LED晶片芯片制程与教程
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LED芯片制作流程
双气流MOCVD生长GaN装置
MOCVD
MOCVD 英国Thomas Swan公司制造，具有世界先进水平的商用金属有机源汽相 外延(MOCVD)材料生长系统，可用于制备以GaN为代表的第三代半导体 材料 第一代-Ge、Si半导体材料 第二代-GaAs、 InP化合物半导体材料 第三代-SiC、金刚石、GaN等半导体材料
优点 晶格匹配，容易生长出较好的材料 不足 吸收光子
蓝宝石Al2O3衬底
优点 化学稳定性好 不吸收可见光 价格适中 制造技术相对成熟 不足 导电性能差 坚硬，不易切割 导热性差
SiC衬底
优点 化学稳定性好 导电性能好 导热性能好 不吸收可见光
不足 价格高 晶体品质难以达到Al2O3和Si那么好 机械加工性能比较差 吸收380 nm以下的紫外光，不适合用来研发380 nm以下紫外 LED 目前国际上能提供商用的高品质的SiC衬底的厂家只有美国CREE 公司。
裂片
裂片前我们在片子上贴一层玻璃纸，防止裂片时刀对管芯的破坏。
裂 片 设 备
扩膜
把裂片后直径为两英寸的片子扩成三英寸，便于后序的分拣工作
测试分拣
测试 VF（正向电压） IR（反向漏电流） WLD（波长） 分拣
LOP（光输出）
经过分拣的芯就可以进行封装，成为一个个的LED.
以上就是LED芯片制作的一般过程，不同厂家的芯片在制程上可能 有一些差别
又称外延炉），再通入III、II族金属元素的烷基化合物（甲基或乙基化物） 蒸气与非金属(V或VI族元素）的氢化物（或烷基物）气体，在高温下，
发生热解反应，生成III-V或II-VI族化合物沉积在衬底上，生长出一层厚
度仅几微米（1毫米＝1000微米）的化合物半导体外延层。长有外延层 的GaN片也就是常称的外延片。
LED晶片工艺制程
lm/sr = candela (cd)
立体角:
Solid angle: sr = 2 (1 - cos(θ/2))
如何理解光通量(Lumen)和发光强度(Mcd)
市场上:
470nm LED: 3000mcd (20mA)
P*62.139(lm)/Sr(15Deg)=3cd P*62.139/0.0537=3cd P=0.00259W=2.58mW
LED工艺简介
LED 发光管是怎样练成的
Sapphire 蓝宝石
2-inch
衬底材料 生长或购
买衬底
芯片切割 芯片加工
LED结构 MOCVD生长
器件封装
衬底片
氮化物LED发光管的器件结构及发光机理
electrons
N 欧姆 接触
P 欧姆接触
电子空穴 复合发光
蓝宝石或碳化硅
MOCVD外延
p-GaN
N-GaN 缓冲层
蓝宝石
MQW
第一步 清洗
金属离子
有机物
第二步n区光刻
刻蚀
Cl2+Bcl3+Ar
去胶
3#液
p电极蒸发
P电极光刻
P#43;酒精
P电极合金 O2
N电极光刻
N电极蒸发
N剥离
N退火
N2
P压焊点光刻
P压焊点蒸发
P压焊点剥离
气体，功率
钝化层沉积
钝化层光刻
钝化层刻蚀
钝化层去胶
丙酮
中道终测检验
减薄
划片
裂片
扩膜
▪ 划片,裂片工作流程图
划片前晶片背面
划片后背面
划片后,侧视图 裂片后,侧视图
扩膜后,正视图
led产品芯片制备流程
led产品芯片制备流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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LED芯片制造的工艺流程
1、蓝宝石作为衬底的LED芯片
芯片也叫晶粒
二、LED芯片衬底材料的选用
1、蓝宝石作为衬底存的一些问题
（1）晶格失配和热应力失配，这会在外延层 中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺 造成困难。 （2）无法制作垂直结构的器件，因为蓝宝石 是一种绝缘体，常温下的电阻率大于 1011Ω·cm。
二、LED芯片衬底材料的选用
2、MOCVD设备
MOCVD——金属有机物化学气相淀积（MetalOrganic Chemical Vapor Deposition）
一、LED芯片制造设备
3、光刻机
一、LED芯片制造设备
3、光刻机
一、LED芯片制造设备
4、刻蚀机
一、LED芯片制造设备
5、离子注入机
一、LED芯片制造设备
一、LED芯片制造设备
2、国产MOCVD设备指标
生产能力：2’’（1英寸=25.4mm）基片， 6片/批； 基片温度及精度：300~1200±1℃； 升温速度：10 ℃/s； 载片台转速：10~200rpm（转数/分）； 反应室压控范围：0.01~0.13Mpa； 界面友好，操作简单。
1、蓝宝石作为衬底存的一些问题
（3）成本增加：
通常只能在外延层上表面制作n型和p型电极。在上表 面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增 加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料 利用率降低。 GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容 易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备。 蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金 刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行 减薄和切割（从400nm减到100nm左右）。
详细解读LED芯片的制造工艺流程
详细解读LED芯片的制造工艺流程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 andFinal 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，。
【精品】LED晶片、芯片及制造工艺流程PPT课件
芯片晶粒种类表
晶粒种类 类别 颜色 波长 结构
红
高亮度红 橙 高亮度橙
645nm~655nm
630nm~645nm 605nm~622nm
AlGaAs/GaAs
AlGaInP/GaAs GaAsP/GaP AlGaInP/GaAs
黄
可见光 高亮度黄 黄绿 高亮度黄绿
585nm~600nm
GaAsP/GaP
芯片按组成元素可分为：
☆ 二元晶片(磷﹑镓)：H﹑G等；
☆ 三元晶片(磷﹑镓 ﹑砷)：SR(较亮红色GaA/AS 660nm)、 HR (超亮红色 GaAlAs 660nm)、UR(最亮红色GaAlAs 660nm)等；
☆ 四元晶片(磷﹑铝﹑镓﹑铟)：SRF( 较亮红色 AlGalnP )、HRF(超亮红色 AlGalnP)、URF(最亮红色 AlGalnP 630nm)、VY(较亮黄色GaAsP/GaP 585nm)、 HY(超亮黄色 AlGalnP 595nm)、UY(最亮黄色 AlGalnP 595nm)、UYS(最亮黄色 AlGalnP 587nm)、UE(最亮桔色 AlGalnP 620nm)、HE(超亮桔色 AlGalnP 620nm)、 UG (最亮绿色 AIGalnP 574nm) LED等。
Chip Size： 14mil×14mil±0.5mil Emitting Area： 12mil×12mil±0.5mil Bonding Pad : 3.8mil±0.5mil Chip Thickness： 7mil±0.5mil Electrode material ：Au 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Cathode N-Cladding CART MQW* P-Cladding Transparent layer Reflective layer Substrate Anode
LED芯片制造的工艺流程课件
长寿命
LED芯片的使用寿命长，可达到 数万小时，减少了更换灯具的频
率和维护成本。
多样化设计
LED芯片可以制作成各种形状和 大小，方便应用于各种照明场景，
满足不同的设计需求。
显示领域
高亮度
LED芯片能够产生高亮度，使得显示屏幕在强光下 也能清晰可见。
色彩鲜艳
LED芯片可以发出多种颜色的光，使得显示屏幕能 够呈现更加鲜艳和真实的色彩。
详细描述
封装与测试阶段包括将LED芯片粘贴到散热基板上，然后进行必要的焊接和引脚连接。最后进行性能 测试，如亮度、色温、稳定性等，以确保产品符合规格要求。这一阶段也是对前面工艺流程质量的最 终检验。
03
LED芯片制造的关键技术
MOCVD技术
MOCVD技术是制造LED芯片的核心技术之一，它通过将金属有机物和气 相化合物输送到反应室内，在衬底表面进行化学反应，形成所需的薄膜。
可靠性和稳定性。
改进封装工艺
02
通过改进封装工艺，降低封装成本，提高产品的质量和一致性。
强化测试环节
03
对外延片、芯片、封装品等各个阶段进行严格的质量检测和控
制，确保产品的性能和质量。
05
LED芯片制造的应用与前景
照明领域
节能环保
LED芯片具有高效节能和环保的 特点，能够替代传统照明灯具， 降低能源消耗和减少环境污染。
LED芯片的特点
LED芯片具有高效、节能、环保、寿命长等优点，广泛应用于照明、显示、指 示等领域。
LED芯片制造的重要性
推动产业发展
满足市场需求
LED芯片制造是LED产业的核心环节， 其技术水平和产能直接决定了整个 LED产业的发展水平。
随着人们对LED照明和显示需求的增 加，LED芯片制造能够满足市场对高 效、节能、环保照明产品的需求。
LED芯片制造工艺流程
2、光刻机
3、刻蚀机
4、离子注入机
5、清洗机
6、划片机
同一功能有 不同型号设 备选择
7、芯片分选机
LED芯片的制造
从以上的的仪器设备可以看出，LED芯片的制 造依靠大量的设备，而且有些设备价格昂贵。
LED芯片质量依赖于这些设备和操作这些设备 的人员。
设备本身的制造也是LED生产的上游产业，一 定程度上反映国家的光电子的发展水平。
2008年7月24日，中国（深圳）国际半导体照明展览 会期间， “MOCVD技术国际短期培训班”。最新的 MOCVD技术。 “GaN基发光二极管结构表征方法” “基于MOCVD生产的高功率光电子器” “MOCVD硬件及维护” “用于产品监测的光学在位测量技术发展近况”
设备的操作与维护及其重要
1、蓝宝石作为衬底存的一些问题
（1）晶格失配和热应力失配，这会在外延层中 产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造 成困难。
（2）无法制作垂直结构的器件，因为蓝宝石是 一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·cm。
1、 蓝（3宝）成石本作增加为：衬底存的一些问题
通常只能在外延层上表面制作n型和p型电极。在 上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少， 同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程， 结果使材料利用率降低。
更一般的情况，任何半导体器件最终都要通过 电极引线与外部电路相连接。
1、欧姆接触电阻
定义：电极金属与半导体接触部分——电极， 电流-电压（I-V）呈现线性关系，线性关系比 值R=U/I，因此相当于一个阻值很小的电阻， 称为欧姆接触电阻。
欧姆电阻对LED器件的影响：欧姆电阻与内部 pn结串联→如果欧姆电阻大，则LED正向工 作电压大，注入效率低→器件发热、亮度下降， 寿命缩短。
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可见发光二极管
目前常见之LED大约可归纳为4种 ①GaP/GaAsP系LED (Gap:红680nm、黄绿575nm GaAsP:黄光585nm、630橘光、 650红光)
②ALGaAs系LED
(红660nm)
③ALINGaP系LED
(绿光560nm、琥珀光590nm、橘红光625nm)
④GaN系LED
基座
基座
基座
(Diffusion)
基座
晶粒 固晶焊線 封裝
张鹏志 13751126416 QQ：7161150
半导体的特性
1.晶格(lattice) 原子在晶体中周期性的排列称为晶格,而晶格所含之排列周期性的的空间称为单胞( 晶格决定了晶体的材料性质,也决定光电特性.
固体材料依其结晶性, 可分为三种: ①非晶(amophous) ②多晶(poly-crystalline) ③单晶(single crystal).
㈡外部量子效率
影响外部量子效率的因素有三种；
a：费莱斯涅乐损失（FRESNL LOSS）
LED所发身的光子必需由半导体进入空气，因此光子必须传输
穿越二者
之间的界面，其中一部分光会透射进入空气，一部份光被反射回
半导体。
b：临界角损失
考虑光子傾斜入射界面情形，即折射。
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量子效率 % 24 16 10 11 10 7.5 3.5 5.3 5 0.3 0.3 0.02
磊晶法
MOCVD LPE
MOCVD MOCVD MOCVD MOCVD MOCVD
MBE LPE LPE VPE CVD
元件形成
DH DH DH MQW MQW DH MQW DH SH SH SH SH
N
•GaAsP系LED,以气相磊晶技术VPE 磊晶
①585nm黄光
②630nm橘光
③650nm红光
P
n-GaAsP n-GaAsp
GaAs P 组成想渐变层
GaP基板
N
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AlGaAs系LED
按结构分为(a)单异质结构SH、(b)双异质结构DH和(c)双行双异质结构
②布吉曼水平式长晶法 (HB)
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③垂直梯度冷却式长晶法(VGF)
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三种长晶法的对比
VGF
HB
晶片缺陷
非常少
少
应用
低
中等
均匀性
好
差
尺寸可增加性 好
差
LEC 高
高
劣 好
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(紫光400nm、蓝光470nm、绿光525nm)
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GaP/GaAsP系LED
•GaP 680nm 红光(液相磊晶 LPE磊晶) GaP 570nm 黄绿光(液相磊晶 LPE磊晶)
P
P-Gap:Zn,0 N-GaP:Te N-GaP:S基板
N
P
P-Gap:Zn.N N-GaP:S.N N-GaP：S基板
(GaAs) ③二-六族化合物 如: 硒化锌
(ZnSe) ④四-六族化合物 如: 硫化铅
(PbS)
若周依期构成元II 素的数I量II 分,化合I物V 半导体也V 可分成为V:I
2
硼B
碳C
氮 N①二元化氧 合O 物半导体
镓(G3aAs) 镁 Mg
铝 A1
矽 Si
磷P
硫S
4
锌 Zn
镓 Ga
锗 Ge
砷 As②三元化硒 S合e 物半导体
封装
将单晶棒锯切成片状晶圆,并加以抛光处理
以各种磊晶技术(如MOCVD),将LED结构成长在晶圆上
利用金属化制程,蚀刻制程和微影制程,制作电极图案
将磊晶晶圆减薄到期望厚度(一般基板减至220~250μm, 蓝宝石基板为80μm),并切成晶粒.
固晶、焊线、封胶、分光、TYPING等
张鹏志 13751126416 QQ：7161150
ALInGaP系LED
此系列包括560nm绿光,590nm琥珀光,625nm橘红光,以MOCVD磊晶技术成长
P-GaP：Mg P-AlInGaP:Mg
AlInGaP/InGaP MQW n-AlInGaP:Si
AlGaAs/GaAs DBR GaAs基板
多重量子井(Multiple-Quantum Well,MQW) 布拉格反射镜 (Distributed Brag Reflector,DBR)
LED 的晶片制程
LED的主要制程可以分为三个阶段:前段、中段、后段（也称：上游、中游、下游。专业术语 为：材料生长、芯片制作、器件封装）
原料开始
Ga/As 原料合成
上
多晶半导体
蒸馏还原，形成GaAs多晶
游
单晶成长
以各种长晶法(如柴氏长晶法),成长GaAs单晶棒(ingot)
中 游 游下
晶圆(基板) 磊晶生长 晶片制作 晶粒制作
DDH
N
n-ALGaAs p-AlGaAs p-GaAs基板
N
n-AlGaAs局限层
n-AGlGaAaAssp活性层
p-AlGaAs局限层 p-GaAs基板
P (a)单异质结构SH
(b)双异质结构DPH
p-AlGaAs局限层
AlGaAs 活性层 n-nG-AaAlGsapAs 局限层 n-AlAs 蚀刻层
微影制程(光罩,蚀刻)
光源(汞弧光灯)
㈠投影曝光法 ㈡光罩 ㈢光阻(正,负光阻
法)
基板
光罩
基板
正光阻法
镀着在玻璃上 的金属膜图案
光阻
负光阻法
基板
张鹏志 13751126416 QQ：7161150
研磨制程
半导体基板或晶圆厚度为350~430UM，为方便切割及减 少串联电阻，
需磨到220~250UM（一般）或85UM（艺宝石），有二种方式
型
及绿色荧光粉
高,光色及色温可调
晕现象,但较不明显
UV-LED配合红、绿、 兰三色荧光粉
备注
晶片电极制作
金属化制程
①热阻式蒸镀 用于取低溶点的金属,如铝(AL)、金(AU)、镍（NI）
②电子枪蒸镀 (右图) 目前LED制程最普遍使用
③电浆溅镀(PLasma) 广泛应用于半导体制程
金属气
晶圆
坩锅
电子束 金属
电子束产生器
抽真空
张鹏志 13751126416 大电流 QQ：7161150
AIGaAs INGaAs AIGaSb
①三氯化物气相磊晶法 ②氢化物气相磊晶法
热分解反应磊晶技术
超高真空下,以蒸馏用 分子束形式磊晶
张鹏志 13751126416 QQ：7161150
材料
颜色
AlGaInP
红
AlGaAs
红
AlGaInP
琥珀
InGaN
兰色
InGaN
绿色
InGaN
UB
InGaN
琥珀
①非晶 ③单晶
张鹏志 13751126416 QQ：7161150
②多晶
2.晶体结构 ①闪锌矿结构为立方晶系,如砷化镓(GaAs) ②纤维锌矿结构为立方晶系,有二个晶格常数(a,b),如氮化镓(GaN)
张鹏志 13751126416 QQ：7161150
3.能隙(Energy Gap 或 Band Gap)
产生方式
优点
缺点
多晶 型
红、绿、兰 三色 LED
高发光效率,光色可调
须三种晶片,各晶片需有个别 电路,衰减及寿命不同,成本
高
兰色LED配合黄色 荧光粉
单一晶片即可发白光,成本低, 制作简单
发光效率低,演色性差,不同 输出电流使光色改变,容易有
光色不均匀之月晕现象
单晶 兰色LED配合红色 光谱为三波长分布,演色性较 光色随电流而改变可能有月
磊晶
磊晶在半导体的应用,指在某一晶格上成长另一完整排列的晶格,其系统主 要包含4部份。
①材料供应系统 ②加热系统 ③真空系统 ④气体供应系统和成长反应腔 目前常见的磊晶技术：
a:液相磊晶法 LPE b:气相磊晶法 VPE c:有机金属化学气相沉渍法 MOCVD d:分子束磊晶法 MBE
张鹏志 13751126416 QQ：7161150
InGaN/GaN MQW GaN 成核层
P
P-GaN N-GaN 蓝宝石基板
Ni/Au TCL
N
Ti/Al/Ti/Au 焊
接垫
备注:改变活性层InXGa1-XN的值,就可以改变LED的发光波长, X值越大,发光波长越大, 0≤X ≤ 1
张鹏志 13751126416 QQ：7161150
白光发光LED
真空(TORR) 成长
成长速率 磊晶品质 表面形成 实用性
生产品
制程
LPE
VPE
MOCVD
MBE
760 低 快 很好 佳 差 GaP GaAs INGaP
倾斜冷却成长法
760
10ˉ2
≤10ˉ9
贵
昂贵
昂贵
快
慢
很慢
好
很好
很好
佳
佳
佳
差
佳
佳
Gap.GaN 厚膜 > 10μm
AIGaInP INGaAsP
GaN
1.研磨法 2.切割法
切割制程
冷却水
a.轮刀式轮切刀 割法