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About SPMC
 
硅密(常州)电子设备有限公司(SPMC)是设立在常州电子产业园的美商独资企业,成立于2004年,专业提供半导体湿法方面的解决方案。拥有丰富的行业经验,提供半导体、太阳能、LED湿法设备的设计、制造、维护和技术支持服务。
 
 
硅密(常州)电子设备有限公司
常州新北区电子产业园新科路21号
 
工作时间
周一~周五8:30-17:30

电话:(0519) 85486173
传真:(0519) 85486203

湿法高温刻蚀设备的应用
硅密(常州)电子设备有限公司


近年来,高亮度LED(High-Brightness LED)市场需求和发展异常迅速,2010年,全球高亮度LED市场为108亿美元,比2009年的56亿美元增长了93%,美国LED研究专业机构Strategies Unlimited (SU)预测,到2015年,全球高亮度LED市场将达到189亿美元,复合年均增长率为11.8%。但是,良好的市场前景中,存在着一个问题,那就是,不断增加的生产成本可能会抑制市场的发展。美国能源部报告显示,LED照明如果想在2015年取代荧光照明市场,产品成本需从目前的$18/klm降8倍,即$2.2/klm。因此,提高制造过程中的效率是降低生产成本的关键因素。衬底尺寸的增加使得生产效率的大幅提高成为可能,当蓝宝石衬底直径从2”增大为4”时,可用面积是原来的4倍,直径从4”增大到6”时,可用面积则是原来的2倍。不过,随着面积的增大,传统的工艺制造设备如果无法以经济的办法来提高产能,则衬底尺寸增加而提高的生产效率将被高昂的设备成本所削弱。湿法刻蚀技术在半导体集成电路制造过程中以其产能大,运营成本低而得到充分应用,当前,LED芯片,尤其是高亮度(High Brightness)LED芯片制造过程中,湿法高温刻蚀工艺也同样受到越来越多芯片制造、衬底生产、设备制造厂商的重视。
湿法高温刻蚀设备的应用范围:
1.图形化衬底制备工艺(Patterned Sapphire Substrates)
2.激光正切后的侧边腐蚀工艺(Sapphire Sidewall Etching)

图形化衬底制备工艺(Patterned Sapphire Substrates)
可以大幅的增加LED光萃取效率,通常可达15%~30%,目前,干法刻蚀PSS仍是市场主流,可以形成一致性非常好的圆顶形状(Dome-Shaped)的图形化衬底,从而制作出效率很高的高亮度LED。但是,干法刻蚀的不足之处也是显而易见的:
与干法相对比,湿法高温刻蚀工艺在成本上和产能上有着非常大的优势:
1.湿法高温刻蚀的速度非常快,5~10分钟即可完成衬底的刻蚀,产能是干法刻蚀的20~60倍的产能;
2.湿法高温刻蚀不会损伤蓝宝石表面;
3.湿法高温刻蚀设备价格相对于干法设备便宜的多,而且,随着衬底尺寸的增加,要处理相同数量的衬底,更大的工艺槽成本上增加的很有限,设备投资和运行成本优势很明显。

湿法高温刻蚀工艺的挑战:
1.由于是在250℃~300℃的高温磷酸与硫酸混合溶液工艺,人员的安全性和设备的可靠性非常
2.刻蚀的均匀性指标,包括温度的均匀性及溶液的浓度控制,将直接影响到PSS的质量;
3.湿法高温刻蚀设备价格相对于干法设备便宜的多,而且,随着衬底尺寸的增加,要处理相同数量的衬底,更大的工艺槽成本上增加的很有限,设备投资和运行成本优势很明显。
湿法高温刻蚀工艺的挑战:
1.由于是在250℃~300℃的高温磷酸与硫酸混合溶液工艺,人员的安全性和设备的可靠性非常重要;
2.刻蚀的均匀性指标,包括温度的均匀性及溶液的浓度控制,将直接影响到PSS的质量;
3.量产时产能的保证,包括Up Time, 换酸时间,维修时间等;
4.高温酸雾的处理、废酸液的处理等;
5.湿法高温刻蚀目前还无法做到与干法刻蚀PSS一样的高亮度,图形化衬底的质量逊于干法刻蚀,刻蚀的图形是平顶(Truncated Cone Shapes),从而影响光萃取效率。
随着越来越多的厂商投入湿法高温刻蚀工艺的研究,包括平顶研磨技术的应用,湿法刻蚀将成为实现LED市场产能扩大及成本降低的有效途径。

激光正切后的侧边腐蚀工艺(Sapphire Sidewall Etching)
在LED芯片制造后道过程中,需要对晶圆进行切割及裂片,切割的方法主要有三种:
1.金刚石划片,利用金刚石刀对蓝宝石晶圆进行切割;
2.激光切割(烧蚀加工),利用激光光束的能量,在涂膜的的晶圆正面进行切割,完成后需要清洗工序;
3.激光切割(隐形切割):将激光聚光于晶圆内部,在内部形成改质层,通过扩展胶膜等方法将晶圆分割成芯片;

三种方法的优缺点比较(摘自DISCO网站):

 


目前,激光正面切割是应用最成熟的工艺,但由于存在侧边烧蚀而产生的光损(5%~10%),需要利用湿法高温刻蚀设备进行侧边腐蚀,以去除切割道上堆积的副产物,提升LED芯片的亮度。

湿法高温侧边腐蚀利用高温磷酸和硫酸的混合溶液对于激光正切后的副产物与蓝宝石衬底之间具有良好的选择性,在不损伤衬底的情况下,将副产物清除掉。当工艺温度控制在250℃以上时,只需5分钟即可将副产物腐蚀去除干净,产品良率可达98%以上。
隐形切割技术虽然光损很小,但由于技术专利已有所属,结构复杂,一般国外品牌的设备价格都很高,价格在一千万人民币左右,每年的维护费用和运营成本也相对较高。 如果按一台日产量200~250片2寸LED芯片计算,月产4万片的工厂需要配备6~10台隐形切割设备,设备投入成本会非常大,这也是目前多数LED厂商采用激光正切和隐形切割混合使用的原因。

SPMC LED高温侧边腐蚀&图形化衬底湿法设备
面对LED蓝宝石晶片侧边腐蚀及图形化衬底工艺的要求,SPMC与美国IMTEC 公司共同合作开发,向中国市场推出技术先进、工艺精湛的湿法高温刻蚀设备。该设备的优势体现在以下诸多点:
A.全自动的封闭系统,多重硬件和软件保护,可视化UI控制介面;
B.高产能的保证:配置1:224,000WPM(2”); 配置2:336,000WPM(2”);
C.极佳的兼容性:囊括了2’’、4’’、6’’蓝宝石晶片的制备,一次投资可适用不同产品的生产;
D.精准、稳定的工艺控制:
温度精度范围:+/-2℃;
1 刻蚀的均匀性:+/-5%以内;
E.IMTEC Xe系列高温腐蚀槽,利用IMTEC公司具有超过37年半导体行业加热石英槽工艺设计及生产制备的工程经验;
F.有温度的动态监测和自动配酸、自动补液功能;
G.具有专利的局部高温酸排风设计;
H.最经济的化学品消耗量:化学品寿命长,2800片/换酸周期;
I.最大化的设备运行可靠及安全性:
1 MBTF>1000hours;
1 MTTR<4hours
1 Up time>95%

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