CN102569122A

CN102569122A - Led侧面钝化层质量的测试结构及测试方法

Info

Publication number: CN102569122A
Application number: CN2012100545659A
Authority: CN
Inventors: 戴炜锋; 李越生; 周颖圆; 李抒智; 马可军
Original assignee: SHANGHAI RESEARCH CENTER OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY FOR SOLID-STATE LIGHTING; Fudan University
Current assignee: SHANGHAI RESEARCH CENTER OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY FOR SOLID-STATE LIGHTING; Fudan University
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-03-05
Also published as: CN102569122B

Abstract

本发明公开了一种LED侧面钝化层质量的测试结构，通过在LED芯片的侧面及衬底的背面上制备G电极，从而可对LED芯片的侧面钝化层的等效电阻进行测量，并进一步对LED芯片的侧面钝化层的质量进行检测；同时，还公开了一种LED侧面钝化层质量的测试方法，通过测量LED芯片P区钝化层的等效电阻及N区钝化层的等效电阻，并分别与一标准LED芯片样品的P区钝化层的等效电阻及N区钝化层的等效电阻进行比较，从而可对LED芯片的侧面钝化层的质量进行检测；该方法简单方便，并且成本较低。

Description

LED侧面钝化层质量的测试结构及测试方法

技术领域

本发明涉及半导体器件测试技术领域，尤其涉及一种LED侧面钝化层质量的测试结构及测试方法。

背景技术

发光二极管(LED)由于其具有体积小、寿命长、效率高、高耐震性、同时耗电量少、发热少，广泛应用到日常生活中的各项用品，如各种家电的指示灯或光源等。近年来更由于多色彩及高亮度化的发展趋势，应用范围更向户外显示发展如照明灯、大型户外显示屏、交通信号灯等。

半导体表面是具有特殊性质的表面，对外界气氛极为敏感，严重的影响半导体器件的特性，半导体LED也不例外。为了提高器件的可靠性和稳定性，必须对表面采取有效的保护措施，俗称钝化层。

常见的钝化层以SiNx或者SiO2等绝缘介质。用于减少局部漏电流、防止强电场静电击穿等影响器件可靠性的问题。钝化层生长通常使用外延技术，如等离子体增强化学气相沉积法、低压化学气相沉积法等。但由于器件表面形貌差异、工艺不同等因素，生长的薄膜可能出现厚度不一、针孔，甚至部分区域可能没有生长钝化层。因此，迫切需要对半导体芯片钝化层进行评估和测试。

申请号为200880120912.5，名称为“用于钝化完整性测试的嵌入式结构”的中国专利申请提出了一种钝化层完整性的测试方法，其基本思路是将测试钝化层电学性质的电路集成在原IC的电路中，再通过附加的外电极测试钝化层有关的电阻，从而评估钝化层的性质。

然而该技术需要预先制作有关的测试电路图，并且生长于待测芯片上，因而适合于集成电路晶圆厂。对于LED芯片而言，由于其结构简单，测试要求也很简单，然而用这种方式成本太高，不适用于普通分析测试实验室。同时，LED领域和普通微电子半导体器件有些许不同，因为LED切割需采取激光、离子刻蚀或者机械切割获得芯片，芯片侧面也是常见的漏电和放电区域，因此在这附近的钝化层也十分重要。然而，上述方法并没有对LED侧面的钝化效果进行检测。

因此，有必要对现有的LED钝化层测试方法进行改进，以便能有效地检测钝化层工艺在LED侧面的钝化效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED侧面钝化层质量的测试结构及测试方法，以有效地检测钝化层工艺在LED侧面的钝化效果。

为解决上述问题，本发明提出一种LED侧面钝化层质量的测试结构，包括LED芯片，其中，所述LED芯片包括衬底、依次制备在所述衬底上的N层及P层，所述LED芯片的侧面及所述P层上均制备有钝化层，所述N层及P层分别与N电极及P电极电性相连，并且所述LED芯片上还制备有G电极，所述G电极覆盖在所述LED芯片的侧面及衬底的背面。

可选的，所述G电极的厚度为50nm以上。

可选的，所述G电极的材料为Al、Ag、Pt、Au中的任一种。

可选的，所述衬底为绝缘衬底。

同时，为解决上述问题，本发明还提出一种LED侧面钝化层质量的测试方法，用于对LED芯片的侧面钝化层质量进行测试，该方法包括如下步骤：

制备如权利要求1所述的LED侧面钝化层质量的测试结构；

将所述LED芯片的衬底焊接至一LED测试基板上；

将所述P电极接电源，G电极接地，N电极断开，测量所述P区钝化层的等效电阻；

将所述G电极接电源，N电极接地，P电极断开，测量所述N区钝化层的等效电阻；

将测量得到的P区钝化层的等效电阻与一标准LED芯片样品的P区钝化层的等效电阻进行比较，若测量得到的P区钝化层的等效电阻比标准LED芯片样品的P区钝化层的等效电阻小，则所述LED的侧面钝化层质量不合格；

将测量得到的N区钝化层的等效电阻与一标准LED芯片样品的N区钝化层的等效电阻进行比较，若测量得到的N区钝化层的等效电阻比标准LED芯片样品的N区钝化层的等效电阻小，则所述LED的侧面钝化层质量不合格。

可选的，若测量得到的P区钝化层的等效电阻比标准LED芯片样品的P区钝化层的等效电阻小4倍及以上，则所述LED的侧面钝化层质量不合格。

可选的，若测量得到的N区钝化层的等效电阻比标准LED芯片样品的N区钝化层的等效电阻小4倍及以上，则所述LED的侧面钝化层质量不合格。

可选的，所述G电极的厚度为50nm以上。

可选的，所述G电极的材料为Al、Ag、Pt、Au中的任一种。

可选的，所述衬底为绝缘衬底。

与现有技术相比，本发明提供的LED侧面钝化层质量的测试结构，通过在LED芯片的侧面及衬底的背面上制备G电极，从而可对LED芯片的侧面钝化层的等效电阻进行测量，并进一步对LED芯片的侧面钝化层的质量进行检测。

与现有技术相比，本发明提供的LED侧面钝化层质量的测试方法，通过测量LED芯片P区钝化层的等效电阻及N区钝化层的等效电阻，并分别与一标准LED芯片样品的P区钝化层的等效电阻及N区钝化层的等效电阻进行比较，从而可对LED芯片的侧面钝化层的质量进行检测。该方法简单方便，并且成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的LED侧面钝化层质量的测试结构图；

图2A至图2C为本发明实施例提供的LED侧面钝化层质量的测试方法的等效电路图；

图3A至图3C为不同测试情况下的器件的IV曲线；

图4为P区钝化层失效时的测试结果图；

图5为N区钝化层失效时的测试结果图；

标号说明：

VCC-电源，GND-接地，R_P-P区电阻，R_N-N区电阻，R_{pas_p}-P区钝化层等效电阻，R_{pas_n}-N区钝化层等效电阻

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的LED侧面钝化层质量的测试结构及测试方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种LED侧面钝化层质量的测试结构，通过在LED芯片的侧面及衬底的背面上制备G电极，从而可对LED芯片的侧面钝化层的等效电阻进行测量，并进一步对LED芯片的侧面钝化层的质量进行检测；同时，还提供一种LED侧面钝化层质量的测试方法，通过测量LED芯片P区钝化层的等效电阻及N区钝化层的等效电阻，并分别与一标准LED芯片样品的P区钝化层的等效电阻及N区钝化层的等效电阻进行比较，从而可对LED芯片的侧面钝化层的质量进行检测；该方法简单方便，并且成本较低。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的LED侧面钝化层质量的测试结构图，如图1所示，本发明实施例提供的LED侧面钝化层质量的测试结构，包括LED芯片，其中，所述LED芯片包括衬底100、依次制备在所述衬底上的N层110及P层120，所述LED芯片的侧面及所述P层120上均制备有钝化层130，所述N层110及P层120分别与N电极111及P电极121电性相连，并且所述LED芯片上还制备有G电极140，所述G电极140覆盖在所述LED芯片的侧面及衬底100的背面。

进一步地，所述G电极140的厚度为50nm以上，从而保证所述G电极140仅产生较小的串联电阻。

进一步地，所述G电极140的材料为Al、Ag、Pt、Au中的任一种。当然，本发明并不以此为限，只要是导电性能好的金属材料均在本发明的保护范围之内。

进一步地，所述衬底100为绝缘衬底。

其中，在本发明的一个具体实施例中，所述衬底100的厚度可为50～1000微米，所述N区110的厚度为1～10微米，所述P区120的厚度为100～1000纳米。

请继续参考图2A至图2C，图2A至图2C为本发明实施例提供的LED侧面钝化层质量的测试方法的等效电路图，如图图2A至图2C所示，本发明实施例提供的LED侧面钝化层质量的测试方法，用于对LED芯片的侧面钝化层质量进行测试，该方法包括如下步骤：

步骤1：制备如图1所示的LED侧面钝化层质量的测试结构；具体地，首先制备LED芯片，在所述LED芯片上制备钝化层及P电极与N电极；然后将所述LED芯片翻转，使其衬底朝上，将所述LED芯片的正面(即电极面)用导电胶固定在硅片、金属片等导电基片上；接着，将固定好的LED芯片放入金属蒸发或者等离子体溅射设备中，制备G电极；其中，所述G电极生长设备的条件为：设备的样品台必须在一定倾角范围内(例如15°～35°范围内)转动，并且样品台的轴向也可以360度旋转，从而保证LED芯片的边缘都能沉积上金属电极；

步骤2：将所述LED芯片的衬底焊接至一LED测试基板上；具体地，将所述LED芯片的衬底焊接至一LED测试基板(如陶瓷基板)上，并在所述LED芯片表面打金线，制成一测试用的半成品器件；其中，所述LED测试基板除了将LED芯片的正负极(即P电极与N电极)引出到外引脚之外，还必须把衬底的电极(即G电极)引出到外引脚上；

步骤3：将所述P电极接电源，G电极接地，N电极断开，测量所述P区钝化层的等效电阻R_{pas_p}；其等效电路图如图2A所示；

步骤4：将所述G电极接电源，N电极接地，P电极断开，测量所述N区钝化层的等效电阻R_{pas_n}；其等效电路图如图2B所示；

步骤5：将测量得到的P区钝化层的等效电阻与一标准LED芯片样品的P区钝化层的等效电阻进行比较，若测量得到的P区钝化层的等效电阻比标准LED芯片样品的P区钝化层的等效电阻小，则所述LED的侧面钝化层质量不合格；

步骤6：将测量得到的N区钝化层的等效电阻与一标准LED芯片样品的N区钝化层的等效电阻进行比较，若测量得到的N区钝化层的等效电阻比标准LED芯片样品的N区钝化层的等效电阻小，则所述LED的侧面钝化层质量不合格。

其中，在本发明的一个具体实施例中，还可以在步骤2之后，步骤3之前进行传统的LED芯片测试，即将P电极接电源，N电极接地，G电极断开，测量LED芯片的反向漏电流特性，其等效电路图如图2C所示；若侧面钝化层有明显异常，则LED芯片的反向漏电流特性与正常的PN结的反向漏电流特性相比，会有明显异常；该步骤可作为本发明测试前的预检测步骤。

在本发明的一个具体实施例中，所述P区钝化层及所述N区钝化层的等效电阻的测量及比较可通过测量器件的IV曲线进行；其中，钝化层正常情况下的IV曲线可参考图3A至图3C，在图3A至图3C中，曲线1为P电极接电源，N电极接地，G电极断开的连接情况下LED芯片的IV曲线；曲线2为P电极接电源，G电极接地，N电极断开的连接情况下LED芯片的IV曲线；曲线3为G电极接电源，N电极接地，P电极断开的连接情况下LED芯片的IV曲线；需说明的是，图3A至图3C仅是由于观测精度不同造成的差异，其测量数据是完全一样的。

如果P区钝化层的质量不合格(例如出现局部漏电)，则该区域的等效电阻会下降，其IV曲线表现为图4所示，即在相同的电压情况下，测试芯片的电流值比标准合格芯片的电流值小；具体地，以标准合格芯片的P区钝化层电阻R_{pas_p}*为参照，设K1＝R_{pas_p}/R_{pas_p}*为P区钝化层等效电阻减小的因子，观察相应曲线的偏移；如果测量的IV曲线比标准IV曲线向上偏离越大，那么其等效电阻减小的程度就越高；由于金属电阻率远小于钝化层电阻率，因此只要有一个漏电点，曲线就会明显变化；并且如果钝化层薄膜过薄，也会出现一定程度的偏移。

如果N区钝化层的质量不合格(例如出现局部漏电)，则该区域的等效电阻会下降，其IV曲线表现为图5所示，即在相同的电压情况下，测试芯片的电流值比标准合格芯片的电流值小；具体地，以标准合格芯片的N区钝化层电阻R_{pas_n}*为参照，设K2＝R_{pas_n}/R_{pas_n}*为N区钝化层等效电阻减小的因子，观察相应曲线的偏移；如果测量的IV曲线比标准IV曲线向上偏离越大，那么其等效电阻减小的程度就越高；由于金属电阻率远小于钝化层电阻率，因此只要有一个漏电点，曲线就会明显变化；并且如果钝化层薄膜过薄，也会出现一定程度的偏移。需说明的是，通常侧面钝化层的正常厚度为50～200nm。

因此，通过观察IV曲线的偏离情况，可直观地确定LED芯片的侧面钝化层的质量情况，简单方便。

在本发明的一个具体实施例中，若测量得到的P区钝化层的等效电阻比标准LED芯片样品的P区钝化层的等效电阻小4倍及以上，则所述LED的侧面钝化层质量不合格；若测量得到的N区钝化层的等效电阻比标准LED芯片样品的N区钝化层的等效电阻小4倍及以上，则所述LED的侧面钝化层质量不合格。当然，本发明并不以此为限，根据实际情况也可以设定其它的等效电阻减小倍数作为判断LED侧面钝化层质量不合格的标准。

进一步地，所述衬底100为绝缘衬底。

本发明提供的LED侧面钝化层质量的测试方法可以在比较快的时间内，针对同类型不同批次LED芯片上的钝化层进行快速的检验。同时也适合大量芯片的抽检。该方法只需要普通的金属镀膜设备以及金线键合设备即可，因此成本低廉，对操作人员也无特殊要求，普通LED工厂和实验室均可以配置。

综上所述，本发明提供了一种LED侧面钝化层质量的测试结构，通过在LED芯片的侧面及衬底的背面上制备G电极，从而可对LED芯片的侧面钝化层的等效电阻进行测量，并进一步对LED芯片的侧面钝化层的质量进行检测；同时，还提供了一种LED侧面钝化层质量的测试方法，通过测量LED芯片P区钝化层的等效电阻及N区钝化层的等效电阻，并分别与一标准LED芯片样品的P区钝化层的等效电阻及N区钝化层的等效电阻进行比较，从而可对LED芯片的侧面钝化层的质量进行检测；该方法简单方便，并且成本较低。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种LED侧面钝化层质量的测试结构，包括LED芯片，其中，所述LED芯片包括衬底、依次制备在所述衬底上的N层及P层，所述LED芯片的侧面及所述P层上均制备有钝化层，所述N层及P层分别与N电极及P电极电性相连，其特征在于，所述LED芯片上还制备有G电极，所述G电极覆盖在所述LED芯片的侧面及衬底的背面。

2.如权利要求1所述的LED侧面钝化层质量的测试结构，其特征在于，所述G电极的厚度为50nm以上。

3.如权利要求1所述的LED侧面钝化层质量的测试结构，其特征在于，所述G电极的材料为Al、Ag、Pt、Au中的任一种。

4.如权利要求1至3任一项所述的LED侧面钝化层质量的测试结构，其特征在于，所述衬底为绝缘衬底。

5.一种LED侧面钝化层质量的测试方法，用于对LED芯片的侧面钝化层质量进行测试，其特征在于，包括如下步骤：

制备如权利要求1所述的LED侧面钝化层质量的测试结构；

将所述LED芯片的衬底焊接至一LED测试基板上；

6.如权利要求5所述的LED侧面钝化层质量的测试方法，其特征在于，若测量得到的P区钝化层的等效电阻比标准LED芯片样品的P区钝化层的等效电阻小4倍及以上，则所述LED的侧面钝化层质量不合格。

7.如权利要求5所述的LED侧面钝化层质量的测试方法，其特征在于，若测量得到的N区钝化层的等效电阻比标准LED芯片样品的N区钝化层的等效电阻小4倍及以上，则所述LED的侧面钝化层质量不合格。

8.如权利要求5所述的LED侧面钝化层质量的测试方法，其特征在于，所述G电极的厚度为50nm以上。

9.如权利要求5所述的LED侧面钝化层质量的测试方法，其特征在于，所述G电极的材料为Al、Ag、Pt、Au中的任一种。

10.如权利要求5至9任一项所述的LED侧面钝化层质量的测试方法，其特征在于，所述衬底为绝缘衬底。