LED晶圓(外延)的生長(cháng)制程

今天來(lái)探討LED晶圓的生長(cháng)制程，早期在小積體電路時(shí)代，每一個(gè)6英寸的晶圓上制作數以千計的晶粒，現在次微米線(xiàn)寬的大型VLSI，每一個(gè)8英寸的晶圓上也只能完成一兩百個(gè)大型晶片。晶圓的制造雖動(dòng)輒投資數百億，但卻是所有電子工業(yè)的基礎。

硅晶柱的長(cháng)成，首先需要將純度相當高的硅礦放入熔爐中，并加入預先設定好的金屬物質(zhì)，使產(chǎn)生出來(lái)的硅晶柱擁有要求的電性特質(zhì)，接著(zhù)需要將所有物質(zhì)融化后再長(cháng)成單晶的硅晶柱，以下將對所有晶柱長(cháng)成製程做介紹：

長(cháng)晶主要步驟：

1、融化(MeltDown)

此過(guò)程是將置放于石英坩鍋內的塊狀復晶硅加熱制高于攝氏1420度的融化溫度之上，此階段中最重要的參數為坩鍋的位置與熱量的供應，若使用較大的功率來(lái)融化復晶硅，石英坩鍋的壽命會(huì )降低，反之功率太低則融化的過(guò)程費時(shí)太久，影響整體的產(chǎn)能。

2、頸部生長(cháng)(Neck Growth)

當硅融漿的溫度穩定之后，將方向的晶種漸漸注入液中，接著(zhù)將晶種往上拉升，并使直徑縮小到一定(約6mm)，維持此直徑并拉長(cháng)10-20cm，以消除晶種內的排差(dislocation)，此種零排差(dislocation-free)的控制主要為將排差局限在頸部的成長(cháng)。

3、晶冠生長(cháng)(Crown Growth)

長(cháng)完頸部后，慢慢地降低拉速與溫度，使頸部的直徑逐漸增加到所需的大小。

4、晶體生長(cháng)(Body Growth)

利用拉速與溫度變化的調整來(lái)遲維持固定的晶棒直徑，所以坩鍋必須不斷的上升來(lái)維持固定的液面高度，于是由坩鍋傳到晶棒及液面的輻射熱會(huì )逐漸增加，此輻射熱源將致使固業(yè)介面的溫度梯度逐漸變小，所以在晶棒成長(cháng)階段的拉速必須逐漸地降低，以避免晶棒扭曲的現象產(chǎn)生。

5、尾部生長(cháng)(Tail Growth)

當晶體成長(cháng)到固定(需要)的長(cháng)度后，晶棒的直徑必須逐漸地縮小，直到與液面分開(kāi)，此乃避免因熱應力造成排差與滑移面現象。

切割：

晶棒長(cháng)成以后就可以把它切割成一片一片的，也就是晶圓。晶片， 圓片，是半導體元件"晶粒"或"晶片"的基材，從拉伸長(cháng)出的高純度硅元素晶柱 (Crystal Ingot)上，所切下之圓形薄片稱(chēng)為晶圓(外延片)。

磊晶：

砷化鎵磊晶依制程的不同，可分為L(cháng)PE(液相磊晶)、MOCVD(有機金屬氣相磊晶)及MBE(分子束磊晶)。LPE的技術(shù)較低，主要用于一般的發(fā)光二極體，而MBE的技術(shù)層次較高，容易成長(cháng)極薄的磊晶，且純度高，平整性好，但量產(chǎn)能力低，磊晶成長(cháng)速度慢。MOCVD除了純度高，平整性好外，量產(chǎn)能力及磊晶成長(cháng)速度亦較MBE為快，所以現在大都以MOCVD來(lái)生產(chǎn)。

其過(guò)程首先是將GaAs襯底放入昂貴的有機化學(xué)汽相沉積爐（簡(jiǎn)MOCVD，又稱(chēng)外延爐），再通入III、II族金屬元素的烷基化合物（甲基或乙基化物）蒸氣與非金屬(V或VI族元素）的氫化物（或烷基物）氣體，在高溫下，發(fā)生熱解反應，生成III-V或II-VI族化合物沉積在襯底上，生長(cháng)出一層厚度僅幾微米（1毫米＝1000微米）的化合物半導體外延層。長(cháng)有外延層的GaAs片也就是常稱(chēng)的外延片。外延片經(jīng)晶片加工后，通電就能發(fā)出顏色很純的單色光，如紅色、黃色等。不同的材料、不同的生長(cháng)條件以及不同的外延層結構都可以改變發(fā)光的顏色和亮度。其實(shí)，在幾微米厚的外延層中，真正發(fā)光的也僅是其中的幾百納米（1微米＝1000納米）厚的量子阱結構。
反應式： Ga(CH3)3 +PH3= GaP+3CH4