光半导体的制造工艺

光半导体的制造工艺

在工序中要处理的晶圆

制造化合物半导体时,需要在砷化镓、磷化铟、磷化镓、蓝宝石、碳化硅等基板上形成薄膜(外延层),所形成的薄膜可实现特定的器件功能。基板的厚度大约为0.25毫米至1.0毫米,直径为2英寸(50毫米)至4英寸(100毫米)。其上生长的外延层厚度一般为0.05毫米至0.2毫米。由于它是圆盘状,因此称为晶圆。

在工序中要处理的晶圆

关于前工序、后工序和检查工序

准备好晶圆后,需要依次对其进行多道工序处理,最后制成光半导体器件。一般而言,光半导体的制造过程分为两个部分——“前工序”和“后工序”。
前工序将保持晶圆的状态处理,而后工序需将其切为独立的晶片。最后则要将选定的所有晶片进行封装处理。监视各处理阶段的测试工序需要按照操作手册进行抽样检查或全数检查,同时管理工序和质量,保证最终产品的质量。

关于前工序、后工序和检查工序

前工序

在前工序阶段,需要将硅晶圆和化合物半导体晶圆按照以下顺序进行各工序的处理,从而在基板上直接生成发光元件和光接收元件。

设计元件的功能和图案

根据客户的需求设计元件的功能和结构。设计元件的图案并将其转移到玻璃基板上,以制作光罩。

设计元件的功能和图案
成膜工序

成膜工序

在晶圆上形成氧化膜和氮化膜等绝缘性薄膜

光刻工序

光刻工序

涂覆光刻胶、通过光罩转移图案、曝光、显像等

蚀刻工序

蚀刻工序

用紫外线照射涂覆于晶圆的光刻胶,然后除去光罩覆盖之处或未覆盖之处的绝缘性薄膜和半导体材料

杂质扩散工序

杂质扩散工序

将杂质扩散到纯度极高的半导体晶圆,以改变其电学特性,然后在其界面上形成P/N接合

按照工序流程图,反复进行上述工序处理,从而生成元件。

形成电极

形成欧姆电极。在极性为(+)和(-)的两极性光半导体中,阳极为(+)电极,阴极为(-)电极。

检查晶圆

通过名为探针的试验设备检查晶圆的电学性能。此工序又称为探针测试或晶圆检测。检查晶圆上连结着的所有独立元件是否功能齐全,若其符合所需规格,则判定为合格品。

检查晶圆

后工序

“后工序”包括晶圆固定、晶粒接合、引线接合和封装等四个工序。

晶圆固定

在切割晶圆之前,将其固定到有粘性的塑料胶布,然后再固定到晶圆环。

晶圆固定

晶圆切割

将有着数千个元件的晶圆切成小片。这些小片称为晶粒。

晶圆切割

晶粒接合

将晶粒装到封装材料或其他载体,并用银浆等固定。此工序又称晶粒黏着。

晶粒接合

引线接合

将晶粒与外部封装材料或载体接合。使用热、压力和超声波能量等将导线熔接到各个侧面。

目视检查

目视检查晶粒位置、环氧树脂状态和配线情况等。

封装

使用硅或环氧树脂等塑料封装晶粒,避免物理损害或化学腐蚀。有时也会使用“封装“的同义词“包装“。

封装

检查产品的特性

后工序完成后,通过各种电学特性试验,判定光半导体器件是否正常工作。合格器件的比例称为良品率。

京都半导体股份有限公司的制造工艺

惠庭事业所

惠庭事业所

上砂川事业所

上砂川事业所

本公司是光半导体器件的专业制造商,前后工序配套完善,能够生产制造各种光半导体器件。
从研发阶段开始,整个前工序均在北海道惠庭市的惠庭事业所进行。
后工程一直到批量生产阶段,除了在惠庭事业所展开,同时会将部分生产转移到专业批量生产的上砂川事业所(位于北海道空知郡上砂川町),从而扩大量产规模,降低生产成本。