第六章外延片制备
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近十几年来,为了开发蓝色高亮度发光二极管,世界各地相关研究的人员无不全力投入。
而商业化的产品如蓝光及绿光发光二级管LED 及激光二级管LD 的应用无不说明了III-V 族元素所蕴藏的潜能。
在目前商品化LED 之材料及其外延技术中,红色及绿色发光二极管之外延技术大多为液相外延成长法为主,而黄色、橙色发光二极管目前仍以气相外延成长法成长磷砷化镓GaAsP 材料为主。
一般来说,GaN 的成长须要很高的温度来打断NH3 之N-H 的键解,另外一方面由动力学仿真也得知NH3 和MO Gas 会进行反应产生没有挥发性的副产物。
LED 外延片工艺流程如下:衬底 - 结构设计- 缓冲层生长- N型GaN 层生长- 多量子阱发光层生- P 型GaN 层生长- 退火- 检测(光荧光、X 射线) - 外延片;外延片- 设计、加工掩模版- 光刻- 离子刻蚀- N 型电极(镀膜、退火、刻蚀) - P型电极(镀膜、退火、刻蚀) - 划片- 芯片分检、分级具体介绍如下:固定:将单晶硅棒固定在加工台上。
切片:将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄硅片。
此过程中产生的硅粉采用水淋,产生废水和硅渣。
退火:双工位热氧化炉经氮气吹扫后,用红外加热至300~500℃,硅片表面和氧气发生反应,使硅片表面形成二氧化硅保护层。
倒角:将退火的硅片进行修整成圆弧形,防止硅片边缘破裂及晶格缺陷产生,增加磊晶层及光阻层的平坦度。
此过程中产生的硅粉采用水淋,产生废水和硅渣。
分档检测:为保证硅片的规格和质量,对其进行检测。
此处会产生废品。
研磨:用磨片剂除去切片和轮磨所造的锯痕及表面损伤层,有效改善单晶硅片的曲度、平坦度与平行度,达到一个抛光过程可以处理的规格。
此过程产生废磨片剂。
清洗:通过有机溶剂的溶解作用,结合超声波清洗技术去除硅片表面的有机杂质。
此工序产生有机废气和废有机溶剂。
RCA清洗:通过多道清洗去除硅片表面的颗粒物质和金属离子。
具体工艺流程如下:SPM 清洗:用H2SO4 溶液和H2O2 溶液按比例配成SPM 溶液,SPM 溶液具有很强的氧化能力,可将金属氧化后溶于清洗液,并将有机污染物氧化成CO2 和H2O。
碳化硅外延片制备技术碳化硅外延片制备技术1、前言碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅单晶材料上,必须在导通型单晶衬底上额外生长高质量的外延材料,并在外延层上制造各类器件。
碳化硅一般采用PVT方法,温度高达2000多度,且加工周期比较长,产出比较低,因而碳化硅衬底的成本是非常高的。
碳化硅外延过程和硅基本上差不多,在温度设计以及设备的结构设计不太一样。
在器件制备方面,由于材料的特殊性,器件过程的加工和硅不同的是,采用了高温的工艺,包括高温离子注入、高温氧化以及高温退火工艺。
外延工艺是整个产业中的一种非常关键的工艺,由于现在所有的器件基本上都是在外延上实现,所以外延的质量对器件的性能是影响是非常大的,但是外延的质量它又受到晶体和衬底加工的影响,处在一个产业的中间环节,对产业的发展起到非常关键的作用。
2、碳化硅外延片参数碳化硅外延材料的最基本的参数,也是最关键的参数,就右下角黄色的这一块,它的厚度和掺杂浓度均匀性。
我们所讲外延的参数其实主要取决于器件的设计,比如说根据器件的电压档级的不同,外延的参数也不同。
一般低压在600伏,我们需要的外延的厚度可能就是6个μm左右,中压1200~1700,我们需要的厚度就是10~15个μm。
高压的话1万伏以上,可能就需要100个μm以上。
所以随着电压能力的增加,外延厚度随之增加,高质量外延片的制备也就非常难,尤其在高压领域,尤其重要的就是缺陷的控制,其实也是非常大的一个挑战。
3、碳化硅外延片制备技术(1)碳化硅外延两大主要技术发展1)1980年提出的台阶流生长模型,此对外延的发展、对外延的质量都起到了非常重要的作用。
它的出现首先是生长温度,可以在相对低的温度下实现生长,同时对于我们功率器件感兴趣的4H晶型来说,可以实现非常稳定的控制。
2)引入TCS,实现生长速率的提升,引入TCS可以实现生长速率达到传统的生长速率10倍以上,它的引入不光是生产速率得到提升,同时也是质量得到大大的控制,尤其是对于硅滴的控制,所以说对于厚膜外延生长来说是非常有利的。