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1、 LED芯片制程LED的发光原理发光二极管是由-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
2、，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m以内产生。 理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度g有关，即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3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。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：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
3、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电极双电极芯片的生产工艺：（）长晶（CRYSTALGROWTH）： 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 99.9999 99999 %，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
4、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。（）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)。 （）边缘研磨（EDGEGRINDING）：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
5、)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。 （）研磨（LAPPING）与蚀刻（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(Polishing Pad)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
6、屑或有机杂质，再以去离子纯水冲洗吹干，准备进入植入电路制程。（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（PACKING）：通过检验的芯片以特殊设计的容器包装，使芯片维持无
7、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)指基板以外依组件制程需要沉积的薄膜材料，其原理可分为：() 液相磊晶 (Liquid Phase Epitoxy，LPE)LPE 的晶体成长是在基板上将熔融态的液体材料直接和芯片接触而沉积晶膜，特别适用于化合物半导体组件，尤其是发光组件。 () 气相磊晶 (Vapor Phase Epitoxy，VPE)VPE 的原理是让磊晶原材料以气体或
8、电浆粒子的形式传输至芯片表面，这些粒子在失去部份的动能后被芯片表面晶格吸附 (Adsorb)，通常芯片会以热的形式提供能量给粒子，使其游移至晶格位置而凝结 (Condensation)。在此同时粒子和晶格表面原子因吸收热能而脱离芯片表面称之为解离 (Desorb)，因此 VPE 的程序其实是粒子的吸附和解离两种作用的动态平衡结果，如下图所示。VPE 依反应机构可以分成 () 化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition，CVD) 和 () 物理气相沉积 (Physical Vapor Deposition，PVD) 两种技术。 CVD 大致是应用在半导体晶膜和氧化层的成长
9、。 PVD 主要适用于金属接点联机的沉积。() 分子束磊晶 (Molecular Beam Epitoxy，MBE)MBE 是近年来最热门的磊晶技术，无论是 III-V、II-VI 族化合物半导体、Si 或者 SixGe1-x等材料的薄膜特性，为所有磊晶技术中最佳者。MBE 的原理基本上和高温蒸镀法相同，操作压力保持在超真空 (Ultra High Vacuum，UHV) 约 10-10 Toor 以下，因此芯片的装载必须经过阀门的控制来维持其真空度。 微影(Lithography)微影 (Lithography) 技术是将光罩 (Mask) 上的主要图案先转移至感光材料上，利用光线透过光罩照
10、射在感光材料上，再以溶剂浸泡将感光材料受光照射到的部份加以溶解或保留，如此所形成的光阻图案会和光罩完全相同或呈互补。由于微影制程的环境是采用黄光照明而非一般摄影暗房的红光，所以这一部份的制程常被简称为黄光。 为了加强光阻覆盖的特性，使得图转移有更好的精确度与可靠度，整个微影制程包含了以下七个细部动作。() 表面清洗：由于芯片表面通常都含有氧化物、杂质、油脂和水分子，因此在进行光阻覆盖之前，必须将它先利用化学溶剂 (甲醇或丙酮) 去除杂质和油脂，再以氢氟酸蚀刻芯片表面的氧化物，经过去离子纯水冲洗后，置于加温的环境下数分钟，以便将这些水分子从芯片表面蒸发，而此步骤则称为去水烘烤 (Dehydrat
11、ion Bake)，一般去水烘烤的温度是设定在 100200 oC 之间进行。()涂底 (Priming)：用来增加光阻与芯片表面的附着力，它是在经表面清洗后的芯片表面上涂上 一层化合物，英文全名为Hexamethyldisilizane(HMDS)。HMDS 涂布的方式主要有两种，一是以旋转涂盖 (Spin Coating)，一是以气相涂盖 (Vapor Coating)。前者是将 HMDS 以液态的型式，滴洒在高速旋转的芯片表面，利用旋转时的离心力，促使 HMDS 均匀涂满整个芯片表面；至于后者则是将 HMDS 以气态的型式，输入放有芯片的容器中，然后喷洒在芯片表面完成 HMDS 的涂布。
12、()光阻覆盖：光阻涂布也是以旋转涂盖或气相涂盖两种的方式来进行，亦即将光阻滴洒在高速旋转的芯片表面，利用旋转时的离心力作用，促使光阻往芯片外围移动，最后形成一层厚度均匀的光阻层；或者是以气相的型式均匀地喷洒在芯片的表面。()软烤 (Soft Bake)：软烤也称为曝光前预烤 (Pre-Exposure Bake) 在曝光之前，芯片上的光阻必须先经过烘烤，以便将光阻层中的溶剂去除，使光阻由原先的液态转变成固态的薄膜，并使光阻层对芯片表面的附着力增强。()曝光：利用光源透过光罩图案照射在光阻上，以执行图案的转移。()显影：将曝光后的光阻层以显影剂将光阻层所转移的图案显示出来。()硬烤：将显影制程后
13、光阻内所残余的溶剂加热蒸发而减到最低，其目的也是为了加强光阻的附着力，以便利后续的制程。氧化（Oxidation）氧化(Oxidation)是半导体电路制作上的基本热制程。氧化制程的目的是在芯片表面形成一层氧化层，以保护芯片免于受到化学作用和做为介电层(绝缘材料)。 扩散（Diffusion）扩散(Diffusion)是半导体电路制作上的基本热制程。其目的是藉由外来的杂质，使原本单纯的半导体材料的键结型态和能隙产生变化，进而改变它的导电性。 蝕刻（Etching）泛指将材料使用化学或物理方法移除的意思，以化学方法进行者称之为湿式蚀刻(WetEtching)，是将芯片浸没于化学溶液中，因为化学溶
14、液与芯片表面产生氧化还原作用，而造成表面原子被逐层移除；以物理方法进行蚀刻程序称之为干式蚀刻 (Dry Etching)，主要是利用电浆离子来轰击芯片表面原子或是电浆离子与表面原子产生化合反应来达到移除薄膜的目的。金属联机金属联机制程是藉由在硅晶块 (Die) 上形成薄金属膜图案，而组成半导体组件间的电性的连接。以奥姆式接触 (Ohmic Contact) 而言，金属直接和硅表面接触，且在硅表面形成一金属 / 硅的界面，当金属沉积覆盖整个晶圆表面时，藉由蚀刻去掉不需存留的金属，形成组件间彼此的连接。对于晶块与外部电路的连接，硅表面金属端会制作一极大面积的焊垫 (Bonding Pad)，以作为线焊 (Wire Bond) 的端点。
