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LED晶圆(外延)的生长制程

导读: 天来探讨LED晶圆的生长制程,早期在小积体电路时代,每一个6英寸的晶圆上制作数以千计的晶粒,现在次微米线宽的大型VLSI,每一个8英寸的晶圆上也只能完成一两百个大型晶片。晶圆的制造虽动辄投资数百亿,但却是所有电子工业的基础。

    今天来探讨LED晶圆的生长制程,早期在小积体电路时代,每一个6英寸的晶圆上制作数以千计的晶粒,现在次微米线宽的大型VLSI,每一个8英寸的晶圆上也只能完成一两百个大型晶片。晶圆的制造虽动辄投资数百亿,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製程做介绍:


    长晶主要步骤


    1、融化(MeltDown)

    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、颈部生长(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、晶冠生长(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、晶体生长(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、尾部生长(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。


    切割:


    晶棒长成以后就可以把它切割成一片一片的,也就是晶圆。晶片, 圆片,是半导体元件"晶粒"或"晶片"的基材,从拉伸长出的高纯度硅元素晶柱 (Crystal Ingot)上,所切下之圆形薄片称为晶圆(外延片)。


    磊晶:


    砷化镓磊晶依制程的不同,可分为LPE(液相磊晶)、MOCVD(有机金属气相磊晶)及MBE(分子束磊晶)。LPE的技术较低,主要用于一般的发光二极体,而MBE的技术层次较高,容易成长极薄的磊晶,且纯度高,平整性好,但量产能力低,磊晶成长速度慢。MOCVD除了纯度高,平整性好外,量产能力及磊晶成长速度亦较MBE为快,所以现在大都以MOCVD来生产。


    其过程首先是将GaAs衬底放入昂贵的有机化学汽相沉积炉(简MOCVD,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GaAs片也就是常称的外延片。外延片经晶片加工后,通电就能发出颜色很纯的单色光,如红色、黄色等。不同的材料、不同的生长条件以及不同的外延层结构都可以改变发光的颜色和亮度。其实,在几微米厚的外延层中,真正发光的也仅是其中的几百纳米(1微米=1000纳米)厚的量子阱结构。
反应式: Ga(CH3)3 +PH3= GaP+3CH4
(编辑:小汤)

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