使用阴极发光进行LED处理的检查，计量和失败分析

A significant amount of semiconductor devices being produced at present include light-emitting diodes (LEDs) which are preferred for the majority of lighting applications, including room lights and display technologies such as high definition televisions, augmented reality headsets and smartphones.

与紧凑的荧光灯鳞茎相比，LED的寿命长约3倍，效率提高10％。此外，设备是有效的，可直接的且小的。

图1。展示设备采用了μLED，包括（左）LED电视，（中）增强现实的头部安装显示器和（右）智能手机。图片来源：Edax

制造μLED和不同的半导体设备的过程可以包括数百个阶段，并且可以持续数周。

必须在制造阶段确定和分析设备的生存能力，以避免设备的其他处理。故障分析（FA）对于改善未来批次的吞吐量和增强处理阶段也至关重要。图2给出了用于晶圆安装的μLED的简化工作流程。

图2。流程图说明了提出的μLED的设备生产。图片来源：Edax

虽然需要提高μLED设备的产量，但用于鉴定缺陷的非毁灭性技术并不常见，尤其是可以在生产阶段之间使用的那些，以确定处理缺陷，电短短裤，半导体组成计量学或介电测量值层故障。

Gatan的发布莫纳克^®发光（CL）检测器for scanning electron microscopes (SEMs) aims to solve these challenges by providing the characterization of luminescence from 6" wafer level to the nanoscale.

MONARC检测器还提供了与不同信号的最精确相关性。此功能使组成，晶体学和地形数据可以立即获取，从而显着增强了故障分析能力。

方法

CL是用能量电子激发的样品产生的光，已被证明对复合半导体工业在设备表征和过程开发方面非常有益，并且是分析介电材料的有效工具。亚博网站下载

This spectroscopic analysis enables materials to be identified that are not easily characterized by traditional SEM or optical analysis¹。在电子显微镜中进行的CL的一个主要优势是，纳米尺寸的分析点可用于全磁力检查（和计量）对特定微型LED的纳米级表征。

图3。MONARC CL检测器附着在扫描电子显微镜上。图片来源：Edax

在分析科学中，SEM中的能量亚博老虎机网登录色散光谱学（EDS）是一种用微观空间分辨率识别元素组成的主要方法。

利用EDS技术中的故障分析（FA）是有效的，因为它可以分析从样品中生成的X射线的能量分布，从中可以从中识别元素分布。

图4。从稀土掺杂的陶瓷捕获的CL光谱，揭示了紫外线上的排放，可见的和近红外的电磁谱系。图片来源：Edax

结果与讨论

在这项调查中，商业制造的gan-in_XGA_1-x使用Edax Octane Elite EDS和Gatan Monarc Cl Systems分析了在4英寸蓝宝石底物上制造的多个量子井（MQW）的小型LED，均分析了固定在FE-SEM上。

As shown in Figure 5, each rectangular LED was made from a stack of materials grown and selectively etched in series. From the bottom up, these included a thin AlN buffer layer, ~2 μm of n-GaN, ~2 μm of Si-doped N+-GaN, 200 nm of MQW layers, 300 nm of Mg-doped P-GaN, 100 nm of indium tin oxide (ITO), coated with ~300 nm of SiO₂和金属触点。

图5。（左）部分完成的LED晶片的低倍率视图。（中）单个LED的次级电子图像。（右）INGAN/GAN MQW LED的横截面示意图。图片来源：Edax

尽管SEM图像对于表面形态的呈现很有用，但在LED材料缺陷和分布的一致性方面缺乏数据。使用CL成像分析LED设备，并揭示了用于评估材料组成，处理诱导的损伤和制造缺陷的多个缺陷。

处理引起的缺陷

未经过滤的CL和二级电子图像在大区域（〜16 mm）获取²）（图6）。CL图像表明，大约1％的LED产生低亮度，从等效的SEM图像中并不明显的缺陷。

受影响的设备处于“ X”模式，与行模式和设备列无关，可能是制造过程中不当的结果。分析了这些有缺陷的设备，以建立缺陷的来源以及设备是否可行。

图6。（左）次级电子和（右）Mini-LED阵列的CL图像。CL图像显示了一系列具有降低强度的“ X”形状的缺陷LED。图片来源：Edax

在图7中显示的是，收集了一个受损的LED（黄色框）的CL光谱图像（高光谱图）。Cl图表明表面影响主要影响MQW层的发射，即MQW后产生的机械划痕，但在金属沉积之前。

图7。（左）辅助电子图像，（中心）Cl光谱图像显示300 - 700 nm的波长，以及（右）着色频谱图像突出显示GAN（360 nm，绿色色彩）的发射，并在_XGA_1-xn（430 nm，蓝色颜色；和460 nm，红色配色），带宽为20 nm。每个颜色带的强度归一化。图片来源：Edax

这些缺陷可能会大大避免或减少LED光的发射，并且应将其排除在其他处理之外。

CL使用户能够建立哪些设备缺陷，并生产可用于选择性拒绝其他处理设备的地图。

这样的缺陷可能会导致排除晶圆区域的重要区域，这些区域支持数十个设备，并且通常是最避免的，因为它们会从人类相互作用中出来，例如在处理或晶圆运输工具之间的交换过程中。

Electrical Defect

影响电气连接的缺陷LED可以影响整个数组，并导致包装设备性能的降解。最受欢迎的电气缺陷是短路和开路。

Figure 8.（左）辅助电子和（右）未经过滤的LED的CL图像，缺少金属接触板。图片来源：Edax

LEDwere found to have missing metal contact pads and are depicted in Figure 8, which results in a device that can function as an open circuit electrically.

CL图像中的明亮区域应允许金属层轻松识别缺失的接触板。与由于缺乏覆层层，CL亮度更明亮2.5倍。

Figure 9.（左）次级电子图像和（右）的电脱落LED的相应CL图像。图片来源：Edax

如图9所示，确定了带有电短缺陷的LED。这些类型的缺陷至关重要，因为它们可以导致功率损失并规避LED的功能。

接触材料产生的阴影显示出高达7：1的明亮到深色对比比，其周围面积的面积为7：1，而次级电子图像的对比度仅为2：1。

CL图像的观察大大简化了电短缺陷的发现。CL图提供的增强对比度可使更强大的自动故障检测算法随后增加设备的收率增加。

制造缺陷

图10。（左）缺陷LED的未过滤Cl图像和EDS材料组成结果。EDS material mapping for gallium (red), silicon (yellow) and oxygen (green). Image Credit: EDAX

如图10所示，CL映射还发现了许多其他缺陷，例如靠近上部和下部设备触点的制造缺陷。在此示例中，CL并未为缺陷的性质提供明确的解释。同时进行CL成像和ED映射以建立缺陷类型。

在图10中，EDS地图发现了氧气和硅的局部缺陷，以及镀耐多余的缺陷，以SIO产生的红色盒子表示₂在升降机处理阶段之一中被偶然排除在外。超过Sio₂由其他区域（绿色框）揭示。

材料组成

图11。（左）CL频谱图像显示300至700 nm的波长，（中心）着色光谱图像突出显示GAN（360 nm，绿色）和IN中的发射_XGA_1-xn（430 nm，蓝色颜色；和460 nm，红色配色），带宽为20 nm。每个颜色带的强度归一化。（右）来自（红色）MQW区域和（蓝色）中央甘恩区域的LED CL光谱（为了清楚起见，增加了10倍）。图片来源：Edax

To the left of Figure 11, the CL image depicted a very high emission intensity suggesting some changes across the LED surface, which was not concealed by opaque metal layers.

图11的中心展示了一个频谱图像，该图像被获取并彩色，以显示LED MQW的依赖分数分布的差异。图11（中心）由三个带从光谱图像拍摄的带通图像组成，并将其堆叠在一起。

430 nm处的发射由蓝色强度表示，而红色起源于460 nm，绿色在360 nm处，每个绿色的带宽为20 nm。

This composite bandpass image uncovers areas where the red intensity is decreased, suggesting lower indium concentrations locally by around 0.4% less than the 16.2% (In) average. This variance is not large enough for the device to be excluded from additional processing.

从光谱图像中获取的光谱，蓝色（x10）从GAN区域和来自MQW的红色，如图11（右）描绘，显示出非常高的强度接近450 nm，这对应于Ingan的发射和GAN。365 nm。

总结和结论

半导体设备的制造需要大量资源和时间。因此，检查和计量学对于确保资源分配不用于有缺陷的设备至关重要。

Cl补充ED提供了基本检查方法，以直接观察各种缺陷类型，这可能导致设备性能显着下降。

CL还具有在表面下方图层图层的能力，可以根据增强的对比度有助于开发更健壮的缺陷识别算法，并通过测量设备强度来确定缺陷的影响。

EDS提供了通过确定缺陷区域的元素组成来区分缺陷类型的能力。

参考

1. D. J. Stowe，J。D。Lee和M. Bertilson，“ Octane Elite和Monarc一起捕捉EDS和CL，” Edax Insight，第1-2页，2020年9月。

此信息已从EDAX提供的材料中采购，审查和改编。亚博网站下载

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