LED的生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備PPT課件

1、LED的生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備主要內(nèi)容nLED生產(chǎn)工藝流程；nLED襯底材料制作；nLED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(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,接下來(lái)在740生

2、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LEDLED生產(chǎn)工藝流程藍(lán)寶石襯底白光LEDLED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，

3、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 n硅的純化 n長(zhǎng)晶 n切片 n晶邊磨圓 n晶面研磨n晶片蝕刻 n退火 n晶片拋光 n晶片清洗 n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)的多晶硅置于沸騰的反應(yīng)器中，通往鹽酸氣以形成三氯化

4、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)方式抽離坩堝，而沾附在晶種上的硅亦隨之冷凝，形成與晶種相同

5、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n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)晶定位切割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-研磨和蝕刻n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)，

6、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。n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n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。n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n晶片清洗 用RCA溶液（雙氧水氨水或雙氧水鹽酸），將前面工序所形成的污染去除。n檢驗(yàn)（INSPECTION）：

7、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。n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n在單晶襯底上生長(zhǎng)一薄層單晶工藝，稱為外延； n長(zhǎng)有外延層的晶體片稱為外延片； n正向外延、反向外延； n同質(zhì)外延、異質(zhì)外延 ；n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n禁帶寬度適合n可獲得電導(dǎo)率高的P型和N型材料 n可獲得完整性好的優(yōu)質(zhì)晶體 n發(fā)光復(fù)合

8、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。n氣相外延（VPE）n液相外延（LPE）n分子束外延（MBE）n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n從飽和溶液中在單晶襯底上生長(zhǎng)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。n 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)密度通常比它賴以生長(zhǎng)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)

9、LED外延制作-液相外延的缺點(diǎn)n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。n由于生長(zhǎng)速率較快，難以得到納米厚度的外延材料。n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外延制作外延制作1、生長(zhǎng)溶液配制、生長(zhǎng)溶液配制 2、外延生長(zhǎng)前的準(zhǔn)備工作外延生長(zhǎng)前的準(zhǔn)備工作1）石墨舟處理）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)源稱量 6）生長(zhǎng)材料腐蝕清洗 3、外延生長(zhǎng)步驟、外延生長(zhǎng)步驟1）開(kāi)爐）開(kāi)爐 2）清洗玻璃和石英器皿3）稱好長(zhǎng)溶劑后應(yīng)立即裝入石墨舟源槽中，以減少在空

10、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 液相外延工藝流程液相外延工藝流程LED外延制作氣相外延 (Vapor Phase Epitoxy，VPE) nVPE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。nVPE 依反應(yīng)機(jī)構(gòu)可

11、以分成： () 化學(xué)氣相沉積 (CVD) () 物理氣相沉積 (PVD)LED外延制作-PVD nPVD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nPVD主要可以分為蒸發(fā)淀積、濺射淀積。n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)。n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)階覆蓋和均勻性上要優(yōu)于蒸發(fā)淀積。n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-CVDnCVD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。n利用化學(xué)氣相淀積可以制備，從金屬薄膜也可以制備