最新LED的生产工艺流程及设备(共33张PPT课件).pptx

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1、LED的生产工艺流程的生产工艺流程(n y li chn)及设及设备备第一页，共三十三页。主要(zhyo)内容nLED生产工艺流程；nLED衬底材料(cilio)制作；nLED外延制作；第二页，共三十三页。Led生产(shngchn)工艺流程1、所用硅衬底在放入反应(fnyng)室前进行清洗。先用H2SO4 H2O2 (3 1) 溶液煮10min 左右,再用2%HF溶液腐蚀5min 左右,接着用去离子水清洗,然后用N2吹干。2、衬底进入反应室后在H2气氛中于高温进行处理,以去除硅衬底表面氧化物。3、然后温度降至800左右,生长厚约100埃的AlN缓冲层。4、接着把温度升至1050生长200nm

2、 偏离化学计量比(富镓生长条件)的GaN高温缓冲层。5、再生长0.4m厚未掺杂的GaN。6、接着生长2m厚掺Si的n型GaN,接下来在740生长5个周期的InGaN多量子阱有源层。7、以及在990 生长200nm 的p 型GaN。 第三页，共三十三页。Led生产(shngchn)工艺流程8、生长结束后， 样品置于N2中于760进行退火,9、然后再对样品进行光刻和ICP刻蚀。Ni/Au和Ti/Al/ Ni/ Au分别用作p型GaN和n型GaN 的欧姆(u m)接触电极。第四页，共三十三页。LED生产(shngchn)工艺流程LED透明(tumng)电极第五页，共三十三页。LED生产(shngch

3、n)工艺流程蓝宝石衬底LED（正装、倒装(do zhun)）第六页，共三十三页。LED生产(shngchn)工艺流程蓝宝石衬底紫外LED第七页，共三十三页。LED生产(shngchn)工艺流程蓝宝石衬底白光LED第八页，共三十三页。LED生产(shngchn)工艺流程 所举例子只是一种LED制作工艺，不同的厂家都有自己独到的一套制作工艺，各厂家所使用的设备都可能不一样，各道工序的作业方式、化学配方等也不一样，甚至不同的厂家其各道制作工序都有可能是互相颠倒的。 但是万变不离其宗，其主要的思想都是一样的：外延片的生长(shngzhng)（PN结的形成）-电极的制作（有金电极，铝电极，并形成欧姆接触

4、）-封装。第九页，共三十三页。LED衬底材料(cilio)制作 n硅的纯化 n长晶 n切片 n晶边磨圆 n晶面研磨(ynm)n晶片蚀刻 n退火 n晶片抛光 n晶片清洗 n检验/包装 第十页，共三十三页。LED衬底材料制作(zhzu)-硅的纯化 硅石(Silica)焦炭、煤及木屑等原料混合置于石墨沉浸的加热还原炉中，并用1500-2000的高温加热，将氧化硅还原成硅，此时硅的纯度约为98左右，在纯度上达不到芯片制作的要求，要进一步纯化：1）盐酸化：将冶金级的多晶硅置于沸腾的反应器中，通往盐酸气以形成三氯化硅；2）蒸馏：将上一步的低沸点产物（TCS）置于蒸馏塔中，将其他不纯物用部分蒸馏去除。3）分

5、解：将已蒸馏纯化的TCS置于化学气相沉淀（CVD）反应炉中，与氢气还原反应而析出于炉中电极(dinj)上，再将析出的固态硅击碎成块状多晶硅。第十一页，共三十三页。LED衬底材料(cilio)制作西门子式工艺(gngy)多晶硅第十二页，共三十三页。LED衬底材料(cilio)制作-长晶 经过纯化得到的电子级硅虽然纯度很高，可达 99.9999 99999%，但是(dnsh)结晶方式杂乱，又称为多晶硅，必需重排成单晶结构，因此将电子级硅置入坩埚内加温融化，先将温度降低至一设定点，再以一块单晶硅为晶种，置入坩埚内，让融化的硅沾附在晶种上，再将晶种以边拉边旋转方式抽离坩埚，而沾附在晶种上的硅亦随之冷凝

6、，形成与晶种相同排列的结晶。随着晶种的旋转上升，沾附的硅愈多，并且被拉引成表面粗糙的圆柱状结晶棒。拉引及旋转的速度愈慢则沾附的硅结晶时间愈久，结晶棒的直径愈大，反之则愈小。第十三页，共三十三页。LED衬底材料(cilio)制作长晶过程注意事项 第十四页，共三十三页。LED衬底材料制作(zhzu)-切片n切片是晶片成形的第一个步骤，也是相当关键的一个步骤。它决定了晶片的几个重要规格： 晶面的结晶方向、晶片的厚度(hud)、晶面斜度与曲度。1）晶棒固定2）结晶定位切割第十五页，共三十三页。LED衬底材料(cilio)制作晶边磨圆晶边磨圆主要有以下几个目的：1）防止晶片边缘碎裂(su li)2）防止

7、热应力集中3）增加外延层、光刻胶层在晶片边缘的平坦度第十六页，共三十三页。LED衬底材料制作-研磨(ynm)和蚀刻n晶面研磨(ynm) 通以特定粒度及粘性的研磨液，加外研磨盘的公转和自转，达到均匀磨平晶片切片时留下的锯痕、损伤等不均匀表面。n晶片蚀刻 蚀刻的目的在于除去先前各步机械加工所造成的损伤，同时获得干净且光亮的表面，刻蚀化学作用可区分为酸性及碱性反应。晶片研磨机第十七页，共三十三页。LED衬底材料制作-退火(tu hu)与抛光n退火 将晶片置于炉管中施以惰性气体加热30分钟至一小时，再在空气(kngq)中快速冷却，可以将所有氧杂质限制作，这样晶片的电性（阻值）仅由载流子杂质来控制，从而

8、稳定电阻。n晶片抛光 可分为边缘抛光与晶片表面抛光。高温(gown)快速热处理系统晶片研磨/抛光机第十八页，共三十三页。LED衬底材料制作(zhzu)-清洗、检验和包装n晶片清洗 用RCA溶液（双氧水氨水或又氧水盐酸），将前面工序所形成的污染去除。n检验（INSPECTION）： 芯片在无尘(w chn)环境中进行严格的检查，包含表面的洁净度、平坦度以及各项规格以确保品质符合顾客的要求。n包装（PACKING） 通过检验的芯片以特殊设计的容器包装，使芯片维持无尘及洁净的状态，该容器并确保芯片固定于其中，以预防搬运过程中发生的振动使芯片受损清洗机第十九页，共三十三页。LED外延(wiyn)制作n

9、在单晶衬底上生长一薄层单晶工艺，称为外延； n长有外延层的晶体片称为外延片； n正向外延、反向外延； n同质外延、异质外延 ；n外延材料是LED的核心部分。事实上；LED的波长、亮度、正向电压(diny)等主要光电参数基本上取决于外延材料。 第二十页，共三十三页。LED外延(wiyn)制作n禁带宽度适合n可获得电导率高的P型和N型材料 n可获得完整性好的优质(yuzh)晶体 n发光复合几率大 发光二极管的外延(wiyn)技术要点第二十一页，共三十三页。LED外延(wiyn)制作 外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在。n气相外延（VPE）n液相外延（LPE）n分子束外延（MBE）n金属(jn

10、sh)有机化合物气相外延（MOCVD）外延(wiyn)技术的分类第二十二页，共三十三页。LED外延(wiyn)制作n从饱和溶液中在单晶衬底上生长外延层的方法称液相外延。液相外延方法是在1963年由纳尔逊（Nelson）提出的。n 优点： 1生长设备比较简单； 2生长速率快； 3外延材料纯度比较高； 4掺杂剂选择(xunz)范围较广泛； 5外延层的位错密度通常比它赖以生长的衬底要低； 6成分和厚度都可以比较精确的控制，重复性好； 7操作安全。 液相外延(wiyn) (Liquid Phase Epitoxy，LPE)第二十三页，共三十三页。LED外延(wiyn)制作-液相外延的缺点n当外延层与衬

11、底的晶格失配大于1%时生长发生困难。n由于生长速率较快，难以得到纳米(n m)厚度的外延材料。n外延层的表面形貌一般不如汽相外延的好。第二十四页，共三十三页。LED外延(wiyn)制作液相外延的生长原理液相外延的生长原理 第二十五页，共三十三页。LED外延(wiyn)制作液相外延(wiyn)示意图第二十六页，共三十三页。LED外延(wiyn)制作实际液相外延(wiyn)设备第二十七页，共三十三页。LED外延外延(wiyn)制作制作1、生长溶液配制、生长溶液配制 2、外延生长前的准备外延生长前的准备(zhnbi)工作工作1）石墨舟处理）石墨舟处理2）反应管处理 3）炉温设定4）衬底制备 5）生长

12、源称量 6）生长材料腐蚀清洗 3、外延生长步骤、外延生长步骤1）开炉）开炉 2）清洗玻璃和石英器皿3）称好长溶剂后应立即装入石墨舟源槽中，以减少在空气中的氧化和沾污；4）抽真空和通氢气。 5）脱氧。6）装源。 7）熔源。 8）外延生长 9）关炉取片 液相外延液相外延(wiyn)工艺流工艺流程程第二十八页，共三十三页。LED外延(wiyn)制作气相外延 (Vapor Phase Epitoxy，VPE) nVPE的原理是让生长原材料以气体或电浆粒子的形式传输至芯片表面，这些粒子在失去部份的动能后被芯片表面晶格吸附 (Adsorb)，通常芯片会以热的形式提供能量给粒子，使其游移至晶格位置而凝结 (

13、Condensation)。在此同时粒子和晶格表面原子(yunz)因吸收热能而脱离芯片表面称之为解离 (Desorb)，因此 VPE 的过程其实是粒子的吸附和解离两种作用的动态平衡结果。nVPE 依反应机构可以分成： () 化学气相沉积 (CVD) () 物理气相沉积 (PVD)第二十九页，共三十三页。LED外延(wiyn)制作-PVD nPVD是原子直接以气态形式从淀积源运动到衬底表面从而形成固态薄膜。它是一种近乎万能的薄膜技术，应用(yngyng)PVD技术可以制备化合物、金属、合金等薄膜nPVD主要可以分为蒸发淀积、溅射淀积。n蒸发淀积是将源的温度加热到高温，利用蒸发的物理现象实现源内原

14、子或分子的运输，因而需要高的真空，蒸发淀积中应用比较广泛的热蒸发和电子束蒸发。n溅射主要利用惰性气体的辉光放电现象产生离子，用高压加速离子轰击靶材产生加速的靶材原子从而淀积在衬底表面，溅射技术的最大优点是理论上它可以制备任何真空薄膜，同时在台阶覆盖和均匀性上要优于蒸发淀积。n除了主流PVD，还有激光脉冲淀积、等离子蒸发、分子束外延等补充形式。第三十页，共三十三页。LED外延(wiyn)制作-CVDnCVD是反应物以气态到达加热的衬底表面发生化学反应，形成(xngchng)固态薄膜和气态产物。n利用化学气相淀积可以制备，从金属薄膜也可以制备无机薄膜。n化学气相淀积种类很多，主要有：常压CVD（A

15、PCVD），低压CVD（LPCVD）、超低压CVD（VLPCVD）、等离子体增强型CVD（PECVD）、激光增强型CVD（LECVD），金属氧化物CVD（MOCVD），其他还有电子自旋共振CVD（ECRCVD）等方法n按着淀积过程中发生化学的种类不同可以分为热解法、氧化法、还原法、水解法、混合反应等。第三十一页，共三十三页。LED外延(wiyn)制作-CVD的优缺点nCVD制备的薄膜最大的特点是致密性好、高效率、良好的台阶覆、孔盖能力、可以实现厚膜淀积、以及相对的低成本；n缺点(qudin)是淀积过程容易对薄膜表面形成污染、对环境的污染等n常压CVD（APCVD）的特点是不需要很好的真空度、淀

16、积速度非常快、反应受温度影响不大，淀积速度主要受反应气体的输运速度的影响。nLPCVD的特点是其良好的扩散性（宏观表现为台阶覆盖能力），反应速度主要受淀积温度的影响比较大，另外温度梯度对淀积的薄膜性能（晶粒大小、应力等）有很大的影响。nPECVD最大的特点是反应温度低（200400）和良好的台阶覆盖能力，可以应用在AL等低熔点金属薄膜上淀积，主要缺点是淀积过程引入的粘污；温度、射频、压力等都是影响PECVD工艺的重要因素。nMOCVD的主要优点是反应温度低，广泛应用在化合物半导体制备上，特别是高亮LED的制备上。第三十二页，共三十三页。内容(nirng)总结LED的生产工艺流程及设备(shbi)。3）增加外延层、光刻胶层在晶片边缘的平坦度。可分为边缘抛光与晶片表面抛光。在单晶衬底上生长一薄层单晶工艺，称为外延。可获得电导率高的P型和N型材料。CVD是反应物以气态到达加热的衬底表面发生化学反应，形成固态薄膜和气态产物。LED外延制作-CVD的优缺点。缺点是淀积过程容易对薄膜表面形成污染、对环境的污染等第三十三页，共三十三页。