外延工艺简介

外延工艺的研究

毕业论文外延工艺的研究系电子信息工程系专业微电子技术姓名张班级微电学号1003318 指导教师张职称讲师设计时间2012.9.19－2013.1.4

外延工艺的研究目录摘要............................................................................................................................................................ - 3 - 关键词........................................................................................................................................................ - 3 - 第一章引言............................................................................................................................................ - 4 - 第二章外延工艺概念.............................................................................................................................. - 5 - 2.1 什么是外延................................................................................................................................. - 5 - 2.2 外延的分类................................................................................................................................. - 6 - 2.2.1 气相外延. (6) 2.2.2 液相外延.......................................................................................................................... - 6 - 2.2.3 固相外延.......................................................................................................................... - 6 - 2.2.4 分子束外延...................................................................................................................... - 6 - 2.3 外延片的应用............................................................................................................................. - 7 - 第三章外延片的制备............................................................................................................................ - 7 - 第四章外延片质量测试.......................................................................................................................... - 8 - 第五章外延的发展趋势........................................................................................................................ - 10 -结语 (12) 参考文献.................................................................................................................................................. - 12 -

MOCVD的外延片技术研究报告和工艺流程!

MOCVD市场研究报告刘根第一章引言 (2) 第二章LED概述 (2) 第一节LED简介 (2) 第二节LED发光原理 (3) 一、P-N结 (3) 二、LED发光原理 (3) 第三章LED产业链 (4) 第一节LED产业链概述 (4) 第二节LED上游 (4) 一、LED外延片生长 (5) 二、MOCVD机台制造LED之介绍 (6) 三、MOCVD工艺流程图 (11) 第三节LED下游 (11) 一、LED芯片封装形式 (11) 第四章LED的应用12 第五章市场分析 (13) 第一节客户概况..................................................................... .13 第二节原材料厂商. (15) 2010年9月4日

第一章引言半导体技术已经改变了世界，半导体照明技术将再一次改变我们的世界。作为一种全新的照明技术，LED是利用半导体芯片作为发光材料、直接将电能转换为光能的发光器件。自20世纪60年代世界第一个半导体发光二极管诞生以来，LED照明由于具有寿命长、节能、色彩丰富、安全、环保的特性，被誉为人类照明的第三次革命。我国是世界照明电器第一大生产国、第二大出口国，半导体照明产业有很强的产业基础，而且政策明确表示对行业的支持，因此未来我国LED将面临巨大的发展机遇。中国的LED产业2003年以来快速发展，已覆盖外延、芯片、封装、应用产品等上下游产业链，“一头沉”的状态正在发生改变，中国LED上游产业得到了较快的发展，其中芯片产业发展最为引人注目。从产业规模看，2006年中国LED产业包括了衬底、外延、芯片、封装四个环节。其中，封装仍是中国LED产业中最大的产业链环节，但产值所占比例相对以前有了很大的改善，并在将来的发展中，芯片（MOCVD）占的比重将持续得到提升，封装环节占的比重将逐年下降。中国LED产业结构正在由较低端的封装转向附加值更高、更具核心价值的芯片（MOCVD）环节。第二章LED概述第一节LED简介 LED（Light Emitting Diode），中文名：发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。当初多用作为指示灯、显示板等；随着白光LED的出现，也被用作照明。它被誉为21世纪的新型光源，具有效率高，寿命长，不易破损等传统光源无法与之比较的优点。加正向电压时，发光二极管能发出单色、不连续的光，这是电致发光效应的一种。改变所采用的半导体材料的化学组成成分，可使发光二极管发出在近紫外线、可见光或红外线的光。 LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。

外延工艺

1.外延片指的是在衬底上生长出的半导体薄膜,薄膜主要由P型，量子阱，N型三个部分构成。现在主流的外延材料是氮化镓(GaN),衬底材料主要有蓝宝石，硅，碳化硅三种，量子阱一般为5个，通常用的生产工艺为金属有机物气相外延(MOCVD)。这是LED产业的核心部分，需要较高的技术以及较大的资金投入(一台MOCVD一般要好几千万)。 2.外延片的检测一般分为两大类: 一是光学性能检测，主要参数包括工作电压，光强，波长范围，半峰宽，色温，显色指数等等，这些数据可以用积分球测试。二是可靠性检测，主要参数包括光衰，漏电，反压，抗静电，I-V曲线等等，这些数据一般通过老化进行测试。 3.需要指出的是，并没有白光LED芯片，只有白光LED灯珠/管，即需要进行封装才能获得白光小LED灯，也叫灯珠，管子。白光LED一般通过两种途径获得：一是通过配光，将红绿蓝三色芯片进行配比封装获得白光LED. 二是通过荧光粉转换蓝光LED，从而获得白光LED. 芯片的制造过程可概分为晶圆处理工序（Wafer Fabrication）、晶圆针测工序（Wafer Probe）、构装工序（Packaging）、测试工序（Initial Test and Final Test）等几个步骤。其中晶圆处理工序和晶圆针测工序为前段（Front End）工序，而构装工序、测试工序为后段（Back End）工序。 1、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）。 4、测试工序：芯片制造的最后一道工序为测试，其又可分为一般测试和特殊测试，前者是将封装后的芯片置于各种环境下测试其电气特性，如消耗功率、运行速度、耐压度等。经测试后的芯片，依其电气特性划分为不同等级。而特殊测试则是根据客户特殊需求的技术参数，从相近参数规格、品种中拿出部分芯片，做有针对性的专门测试，看是否能满足客户的特殊需求，以决定是否须为客户设计专用芯片。经一般测试合格的产品贴上规格、型号及出厂日期等标识的标签并加以包装后即可出厂。而未通过测试的芯片则视其达到的参数情况定作降级品或废品。

LED外延片及其生长工艺介绍

旺盛的需求也刺激着LED芯片核心生产设备———MOCVD朝着低成本、高性能、高产能的方向发展。MOCVD设备是LED产业发展的最关键设备，对LED产业发展具有举足轻重的作用，目前，世界范围内能够生产这一设备的企业也不过3到5家，主要包括德国爱思强(Aixtron，70%国际市场占有率)、英国托马仕雯(ThomasSwan，被Aixtron收购)、美国维易科(Veeco，20%国际市场占有率)、美国Emcore(被Veeco收购)、日本大阳酸素(Sanso，7%国际市场占有率，主要在本国销售)。我国也有几个单位研制了MOCVD设备，也出过样机供使用单位试用，但不知为什么就没有进展下去。外延芯片核心设备MOCVD)在广东昭信半导体装备制造有限公司成功下线。国内LED厂家所需的设备必须进口，而此类设备每台约需1500万元，购置成本约占整个LED生产线成本的2/3。早期在小积体电路时代，每一个6吋的外延片上制作数以千计的芯片，现在次微米线宽的大型VLSI,每一个8吋的外延片上也只能完成一两百个大型芯片。外延片的制造虽动輒投资数百亿，但却是所有电子工业的基础。硅晶柱的长成，首先需要将纯度相当高的硅矿放入熔炉中，并加入预先设定好的金属物质，使产生出来的硅晶柱拥有要求的电性特质，接着需要将所有物质融化后再长成单晶的硅晶柱，以下将对所有晶柱长成制程做介绍：长晶主要程式： 1、融化（M EL t Down）此过程是将置放于石英坩锅内的块状复晶硅加热制高于摄氏1420度的融化温度之上，此阶段中最重要的参数为坩锅的位置与热量的供应，若使用较大的功率来融化复晶硅，石英坩锅的寿命会降低，反之功率太低则融化的过程费时太久，影响整体的产能。 2、颈部成长（Neck Growth）当硅融浆的温度稳定之后，将方向的晶种渐渐注入液中，接着将晶种往上拉升，并使直径缩小到一定（约6mm），维持此直径并拉长10-20cm,以消除晶种内的排差（dislocation），此种零排差（dislocation-free）的控制主要为将排差局限在颈部的成长。 3、晶冠成长（Crown Growth）长完颈部后，慢慢地降低拉速与温度，使颈部的直径逐渐增加到所需的大小。 4、晶体成长（Body Growth）利用拉速与温度变化的调整来迟维持固定的晶棒直径，所以坩锅必须不断的上升来维持固定的液面高度，于是由坩锅传到晶棒及液面的辐射热会逐渐增加，此辐射热源将致使固业介面的温度梯度逐渐变小，所以在晶棒成长阶段的拉速必须逐渐地降低，以避免晶棒扭曲的现象产生。 5、尾部成长（Tail Growth）当晶体成长到固定（需要）的长度后，晶棒的直径必须逐渐地缩小，直到与液面分开，此乃避免因热应力造成排差与滑移面现象。

MOCVD外延生长技术简介

MOCVD外延生长技术简介摘要：MOCVD外延技术是国内目前刚起步的技术，本文主要介绍外延的基本原理以及目前世界上主要外延生产系统的设计原理及基本构造。外延生长的基本原理是，在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有红宝石和SiC两种）上，气态物质In,Ga,Al,P有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。 MOCVD 金属有机物化学气相淀积（Metal-OrganicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD），1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于GaN（氮化镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。第一章外延在光电产业角色近十几年来为了开发蓝色高亮度发光二极管，世界各地相关研究的人员无不全力投入。而商业化的产品如蓝光及绿光发光二级管ＬＥＤ及激光二级管ＬＤ的应用无不说明了Ⅲ－Ⅴ族元素所蕴藏的潜能，表１－１为目前商品化ＬＥＤ之材料及其外延技术，红色及绿色发光二极管之外延技术大多为液相外延成长法为主，而黄色、橙色发光二极管目前仍以气相外延成长法成长磷砷化镓ＧａＡｓＰ材料为主。ＭＯＣＶＤ机台是众多机台中最常被使用来制造ＬＥＤ之机台。而ＬＥＤ或是ＬＤ亮度及特性的好坏主要是在于其发光层品质及材料的好坏，发光层主要的组成不外乎是单层的ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井ＳｉｎｇｌｅＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ或是多层的量子井ＭｕｌｔｉｐｌｅＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ，而尽管制造ＬＥＤ的技术一直在进步但其发光层ＭＱＷ的品质并没有成正比成长，其原是发光层中铟Ｉｎｄｉｕｍ的高挥发性和氨ＮＨ３的热裂解效率低是ＭＯＣＶＤ机台所难于克服的难题，氨气ＮＨ３与铟Ｉｎｄｉｕｍ的裂解须要很高的裂解温度和极佳的方向性才能顺利的沉积在ＩｎＧａＮ的表面。但要如何来设计适当的ＭＯＣＶＤ机台为一首要的问题而解决此问题须要考虑下列因素：１要能克服ＧａＮ成长所须的高温２要能避免ＭＯＧａｓ金属有机蒸发源与ＮＨ３在预热区就先进行反应３进料流速与薄膜长成厚度均。一般来说ＧａＮ的成长须要很高的温度来打断ＮＨ３之Ｎ－Ｈ的键解，另外一方面由动力学仿真也得知ＮＨ３和ＭＯＧａｓ会进行反应产生没有挥发性的副产物。了解这些问题之后要设计适当的ＭＯＣＶＤ外延机台的最主要前题是要先了解ＧａＮ的成长机构，且又能降低生产成本为一重要发展趋势。

简单的了解(外延工艺)

1.Bake :用大量的氢气生长，对衬底上不需要的东西去掉，使之干净 2.Buffer :连接Al2O3与GaN的中间剂，粘合剂，使片子生长的更好。Buffer ratio反应Buffer的厚度，最好是在2.4—2.7之间，小于2或者大于3就显得太薄或太厚 3.u—G aN:约0.89-1.5 um,在纯H2下生长，是本征不掺杂的GaN,,获得结晶质量好，表面平坦的外延层。 4.超晶格：在N—G aN之前的高低温之间：∮-dopping,其作用是隔断位错，降低缺陷，（现在的程序没有了）在u—G AN 与N—GaN有一层超晶格：SLS其作用与∮-dopping相同 5.N—GaN:约3um(n*0。135)左右，重掺Si，作为电极层，提供电子，（si代替 Ga）其特点一般的生长时间在3000-5000S左右。 ①在N—GaN的上面有掺杂较轻的一层，时间约270S，作用是增加电子的横向导电性，让电流在N电极横向扩展，称之为：current spreading layer （电流扩展层）现改为AL-GaN,使之更亮，与CART相同，使电子减速 ②还有时间约135S，其作用和上述一样，增加纵向扩展 6.CART ：（charge asymmetric resonance tunnel）电荷不对称谐振隧道，约 575S。降低电子速度运行。 7.MQW：多量子阱：包括WELL 和 Barrier ，提高电子和空穴的复合效率厚度范围：Well：约30埃=3nm,barrier :150-160埃=15-16nm Well:外延片的核心部分，电子聚集的地方，在N2中生长，掺In Capping layer: 紧随WELL后面长的一层GaN,其目的是盖入WELL，防止生长Barrier升温时，掺入的In跑掉。 Barrier:使的质量变好，界面平坦。Barrier 温度越高，结晶质量会越好，但温度过高会影响WELL的结构，well中的In会扰动（In→In+N） 7. P- ALGaN: ALN作为栅栏防止电子跑掉，如果P层发光，IV降低，光衰很大 HT-P-ALGaN在全H2高温环境中，AL很容易掺入接触 8．电子阻挡层（blocking layer）：