LED工藝概述及外延片工藝流程

LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管（多指LED背光源），是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個(gè)周期的量子阱。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。

工藝概述

LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)LED,，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。 它是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。由于具有容易控制、低壓直流驅(qū)動(dòng)、組合后色彩表現(xiàn)豐富、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市各工程中、大屏幕顯示系統(tǒng)。LED可以作為顯示屏，在計(jì)算機(jī)控制下，顯示色彩變化萬(wàn)千的視頻和圖片。 LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的半導(dǎo)體。

LED外延片工藝流程：

近十幾年來(lái),為了開(kāi)發(fā)藍(lán)色高亮度發(fā)光二極管，世界各地相關(guān)研究的人員無(wú)不全力投入。而商業(yè)化的產(chǎn)品如藍(lán)光及綠光發(fā)光二級(jí)管LED及激光二級(jí)管LD的應(yīng)用無(wú)不說(shuō)明了III－V族元素所蘊(yùn)藏的潛能。在目前商品化LED之材料及其外延技術(shù)中，紅色及綠色發(fā)光二極管之外延技術(shù)大多為液相外延成長(zhǎng)法為主，而黃色、橙色發(fā)光二極管目前仍以氣相外延成長(zhǎng)法成長(zhǎng)磷砷化鎵GaAsP材料為主。

一般來(lái)說(shuō)，GaN的成長(zhǎng)須要很高的溫度來(lái)打斷NH3之N-H的鍵解，另外一方面由動(dòng)力學(xué)仿真也得知NH3和MO Gas會(huì)進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生沒(méi)有揮發(fā)性的副產(chǎn)物。

LED外延片工藝流程如下：

襯底 - 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 緩沖層生長(zhǎng) - N型GaN層生長(zhǎng) -多量子阱發(fā)光層生 - P型GaN層生長(zhǎng) - 退火 - 檢測(cè)（光熒光、X射線(xiàn)） - 外延片

外延片- 設(shè)計(jì)、加工掩模版 - 光刻 - 離子刻蝕 - N型電極（鍍膜、退火、刻蝕） - P型電極（鍍膜、退火、刻蝕） - 劃片 - 芯片分檢、分級(jí)

具體介紹如下： 固定：將單晶硅棒固定在加工臺(tái)上。 切片：將單晶硅棒切成具有精確幾何尺寸的薄硅片。此過(guò)程中產(chǎn)生的硅粉采用水淋，產(chǎn)生廢水和硅渣。 退火：雙工位熱氧化爐經(jīng)氮?dú)獯祾吆?，?a target="_blank">紅外加熱至300~500℃，硅片表面和氧氣發(fā)生反應(yīng)，使硅片表面形成二氧化硅保護(hù)層。 倒角：將退火的硅片進(jìn)行修整成圓弧形，防止硅片邊緣破裂及晶格缺陷產(chǎn)生，增加磊晶層及光阻層的平坦度。此過(guò)程中產(chǎn)生的硅粉采用水淋，產(chǎn)生廢水和硅渣。 分檔檢測(cè)：為保證硅片的規(guī)格和質(zhì)量，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。此處會(huì)產(chǎn)生廢品。 研磨：用磨片劑除去切片和輪磨所造的鋸痕及表面損傷層，有效改善單晶硅片的曲度、平坦度與平行度，達(dá)到一個(gè)拋光過(guò)程可以處理的規(guī)格。此過(guò)程產(chǎn)生廢磨片劑。 清洗：通過(guò)有機(jī)溶劑的溶解作用，結(jié)合超聲波清洗技術(shù)去除硅片表面的有機(jī)雜質(zhì)。此工序產(chǎn)生有機(jī)廢氣和廢有機(jī)溶劑。 RCA清洗：通過(guò)多道清洗去除硅片表面的顆粒物質(zhì)和金屬離子。具體工藝流程如下： SPM清洗：用H2SO4溶液和H2O2溶液按比例配成SPM溶液，SPM溶液具有很強(qiáng)的氧化能力，可將金屬氧化后溶于清洗液，并將有機(jī)污染物氧化成CO2和H2O。用SPM清洗硅片可去除硅片表面的有機(jī)污物和部分金屬。此工序會(huì)產(chǎn)生硫酸霧和廢硫酸。 DHF清洗：用一定濃度的氫氟酸去除硅片表面的自然氧化膜，而附著在自然氧化膜上的金屬也被溶解到清洗液中，同時(shí)DHF抑制了氧化膜的形成。此過(guò)程產(chǎn)生氟化氫和廢氫氟酸。 APM清洗： APM溶液由一定比例的NH4OH溶液、H2O2溶液組成，硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜（約6nm呈親水性），該氧化膜又被NH4OH腐蝕，腐蝕后立即又發(fā)生氧化，氧化和腐蝕反復(fù)進(jìn)行，因此附著在硅片表面的顆粒和金屬也隨腐蝕層而落入清洗液內(nèi)。此處產(chǎn)生氨氣和廢氨水。 HPM清洗：由HCl溶液和H2O2溶液按一定比例組成的HPM，用于去除硅表面的鈉、鐵、鎂和鋅等金屬污染物。此工序產(chǎn)生氯化氫和廢鹽酸。 DHF清洗：去除上一道工序在硅表面產(chǎn)生的氧化膜。 磨片檢測(cè)：檢測(cè)經(jīng)過(guò)研磨、RCA清洗后的硅片的質(zhì)量，不符合要求的則從新進(jìn)行研磨和RCA清洗。 腐蝕A/B：經(jīng)切片及研磨等機(jī)械加工后，晶片表面受加工應(yīng)力而形成的損傷層，通常采用化學(xué)腐蝕去除。腐蝕A是酸性腐蝕，用混酸溶液去除損傷層，產(chǎn)生氟化氫、NOX和廢混酸；腐蝕B是堿性腐蝕，用氫氧化鈉溶液去除損傷層，產(chǎn)生廢堿液。本項(xiàng)目一部分硅片采用腐蝕A，一部分采用腐蝕B。 分檔監(jiān)測(cè)：對(duì)硅片進(jìn)行損傷檢測(cè)，存在損傷的硅片重新進(jìn)行腐蝕。 粗拋光：使用一次研磨劑去除損傷層，一般去除量在10~20um。此處產(chǎn)生粗拋廢液。 精拋光：使用精磨劑改善硅片表面的微粗糙程度，一般去除量1 um以下，從而的到高平坦度硅片。產(chǎn)生精拋廢液。 檢測(cè)：檢查硅片是否符合要求，如不符合則從新進(jìn)行拋光或RCA清洗。 檢測(cè)：查看硅片表面是否清潔，表面如不清潔則從新刷洗，直至清潔。

包裝：將單晶硅拋光片進(jìn)行包裝。

芯片到制作成小芯片之前，是一張比較大的外延片，所以芯片制作工藝有切割這快，就是把外延片切割成小芯片。它應(yīng)該是LED制作過(guò)程中的一個(gè)環(huán)節(jié)