MOCVD设备资料 国产mocvd设备

MOCVD设备资料国产mocvd设备
德国AIXTRON公司（德国艾思强公司）和美国VEECO公司（美国维易科精密仪器有限公司）两家公司几乎生产了全球90％以上的主流MOCVD设备。

1、生产效率和成本概况
国际上MOCVD技术已经相当成熟，主流设备从2003 年6-8 片机、2004 年12 片机、2005 年15片机、2006 年的21-24 片机，目前已经达到42、45、49 片机（一次可装载49片2英寸的衬底生长外延）。

外延炉容量的不断扩大让LED 外延片生产商的单位生产成本快速大幅下降。

目前，量产企业对单批产能的最低要求是在30片以上。

国产设备目前为6片机，生产效率和生产成本差距甚远。

2、MOCVD价格及产值概况
生产型MOCVD设备的售价高达1000～2000万元【根据机型，6片机70万美元左右，9片机100万美元左右】，加上相关配套设备设施，一条产线LED生产线需要投入4000 多万元。

若新采购设备为45 片机生产蓝光芯片，按3 炉/天计算，年产4 .9万片左右，收入4800 万元，投入产出基本为1:1。

3、生产过程工艺复杂，参数众多，优良率与均匀性是关键
外延片生长过程工艺复杂，参数众多，培养专业操作人员需时间较长。

一个最简单的GaN蓝光LED单量子阱结构，其生长工艺包括：高烘烤、缓冲层、重结晶、n-GaN、阱层、叠层及p-GaN等，工艺步骤达几十步，每一步需调整的工艺参数共有20多个，各参数之间存在比较微妙的关系，工艺编辑人员需根据工艺要求，对各个参数进行逐一调整，必要时还要进行计算，如升速度、升压速度、生长速率控制、载气与气源配比等。

如何根据工艺需要自动对参数进行检查，减轻工艺人员的工作量，是值得研究的新兴课题。

每个外延芯片、生产批次与系统之间的关系，能确保良好的均匀性以及优良率，尤其在芯片厂商扩产时，还能维持相同的优良率与均匀性就显的特别关键。

4、4英寸MOCVD设备将成为主流
现阶段台湾外延厂商在技术上已经具备生产4英寸和6英寸的能力，但是出于成本的考虑，多数台湾厂家还是以2英寸的MOVCD设备为生产主线；大部分欧美与韩国厂商则早已使用4英寸MOVCD设备。

市场预期一旦4英寸外延片材料成本大幅崩落（目前4英寸外延片的成本价格约为2寸外延
片的四倍），2英寸的MOCVD设备将逐渐被4英寸所取代。

AIXTRON 与SemiLEDs在2009年5月就合作开发出6寸蓝光LED芯片，在6x6寸AIX 2800G4 HT MOCVD反应炉的结构上，产量增加约30％（相较于传统42x2-inch的架构），不但均匀性较好，也减少了边缘效应（edge effect）。

不过就现阶段而言，大多数的困难仍然在于6寸的基板价格偏高与外延片切割技术的挑战。

一、MOCVD设备市场情况
1、设备供应商概况
目前国际上主要的MOCVD设备供应商有两家：
①德国AIXTRON公司（德国艾思强公司）
根据Gartner Dataquest最近的一份分析报告，2008年AIXTRON公司MOCVD复合半导体设备的全球占有率达到72％。

目前，AIXTRON公司最先进的独特的行星转盘技术应用在大型G4 2800HT 42*2”以及Thomas Swan（1999年被AIXTRON收购）CCS Crius 30*2” MOCVD系统，使得AIXTRON 的MOCVD设备被公认为世界上技术和商业价值最完美的结合。

②美国VEECO公司
美国维易科精密仪器有限公司占20％以上，其中主打机型45片机K465已经销售超过100台，至今K系列MOCVD产品全球销售超过200台。

80％的世界顶尖LED企业已经采用K465型号的MOCVD，截止到目前，VEECO于中国地区大有斩获，累计MOCVD出货已达85台。

VEECO的MOCVD主要有以下优势：
首先，它是量产型机器，能有效提高量产的时间，减少清洗和维护的时间和次数。

因为开仓清洗过程需要从高达1000摄氏度的度冷却后清洗，然后再将度升高至1000摄氏度，需要浪费不少的时间。

第二，自动化程度高，减少人为操作。

例如可自动化导入，机械手在生产完成后可自动更换蓝宝石等，属于量产型的设计。

第三，保护设备投资，防止落伍。

避免将来由于新的设备出现，造成旧设备的落伍。

通过计划与客户充分沟通，新的设备与旧的设备联繫在一起，提升产品的良率。

今年以来由于MOCVD机台供不应求的状况，使得VEECO在这段期间取得了相对有利的
市场地位，尤其在中国市场大有斩获。

中国地区的成长相较去年成长将近80％。

根据了解，由于VEECO开始透过委外代工来增加产能，目前产能规模直追产业龙头AIXTRON，因此明年MOCVD机台供给不足的瓶颈将可望获得解决。

③其他厂家
主要包括日本酸素（NIPPON Sanso）和日新电机（Nissin Electric）等，其市场基本限于日本国内。

此外，日亚公司和丰田合成的设备主要是自己研发，其GaN-MOCVD 设备不在市场上销售，仅供自用。

从设备性能上来讲，日亚公司设备生产的材料质量和器件性能上，要优于AIXTRON和EMCORE（已经被VEECO收购）的设备。

按生产能力计算，2006 年GaN型MOCVD 设备在全球市场的主要分布为：中国台湾地区48％，美国15％，日本15％，韩国11％，中国大陆7％，欧盟4％。

MOCVD的主要厂商虽然为欧美，但最大的两家AIXTRON 和VEECO 都是单纯设备制造商，不会对外延片生产厂构成威胁。

2、国产化艰难（48所简报2008年4月）
MOCVD 设备是制作LED外延片的关键设备，而LED外延片的水平决定了整个LED产业的水平。

我国于2003年正式实施“国家半导体照明工程”，并在“十五”、“十一五”重点攻关课题和“863”计划中，将MOCVD设备国产化列入重点支持方向。

在国家策的支持下，“十五”期间，我国在MOCVD设备国产化方面已取得了初步成效。

中国电子科技集团公司第四十八研究所通过消化吸收和关键技术再创新等措施，研发成功了GaN生产型MOCVD设备（6*2″），填补了国内空白，使长期制约我国LED产业发展的装备瓶颈得以突破。

同时，中科院半导体所、南昌大学、青岛杰生电器等单位也成功研发了研究型的MOCVD设备。

然而，国产MOCVD设备还存在以下问题：
（1）国产MOCVD设备仍处于技术跟踪阶段，设备产业化水平与生产需要不相适应
目前，国内研制的MOCVD设备最大产能为6片（48 所的GaN-MOCVD）。

然而，截至到2007年12月，在国外推出的最新型MOCVD设备中，AIXTRON已推出行星式反应器的42片机（AIX2800G4 HT）和CCS反应器的30片机（CRIUS）。

由于产能的差距，小批量的MOCVD设备外延片生产成本较高，大大降低了设备的性价比，使得国产设备刚研发出来就已经落后了。

量产企业对单批产能的最低要求是在30片以上。

（2）设备造价高，应用风险大，多数厂商更愿意采购技术成熟的进口设备
MOCVD设备的造价昂贵，生产型MOCVD设备的售价高达1000～2000万元。

厂商对此类设备的采购均十分谨慎，更愿意采购技术成熟、售后服务完善的进口设备，使得国产MOCVD 设备的推广处于尴尬的境地。

（3）自主创新有待加强，国产MOCVD设备面临专利壁垒
目前，国产MOCVD设备的研发还处于“消化、吸收”阶段，而国外主流商用机型已建立严密的专利保护，如AIXTRON的Planetary Reactor反应器、THOMAS SAWN的CCS（Close Coupled Showerhead Reactor）反应器、VEECO的Turbo Disk反应器和日本SANSO公司双/多束气流（TF）反应器均是自己独有的专利技术，国产MOCVD设备产业化面临专利壁垒的考验。

3、中国MOCVD设备数量与增长情况
【高亮度LED需求强台湾LED厂商扩产凶猛】
2007统计数据显示：台湾地区MOCVD 机台数量为310台，大陆地区为55 台左右。

到2008年底，两地区累计增加了126台。

2008 年底大陆地区增加到87 台，增长58％，由于一些厂商的设备08 年主要是安装调试，以及工艺上的摸索，产能的真正的释放在09 年。

根据不完全统计，2009年中国大陆MOCVD设备新增台数将超过100台左右，从数字上讲，台湾厂商在扩充产能方面领先大陆，晶电、璨圆、泰谷今年以来陆续增购MOCVD机台，预计到今年底，晶电的MOCVD机台总数将达180-190台，璨圆MOCVD机台总数将达33台，泰谷MOCVD机台数也将达27台。

晶电预计明年要再导入30台MOCVD机台，最快在第二季建置完成，届时晶电的MOCVD 机台总数将达210-220台。

璨圆内部原本也规划明年要扩充30台MOCVD机台，但碍于机台订单太满，第一阶段先确定扩充12台，届时璨圆生产机台数将达45台。

泰谷也决定明年将扩增10台MOCVD机台，使MOCVD机台总数达到37台。

广镓目前共有38台MOCVD机台，日前董事也通过办理现金增资，预计将发行新股12万张，以每股金额暂定30元估算，将可筹募36亿元。

预期这笔资金将用于扩充蓝/绿光LED 之产能，推估广镓将再扩增38-39台MOCVD机台，使生产机台总数达到76-77台。

友达/隆达日前已通过将在中科后里兴建新厂，预计到今年底MOCVD机台总数将有15-20台，2011年以前要逐步完成150-200台MOCVD机台的生产规模建置。

奇美电/奇力目前也已有37台MOCVD机台已在量产中，预计明年机台总数将扩增到47台。

最新德国aixtronn mocvd介绍
随着半导体技术相相关新兴市场转移，LED、光伏等产业日渐趋热。

AIXTRON作为沉积领域的专业公司，将其核心技术和竞争力用于各种材料市场。

据AIXTRON营销副总裁Rainer Beccard博士介绍，2008年AIXTRON营收达到2.744亿欧元，86%的设备收入来自复合半导体设备领域，其中大部分是MOCVD设备。

另外，AIXTRON的产品范围还包括硅半导体设备、用于有机材料应用的沉积设备，以及金刚石、碳纳米管和其他材料结构应用的CVD设备。

根据Gartner Dataquest最近的一份分析报告，2008年AIXTRON公司MOCVD复合半导体设备的全球占有率达到72%，而在2002年这
一数字为约50%。

他表示，不断增长的市场占有率来自于在领先技术和全球广泛市场及客户支持服务上持续的投资。

AIXTRON的核心竞争力和实力在于能提供复杂气相沉积工艺所需的技术和设备。

Rainer 表示，‘Pure Play’策略专注于能提供关键可行性技术的应用研发。

对于各个不同的终端市场，采用不同的战略、差异化和不同成熟度的技术。

“LED市场正变得更加成熟，因此我们愈加重视成本和生产力的改进。

对于III-V族光伏电池，随着最初的技术障碍被逐步消除，产业焦点也相应转移到成本与生产力上”，他说到。

在技术所取得的最新进展方面，表示，该公司的系统主要基於两个独特技术：& 和& (&)，两种系统都提供了狠高的吞吐率、卓越的一致性和工艺重复能力，可实现高成品率和高拥有成本的获利能力。

这两种技术都可在通用平台上实现，為用户带来了更高的灵活性和可扩展性。

该公司的系统具有多种尺寸晶圆的工艺处理能力，从2吋、3吋、4吋、6吋、8吋甚至到12吋，都能够满足客户不断地追求降低製造成本的需求。

此外，爱思强在其他一些极具吸引力的新兴技术上也佔据一定地位。

以（有机物气相沉积）技术為例，一旦一些关键的性能指标如发光效率和寿命可以实现，预计将在未来的固态照明领域扮演重要角色。

表示，未来，该公司的研发策略将会紧密跟随市场需求，将预期的技术需求转化為研发团队的技术目标。

表示，首先，爱思强的核心竞争力和实力在於能够提供复杂气相沉积工艺所需的技术和设备，对於各个不同的终端市场，会採用不同的战略、差异化和不同成熟度的技术。

其次，爱思强有充足的產能设备来满足面对现阶段庞大的市场需求。

市场正变得更加成熟，因此爱思强愈加重视成本和生產力的改进。

随着最初的技术障碍被逐步消除，產业焦点也相应转移到成本与生產力上。

此外，爱思强还致力於瞭解客户需求，并积极分析未来市场趋势，以此来巩固世界第一的领导厂商地位。

指出，目前可以说是扩大產业的绝好机会，中国大陆和台湾是非常重要的市场，產业的发展对国家、公眾和环境都非常重要。

在创造利润的同时，也可為公眾带来好处。

不但是绿色节能產品，而且还可以在这个领域创造丰厚的利润。

因此，在这个重要时期，在中国有必要发展技术。

回顾过去几年，AIXTRON不断深入中国市场。

AIXTRON已经受邀成为中国固态照明协会唯一的国外会员，参与固态照明技术的开发和提升竞争力。

早在90年代，AIXTRON 已经开始在中国开拓市场，多年来业绩一直稳固增长。

除了长期的商业活动外，AIXTRON 还为国内研发协会提供强有力的支持，Rainer表示，AIXTRON过去几年一直在固态照明论坛期间举办MOCVD技术研讨会，将公司的新技术带给国内的公司，未来还将继续并参与到更多的技术活动中。

MOCVD解析及MOCVD工作原理
MOCVD反应为一非平衡状态下成长机制，其原理为利用有机金属化学气相沉积法metal-organic chemical vapordeposition MOCVD 是一种利用气相反应物，或是前驱物precursor 和Ⅲ族的有机金属和Ⅴ族的NH3,在基材substrate 表面进行反应，传到基材
衬底表面固态沉积物的制程。

MOCVD利用气相反应物间之化学反应将所需产物沉积在基材衬底表面的过程，蒸镀层的成长速率和性质成分、晶相会受到温度、压力、反应物种类、反应物浓度、反应时间、基材衬底种类、基材衬底表面性质等巨观因素影响。

温度、压力、反应物浓度、反应物种类等重要的制程参数需经由热力学分析计算，再经修正即可得知。

反应物扩散至基材衬底表面、表面化学反应、固态生成物沉积与气态产物的扩散脱离等微观的动力学过程对制程亦有不可忽视的影响。

MOCVD化学反应机构有反应气体在基材衬底表面膜的扩散传输、反应气体与基材衬底的吸附、表面扩散、化学反应、固态生成物之成核与成长、气态生成物的脱附过程等，其中速率最慢者即为反应速率控制步骤，亦是决定沉积膜组织型态与各种性质的关键所在
MOCVD对镀膜成分、晶相等品质容易控制，可在形状复杂的基材衬底上形成均匀镀膜，结构密致，附着力良好之优点，因此MOCVD已经成为工业界主要的镀膜技术。

MOCVD 制程依用途不同，制程设备也有相异的构造和型态。

整套系统可分为
1.进料区
进料区可控制反应物浓度。

气体反应物可用高压气体钢瓶经MFC精密控制流量，而固态或液态原料则需使用蒸发器使进料蒸发或升华，再以H2、Ar等惰性气体作为carrier而将原反应物带入反应室中。

2.反应室
反应室控制化学反应的温度与压力。

在此反应物吸收系统供给的能量，突破反应活化能的障碍开始进行反应。

依照操作压力不同，MOCVD制程可分为I 常压MOCVD APCVD ii 低压MOCVD LPCWD iii 超低压MOCVD SLCVD .
依能量来源区分为热墙式和冷墙式，如分如下
（Ⅰ）热墙式由反应室外围直接加热，以高温为能量来源
（II）等离子辅助MOCVD
（III）电子回旋共振是电浆辅助
（Ⅳ）高周波MOCVD
（Ⅴ）Photo-MOCVD
（Ⅵ）others
其中（II）至（VI）皆为冷墙式
3.废气处理系统
通常以淋洗塔、酸性、碱性、毒性气体收集装置、集尘装置和排气淡化装置组合成为废气处理系统，以吸收制程废气，排放工安要求，对人体无害的气体。

一般来说，一组理想的MOCVD 反应系统必需符合下列条件
a.提供洁净环境。

b反应物于抵达基板衬底之前以充分混合，确保膜成分均匀。

c.反应物气流需在基板衬底上方保持稳定流动，以确保膜厚均匀。

d.反应物提供系统切换迅速能长出上下层接口分明之多层结构。

MOCVD近来也有触媒制备及改质和其它方面的应用，如制造超细晶体和控制触媒得有效深度等。

在可预见的未来里，MOCVD制程的应用与前景是十分光明的。