LED上游產(chǎn)業(yè)說明課件

1、LED上游製程說明第1頁，共36頁。LED演進LED，發(fā)光二極體(LightEmitting Diode)的簡稱，也被稱作發(fā)光二極管。是一種半導(dǎo)體元件。初時多用作為指示燈、顯示板等；隨著白光發(fā)光二極體的出現(xiàn)，也被用作照明。它是21世紀(jì)的新型光源，具有效高，壽命長，破損的優(yōu)點。1955，美國無線電公司（Radio Corporation of America）的賓布石泰（Rubin Braunstein）生首次發(fā)現(xiàn)砷化鎵(GaAs)及其他半導(dǎo)體合的紅外放射作用。1962，通用電氣公司的尼克何亞克（Nick Holonyak Jr.）開發(fā)出第一種實際應(yīng)用的可光發(fā)光二極體。1993，當(dāng)時在日本日亞化

2、工（Nichia Corporation）工作的中村修二（Shuji Nakamura）發(fā)明基於寬禁帶半導(dǎo)體材氮化鎵（GaN）和銦氮化鎵（InGaN）的具有商業(yè)應(yīng)用價值的光LED。1996由Nichia Corporation開發(fā)出製作白光LED的方法，在光LED(near-UV,波長450 nm 至470 nm)上覆蓋一層淡黃色螢光粉塗層，並從開始用在生產(chǎn)白光LED上。第2頁，共36頁。LED演進兩大應(yīng)用：背光 & 照明第3頁，共36頁。LED產(chǎn)業(yè)簡介第4頁，共36頁。LED產(chǎn)業(yè)簡介第5頁，共36頁。LED上游廠製程說明 磊晶晶粒前段晶粒後段SubstrateEPI WaferEPI Waf

3、erCOWCOWChipCOT第6頁，共36頁。磊晶製程說明MO MOCVD (Metal-organic Chemical Vapor Deposition ) 一般指磊晶機臺EPI Epitaxy 磊晶片(外延片)LED材質(zhì)與發(fā)光範(fàn)圍第7頁，共36頁。磊晶製程說明基板(Substrate)：支撐成長之單晶薄膜，厚度約300350 um。摻質(zhì)(Doping) ：摻入P型(N型)材料改變磊晶層中主要導(dǎo)電載子電洞(電子)濃度。發(fā)光層(Active layer) ：發(fā)光區(qū)，電子與電洞結(jié)合。緩衝層(Buffer layer) ：緩衝磊晶層與基板間因晶格差異而造成缺陷。原料：基板(Substrate)

4、：GaAs,Sapphire,InP有機金屬氣體(MO)如TMA, TMG, TMI其它反應(yīng)氣體：NH3氫化物(Hydride)如PH3, AsH3摻質(zhì)如CP2Mg, DMZn, SiH4磊晶環(huán)境高溫(750C1100C)低壓(10100 Torr)磊晶(Epitaxy)：於單晶基板上沿特定方向成長單晶晶體，並控制其厚度及摻質(zhì)濃度。ReactorSusceptorShowerheadHeater第8頁，共36頁。磊晶製程說明藍綠光 (GaN)- 寶石(sapphire)基板四元 (AlGaInP) GaAs 基板Cassette 第9頁，共36頁。磊晶製程說明PL (光激光量測儀器) WLP

5、avg, WLP std, HW avgEL (電激光量測儀器) WLP avg, IV/PO avg, VF avgPR (反射率量測儀器) PRA, PRRWLP (Peak Wave Length) (峰波長)WLD (Dominant Wave Length) (主波長)HW (Spectrum Line Half Width) (半高寬)IV (Luminous Intensity) (亮度單位)PO (Radiant Power) (亮度單位)VF (Forward Voltage) (順向工作電壓)PRA (PR average)PRR (PR range)CP% IV & WL

6、D透過公式計算所得的值，用以介定磊晶亮度等級第10頁，共36頁。磊晶製程說明系統(tǒng)片號與雷射刻號必須正確對應(yīng)圈別：若磊晶機臺有不同圈別，各項參數(shù)monitor會by 圈別做區(qū)分驗證流程 說明：由同一磊晶run中挑選數(shù)片EPI wafer投入驗證工單(晶粒前段製程)，前段製程結(jié)束後將WAT資料回饋給未投驗證的其他姐妹片作用：由於晶粒前段製程為一不可逆的過程，當(dāng)已使用某一產(chǎn)品品號(chip size)投入晶粒製程後，該片wafer就無法改為其他chip size的產(chǎn)品。磊晶入庫時為了得到較確切的製程預(yù)估資料，可由驗證片的WAT資料推估姐妹片投入至晶粒前段製程後的光電特性結(jié)果，此一結(jié)果將會是生管投片的

7、依據(jù)驗證品號：通常會使用大宗晶粒產(chǎn)品作為驗證品號第11頁，共36頁。晶粒製程說明定義：將磊晶片(Epitaxy wafer)加工成晶粒(Chip)之流程。依作業(yè)流程可分為：前段製程(Chip on wafer；厚片)：黃光、蝕刻、蒸鍍、合金後段製程(Bare chip；裸晶)：研磨、切割、點測、分類、PI第12頁，共36頁。晶粒製程說明 前段第13頁，共36頁。第14頁，共36頁。第15頁，共36頁。第16頁，共36頁。第17頁，共36頁。MESA乾蝕刻MESA黃光導(dǎo)電層合金導(dǎo)線蒸鍍前清洗導(dǎo)電層蒸鍍前清洗導(dǎo)電層黃光導(dǎo)電層蒸鍍導(dǎo)電層濕蝕刻印首頁, run card,Bar code導(dǎo)電層去光阻M

8、ESA去光阻導(dǎo)線蒸鍍導(dǎo)線黃光導(dǎo)線金屬浮離導(dǎo)線去光阻導(dǎo)線 reflow保護層沉積前清洗保護層沉積保護層濕蝕刻保護層黃光保護層去光阻光電性質(zhì)初點測(WAT)點測資料判定外觀判定推拉力測試移轉(zhuǎn)到後製程晶片下線Bar code, 晶片歸盤, 雷射刻號第18頁，共36頁。P-GaN N-GaNP-GaN N-GaNPR(P)P-GaN N-GaNPR(P)P-GaNN-GaNPR(P)P-GaNN-GaNP-GaNN-GaNITOP-GaNN-GaNPR(P)PR(P)P-GaNN-GaNP-GaNN-GaNICP黃光曝光顯影ICP蝕刻去PRITO蒸鍍ITO蝕刻P-GaNN-GaNP-GaNN-GaNP

9、R(N)P-GaNN-GaN曝光顯影NP pad蒸鍍曝光顯影NP pad 黃光第19頁，共36頁。P-GaNN-GaNP-GaNN-GaN浮離去PRSiO2沉積P-GaNN-GaNSiO2P-GaNN-GaNPR(P)P-GaNN-GaNP-GaNN-GaNSiO2黃光曝光顯影SiO2蝕刻去PRP-GaNN-GaNN PadP PadSiO2ITO第20頁，共36頁。前段製程說明黃光作業(yè)使用光罩於曝光後在晶片上產(chǎn)生一顆顆晶粒圖形，如照像及洗照片流程為上光阻曝光顯影薄膜(蒸鍍、沈積)及乾蝕刻(ICP)乾蝕刻：ICP乾式蝕刻機：將P極以乾蝕刻方式去除蒸鍍：電子束蒸鍍機: 以電子束加熱方式將氧化物或

10、金屬蒸鍍到晶片上沈積： PECVD :電漿輔助化學(xué)氣相沉積以氣體方式反應(yīng)生成SiO2 等保護層薄膜溼蝕刻作業(yè)(Bench)晶片清潔 (Wafer Clean)濕蝕刻 (Wet Etching) 將wafer置入一裝有化學(xué)溶液的蝕刻槽中進行。目的就是將沒有被光阻覆蓋及保護的部份，以化學(xué)反應(yīng)的方式來進行侵蝕浮離 (lift-off) 浮離就是在晶片上貼藍膜，讓藍膜把鍍在光阻上的金屬黏住而離開晶片表面。所以沒光阻的地方就會留下蒸鍍後的金屬。第21頁，共36頁。前段量測說明片電阻量測穿透率量測ICP深度量測PR厚度量測SiO2厚度量測Rpp Rnn阻抗量測推拉力測試Life test (壽測) 以長時

11、間的通電檢驗chip的光電特性變化趨勢第22頁，共36頁。晶粒製程說明 後段第23頁，共36頁。第24頁，共36頁。第25頁，共36頁。第26頁，共36頁。第27頁，共36頁。第28頁，共36頁。研磨(GRD) 上蠟(Wax)研磨(Grinding) 拋光(Lapping)切割(SAW) 貼片劃線(Scriber)劈裂(Breaker)測試(Prober) 跳點(WAT) 通常為百分之一點測 全點(MAPPING)分類(SOR) 掃瞄(Scan)分類機(Sorter)目檢(PI)顯微鏡外觀挑檢計數(shù)(Counter)標(biāo)籤(Label)第29頁，共36頁。光電測試條件LED 的正常使用測量條件及各

12、個光電參數(shù)的正常範(fàn)圍.LED 的正常使用條件：If=20mALED 的正常測量條件：If=20mA Vr=5VLED 各個光電參數(shù)的正常范圍：Vf=1.21.6V(紅外發(fā)射管)Vf=1.72.4V(紅色 黃色 黃綠色 橙色LED)Vf=2.83.8V(藍色 紫色 純綠色 白色LED)Ir10A 第30頁，共36頁。點測光電特性IfForward Current 正向電流 單位：mA (毫安) VfForward Voltage 正向電壓 單位：V (伏) IrReverse Current 反向電流 單位：A (微安) VrReverse Voltage 反向電壓 單位：V (伏) VzRev

13、erse Through Voltage反向擊穿電壓 單位：V (伏) dDominant Wavelength主波長 單位：nm (納米) IvLuminous Intensity 發(fā)光強度 單位：mcd(毫坎德拉) PoRadiant Power 發(fā)射功率 單位：mW (毫瓦特) VFForward Voltage 作用是規(guī)定供給LED的電壓. IRReverse Current 避免LED在反向電源供應(yīng)器中漏電流過大而燒毀. pWavelength at peak emission 波峰長. Speeuaal line half-width 作用是代表光的色純度，波寬. d 作用是代表人

14、眼所看到光線的光澤主波長. 第31頁，共36頁。亮度提升方法ITO 透明電極 Current spreadingCB Current BlockingDBR (distributed Bragg reflector 分布布拉格反射)PSS Pattern Sapphire Substrate外購自製必備機臺：Stepper / Overlay / CDSEM / EtcherSide wall etching側(cè)蝕壁SD Laser (隱形切割Stealth Dicing)Vertical structure第32頁，共36頁。製造系統(tǒng)必備功能挑片說明：設(shè)定多個光電特性條件組合，從光電特性資料中

15、選取出符合條件的wafer或tape用途：生管投片或業(yè)務(wù)出貨Runcard列印必須帶有各站點詳細工作說明標(biāo)籤Wafer 標(biāo)籤 & 雷射刻號藍膜大小標(biāo)籤各類產(chǎn)品出貨標(biāo)籤Life PCB 標(biāo)籤第33頁，共36頁。製造系統(tǒng)必備功能分BIN說明：將wafer全點結(jié)果的數(shù)種不同特性如光強度、顏色波長、參考電壓、色溫等等進行等級排列，使得相同等級裡面的晶片呈現(xiàn)落在等級數(shù)值範(fàn)圍作用：wafer上分類機之前必須先依據(jù)分BIN結(jié)果產(chǎn)生sor檔主要分BIN特性：波長、亮度、VF，其餘光電特性皆為過濾條件BIN表：一組針對特定產(chǎn)品所設(shè)計的規(guī)格，主要Grade為波長、亮度、VF分BIN方式固定BIN表以一組對應(yīng)機臺收

16、BIN位置的BIN表直接套用生產(chǎn)方式：連續(xù)上貨，批與批之間不需要清BIN優(yōu)點：throughput 快缺點：wafer 均勻性不佳時會造成良率偏低最佳化BIN表以一組大範(fàn)圍BIN表套用至整個生產(chǎn)批，再將所有中BIN數(shù)量總和對BIN排序，取出機臺收BIN數(shù)量的BIN組成一個新BIN表生產(chǎn)方式：批進批出，批與批之間需要清BIN優(yōu)點：收BIN良率最佳化缺點： throughput較差第34頁，共36頁。製造系統(tǒng)必備功能內(nèi)外部品號生產(chǎn)批需要管控到元件Stage設(shè)定KSR投入產(chǎn)出分析各段良率分析 WAT良率/研磨良率/切割良率/MAP良率/轉(zhuǎn)BIN良率/SORTER良率/目檢良率各種機臺log file上傳功能第35頁，共36頁。自動化程度低下的狀況與因應(yīng)對策背景：1.傳統(tǒng)LED業(yè)的管理模式不像半導(dǎo)體業(yè)一樣嚴(yán)謹(jǐn)2.LED業(yè)的生產(chǎn)機臺成本均偏低，加入自動化模組(SECS/G