LED的生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備.ppt

上傳人:san****019 文檔編號:19945015 上傳時間:2021-01-16 格式:PPT 頁數(shù):32 大?。?.07MB
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1、LED的生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備 黃健全 2007.3 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 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

2、長條件 )的 GaN高溫緩沖層。 5、再生長 0.4m厚未摻雜的 GaN。 6、接著生長 2m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。 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。 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

3、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 多 晶 硅 襯 底 制 作 芯 片 制 作 外 延 生 長 L E D 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。 LED襯底材料制作 硅的純化 長晶 切片

4、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 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

5、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 子式 工藝 多晶 硅 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) 99.9999 99999%,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

6、附的硅結(jié)晶 時間愈久,結(jié)晶棒的直徑愈大,反之則愈小。 LED襯底材料制作 長晶過程注意事項 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 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 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

7、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) 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) 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)

8、,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) 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。事實上; LED的波長、亮度、正向電壓等主要光電 參數(shù)

9、基本上取決于外延材料。 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) 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 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;

10、 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 (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。 LED外延制作 液相外延的生長原理 LED外延制作 液相外延示意圖 LED外延制作 實 際 液 相 外 延 設(shè) 備 LED外延制作 1、生長

11、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 LED外延制作 氣相外延 (Vapor Phase Epitoxy, 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 (A

12、dsorb),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: ( ) 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。

13、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 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。 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 無機(jī)薄膜

14、。 化學(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。 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

15、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???、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。

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