LED芯片制程资料2012年

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1、LED芯片制程LED的发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复

2、合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。 理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm） 式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红

3、外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。2．芯片：⑴芯片的结构：芯片的结构为五个部分，分别为正电极、负电极、P层、N层和PN结，如下图：P電極P層P/N接合層N層N電極N層N電極单電極P电极P层P/N结合层N层N电极双电极⑵芯片的生产工艺：（１）长晶（CRYSTAL　GROWTH）：　    长晶是从硅沙中(二氧化硅)提炼成单晶硅，制造过程是将硅石(Silica)或硅酸盐  (Silicate)  如同冶金一样，放入炉中熔解提炼，形成冶金级硅。冶金级硅中尚含有杂

4、质，接下来用分馏及还原的方法将其纯化，形成电子级硅。虽然电子级硅所含的硅的纯度很高，可达99.999999999%，但是结晶方式杂乱，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，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。

5、  （２）切片（SLICING）：　　　从坩埚中拉出的晶柱，表面并不平整，经过工业级钻石磨具的加工，磨成平滑的圆柱，并切除头尾两端锥状段，形成标准的圆柱，被切除或磨削的部份则回收重新冶炼。接着以高硬度锯片或线锯将圆柱切成片状的晶圆(Wafer)(摘自中德公司目录)。    （３）边缘研磨（EDGE－GRINDING）：　　　将片状晶圆的圆周边缘以磨具研磨成光滑的圆弧形，如此可(1)防止边缘崩裂，(2)防止在后续的制程中产生热应力集中，(3)增加未来制程中铺设光阻层或磊晶层的平坦度。（４）研磨（LAPPING）与蚀

6、刻（ETCHING）：　　　由于受过机械的切削，晶圚表面粗糙，凹凸不平，及沾附切屑或污渍，因此先以化学溶液(HF/HNO3)蚀刻(Etching)，去除部份切削痕迹，再经去离子纯水冲洗吹干后，进行表面研磨抛光，使晶圆像镜面样平滑，以利后续制程。研磨抛光是机械与化学加工同时进行，机械加工是将晶圆放置在研磨机内，将加工面压贴在研磨垫(PolishingPad)磨擦，并同时滴入具腐蚀性的化学溶剂当研磨液，让磨削与腐蚀同时产生。研磨后的晶圆需用化学溶剂清除表面残留的金属碎屑或有机杂质，再以去离子纯水冲洗吹干，准备进入植入

7、电路制程。（5）退火（ANNEALING）：　　  将芯片在严格控制的条件下退火，以使芯片的阻质稳定。（6）抛光（POLISHING）：　　  芯片小心翼翼地抛光，使芯片表面光滑与平坦，以利将来再加工。（7）洗净（CLEANING）：　　  以多步骤的高度无污染洗净程序－包含各种高度洁净的清洗液与超音动处理－除去芯片表面的所有污染物质，使芯片达到可进行芯片加工的状态。（8）检验（INSPECTION）：　　　芯片在无尘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。（9）包装（

8、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。　  经过晶圆制造的步骤后，此时晶圆还没任何的功能，所以必须经过集成电路制程，才可算是一片可用的晶圆。以下是集成电路制程的流程图：磊晶  微影  氧化  扩散  蚀刻  金属联机磊晶(Epitoxy)指基板以外依组