LED上游产业说明课件

1、LED上游製程說明第1页，共36页。LED演進LED，發光二極體(LightEmitting Diode)的簡稱，也被稱作發光二極管。是一種半導體元件。初時多用作為指示燈、顯示板等；隨著白光發光二極體的出現，也被用作照明。它是21世紀的新型光源，具有效高，壽命長，破損的優點。1955，美國無線電公司（Radio Corporation of America）的賓布石泰（Rubin Braunstein）生首次發現砷化鎵(GaAs)及其他半導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.）開發出第一種實際應用的可光發光二極體。1993，當時在日本日亞化

2、工（Nichia Corporation）工作的中村修二（Shuji Nakamura）發明基於寬禁帶半導體材氮化鎵（GaN）和銦氮化鎵（InGaN）的具有商業應用價值的光LED。1996由Nichia Corporation開發出製作白光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，並從開始用在生產白光LED上。第2页，共36页。LED演進兩大應用：背光 & 照明第3页，共36页。LED產業簡介第4页，共36页。LED產業簡介第5页，共36页。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页，共36页。磊晶製程說明MO MOCVD (Metal-organic Chemical Vapor Deposition ) 一般指磊晶機台EPI Epitaxy 磊晶片(外延片)LED材質與發光範圍第7页，共36页。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(Doping) ：摻入P型(N型)材料改變磊晶層中主要導電載子電洞(電子)濃度。發光層(Active layer) ：發光區，電子與電洞結合。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其它反應氣體：NH3氫化物(Hydride)如PH3, AsH3摻質如CP2Mg, DMZn, SiH4磊晶環境高溫(750C1100C)低壓(10100 Torr)磊晶(Epitaxy)：於單晶基板上沿特定方向成長單晶晶体，並控制其厚度及摻質濃度。ReactorSusceptorShowerheadHeater第8页，共36页。磊晶製程說明藍綠光 (GaN)- 寶石(sapphire)基板四元 (AlGaInP) GaAs 基板Cassette 第9页，共36页。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页，共36页。磊晶製程說明系統片號與雷射刻號必須正確對應圈別：若磊晶機台有不同圈別，各項參數monitor會by 圈別做區分驗證流程 說明：由同一磊晶run中挑選數片EPI wafer投入驗證工單(晶粒前段製程)，前段製程結束後將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，當已使用某一產品品號(chip size)投入晶粒製程後，該片wafer就無法改為其他chip size的產品。磊晶入庫時為了得到較確切的製程預估資料，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果，此一結果將會是生管投片的

7、依據驗證品號：通常會使用大宗晶粒產品作為驗證品號第11页，共36页。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页，共36页。晶粒製程說明 前段第13页，共36页。第14页，共36页。第15页，共36页。第16页，共36页。第17页，共36页。MESA乾蝕刻MESA黃光導電層合金導線蒸鍍前清洗導電層蒸鍍前清洗導電層黃光導電層蒸鍍導電層濕蝕刻印首頁, run card,Bar code導電層去光阻M

8、ESA去光阻導線蒸鍍導線黃光導線金屬浮離導線去光阻導線 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初點測(WAT)點測資料判定外觀判定推拉力測試移轉到後製程晶片下線Bar code, 晶片歸盤, 雷射刻號第18页，共36页。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页，共36页。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页，共36页。前段製程說明黃光作業使用光罩於曝光後在晶片上產生一顆顆晶粒圖形，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 :電漿輔助化學氣相沉積以氣體方式反應生成SiO2 等保護層薄膜溼蝕刻作業(Bench)晶片清潔 (Wafer Clean)濕蝕刻 (Wet Etching) 將wafer置入一裝有化學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，以化學反應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页，共36页。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页，共36页。晶粒製程說明 後段第23页，共36页。第24页，共36页。第25页，共36页。第26页，共36页。第27页，共36页。第28页，共36页。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(Counter)標籤(Label)第29页，共36页。光電測試條件LED 的正常使用測量條件及各

12、個光電參數的正常範圍.LED 的正常使用条件：If=20mALED 的正常测量条件：If=20mA Vr=5VLED 各个光电参数的正常范围：Vf=1.21.6V(红外发射管)Vf=1.72.4V(红色 黄色 黄绿色 橙色LED)Vf=2.83.8V(蓝色 紫色 纯绿色 白色LED)Ir10A 第30页，共36页。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 (纳米) IvLuminous Intensity 發光强度 單位：mcd(毫坎德拉) PoRadiant Power 發射功率 單位：mW (毫瓦特) VFForward Voltage 作用是规定供给LED的電壓. IRReverse Current 避免LED在反向電源供應器中漏電流過大而燒毀. pWavelength at peak emission 波峰長. Speeuaal line half-width 作用是代表光的色纯度，波宽. d 作用是代表人

14、眼所看到光線的光澤主波長. 第31页，共36页。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外購自製必備機台：Stepper / Overlay / CDSEM / EtcherSide wall etching側蝕壁SD Laser (隱形切割Stealth Dicing)Vertical structure第32页，共36页。製造系統必備功能挑片說明：設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：生管投片或業務出貨Runcard列印必須帶有各站點詳細工作說明標籤Wafer 標籤 & 雷射刻號藍膜大小標籤各類產品出貨標籤Life PCB 標籤第33页，共36页。製造系統必備功能分BIN說明：將wafer全點結果的數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落在等級數值範圍作用：wafer上分類機之前必須先依據分BIN結果產生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：一組針對特定產品所設計的規格，主要Grade為波長、亮度、VF分BIN方式固定BIN表以一組對應機台收

16、BIN位置的BIN表直接套用生產方式：連續上貨，批與批之間不需要清BIN優點：throughput 快缺點：wafer 均勻性不佳時會造成良率偏低最佳化BIN表以一組大範圍BIN表套用至整個生產批，再將所有中BIN數量總和對BIN排序，取出機台收BIN數量的BIN組成一個新BIN表生產方式：批進批出，批與批之間需要清BIN優點：收BIN良率最佳化缺點： throughput較差第34页，共36页。製造系統必備功能內外部品號生產批需要管控到元件Stage設定KSR投入產出分析各段良率分析 WAT良率/研磨良率/切割良率/MAP良率/轉BIN良率/SORTER良率/目檢良率各種機台log file上傳功能第35页，共36页。自動化程度低下的狀況與因應對策背景：1.傳統LED業的管理模式不像半導體業一樣嚴謹2.LED業的生產機台成本均偏低，加入自動化模組(SECS/G