【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。

 

　　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 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。