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LED晶圆基础知识

  摘要:
  LED晶圆是LED的核心部分,事实上,LED的波长、亮度、正向电压等主要光电参数基本上取决于晶圆材料。LED的相关电路元件的加工与制作都是在晶圆上完成的,所以晶圆技术与设备是晶圆制造技术的关键所在。
  LED制作中与晶圆有关的工序
  1、LED晶圆处理工序:本工序的主要工作是在晶圆上制作电路及电子元件(如晶体管、电容、逻辑开关等), 其处理程序通常与产品种类和所使用的技术有关,但一般基本步骤是先将晶圆适当清洗,再在其表面进行 氧化及化学气相沉积,然后进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤,最终在晶圆 上完成数层电路及元件加工与制作。
  2、晶圆针测工序:经过上道工序后,晶圆上就形成了一个个的小格,即晶粒,一般情况下,为便于测试, 提高效率,同一片晶圆上制作同一品种、规格的产品;但也可根据需要制作几种不同品种、规格的产品。 在用针测(Probe)仪对每个晶粒检测其电气特性,并将不合格的晶粒标上记号后,将晶圆切开,分割成 一颗颗单独的晶粒,再按其电气特性分类,装入不同的托盘中,不合格的晶粒则舍弃。
  3、构装工序:就是将单个的晶粒固定在塑胶或陶瓷制的芯片基座上,并把晶粒上蚀刻出的一些引接线端与 基座底部伸出的插脚连接,以作为与外界电路板连接之用,最后盖上塑胶盖板,用胶水封死。其目的是用 以保护晶粒避免受到机械刮伤或高温破坏。到此才算制成了一块集成电路芯片(即我们在电脑里可以看到 的那些黑色或褐色,两边或四边带有许多插脚或引线的矩形小块)。
  LED晶圆的制作流程
  衬底>>结构设计>>缓冲层生长>>N型GaN层生长>>多量子阱发光层生长>>P型GaN层生长>>退火>>检测(光荧光、X射线)>>晶圆片
  晶圆>>设计、加工掩模版>>光刻>>离子刻蚀>>N型电极(镀膜、退火、刻蚀)>>P型电极(镀膜、退火、刻蚀)>>划片>>晶粒分检、分级(小汤)
  多量子阱型是在芯片发光层的生长过程中,掺杂不同的杂质以制造结构不同的量子阱,通过不同量子阱发出的多种光子复合直接发出白光。该方法提高发光效率,可降低成本,降低包装及电路的控制难度;但技术难度相对较大。
  LED晶圆的性能要求
  1,结构特性好,晶圆材料与衬底的晶体结构相同或相近,晶格常数失配度小,结晶性能好, 缺陷密度小.
  2,介面特性好,有利於晶圆料成核且黏附性强.
  3,化学稳定性好,在晶圆生长的温度和气氛中不容易分解和腐蚀.
  4,热学性能好,包括导热性好和热失配度小.
  5,导电性好,能制成上下结构.
  6,光学性能好,制作的器件所发出的光被衬底吸收小.
  7,机械性能好,器件容易加工,包括减薄,抛光和切割等.
  8,价格低廉.
  9,大尺寸,一般要求直径不小于2 英寸
  LED晶圆的测试
  1、主要对电压、波长、亮度进行测试,能符合正常出货标准参数的晶圆片再继续做下一步的操作,如果这 九点测试不符合相关要求的晶圆片,就放在一边另外处理。
  2、晶圆切割成芯片后,100%的目检(VI/VC),操作者要使用放大 30 倍数的显微镜下进行目 测。
  3、接着使用全自动分类机根据不同的电压,波长,亮度的预测参数对芯片进行全自动化挑选、测试和分 类。
  4、最后对 LED 芯片进行检查(VC)和贴标签。芯片区域要在蓝膜的中心,蓝膜上最多有 5000 粒芯片, 但必须保证每张蓝膜上芯片的数量不得少于 1000 粒,芯片类型、批号、数量和光电测量统计数据记录在 标签上,附在蜡光纸的背面。蓝膜上的芯片将做最后的目检测试与第一次目检标准相同,确保芯片排列整 齐和质量合格。这样就制成 LED 芯片(目前市场上统称方片)。
  LED晶圆技术的发展趋势
  1.改进两步法生长制程
  目前商业化生产采用的是两步生长制程,但一次可装入衬底数有限,6片机比较成熟,20片左右的机台还在成熟中,片数较多后导致晶圆均匀性不够。发展趋势是两个方向:一是开发可一次在反应室中装入更多个衬底晶圆生长,更加适合于规模化生产的技术,以降低成本;另外一个方向是高度自动化的可重复性的单片设备。
  2.氢化物汽相晶圆(HVPE)技术
  采用这种技术可以快速生长出低位错密度的厚膜,可以用做采用其它方法进行同质晶圆生长的衬底。并且和衬底分离的GaN薄膜有可能成为体单晶GaN芯片的替代品。HVPE的缺点是很难精确控制膜厚,反应气体对设备具有腐蚀性,影响GaN材料纯度的进一步提高。
  3.选择性晶圆生长或侧向晶圆生长技术
  采用这种技术可以进一步减少位错密度,改善GaN晶圆层的晶体质量。首先在合适的衬底上(蓝宝石或碳化硅)沉积一层GaN,再在其上沉积一层多晶态的 SiO掩膜层,然后利用光刻和刻蚀技术,形成GaN窗口和掩膜层条。在随后的生长过程中,晶圆GaN首先在GaN窗口上生长,然后再横向生长于SiO条上。
  4.悬空晶圆技术(Pendeo-epitaxy)
  采用这种方法可以大大减少由于衬底和晶圆层之间晶格失配和热失配引发的晶圆层中大量的晶格缺陷,从而进一步提高GaN晶圆层的晶体质量。首先在合适的衬底上( 6H-SiC或Si)采用两步制程生长GaN晶圆层。然后对晶圆膜进行选区刻蚀,一直深入到衬底。这样就形成了GaN/缓冲层/衬底的柱状结构和沟槽交替的形状。然后再进行GaN晶圆层的生长,此时生长的GaN晶圆层悬空于沟槽上方,是在原GaN晶圆层侧壁的横向晶圆生长。采用这种方法,不需要掩膜,因此避免了GaN和腌膜材料之间的接触。
  5.研发波长短的UV LED晶圆材料
  它为发展UV三基色荧光粉复合物,也生成了白光。