環(huán)境的污染等常壓CVD（APCVD）的特點(diǎn)是不需要很好的真空度、淀積速度非常快、反應(yīng)受溫度影響不大，淀積速度主要受反應(yīng)氣體的輸運(yùn)速度的影響。LPCVD的特點(diǎn)是其良好的擴(kuò)散性（宏觀表現(xiàn)為臺階覆蓋能力），反應(yīng)速度主要受淀積溫度的影響比較大，另外溫度梯度對淀積的薄膜性能（晶粒大小、應(yīng)力等）有很大的影響。PECVD最大的特點(diǎn)是反應(yīng)溫度低（200－400℃）和良好的臺階覆蓋能力，可以應(yīng)用在AL等低熔點(diǎn)金屬薄膜上淀積，主要缺點(diǎn)是淀積過程引入的粘污；溫度、射頻、壓力等都是影響PECVD工藝的重要因素。MOCVD的主要優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度低，廣泛應(yīng)用在化合物半導(dǎo)體制備上，特別是高亮LED的制備上。第三十二頁，共三十三頁。內(nèi)容總結(jié)LED的生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備

（一）。4、接著把溫度升至1050℃生長200nm偏離化學(xué)計量比(富鎵生長條