LED上游製程說明

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，具有效率高，壽命長，不易破損的優點。 1955年，美國無線電公司（Radio Corporation of America）的魯賓·布朗石泰（Rubin Braunstein）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（Nick Holonyak Jr.）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（Nichia Corporation）工作的中村修二（Shuji Nakamura）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Nichia Corporation開發出製作白光LED的方法，在藍光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。

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 Substrate EPI Wafer COW 磊晶 晶粒前段 晶粒後段 COT EPI Wafer COW Chip

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

磊晶製程說明 Reactor Showerhead Susceptor Heater 原料： 基板(Substrate)： 磊晶環境 ‧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(10~100 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。 Reactor Showerhead 基板(Substrate)： 支撐成長之單晶薄膜，厚度約300~350 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。 Susceptor Heater

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)  WLP avg, WLP std, HW avg EL (電激光量測儀器)  WLP avg, IV/PO avg, VF avg PR (反射率量測儀器)  PRA, PRR WLP (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 & 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(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

晶粒製程說明 – 前段

晶片下線 導電層蒸鍍前清洗 導線黃光 保護層沉積前清洗 光電性質初點測 (WAT) 印首頁, run card, Bar code 導電層蒸鍍 導線蒸鍍前清洗 保護層沉積 點測資料判定 Bar code, 晶片歸 盤, 雷射刻號 導電層黃光 導線蒸鍍 保護層黃光 推拉力測試 MESA黃光 導電層濕蝕刻 導線金屬浮離 保護層濕蝕刻 外觀判定 MESA乾蝕刻 導電層去光阻 導線去光阻 保護層去光阻 移轉到後製程 MESA去光阻 導電層合金 導線 reflow

P-GaN N-GaN ICP黃光 曝光顯影 ICP蝕刻 去PR ITO蒸鍍 ITO蝕刻 NP pad蒸鍍 NP pad 黃光 ITO PR(P) ITO ICP黃光 曝光顯影 ICP蝕刻 去PR ITO蒸鍍 ITO蝕刻 PR(N) NP pad蒸鍍 NP pad 黃光

P-GaN N-GaN P-GaN N-GaN SiO2 P Pad N Pad ITO 浮離 去PR SiO2沉積 SiO2 PR(P) 曝光顯影 SiO2蝕刻 P-GaN N-GaN N Pad P Pad SiO2 ITO

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 (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。

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 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) LED 的正常使用条件：If=20mA  LED 的正常测量条件：If=20mA  Vr=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) Ir<10μA

點測光電特性 If Forward Current 正向電流 單位：mA (毫安) Vf Forward Voltage Ir Reverse Current        　   反向電流      單位：μA (微安)  Vr Reverse Voltage      　     反向電壓      單位：V  (伏)  Vz Reverse Through Voltage 反向擊穿電壓  單位：V  (伏)  λd Dominant Wavelength 主波長        單位：nm (纳米)  Iv Luminous Intensity      　    發光强度      單位：mcd(毫坎德拉) Po Radiant  Power      　      發射功率      單位：mW (毫瓦特)  VF Forward Voltage             作用是规定供给LED的電壓. IR Reverse Current             避免LED在反向電源供應器中漏電流過大而燒毀.  Λp Wavelength at peak emission  波峰長.  Δλ Speeuaal line half-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  Current spreading CB  Current Blocking DBR  (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 / Etcher Side wall etching 側蝕壁 SD Laser (隱形切割Stealth Dicing) Vertical structure

製造系統必備功能 挑片 標籤 Runcard列印 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 Life PCB 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log file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barcode reader，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 Recipe input  可結合barcode reader以及HOST端產生recipe file，讓機台端自動取得recipe PS/PE event output  機台可於run貨開始/結束時送出資料