LED生产流程(非常详细)

综上所述，磁控溅射的基本原理，就是以磁场来改变电子的运动方向，并束缚 和延长电子的运动轨迹，从而提高了电子对工作气体的电离几率和有效地利用 了电子的能量。因此，使正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效。同 时，受正交电磁场束缚的电子，又只能在其能量要耗尽时才沉积在基片上。这 就是磁控溅射具有“低温”，“高速”两大特点的道理。具体应用于 Sputter 磁控溅射中之情形如下图所示。
半导体发光二极管简称 LED,从上世纪六十年代研制出来并逐步走向市场化,其封装技 术也是不断改进和发展。LED 由最早用玻璃管封装发展至支架式环氧封装和表面贴装式封 装,使得小功率 LED 获得广泛的应用。从上世纪九十年代开始,由于 LED 外延、芯片技术上 的突破,四元系 AlGaInP 和 GaN 基的 LED 相继问世,实现了 LED 全色化,发光亮度大大提高, 并可组合各种颜色和白光。器件输入功率上有很大提高。目前单芯片 1W 大功率 LED 已产 业化并推向市场,台湾国联也已研制出 10W 的单芯片大功率 LED。这使得超高亮度 LED 的 应用面不断扩大,首先进入特种照明的市场领域,并向普通照明市场迈进。由于 LED 芯片输
LED 生产流程
LED 芯片的制造工艺流程
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（主要有蓝宝石和、SiC、Si） 上，气态物质 InGaAlP 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 介绍：
金属有机物化学气相淀积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，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。
在 LED 芯片制作过程中，把一些有缺陷的或者电极有磨损的芯片，分捡出来，这些就 是后面的散晶，此时在蓝膜上有一些不符合正常出货要求的晶片，也就自然成了边片或毛 片等。
刚才谈到在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试，对于不符合相关要求的晶圆片 作另外处理，这些晶圆片是不能直接用来做 LED 方片，也就不做任何分检了，直接卖给客 户了，也就是目前市场上的 LED 大圆片（但是大圆片里也有好东西，如方片）。
二、 Sputter（磁控溅镀）原理： 1、Sputter 溅镀定义：在一相对稳定真空状态下，阴阳极间产生辉光放电，极
间气体分子被离子化而产生带电电荷，其中正离子受阴极之负电位加速运动而 撞击阴极上之靶材，将其原子等粒子溅出，此溅出之原子则沉积于阳极之基板 上而形成薄膜，此物理现象即称溅镀。而透过激发、解离、离子化……等反应 面产生的分子、原子、受激态物质、电子、正负离子、自由基、UV 光（紫外 光）、可见光……等物质，而这些物质混合在一起的状态就称之为电浆 （Plasma）。下图为 Sputter 溅镀模型（类似打台球模型）：
此力 通常称为洛伦兹力．此公式称为洛伦兹公式。 根据运动电荷在磁场中的洛伦兹力公式 ，洛伦兹力的大小为： 。 从公式 可以看出，洛伦兹力 的大小不仅和 的大小有关，而且取决于 和 之间
的夹角的正弦 。 当 时， ， 。此时，运动电荷不受磁力作用。 当 时， ， 。此时，运动电荷受到最大磁力作用。洛伦兹力的方向为：服从右 手螺旋法则。运动电荷带电量 的正负不同，即使在均相同的情况下，洛伦兹力 的方向也不同。 当 时， ，即磁场力的方向服从右手螺旋法则。 当 时，，负号说明磁场力的方向在右手螺旋法则规定的反方向。始终运动方向 垂直，故洛伦兹力对运动电荷永不做功,洛伦兹力公式是安培定律的微观形式。
2.2、Sputter 溅镀物理原理： 磁控溅射的工作原理如下图所示；电子在电场 E 作用下，在飞向基板过程中与 氩原子发生碰撞，使其电离出 Ar+和一个新的电子，电子飞向基片，Ar+在电场 作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒 子中，中性的靶原子或分子则淀积在基片上形成薄膜。二次电子 el 一旦离开靶 面，就同时受到电场和磁场的作用。为了便于说明电子的运动情况，可以近似
图一中的母球代表被电离后的气体分子，而红色各球则代表将被溅镀之靶材 （Si、ITO&Ti 等），图二则代表溅镀后被溅射出的原子、分子等的运动情形； 即当被加速的离子与表面撞击后，通过能量与动量转移过程（如图三），低能 离子碰撞靶时，不能从固体表面直接溅射出原子，而是把动量转移给被碰撞的 原子，引起晶格点阵上原子的链锁式碰撞。这种碰撞将沿着晶体点阵的各个方 向进行。同时，碰撞因在原子最紧密排列的点阵方向上最为有效，结果晶体表 面的原子从邻近原子那里得到愈来愈大的能量，如果这个能量大于原子的结合 能，原子就从固体表面从各个方向溅射出来。
LED 芯片的制造工艺流程：
外延片→清洗→镀透明电极层→透明电极图形光刻→腐蚀→去胶→平台图形光刻→干 法刻蚀→去胶→退火→SiO2 沉积→窗口图形光刻→SiO2 腐蚀→去胶→N 极图形光刻→预清 洗→镀膜→剥离→退火→P 极图形光刻→镀膜→剥离→研磨→切割→芯片→成品测试。
其实外延片的生产制作过程是非常复杂的，在展完外延片后，下一步就开始对 LED 外 延片做电极（P 极，N 极），接着就开始用激光机切割 LED 外延片（以前切割 LED 外延片 主要用钻石刀），制造成芯片后，在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试，如图所 示：
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）。
图四为 CPTF 之 Sputter 磁控溅射设备简要模型：电子在交互电场与磁场 E×B 作用下将气体电离后撞击靶材表面，使靶材原子或分子等溅射出来并在管面经 过吸附、凝结、表面扩散迁移、碰撞结合形成稳定晶核。然后再通过吸附使晶 核长大成小岛，岛长大后互相联结聚结，最后形成连续状薄膜。
2、Sputter 溅镀物理原理： 2.1、Sputter 溅镀理论根据详解： 洛仑兹力：实验和理论证明，在磁感强度为 B 的磁场中，电荷为 q、运动速度 为 的带电粒子，所受的磁场力为
LED 制作流程分为两大部分。首先在衬低上制作氮化镓（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炉中完成的。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。MOCVD 是利用气相反应物（前驱 物）及Ⅲ族的有机ห้องสมุดไป่ตู้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。
薄膜制作的应用研究，当初主要为 Bell Lab.及 Western Electric 公司，于 1963 年制成全长 10m 左右的连续溅镀装置。1966 年由 IBM 公司发表高周波溅镀 技术，使得绝缘物之薄膜亦可制作。后经种种研究至今已达“不管基板的材料 为何，皆可被覆盖任何材质之薄膜”目的境地。 而若要制作一薄膜，至少需要有装置薄膜的基板及保持真空状况的道具（内部 机构）。这种道具即为制作一空间，并使用真空泵将其内气体抽出的必要。 一、真空简介： 所谓真空，依 JIS（日本工业标准）定义如下：较大气压力低的压力气体充满 的特定的空间状态。真空区域大致划分及分子运动如下：
Sputter 在辞典中意思为：（植物）溅散。此之所谓溅镀乃指物体以离子撞击 时，被溅射飞散出。因被溅射飞散的物体附著于目标基板上而制成薄膜。在日 光灯的插座附近常见的变黑现象，即为身边最赏见之例，此乃因日光灯的电极 被溅射出而附著于周围所形成。溅镀现象，自 19 世纪被发现以来，就不受欢 迎，特别在放电管领域中尤当防止。近年来被引用于薄膜制作技术效效佳，将 成为可用之物。
电子在正交电磁场作用下的运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子 就以近似摆线形式在靶表面作圆周运动。二次电子在环状磁场的控制下，运动 路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，在该区中电离出 大量的 Ar+离子用来轰击靶材，从而实现了磁控溅射淀积速率高的特点。随着 碰撞次数的增加，电子 e1 的能量消耗殆尽，逐步远离靶面。并在电场 E 的作用 下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传给基片的能量很小，致使基 片温升较低。另外，对于 e2 类电子来说，由于磁极轴线处的电场与磁场平行， 电子 e2 将直接飞向基片，但是在磁极轴线处离子密度很低，所以 e2 电子很 少，对基片温升作用极微。
接下来是对 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。如果晶片清洗不够干净，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 需用弹簧夹固定晶片，因此会产生夹痕（在目检必须挑除）。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。晶片在前 段制程中，各项制程如清洗、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，因此会有晶粒电极刮伤情形发生。
认为：二次电子在阴极暗区时，只受电场作用；一旦进入负辉区就只受磁场作 用。于是，从靶面发出的二次电子，首先在阴极暗区受到电场加速，飞向负辉 区。进入负辉区的电子具有一定速度，并且是垂直于磁力线运动的。在这种情 况下，电子由于受到磁场 B 洛仑兹力的作用，而绕磁力线旋转。电子旋转半圈 之后，重新进入阴极暗区，受到电场减速。当电子接近靶面时，速度即可降到 零。以后，电子又在电场的作用下，再次飞离靶面，开始一个新的运动周期。 电子就这样周而复始，跳跃式地朝着 E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移(见下 图)。简称 E×B 漂移。