【導讀】目前藍寶石基板是LED器件的主流，但是卻存在著很大的缺陷，氮化镓與藍寶石之間存在著13.8%的晶格不相配
，因此，氮化镓“外延層”是一種高應力薄膜...

 

　　高亮度LED製造如今是否應該更加重視工藝控製?如果答案是肯定的，那麼我們該從傳統的矽基集成電路製造中學到什麼經驗?

 

　　第一個問題的答案很明確：隻需權衡工藝控製的益處和需要付出的設備與人力成本即可。工藝控製的益處包括改善成品率與可靠性、縮短生產周期
、yijijiakuaixinchanpindeshangshisudu。ruguojianggongyikongzhidechengbenkaolvzainei
，zhexieyichujiuhuiyibingzhuanhuaweigenghaodeyinglinengli，kejian，jiaqiangduigongyikongzhidezhongshihenyouyiyi。

 

　　讓我們從LED基板和外延層的缺陷率開始討論。最先進的LED器件采用藍寶石 (Al2O3) 基板;在拋光的藍寶石基板的上表麵
，氮化镓 (GaN) 的外延層是以金屬有機化學氣相沉積 (MOCVD) 生長的。

 

　　外(wai)延(yan)是(shi)在(zai)一(yi)種(zhong)晶(jing)體(ti)材(cai)料(liao)頂(ding)上(shang)生(sheng)長(chang)另(ling)一(yi)種(zhong)晶(jing)體(ti)材(cai)料(liao)薄(bo)膜(mo)的(de)技(ji)術(shu)，這(zhe)樣(yang)晶(jing)格(ge)就(jiu)會(hui)彼(bi)此(ci)相(xiang)配(pei)，至(zhi)少(shao)會(hui)非(fei)常(chang)相(xiang)似(si)。如(ru)果(guo)外(wai)延(yan)薄(bo)膜(mo)的(de)晶(jing)格(ge)常(chang)數(shu)與(yu)底(di)層(ceng)材(cai)料(liao)不(bu)同(tong)
，這(zhe)種(zhong)不(bu)相(xiang)配(pei)就(jiu)會(hui)在(zai)薄(bo)膜(mo)中(zhong)產(chan)生(sheng)應(ying)力(li)。氮(dan)化(hua)镓(jia)與(yu)藍(lan)寶(bao)石(shi)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)著(zhe)大(da)量(liang)的(de)晶(jing)格(ge)不(bu)相(xiang)配(pei) (13.8%)，因此
，氮化镓“外延層”是一種高應力薄膜。外延薄膜的應力能夠增加電子/空穴的遷移率
，從而提高器件性能;但另一方麵，處在應力下的薄膜往往會存在大量缺陷。

 

　　外延層沉積之後的常見缺陷包括隱凹、隱裂、六角形凸起、月牙

、圓圈、蓮蓬頭微滴和局部表麵粗糙。凹坑經常出現在 MOCVD 工藝期間
，且與因晶片由中心向邊緣翹曲而導致的溫度梯度相關。大的凹坑會導致 P-N jieduanlu
，zaochengqijianguzhang。yaweimiaokengshenzhigengjiayinni，tayunxuqijianzuichunenggoutongguodianxingceshi，danzaiqijianlaohuazhihouquehuidaozhikekaoxingwenti。kekaoxingwentiwangwangchuxianzaishijiyingyongshi，yutongchangzaigongchangneiceshishijiancedaodechengpinlvwentixiangbi
，huizaochenggengdasunshi。lingyizhongquexianshilaiziyinbomoyinglieryinqideyinlie，zheyejianghuidaozhishijiyingyongshideyanzhongsunshi。

 

　　高端 LED 製造商通常會檢測外延後的晶片，記錄所有大小超過約 0.5mm 的de缺que陷xian。一yi個ge個ge虛xu擬ni的de器qi件jian單dan元yuan被bei疊die加jia在zai晶jing片pian上shang，任ren何he含han有you嚴yan重zhong缺que陷xian的de虛xu擬ni單dan元yuan都dou將jiang被bei篩shai除chu。這zhe些xie單dan元yuan中zhong如ru果guo有you凹ao坑keng則ze會hui失shi效xiao，如ru果guo有you裂lie紋wen
，則ze麵mian臨lin較jiao高gao風feng險xian的de可ke靠kao性xing問wen題ti。在zai許xu多duo情qing況kuang下xia
，幾ji乎hu所suo有you邊bian緣yuan單dan元yuan都dou會hui報bao廢fei。特te別bie是shi用yong於yu汽qi車che或huo固gu態tai照zhao明ming設she備bei的de高gao端duan LED，絕對不容許出現缺陷，也就是說此類設備的可靠性必須非常高。

 

　　然而，外延後檢測所發現的缺陷並非全部緣於MOCVD工藝。有時候，問題要歸咎於藍寶石基板。如果 LED 製造商希望改善成品率或可靠性，那麼了解問題的來源則非常重要。

 

　　藍寶石基板本身可能含有多種缺陷類型
，包括在切割和拋光時顯露出來的藍寶石晶體凹坑;表麵拋光時造成的擦傷;拋光膏或清潔工藝留下的殘渣;以(yi)及(ji)通(tong)過(guo)清(qing)洗(xi)可(ke)以(yi)清(qing)除(chu)或(huo)不(bu)能(neng)清(qing)除(chu)的(de)顆(ke)粒(li)。當(dang)基(ji)板(ban)上(shang)存(cun)在(zai)這(zhe)些(xie)缺(que)陷(xian)時(shi)，它(ta)們(men)在(zai)氮(dan)化(hua)镓(jia)外(wai)延(yan)生(sheng)長(chang)期(qi)間(jian)可(ke)能(neng)會(hui)被(bei)擴(kuo)大(da)，導(dao)致(zhi)外(wai)延(yan)層(ceng)出(chu)現(xian)缺(que)陷(xian)

，並(bing)最(zui)終(zhong)影(ying)響(xiang)器(qi)件(jian)的(de)成(cheng)品(pin)率(lv)或(huo)可(ke)靠(kao)性(xing)。

 

　　圖案化藍寶石基板 (PSS) 是專為在高亮度LED設備中提高發光效率而設計的基板，因其在外延之前采用了標準的光刻與蝕刻工藝，從而在基板表麵形成了規則的鼓包陣列。盡管使用 PSS fangfakeyijianshaoweicuoquexian
，danshiqueshidegubaohuogubaozhijiandeqiaojiezaidanhuajiacengchenjizhihouhuibianchengliujiaoxingheyueyaxingquexian
，zhexiequexianyibanshichengpinlvdezhimingweixie。

 

　　為了改善成品率與可靠性，LED製造商需要按照類型和大小準確說明基板的最大缺陷率—前提是可以按照那些規格製造基板，並且不會令其售價過高而抵銷改善成品率的益處。LED製造商還可從日常的來料品質管控 (IQC) 缺陷檢測中收益
，從而確保基板能夠符合其規格—包括缺陷的類型和大小。

 

　　當基板大小改變時
，例如當前從4英吋LED基板轉變為6英吋LED基板時
，則應該徹底檢測基板缺陷率。從曆史來看，即使是在矽行業，當基板製造商麵對更大、更重的晶體帶來的機械
、熱力及其他工藝挑戰時
，因更大的基板尺寸而引起的晶體缺陷增加也是其最初的困擾。

 

　　在LED基ji板ban與yu外wai延yan層ceng製zhi造zao期qi間jian
，進jin行xing有you效xiao缺que陷xian控kong製zhi的de進jin一yi步bu的de考kao慮lv就jiu是shi缺que陷xian的de分fen類lei。了le解jie缺que陷xian是shi凹ao坑keng還hai是shi顆ke粒li，比bi僅jin僅jin知zhi道dao缺que陷xian的de數shu量liang要yao更geng加jia有you助zhu於yu解jie決jue問wen題ti。(基板上的擦傷、裂紋和殘渣更容易根據其空間特征而被識別。)先進的缺陷檢測係統，例如 KLA-Tencor 的 Candela 產品，是設計為包含多個入射角(垂直、傾斜)和多個檢測通道(鏡麵、“形貌”
、相位)，有助於自動將缺陷分為各種類型。