半导体照明技术第十章

外延片
圆片
芯片
基本工艺流程
MOCVD材料外延生 长
光刻
镀介质膜
刻蚀 蒸发 溅射 退火处理 解理
LED外延与芯片制作
镀膜 解理/划片 真空包装
MOCVD外延
p-GaN
N-GaN 缓冲层
蓝宝石
MQW
清洗
金属离子
有机物
n区光刻
刻蚀
Cl2+Bcl3+Ar
去胶
3#液
p电极蒸发
P电极光刻
P电Βιβλιοθήκη Baidu腐蚀
半导体外延生长主要采用MBE和MOCVD工艺。
衬底片
外延片
p-GaN p-Al0.25Ga0.75N MQW u-In0.04Ga0.96N
LM-InGaN n-GaN/u-GaN
蓝宝石衬底
3、芯片制作
在外延片的基础上采用光刻、刻蚀、蒸发、镀膜、电 极制备、划片等半导体工艺制作具有一定功能的结构单 元。主要采用光刻机、RIE、 PECVD 、离子注入、化学 气相沉积、磨片抛光、镀膜机、划片机等半导体工艺设 备。
4、光刻工艺流程
二、扩散
士兰明芯 清芯 立德
华夏集成 路美 华光
蓝光LED芯片基本结构
衬底层：一般为蓝宝石或SiC，目前研究最热的 是Si衬底。
n型氮化镓层：GaN的n型掺杂比较简单，掺杂源 为IV族元素Si、Ge、Se等
发光层：为p型或者n型含铟的氮化镓，或非掺 杂的氮化铟镓，可通过改变发光杂质的种类来 改变禁带宽度，从而改变发出光的波长。
p型氮化镓层：多数采用p型AlGaN，掺杂主要是 Mg 等II族元素
p型接触层：一般采用p型GaN，使之与正电极材 料达到良好的欧姆接触。
透明导电层：为了将电流有效地分散以达到均 匀发光，避免所发的光被p型金属电极衰减。
LED芯片结构特征 之 单电极
N-electrode
pad ITO contact layer
KI+I2
去胶
丙酮+酒精
P电极合金
O2
N电极光刻
N电极蒸发
N剥离
N退火
N2
P压焊点光刻
P压焊点蒸发
P压焊点剥离
气体，功率
钝化层沉积
钝化层光刻
钝化层刻蚀
钝化层去胶
丙酮
中道终测检验
减薄
划片
裂片
扩膜
划片,裂片工作流程图
划片前晶片背面
划片后背面
划片后,侧视图 裂片后,侧视图
扩膜后,正视图
测试分检
总的来说，LED制作流程分为两大部分： 1、首先在衬低上制作氮化鎵（GaN）基的外延片，这个过程
主要是在金属有机化学气相沉积外延片炉(MOCVD)中完成的。准 备好制作GaN基外延片所需的材料源和各种高纯的气体之后，按 照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。
常用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底，还有GaAs、 AlN、ZnO等材料。
如果芯片清洗不够干净，蒸镀系统不正常，会导致蒸镀出 来的金属层（指蚀刻后的电极）会有脱落，金属层外观变色， 金泡等异常。
蒸镀过程中有时需用弹簧夹固定芯片，因此会产生夹痕。 黄光作业内容包括烘烤、上光阻、照相曝光、显影等，若显影 不完全及光罩有破洞会有发光区残多出金属。芯片在前段工艺 中，各项工艺如清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨等 作业都必须使用镊子及花篮、载具等，因此会有芯片电极刮伤 情形发生。
一、光刻技术
1、定义：
在半导体制造中利用光学-化学反应原理和化学、物 理刻蚀方法，将图形传递到单晶表面或介质层上，形成有 效图形窗口或功能图形的工艺技术。
2、掩模 在薄膜、塑料或玻璃基体材料上制作各种功能图形并
精确定位，以便用于光致抗蚀剂涂层选择性曝光的一种结 构。 3、光刻胶
包含有光敏材料，涂覆在衬底上，通过掩模曝光产生 与掩模相同的图案。分为正胶和负胶。
MOCVD是利用气相反应物及Ⅲ族的有机金属和Ⅴ族的NH3在衬 底表面进行反应，将所需的产物沉积在衬底表面。通过控制温度、 压力、反应物浓度和种类比例，从而控制镀膜成分、晶相等品质。 MOCVD外延炉是制作LED外延片最常用的设备。
2、然后是对LED PN结的两个电极进行加工，电极加工也是 制作LED芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、 熔合、研磨；然后对LED毛片进行划片、测试和分选，就可以得 到所需的LED芯片。
高纯原料 化合物单晶 外延用衬底片
元素半导体的代表为硅（Si）和锗（Ge）； 也称为第一代半导体；
化合物半导体被称为第二、三代半导体材料， 代表材料：砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、 氮化镓（GaN）等。
2、外延生长
所谓“外延生长”就是在高真空条件下，采用分 子束外延（MBE）、液相外延（LPE）、金属有机化学 气相沉积（MOCVD)等方法，在晶体衬底上，按照某一 特定晶面生长的单晶薄膜的制备过程 。
第十章 LED芯片制造技术
本章主要介绍LED芯片制造工艺流程和制造技术。
国内外芯片公司介绍
国内(部分)LED Chip Company
所在城市 上海
深圳 广州 南昌 厦门
公司名称 蓝宝
蓝光科技 大晨
世纪晶源 方大 普光
联创光电 晶能 三安 晶宇
所在城市
武汉
杭州 廊坊 石家庄 扬州 大连 济南
公司名称 华灿 元茂 迪源
p-electrode (Ni/Au) p-electrode (Ni/Au)
p-GaN layer InGaN MQW active layer
n-GaN layer GaN buffer layer Sapphire substrate
n-electrode(Ti/Al)
LED芯片结构特征 之 倒装结构
芯片基本结构:金属衬底、垂直结构
N-GaN
InGaN/GaN MQW
P-GaN Transparent ohmic cAogntRacetflector
Cu Heat Sinking
LED芯片结构特征 之 单电极
芯片基本结构:SiC 垂直结构
LED芯片结构特征 之 双电极
GaN-LED芯片的基本结构
芯片基本结构:Flip-chip
半导体技术与工艺链
衬底片制备 单晶生长、磨 片、抛光
外延生长
MBE MOCVD
芯片制作
光刻、刻蚀、 蒸发、划片
器件封装
贴片、键 合、封包
第一节 制造LED芯片的工艺流程
1、半导体单晶生长及衬底片加工
通过对高纯原料熔融、化合物单晶生长、切 割、磨片、抛光、真空包装等工艺，制成外延 生长用衬底片。包括单晶生长炉、抛光机 、变 频行星式球磨机 、晶体切割机等