【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、以(yi)及(ji)加(jia)快(kuai)新(xin)產(chan)品(pin)的(de)上(shang)市(shi)速(su)度(du)。如(ru)果(guo)將(jiang)工(gong)藝(yi)控(kong)製(zhi)的(de)成(cheng)本(ben)考(kao)慮(lv)在(zai)內(nei)，這(zhe)些(xie)益(yi)處(chu)就(jiu)會(hui)一(yi)並(bing)轉(zhuan)化(hua)為(wei)更(geng)好(hao)的(de)盈(ying)利(li)能(neng)力(li)，可(ke)見(jian)

，加(jia)強(qiang)對(dui)工(gong)藝(yi)控(kong)製(zhi)的(de)重(zhong)視(shi)很(hen)有(you)意(yi)義(yi)。

 

　　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。

 

　　waiyanshizaiyizhongjingticailiaodingshangshengchanglingyizhongjingticailiaobomodejishu

，zheyangjinggejiuhuibicixiangpei，zhishaohuifeichangxiangsi。ruguowaiyanbomodejinggechangshuyudicengcailiaobutong，zhezhongbuxiangpeijiuhuizaibomozhongchanshengyingli。danhuajiayulanbaoshizhijiancunzaizhedaliangdejinggebuxiangpei (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 結jie短duan路lu，造zao成cheng器qi件jian故gu障zhang。亞ya微wei米mi凹ao坑keng甚shen至zhi更geng加jia隱yin匿ni，它ta允yun許xu器qi件jian最zui初chu能neng夠gou通tong過guo電dian性xing測ce試shi

，但dan在zai器qi件jian老lao化hua之zhi後hou卻que會hui導dao致zhi可ke靠kao性xing問wen題ti。可ke靠kao性xing問wen題ti往wang往wang出chu現xian在zai實shi際ji應ying用yong時shi，與yu通tong常chang在zai工gong廠chang內nei測ce試shi時shi檢jian測ce到dao的de成cheng品pin率lv問wen題ti相xiang比bi
，會hui造zao成cheng更geng大da損sun失shi。另ling一yi種zhong缺que陷xian是shi來lai自zi因yin薄bo膜mo應ying力li而er引yin起qi的de隱yin裂lie，這zhe也ye將jiang會hui導dao致zhi實shi際ji應ying用yong時shi的de嚴yan重zhong損sun失shi。

 

　　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 dequexian。yigegexunideqijiandanyuanbeidiejiazaijingpianshang
，renhehanyouyanzhongquexiandexunidanyuandoujiangbeishaichu。zhexiedanyuanzhongruguoyouaokengzehuishixiao
，ruguoyouliewen
，zemianlinjiaogaofengxiandekekaoxingwenti。zaixuduoqingkuangxia
，jihusuoyoubianyuandanyuandouhuibaofei。tebieshiyongyuqichehuogutaizhaomingshebeidegaoduan 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。