LED上游产业说明

LED上游製程說明LED演進LED，發光二極體(LightEmittingDiode)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，具有效率高，壽命長，不易破損的優點。1955年，美國無線電公司（RadioCorporationofAmerica）的魯賓·布朗石泰（RubinBraunstein）生首次發現了砷化鎵(GaAs)及其他半導體合金的紅外放射作用。1962年，通用電氣公司的尼克·何倫亞克（NickHolonyakJr.）開發出第一種實際應用的可見光發光二極體。1993年，當時在日本日亞化工（NichiaCorporation）工作的中村修二（ShujiNakamura）發明了基於寬禁帶半導體材料氮化鎵（GaN）和銦氮化鎵（InGaN）的具有商業應用價值的藍光LED。1996年由NichiaCorporation開發出製作白光LED的方法，在藍光LED(near-UV,波長450nm至470nm)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。LED演進兩大應用：背光&照明LED產業簡介LED產業簡介LED上游廠製程說明磊晶晶粒前段晶粒後段SubstrateEPIWaferEPIWaferCOWCOWChipCOT磊晶製程說明MOMOCVD(Metal-organicChemicalVaporDeposition)一般指磊晶機台EPIEpitaxy磊晶片(外延片)LED材質與發光範圍磊晶製程說明基板(Substrate)：支撐成長之單晶薄膜，厚度約300~350um。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(Activelayer)：發光區，電子與電洞結合。緩衝層(Bufferlayer)：緩衝磊晶層與基板間因晶格差異而造成缺陷。原料：‧基板(Substrate)：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(750°C~1100°C)‧低壓(10~100Torr)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磊晶製程說明藍綠光(GaN)-藍寶石(sapphire)基板四元(AlGaInP)–GaAs基板Cassette磊晶製程說明PL(光激光量測儀器)WLPavg,WLPstd,HWavgEL(電激光量測儀器)WLPavg,IV/POavg,VFavgPR(反射率量測儀器)PRA,PRRWLP(PeakWaveLength)(峰波長)WLD(DominantWaveLength)(主波長)HW(SpectrumLineHalfWidth)(半高寬)IV(LuminousIntensity)(亮度單位)PO(RadiantPower)(亮度單位)VF(ForwardVoltage)(順向工作電壓)PRA(PRaverage)PRR(PRrange)CP%IV&WLD透過公式計算所得的值，用以介定磊晶亮度等級磊晶製程說明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EPIwafer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(chipsize)投入晶粒製程後，該片wafer就無法改為其他chipsize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依據驗證品號：通常會使用大宗晶粒產品作為驗證品號晶粒製程說明定義：將磊晶片(Epitaxywafer)加工成晶粒(Chip)之流程。依作業流程可分為：前段製程(Chiponwafer；厚片)：黃光、蝕刻、蒸鍍、合金後段製程(Barechip；裸晶)：研磨、切割、點測、分類、PI晶粒製程說明–前段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,runcard,Barcode導電層去光阻MESA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Barcode,晶片歸盤,雷射刻號P-GaNN-GaNP-GaNN-GaNPR(P)P-GaNN-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-GaNPR(N)P-GaNN-GaN曝光顯影NPpad蒸鍍曝光顯影NPpad黃光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-GaNNPadPPadSiO2ITO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(WaferClean)濕蝕刻(WetEtching)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。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RppRnn阻抗量測推拉力測試Lifetest(壽測)–以長時間的通電檢驗chip的光電特性變化趨勢晶粒製程說明–後段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)光電測試條件LED的正常使用測量條件及各個光電參數的正常範圍.LED的正常使用条件：If=20mALED的正常测量条件：If=20mAVr=5VLED各个光电参数的正常范围：Vf=1.2~1.6V(红外发射管)Vf=1.7~2.4V(红色黄色黄绿色橙色LED)Vf=2.8~3.8V(蓝色紫色纯绿色白色LED)Ir10μA點測光電特性IfForwardCurrent正向電流單位：mA(毫安)VfForwardVoltage正向電壓單位：V(伏)IrReverseCurrent反向電流單位：μA(微安)VrReverseVoltage反向電壓單位：V(伏)VzReverseThroughVoltage反向擊穿電壓單位：V(伏)λdDominantWavelength主波長單位：nm(纳米)IvLuminousIntensity發光强度單位：mcd(毫坎德拉)PoRadiantPower發射功率單位：mW(毫瓦特)VFForwardVoltage作用是规定供给LED的電壓.IRReverseCurrent避免LED在反向電源供應器中漏電流過大而燒毀.ΛpWavelengthatpeakemission波峰長.ΔλSpeeuaallinehalf-width作用是代表光的色纯度，波宽.λd作用是代表人眼所看到光線的光澤主波長.亮度提升方法ITO透明電極CurrentspreadingCBCurrentBlockingDBR(distributedBraggreflector分布布拉格反射)PSSPatternSapphireSubstrate外購自製必備機台：Stepper/Overlay/CDSEM/EtcherSidewalletching側蝕壁SDLaser(隱形切割StealthDicing)Verticalstructure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LifePCB標籤製造系統必備功能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logfile上傳功能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/GEM)不符合成本效益影響：機台起始結束時間無法與過帳記錄一致機台稼動率無法精確計算因應：製造部須嚴格要求作業員依實際貨流過帳要求機台商於機台加裝barcodereader，並將掃入條碼資訊記錄於機台log中要求機台商於機台增加計算本機稼動率的功能，並可以檔案方式會出稼動率報表可再改善部分Recipeinput可結合barcodereader以及HOST端產生recipefile，讓機台端自動取得recipePS/PEeventoutput機台可於run貨開始/結束時送出資料