LED晶圓(外延)的生長制程

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

硅晶柱的長成，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，使產生出來的硅晶柱擁有要求的電性特質，接著需要將所有物質融化后再長成單晶的硅晶柱，以下將對所有晶柱長成製程做介紹：

長晶主要步驟：

1、融化(MeltDown)

此過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融化復晶硅，石英坩鍋的壽命會降低，反之功率太低則融化的過程費時太久，影響整體的產能。

2、頸部生長(Neck Growth)

當硅融漿的溫度穩(wěn)定之后，將方向的晶種漸漸注入液中，接著將晶種往上拉升，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。

3、晶冠生長(Crown Growth)

長完頸部后，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(Body Growth)

利用拉速與溫度變化的調整來遲維持固定的晶棒直徑，所以坩鍋必須不斷的上升來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，所以在晶棒成長階段的拉速必須逐漸地降低，以避免晶棒扭曲的現象產生。

5、尾部生長(Tail Growth)

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

切割：

晶棒長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，從拉伸長出的高純度硅元素晶柱 (Crystal Ingot)上，所切下之圓形薄片稱為晶圓(外延片)。

磊晶：

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

其過程首先是將GaAs襯底放入昂貴的有機化學汽相沉積爐（簡MOCVD，又稱外延爐），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。長有外延層的GaAs片也就是常稱的外延片。外延片經晶片加工后，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，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