JP2020004792A

JP2020004792A - 複数の発光ダイオードが線状に繋がった線性発光体およびその製造方法

Info

Publication number: JP2020004792A
Application number: JP2018120830A
Authority: JP
Inventors: 曽俊琳; jun lin Ceng
Original assignee: Taiwan Chuang Jie Co Ltd
Current assignee: Taiwan Chuang Jie Co Ltd
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2020-01-09

Abstract

【課題】本発明は、収率を向上させるミクロンＬＥＤエピタキシーにおける直立円筒形反応チャンバ及び線性発光体の製造プロセスを提供する。【解決手段】小さなＬＥＤにおいて発光結晶粒を組み立て形成する製造プロセス方法であり、主に、線性発光体により直立円筒形反応チャンバを利用して、線性発光体のエピタキシー、蒸着、エッチング等のプロセスを達成し、線状体エピタキシー体が非常に小さい体積であっても切断及び組み立てを行うことができる。【選択図】図８

Description

本発明は、ミクロンＬＥＤエピタキシーにおける直立円筒形反応チャンバ及び線性発光体の製造プロセスの技術分野に関し、特に、線状体を結晶基線とするとともに、直立円筒形反応チャンバを利用してスプレーコーティングとするミクロンＬＥＤ及びその製造プロセスに関する。

現在、発光ダイオードの製造プロセスにおいて、円形のウェハ基板（Ａ）が製造における最先端とされている（図１を参照）。チップの製造プロセスがエピタキシー技術によって向上したことにより、すでに結晶粒（Ｂ）の体積を縮小することができる。しかしながら、縮小された寸法は、一般に肉眼で観察するまたは組み立てることができる大きさではないため、いかにして非常に細かい結晶粒を切断し、組み立てるかが現在まだ解決されていない技術である。また、微小な結晶粒（Ｂ）は、１粒ずつ単一方式により手動または機械で組み立てる必要があり、溶接の品質が不安定なため収率が低下することがよくあり、それが欠点となっている。

さらに、参照する図２における従来の一般的な発光ダイオードの製造プロセスは、以下の通りである。（矢印に従って説明する。）第１製造プロセス（Ｃ）は、基板（Ｃ１）（ＧＳＡＳ）を基礎とする。第２製造プロセス（Ｄ）は、基板（Ｃ１）上に第１エピタキシー（ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（Ｄ１）及び第２エピタキシー（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（Ｄ２）をめっきする。第３製造プロセス（Ｅ）は、基板（Ｃ１）上の第１エピタキシー（ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（Ｄ１）及び第２エピタキシー（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（Ｄ２）の上端に、さらに３層目のコーティング（ＩＴＰ）（Ｅ１）をめっきし、基板（Ｃ１）の下端面にＮ電極層（Ｅ２）をめっきする。第４製造プロセス（Ｆ）は、３層目のコーティング（ＩＴＰ）（Ｅ１）上に１層のフォトレジスト層（Ｆ１）をコーティングする。第５製造プロセス（Ｇ）は、フォトレジスト層（Ｆ１）上面の両端には遮蔽物（Ｇ１）を利用し、中央にはＵＶ光（Ｇ２）を利用して照射（露光／現像）し、中央に凹溝（Ｇ３）を形成する。第６製造プロセス（Ｈ）は、フォトレジスト層（Ｆ１）上面の中央に形成された凹溝（Ｇ３）内及び上端面に１層の金属蒸着層（Ｐ電極）（Ｈ１）をめっきする。第７製造プロセス（Ｉ）は、電解（Ｉ１）によってエッチングする。第８製造プロセス（Ｊ）は、エピタキシーのウェハを半分切り／通電テストし、第９製造プロセス（Ｋ）は、エピタキシーのウェハをすべて切る（または切断する）。第１０製造プロセス（Ｌ）は、結晶体の拡大／外観検査であり、最後に、第１１製造プロセス（Ｍ）は、包装及び入庫である。

さらに、従来の発光ダイオードにおける結晶粒の製造プロセスは、約２１のプロセスが必要とされる（表示された色の違いによりプロセスの順序も異なる）。つまり、従来の有機金属気象堆積チャンバ及び発光ダイオード（結晶粒）の製造プロセスは（図３に示すプロセス図を参照する）、１、ウェハ洗浄、２、エピタキシー、３、フォトレジストの塗布、４、第１フォトマスク、５、ドライエッチング、６、金属蒸発、７、第２フォトマスク、８、化学エッチング、９、金属蒸発、１０、第３フォトマスク、１１、化学エッチング、１２、第４フォトマスク、１３、金属蒸発、１４、化学エッチング、１５、薄膜堆積、１６、第５フォトマスク、１７、化学エッチング、１８、精密切断、１９、結晶粒の選別、２０、包裝及び入庫、２１、組み立て及び販売といった２１のプロセスからなる。表示装置に使用される結晶粒の数は非常に多いため、結晶粒の完成品を表示装置上に装填する際、点、線、面の方法で順に３つの手順によって行う必要がある。結晶粒の体積が大幅に縮小すると、機械による組み立てには相当の技術が必要であり、非常に困難であるため、実現できないことによる収率の低下が欠点となっている。

さらに、従来の有機金属気象堆積（ＭＯＣＶＤ）製造プロセス（実施例を上面及び正面から見た平面図である図４に図示）を参照する。そのうち、ウェハが移送する基板（Ｃ１）（ＧＳＡＳ）を反応チャンバ（Ｎ）内に配置する。そのうち、前記反応チャンバの上端には気体入口（Ｎ１）が設けられ、気体入口（Ｎ１）には気体ノズル（未図示）が取り付けられるとともに、反応チャンバ（Ｎ）の左側辺及び右測辺には、気体出口（Ｎ２）がそれぞれ設けられ、反応チャンバ（Ｎ）内には、ＲＦ加熱器（Ｏ）が設けられる。よって、ウェハが移送する基板（Ｃ）（ＧＳＡＳ）の複数のウェハ基板（Ａ）は、反応チャンバ（Ｎ）内において、反応チャンバ（Ｎ）上端の気体入口（Ｎ１）から噴入された気体を受け、複数の薄膜を形成するエピタキシーコーティングプロセスである。上述の通り、前記堆積エピタキシーの方式は、ウェハ表面にのみ複数のコーティングをめっきするとともに、切断し複数の結晶粒を形成するため、上述した欠点を備えるという問題点がある。

上述のように、従来の製造プロセス方法において、ウェハ基板（Ａ）におけるエピタキシー後、切断して小さな結晶粒（Ｂ）にし、結晶粒（Ｂ）１粒１粒の合計が非常に大量である状況下で、すべてを移送し、各結晶粒を１粒ずつ溶接しようとする場合、その製造プロセスは、確実に困難である。よって、これまで収率が大幅に落ちることによる製品コストの増加が、大きな欠点となってきた。

本発明は、従来の製造プロセス方法における繁雑且つ複雑であるとともに、結晶粒の体積が非常に小さい場合、製造プロセスの収率はさらに低くなるという問題を改善することができ、ＬＥＤの成型において結晶粒が小さすぎて組み立てることができないという問題及び製造プロセスの収率の問題を一度に解決することのできるミクロンＬＥＤエピタキシーにおける直立円筒形反応チャンバ及び線性発光体の製造プロセスを提供することを目的とする。

上述の目的に基づいて、本発明の線性有機金属気象堆積チャンバ及び発光ダイオード（結晶）の製造プロセスのフローチャートは、１、ウェハ洗浄、２、１回目のエピタキシー、３、高温融着、４、２回目のエピタキシー、５、高温融着、６、３回目のエピタキシー、７、導電模（ＩＴＯ）、８、金属蒸発、９、ドライエッチング、１０、長さ切断、１１、通電テスト、１２、包裝及び入庫等の約１２のプロセスからなる。

本発明において上述の技術手段を実施することにより、以下の複数の効果が得られる。１、反応チャンバは、直立円筒形反応チャンバ状に製造され、線状体結晶基線材は、直立円筒形反応チャンバ内において、複数が等間隔且つ垂直落下方式により吊るされて配列され、自己発熱するとともに、気体を直立円筒形反応チャンバの上端面の穴から複数の方向に噴入するチャンバエピタキシーの製造プロセス。２、本発明の直立円筒形反応チャンバをエピタキシーとする製造方法により、一度で比較的大量のエピタキシー部品を完成させることができる。３、本発明の線状体結晶粒により、線状体を表示装置として用いる場合、直接配列され敷設されて使用されるため、製造プロセスにおいて、エッチングが必要なだけであり、半分切るまたは切断して単一の結晶粒にする必要がない。４、本発明の線状体結晶粒は、直列連結され一体化しているため、体積が小さい場合にも切断と組み立てを行うことができる。５、本発明の線状体結晶粒は、直列連結され一体化しているため、従来における結晶粒の切断後にさらに行う組み立ての製造プロセスの違いは、エピタキシー後に、つまり、線体式で配列され使用される。６、本発明の線状体結晶粒により、線状体結晶粒を一度で形成することができ、形成された結晶粒の数は、従来のウェハの製造プロセス方法に比べてはるかに多い。よって、大量生産で価格を下げることにより、そのコストはさらに低くなる。７、本発明の線状体エピタキシー発光体は、帯状のＬＥＤまたはネオン管に用いることができる。

従来のウェハ成型の斜視図である。従来の一般的な発光ダイオードの製造のフローチャートである。従来の有機金属気象堆積チャンバ及び発光ダイオード（結晶粒）の製造の流れを示したブロック図である。従来の有機金属気象堆積チャンバ（ＭＯＣＶＤ）の実施例を上面及び正面から見た平面図である。本発明における線性有機金属気象堆積チャンバ及び発光ダイオード（結晶）の製造の流れを示したブロック図である。本発明における線性有機金属気象堆積微小発光ダイオードの製造のフローチャートである。図５の製造の流れを示した斜視図である。本発明における線性有機金属気象堆積反応チャンバの実施例を上面及び正面から見た平面図である。本発明における線性結晶体の通電テストの斜視図である。本発明の線性結晶体における完成品の据え付けの実施例を示した斜視図である。

参照する図５は、本発明の線性有機金属気象堆積チャンバ及び発光ダイオード（結晶）の製造の流れを示したブロック図であり、主に、１、ウェハ洗浄、２、１回目のエピタキシー、３、高温融着、４、２回目のエピタキシー、５、高温融着、６、３回目のエピタキシー、７、導電模（ＩＴＯ）、８、金属蒸発、９、ドライエッチング、１０、長さ切断、１１、通電テスト、１２、包裝及び入庫等の約１２のプロセスからなる。

さらに参照する図６及び図７は、本発明における線性微小発光ダイオードの製造のフローチャート及び製造の流れを示した斜視図である。その製造プロセス（矢印に従って説明する）は、以下の通りである。第１製造プロセス（１）は、結晶基線（線性導材−Ｐ電極加熱）（１０）である。第２製造プロセス（２）では、直立円筒形反応チャンバ（７）内に、結晶基線（１０）の外周を覆う複数のエピタキシーを形成する。つまり、１層目はＮ半導体層（Ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１１）であり、２層目はＰ半導体層（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１２）であり、１層目であるＮ半導体層（Ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１１）と２層目であるＰ半導体層（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１２）の間のバンドギャップは発光層（１３）である。第３製造プロセス（３）では、２層目におけるＰ半導体層（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１２）の外周に、さらに導電膜（ＩＴＯ）（１４）をめっきする。第４製造プロセス（４）では、導電膜（ＩＴＯ）（１４）に、さらに一層の金属コーティング（Ｎ電極）（１５）をめっきする。第５製造プロセス（５）は、分子線エピタキシー（１００）のエッチングである。第６製造プロセス（６）では、結晶基線（Ｐ電極）（１０）と金属コーティング（Ｎ電極）（１５）の導通通電テストを行う。最後に、第７製造プロセス（６）は、包裝及び入庫である。

上述の結晶基線（１０）は、Ｐ電極であり、最も外側の外層は、金属コーティング（Ｎ電極）（１５）である。

さらに参照する図８は、本発明における線性有機金属気象堆積反応チャンバの実施例を上面及び正面から見た平面図である。そのうち、反応チャンバは、直立円筒形反応チャンバ（８）であり、上下の両端には、気体入口（８０）及び気体出口（８１）がそれぞれ設けられ、チャンバ内部における下端の近くには、直立円筒形反応チャンバ（８）内に配置された結晶基線（１０）が直接熱伝導することで自己発熱させるために、加熱器（９）が設けられ、上端の気体入口（８０）に気体ノズル（未図示）が取り付けられ、気体入口（８０）の周囲の端面には、複数の配列された穿孔（８２）が設けられる。前記複数の配列された穿孔（８２）は、垂直落下方式で結晶基線（１０）を穿設するのに用いられる。

上述の直立円筒形反応チャンバ（８）の上端面に、垂直落下方式で複数の結晶基線（１）が穿設され且つ固定された後（図７を組み合わせて説明する。）、化学元素及び有機由来成分によって形成された気体在直立円筒形反応チャンバ（７）の気体入口（７０）に設けられた気体ノズル（未図示）の噴霧時に、結晶基線（１０）に必要とされる材料の薄膜を加える、つまり、反応チャンバのエピタキシー、蒸着（ＩＴＯ）、蒸着（Ｎ電極）、エッチング等のプロセスによって、エピタキシーの製造が完成する。

上述のエピタキシー後の分子線エピタキシー（１００）には、エッチング後に線体上の複数の結晶粒（１０１）が形成され、各結晶粒（１０１）は、中心の結晶基線（線性導材−Ｐ電極加熱）（１０）を基体とし、外側に１層目であるＮ半導体層（Ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１１）及び２層目であるＰ半導体層（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１２）をめっきする。この１層目であるＮ半導体層（Ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１１）と２層目のＰ半導体層（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１２）の間には、発光層（１３）が設けられ、さらに、導電膜（ＩＴＯ）（１４）及び金属コーティング（Ｎ電極）（１５）をめっきする。このようにして、分子線エピタキシー（１００）上に複数の結晶粒（１０１）が設けられる構造が完成する。

最後に、分子線エピタキシー（１００）は、駆動ＩＣ（２００）によって通電テスト（図９を参照）され、最後のプロセスである分子線エピタキシー（１００）のテストが完了する。

さらに、参照する図１０は、本発明の線性結晶体における完成品の据え付けの実施例を示した斜視図である。そのうち、分子線エピタキシー（１００）における完成エピタキシー及び複数回テストを行った後に形成された線状体を、順に配列して敷設してカーテン型のＬＥＤ表示装置を形成する。

（１）第１製造プロセス
（１０）結晶基線（Ｐ電極）
（２）第２製造プロセス
（１１）Ｎ半導体層（Ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）
（１２）Ｐ半導体層（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）
（１３）発光層
（３）第３製造プロセス
（１４）導電膜（ＩＴＯ）
（４）第４製造プロセス
（１５）金属コーティング（Ｎ電極）
（５）第５製造プロセス
（６）第６製造プロセス
（７）第６製造プロセス
（８）直立円筒形反応チャンバ
（８０）気体入口
（８１）気体出口
（８２）穿孔
（９）加熱器
（１００）分子線エピタキシー
（１０１）結晶粒
（２００）駆動ＩＣ
（Ａ）ウェハ基板
（Ｂ）結晶粒
（Ｃ）第１製造プロセス
（Ｃ１）基板（ＧＳＡＳ）
（Ｄ）第２製造プロセス
（Ｄ１）第１エピタキシー（ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）
（Ｄ２）第２エピタキシー（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）
（Ｅ）第３製造プロセス
（Ｅ１）コーティング（ＩＴＰ）
（Ｅ２）Ｎ電極層
（Ｆ）第４製造プロセス
（Ｆ１）フォトレジスト層
（Ｇ）第５製造プロセス
（Ｇ１）遮蔽物
（Ｇ２）ＵＶ光
（Ｇ３）凹溝
（Ｈ）第６製造プロセス
（Ｈ１）金属蒸着層（Ｐ電極）
（Ｉ）第７製造プロセス
（Ｉ１）Ｐ電解
（Ｊ）第８製造プロセス
（Ｋ）第９製造プロセス
（Ｌ）第１０製造プロセス
（Ｍ）第１１製造プロセス
（Ｎ）反応チャンバ
（Ｎ１）気体入口
（Ｎ２）気体出口
（Ｏ）ＲＦ加熱器

本発明は、複数の発光ダイオードが線状に繋がった線性発光体およびその製造方法の技術分野に関し、特に、線状体を結晶基線とするとともに、直立円筒形反応チャンバを利用してスプレーコーティングとするミクロンＬＥＤ及びその製造プロセスに関する。

さらに参照する図６及び図７は、本発明における線性微小発光ダイオードの製造のフローチャート及び製造の流れを示した斜視図である。その製造プロセス（矢印に従って説明する）は、以下の通りである。第１製造プロセス（１）は、結晶基線（線性導材−Ｐ電極加熱）（１０）である。第２製造プロセス（２）では、直立円筒形反応チャンバ（７）内に、結晶基線（１０）の外周を覆う複数のエピタキシーを形成する。つまり、１層目はＮ半導体層（Ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１１）であり、２層目はＰ半導体層（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１２）であり、１層目であるＮ半導体層（Ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１１）と２層目であるＰ半導体層（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１２）の間のバンドギャップは発光層（１３）である。第３製造プロセス（３）では、２層目におけるＰ半導体層（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１２）の外周に、さらに導電膜（ＩＴＯ）（１４）をめっきする。第４製造プロセス（４）では、導電膜（ＩＴＯ）（１４）に、さらに一層の金属コーティング（Ｎ電極）（１５）をめっきする。第５製造プロセス（５）は、線状体エピタキシー発光体（１００）のエッチングである。第６製造プロセス（６）では、結晶基線（Ｐ電極）（１０）と金属コーティング（Ｎ電極）（１５）の導通通電テストを行う。最後に、第７製造プロセス（６）は、包裝及び入庫である。

さらに参照する図８は、本発明における線性有機金属気象堆積反応チャンバの実施例を上面及び正面から見た平面図である。そのうち、反応チャンバは、直立円筒形反応チャンバ（８）であり、上下の両端には、気体入口（８０）及び気体出口（８１）がそれぞれ設けられ、チャンバ内部における下端の近くには、直立円筒形反応チャンバ（８）内に配置された結晶基線（１０）を加熱する加熱器（９）が設けられ、上端の気体入口（８０）に気体ノズル（未図示）が取り付けられ、気体入口（８０）の周囲の端面には、複数の配列された穿孔（８２）が設けられる。前記複数の配列された穿孔（８２）は、垂直落下方式で結晶基線（１０）を穿設するのに用いられる。

上述のエピタキシー後の線状体エピタキシー発光体（１００）には、エッチング後に線体上の複数の結晶粒（１０１）が形成され、各結晶粒（１０１）は、中心の結晶基線（線性導材−Ｐ電極加熱）（１０）を基体とし、外側に１層目であるＮ半導体層（Ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１１）及び２層目であるＰ半導体層（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１２）をめっきする。この１層目であるＮ半導体層（Ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１１）と２層目のＰ半導体層（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）（１２）の間には、発光層（１３）が設けられ、さらに、導電膜（ＩＴＯ）（１４）及び金属コーティング（Ｎ電極）（１５）をめっきする。このようにして、線状体エピタキシー発光体（１００）上に複数の結晶粒（１０１）が設けられる構造が完成する。

最後に、線状体エピタキシー発光体（１００）は、駆動ＩＣ（２００）によって通電テスト（図９を参照）され、最後のプロセスである線状体エピタキシー発光体（１００）のテストが完了する。

さらに、参照する図１０は、本発明の線性結晶体における完成品の据え付けの実施例を示した斜視図である。そのうち、線状体エピタキシー発光体（１００）における完成エピタキシー及び複数回テストを行った後に形成された線状体を、順に配列して敷設してカーテン型のＬＥＤ表示装置を形成する。

（１）第１製造プロセス
（１０）結晶基線（Ｐ電極）
（２）第２製造プロセス
（１１）Ｎ半導体層（Ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）
（１２）Ｐ半導体層（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）
（１３）発光層
（３）第３製造プロセス
（１４）導電膜（ＩＴＯ）
（４）第４製造プロセス
（１５）金属コーティング（Ｎ電極）
（５）第５製造プロセス
（６）第６製造プロセス
（７）第６製造プロセス
（８）直立円筒形反応チャンバ
（８０）気体入口
（８１）気体出口
（８２）穿孔
（９）加熱器
（１００）線状体エピタキシー発光体
（１０１）結晶粒
（２００）駆動ＩＣ
（Ａ）ウェハ基板
（Ｂ）結晶粒
（Ｃ）第１製造プロセス
（Ｃ１）基板（ＧＳＡＳ）
（Ｄ）第２製造プロセス
（Ｄ１）第１エピタキシー（ｎ−ｔｙｐｅｅｐｉ）
（Ｄ２）第２エピタキシー（Ｐ−ｔｙｐｅｅｐｉ）
（Ｅ）第３製造プロセス
（Ｅ１）コーティング（ＩＴＰ）
（Ｅ２）Ｎ電極層
（Ｆ）第４製造プロセス
（Ｆ１）フォトレジスト層
（Ｇ）第５製造プロセス
（Ｇ１）遮蔽物
（Ｇ２）ＵＶ光
（Ｇ３）凹溝
（Ｈ）第６製造プロセス
（Ｈ１）金属蒸着層（Ｐ電極）
（Ｉ）第７製造プロセス
（Ｉ１）Ｐ電解
（Ｊ）第８製造プロセス
（Ｋ）第９製造プロセス
（Ｌ）第１０製造プロセス
（Ｍ）第１１製造プロセス
（Ｎ）反応チャンバ
（Ｎ１）気体入口
（Ｎ２）気体出口
（Ｏ）ＲＦ加熱器

Claims

ミクロンＬＥＤエピタキシーにおける直立円筒形反応チャンバ及び線性発光体の製造プロセスであって、特に、小さなＬＥＤにおいて発光結晶粒を組み立て、エピタキシー線を形成する製造プロセス方法であり、基体を結晶線体状にし、反応チャンバは、直立円筒形反応チャンバ構造であり、垂直落下方式により合計数が複数である結晶線状体は、直立円筒形反応チャンバに吊るされ、直立円筒形反応チャンバ内部における下端の近くには、結晶線状体が直接熱伝導することで自己発熱させるために、加熱器が設けられ、上端において気体噴霧方式により複数のエピタキシーを形成することにより、線状体エピタキシー発光体が３６０度の円周性の発光の効果を備え、非常に細かい線性結晶粒の体積を効果的に切断及び組み立てることを特徴とする、ミクロンＬＥＤエピタキシーにおける直立円筒形反応チャンバ及び線性発光体の製造プロセス。
前記線状体エピタキシー発光体は、帯状のＬＥＤまたはネオン管に使用されることを特徴とする、請求項１に記載のミクロンＬＥＤエピタキシーにおける直立円筒形反応チャンバ及び線性発光体の製造プロセス。