LED的生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備

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1、LED的生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備,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；,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H2SO4H2O2 (31) 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(zhǎng)厚約100埃的AlN緩沖層。 4、接著把溫度升至1050生長(zhǎng)200nm 偏離化學(xué)計(jì)量比(富鎵生長(zhǎng)條件)的GaN高溫緩沖層。 5、再生長(zhǎng)0.4m厚未摻雜的GaN。 6、接著生長(zhǎng)2m厚摻Si的n型GaN,接下

2、來(lái)在740生長(zhǎng)5個(gè)周期的InGaN多量子阱有源層。 7、以及在990 生長(zhǎng)200nm 的p 型GaN。,Led生產(chǎn)工藝流程,8、生長(zhǎng)結(jié)束后， 樣品置于N2中于760進(jìn)行退火, 9、然后再對(duì)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。,LED生產(chǎn)工藝流程,LED透明電極,LED生產(chǎn)工藝流程,,藍(lán)寶石襯底LED（正裝、倒裝）,LED生產(chǎn)工藝流程,藍(lán)寶石襯底紫外LED,LED生產(chǎn)工藝流程,藍(lán)寶石襯底白光LED,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

3、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(wàn)變不離其宗，其主要的思想都是一樣的：外延片的生長(zhǎng)（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。,LED襯底材料制作,硅的純化 長(zhǎng)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(yàn)/包裝,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(shí)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(jí)的多晶硅置于沸

4、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。,LED襯底材料制作,西門(mén)子式工藝多晶硅,LED襯底材料制作--長(zhǎng)晶,經(jīng)過(guò)純化得到的電子級(jí)硅雖然純度很高，可達(dá) 99.9999 99999%，但是結(jié)晶方式雜亂，又稱(chēng)為多晶硅，必需重排成單晶結(jié)構(gòu)，因此將電子級(jí)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

5、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(shí)間愈久，結(jié)晶棒的直徑愈大，反之則愈小。,LED襯底材料制作長(zhǎng)晶過(guò)程注意事項(xiàng),LED襯底材料制作--切片,切片是晶片成形的第一個(gè)步驟，也是相當(dāng)關(guān)鍵的一個(gè)步驟。它決定了晶片的幾個(gè)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,LED襯底材料制作晶邊磨圓,晶邊磨圓主要有以下幾個(gè)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,LED襯底材料制作--研磨和蝕

6、刻,晶面研磨 通以特定粒度及粘性的研磨液，加外研磨盤(pán)的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，達(dá)到均勻磨平晶片切片時(shí)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(shí)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),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(shí)，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(lái)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),LED襯底材料制作--清洗、檢驗(yàn)和包裝,晶片清洗 用RCA溶液（雙氧

7、水氨水或又氧水鹽酸），將前面工序所形成的污染去除。 檢驗(yàn)（INSPECTION）： 芯片在無(wú)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(xiàng)規(guī)格以確保品質(zhì)符合顧客的要求。 包裝（PACKING） 通過(guò)檢驗(yàn)的芯片以特殊設(shè)計(jì)的容器包裝，使芯片維持無(wú)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(guò)程中發(fā)生的振動(dòng)使芯片受損,清洗機(jī),LED外延制作,在單晶襯底上生長(zhǎng)一薄層單晶工藝，稱(chēng)為外延； 長(zhǎng)有外延層的晶體片稱(chēng)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(zhǎng)、亮度、正向電壓等主要光電參數(shù)基本上取決于外延材料。,LED外延制作,禁

8、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),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(lèi),LED外延制作,從飽和溶液中在單晶襯底上生長(zhǎng)外延層的方法稱(chēng)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(zhǎng)設(shè)備比較簡(jiǎn)單； 2生長(zhǎng)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(cuò)密度通常比它賴(lài)以生長(zhǎng)的襯底要低； 6成分和厚度都可以比較精確的

9、控制，重復(fù)性好； 7操作安全。,液相外延 (Liquid Phase Epitoxy，LPE),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(shí)生長(zhǎng)發(fā)生困難。 由于生長(zhǎng)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。,LED外延制作液相外延的生長(zhǎng)原理,LED外延制作,液相外延示意圖,LED外延制作,實(shí)際液相外延設(shè)備,LED外延制作,1、生長(zhǎng)溶液配制 2、外延生長(zhǎng)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(zhǎng)源稱(chēng)量 6）生長(zhǎng)材料腐蝕清洗 3、外延生長(zhǎng)步驟 1）開(kāi)爐 2）清洗玻璃和石英器皿 3）稱(chēng)好長(zhǎng)溶劑后應(yīng)立即

10、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(zhǎng) 9）關(guān)爐取片,液相外延工藝流程,LED外延制作氣相外延 (Vapor Phase Epitoxy，VPE),VPE的原理是讓生長(zhǎng)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(dòng)能后被芯片表面晶格吸附 (Adsorb)，通常芯片會(huì)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(shí)粒子和晶格表面原子因吸收熱能而脫離芯片表面稱(chēng)之為解離 (Desorb)，因此 VPE 的過(guò)程其實(shí)是粒子的吸附和解離兩種作用的動(dòng)態(tài)平衡結(jié)果。 VP

11、E 依反應(yīng)機(jī)構(gòu)可以分成： () 化學(xué)氣相沉積 (CVD) () 物理氣相沉積 (PVD),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(dòng)到襯底表面從而形成固態(tài)薄膜。它是一種近乎萬(wàn)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(shí)在臺(tái)

12、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。,LED外延制作--CVD,CVD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(wú)機(jī)薄膜。 化學(xué)氣相淀積種類(lèi)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(guò)程中發(fā)生化學(xué)的種類(lèi)不同可以分為熱解法、氧化法、還原法、水解法、

13、混合反應(yīng)等。,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(tái)階覆、孔蓋能力、可以實(shí)現(xiàn)厚膜淀積、以及相對(duì)的低成本； 缺點(diǎn)是淀積過(guò)程容易對(duì)薄膜表面形成污染、對(duì)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?？臁⒎磻?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(tái)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(duì)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（200400）和良好的臺(tái)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(guò)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。,