JP2013135034A - Led reliability evaluation method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、一般的には、LED(Light Emitting Diode)の信頼性評価方法に関し、より特定的には、導電性薄膜上に電流供給用の配線が設けられるLEDの、エレクトロマイグレーション(Electro Migration)に対する評価を実施するための信頼性評価方法に関する。 The present invention generally relates to a method for evaluating the reliability of an LED (Light Emitting Diode), and more specifically, an electromigration of an LED in which a current supply wiring is provided on a conductive thin film. The present invention relates to a reliability evaluation method for carrying out an evaluation for.
LED(Light Emitting Diode)を種々の照明用途に展開するには、赤・緑・青の光の3原色を発光させる技術が不可欠である。LEDは、青色LEDの完成が遅れていたために各種の用途に展開できていなかった。しかしながら、窒化物系の青色LEDが開発されると、LEDを用いた製品は、信号だけに留まることなく、液晶モニタのバックライトや、液晶テレビのバックライト、家庭用の照明など、各種用途に展開されている。 In order to develop LED (Light Emitting Diode) for various lighting applications, a technology for emitting three primary colors of red, green, and blue light is indispensable. Since the completion of blue LEDs was delayed, the LEDs could not be developed for various uses. However, when nitride-based blue LEDs are developed, products using LEDs are not limited to signals, but are used in various applications such as LCD monitor backlights, LCD TV backlights, and home lighting. Has been deployed.
さらに、近年においてはLEDバックライトを搭載した液晶テレビの価格が下落してきており、このような液晶テレビが急速に普及し始めている。また、LEDを用いた照明は、従来の照明と比較して、低消費電力や省スペースの実現、水銀フリーのために環境に対して低負荷などのメリットがある。このため、LEDを用いた照明が低価格で発売され、一気に普及が進んでいる。 Furthermore, in recent years, the price of liquid crystal televisions equipped with LED backlights has fallen, and such liquid crystal televisions have begun to spread rapidly. In addition, illumination using LEDs has merits such as low power consumption, space saving, and low load on the environment due to mercury-free compared to conventional illumination. For this reason, illumination using LEDs has been released at a low price, and is spreading rapidly.
ところで、照明および液晶テレビのバックライトには、白色光が用いられる。白色光は、一般的に、青色LEDとYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)黄色蛍光体との組合せ、または青色LEDと緑色蛍光体と赤色蛍光体との組合せによって実現される。すなわち、白色光を実現する場合は、いずれの組合せであっても青色LEDが必要となる。このため、高輝度の青色LEDを、安価に、かつ大量に製造する方法が必要とされている。 By the way, white light is used for illumination and backlights of liquid crystal televisions. White light is generally realized by a combination of a blue LED and a YAG (yttrium, aluminum, garnet) yellow phosphor, or a combination of a blue LED, a green phosphor and a red phosphor. That is, when realizing white light, a blue LED is required regardless of the combination. For this reason, there is a need for a method for manufacturing high-intensity blue LEDs at low cost and in large quantities.
一般的には、青色、青緑色などの短波長LEDやレーザダイオード(LD:laser diode)の発光層には、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)および窒化インジウム(InN)、もしくはこれらの混晶などの、V族元素として窒素を含有するIII−V族化合物半導体が用いられる。 In general, for a light emitting layer of a short wavelength LED such as blue or blue green or a laser diode (LD), gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN) and indium nitride (InN), or these A III-V compound semiconductor containing nitrogen as a group V element, such as a mixed crystal, is used.
このような構造を備えるLEDの一例として、特開2007−116158号公報には、同一の単位面積のLEDチップサイズ内で低い駆動電圧を具現することを目的とした窒化物系半導体発光素子が開示されている(特許文献1)。特許文献1に開示された窒化物系半導体発光素子においては、n型窒化物半導体層上にn型電極が形成され、p型窒化物半導体層上に透明電極を介してp型電極が形成されている。電流拡散特性を向上させることを目的に、n型電極は1個のn型枝電極を有し、p型電極は2個のp型枝電極を有する。
As an example of an LED having such a structure, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-116158 discloses a nitride-based semiconductor light-emitting device intended to implement a low driving voltage within the same unit area LED chip size. (Patent Document 1). In the nitride-based semiconductor light-emitting device disclosed in
また、特開2003−152039号公報には、EM(EM:Electro Migration)評価用の配線パターン形状を工夫することにより適切なEM評価を行なうことを目的とした配線パターンが開示されている(特許文献2)。特許文献2に開示されたEM評価用の配線パターンは、実デバイスとしてのMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)が形成されるチップ領域とは異なる特定の領域、TEG(Test Element Group)領域に形成される。
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-152039 discloses a wiring pattern for the purpose of performing an appropriate EM evaluation by devising a wiring pattern shape for EM (EM: Electro Migration) evaluation (patent). Reference 2). The wiring pattern for EM evaluation disclosed in
上述の特許文献1に開示されるようにLEDの導電性薄膜上に枝電極のような電流供給用の配線が設けられる場合、エレクトロマイグレーション(EM:Electro Migration)による配線寿命のテスト(EM評価)を実施する必要がある。エレクトロマイグレーションとは、導体を流れる電子と金属イオンとの運動量交換により、金属原子が移動する現象を意味する。この金属原子の移動が進行すると、空孔(ボイド)が発生し、配線が断線に至る。
When a current supply wiring such as a branch electrode is provided on a conductive thin film of an LED as disclosed in
一方、LEDの信頼性を評価する方法として、完成品である個々のLEDチップの電極(n型電極、p型電極)にワイヤボンディングを施し、ワイヤ配線を通じて通電することにより、LEDの光出力(Po)や動作電圧(VF)などの変動を評価する方法がある。しかしながら、このような信頼性評価方法を利用してEM評価を実施しようとすると、測定される各種の特性変動が、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)によるエピタキシャル成長によって形成された化合物半導体層に起因するものなのか、もしくは枝電極に起因するものなのか区別がつかないという問題がある。 On the other hand, as a method for evaluating the reliability of the LED, by applying wire bonding to the electrodes (n-type electrode, p-type electrode) of individual LED chips that are finished products and energizing them through the wire wiring, There are methods for evaluating fluctuations such as Po) and operating voltage (VF). However, when an EM evaluation is performed using such a reliability evaluation method, various measured characteristic variations are caused by a compound semiconductor layer formed by epitaxial growth by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). There is a problem that it is not possible to distinguish whether it is due to a branch electrode.
さらに、LEDの動作電圧を下げるために枝電極を使用する場合、発光面積をかせぐためには可能な限り枝電極の幅を小さくする必要がある。枝電極におけるエレクトロマイグレーションの発生を考慮すると、印加電流や電極構造にもよるが、電極幅の狭小化には自ずと限界がある。しかしながら、上記の信頼性評価方法では最小の電極幅を見極めることができないという問題もある。 Furthermore, when using a branch electrode to reduce the operating voltage of the LED, it is necessary to make the width of the branch electrode as small as possible in order to increase the light emitting area. Considering the occurrence of electromigration in the branch electrode, although it depends on the applied current and the electrode structure, the narrowing of the electrode width is naturally limited. However, there is a problem that the minimum electrode width cannot be determined by the above-described reliability evaluation method.
また、近年、LEDチップの光出力向上の取り組みとして、反射率の高い電極材料や構造を検討し、採用する動きがある。そうした電極材料や構造の採用に信頼性上の問題がないかを判断する試験項目の一つとして、エレクトロマイグレーション評価手法が採用されている。エレクトロマイグレーション評価手法は、高温下で電極に通電して、抵抗変動がないか、カーケンダル効果等の電極材料の劣化がないかなどを見極める手法として用いられる。 In recent years, as efforts to improve the light output of LED chips, there is a movement to study and adopt electrode materials and structures with high reflectivity. An electromigration evaluation method is adopted as one of the test items for judging whether there is a problem in reliability in adopting such an electrode material or structure. The electromigration evaluation method is used as a method for determining whether there is no resistance variation or electrode material deterioration such as Kirkendall effect by energizing an electrode at a high temperature.
このような評価手法のため設計された枝電極のエレクトロマイグレーション信頼性試験として、たとえば、基板上の、LEDチップが取り出される領域とは異なる特定のTEG(Test Element Group)領域に枝電極の配線パターン評価用のチップを形成し、その評価用チップをTO−18ステムなどにマウントして配線抵抗の変動を評価する方法が考えられる。しかしながら、この場合、経過時間毎にTO−18ステムを試験装置から取り出し、マニュアル測定器によって配線抵抗を測定する必要があるため、人が介在して手間と時間とを要する。また、配線パターンに対する通電が高温下で実施されるのに対して、配線抵抗の測定は、TO−18ステムを一旦試験装置から取り外して常温下で実施されるため、正確な配線抵抗の変動が評価できないという問題がある。 As an electromigration reliability test of a branch electrode designed for such an evaluation method, for example, a wiring pattern of a branch electrode in a specific TEG (Test Element Group) region different from a region where a LED chip is taken out on a substrate is used. A method is conceivable in which an evaluation chip is formed, and the evaluation chip is mounted on a TO-18 stem or the like to evaluate the variation in wiring resistance. However, in this case, since it is necessary to take out the TO-18 stem from the test apparatus and measure the wiring resistance with a manual measuring instrument every elapsed time, it takes time and labor with human intervention. In addition, while energization of the wiring pattern is performed at a high temperature, the measurement of the wiring resistance is performed at room temperature after the TO-18 stem is once removed from the test apparatus. There is a problem that it cannot be evaluated.
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、手間をかけることなく、エレクトロマイグレーションに関する評価が好適に実施されるLEDの信頼性評価方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a reliability evaluation method for an LED in which evaluation relating to electromigration is suitably performed without taking time and effort.
この発明に従ったLEDの信頼性評価方法は、化合物半導体層が形成された絶縁性基板上の第1領域に、第1電極および第2電極と、第1電極および第2電極の少なくともいずれか一方から線状に延びる枝電極とを形成するステップと、絶縁性基板上の第2領域に、枝電極と同じ材料から形成される配線パターンを形成するステップと、絶縁性基板を切断することにより、第1領域からLED(Light Emitting Diode)チップを得るとともに、第2領域から評価用チップを得るステップと、第2領域から得られた評価用チップを用いて、LEDのエレクトロマイグレーションに対する評価を実施するステップとを備える。LEDのエレクトロマイグレーションに対する評価を実施するステップは、評価用チップをエレクトロマイグレーション評価装置に搭載するステップと、エレクトロマイグレーション評価装置によって、所定の高温下で配線パターンに通電するとともに、評価用チップの高温下における特性の変化を定期的に自動測定するステップとを含む。 In the LED reliability evaluation method according to the present invention, at least one of the first electrode and the second electrode, and the first electrode and the second electrode is formed in the first region on the insulating substrate on which the compound semiconductor layer is formed. Forming a branch electrode extending linearly from one side, forming a wiring pattern made of the same material as the branch electrode in a second region on the insulating substrate, and cutting the insulating substrate The LED (Light Emitting Diode) chip is obtained from the first area, the evaluation chip is obtained from the second area, and the evaluation of the electromigration of the LED is performed using the evaluation chip obtained from the second area. And a step of performing. The step of evaluating the electromigration of the LED includes a step of mounting the evaluation chip on the electromigration evaluation apparatus, and energizing the wiring pattern at a predetermined high temperature by the electromigration evaluation apparatus, and at a high temperature of the evaluation chip. And automatically measuring a change in characteristics at regular intervals.
このように構成されたLEDの信頼性評価方法によれば、絶縁性基板上にLEDチップを得るための第1領域とは別の第2領域を設け、この第2領域から配線パターンが形成された評価用チップを得る。配線パターンへの通電時、化合物半導体層よりも優先的に低抵抗の配線パターンに電流が流れるため、配線パターンと同材料の枝電極を対象としたエレクトロマイグレーションの評価を実施できる。 According to the LED reliability evaluation method configured as described above, the second region different from the first region for obtaining the LED chip is provided on the insulating substrate, and the wiring pattern is formed from the second region. Obtain an evaluation chip. When the wiring pattern is energized, a current flows through the wiring pattern having a lower resistance than the compound semiconductor layer, so that electromigration evaluation can be performed on the branch electrode of the same material as the wiring pattern.
この際、エレクトロマイグレーション評価装置によって、評価用チップの高温下における特性の変化を定期的に自動測定するため、人を介在させることなくエレクトロマイグレーションの評価を実施できる。また、エレクトロマイグレーション評価装置によって、配線パターンへの通電と評価用チップの特性変化の測定とを共通の温度環境下で実施するため、エレクトロマイグレーションの評価を高精度に行なうことができる。したがって、本発明によれば、手間をかけることなく、LEDのエレクトロマイグレーションに関する評価を好適に実施することができる。 At this time, since the change in characteristics of the evaluation chip at a high temperature is automatically measured periodically by the electromigration evaluation apparatus, the electromigration can be evaluated without human intervention. In addition, since the electromigration evaluation apparatus conducts the energization to the wiring pattern and the measurement of the characteristic change of the evaluation chip in a common temperature environment, the electromigration can be evaluated with high accuracy. Therefore, according to this invention, evaluation regarding the electromigration of LED can be implemented suitably, without taking an effort.
また好ましくは、エレクトロマイグレーション評価装置は、セラミックから形成されたステージを有する。評価用チップをエレクトロマイグレーション評価装置に搭載するステップにおいて、評価用チップをそのステージに載置する。 Preferably, the electromigration evaluation apparatus has a stage formed of ceramic. In the step of mounting the evaluation chip on the electromigration evaluation apparatus, the evaluation chip is mounted on the stage.
このように構成されたLEDの信頼性評価方法によれば、ステージの放熱性が高まるため、エレクトロマイグレーションに関する評価を、より高温の温度条件下で実施したり、より長時間に渡って実施したりできる。 According to the reliability evaluation method of the LED configured as described above, the heat dissipation of the stage is enhanced, so that the electromigration evaluation is performed under a higher temperature condition or for a longer time. it can.
以上に説明したように、この発明に従えば、手間をかけることなく、エレクトロマイグレーションに関する評価が好適に実施されるLEDの信頼性評価方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an LED reliability evaluation method in which evaluation relating to electromigration is suitably performed without taking time and effort.
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。図中に示す長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は、形状の明瞭化および簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わすものではない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings referred to below, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals. The dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth shown in the drawings are changed as appropriate for clarity and simplification of the shape, and do not represent actual dimensional relationships.
図1は、この発明の実施の形態におけるLEDの信頼性評価方法に用いられるLEDウェハを示す斜視図である。図2は、図1中のLEDウェハから得られるLEDチップを示す平面図である。図3は、図1中のLEDウェハから得られる評価用チップを示す平面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an LED wafer used in an LED reliability evaluation method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing an LED chip obtained from the LED wafer in FIG. FIG. 3 is a plan view showing an evaluation chip obtained from the LED wafer in FIG.
図1から図3を参照して、本実施の形態におけるLEDの信頼性評価方法においては、LEDウェハ10から複数のLEDチップ21を得るとともに、エレクトロマイグレーションに関するLEDチップ21の評価を実施するための評価用チップ51を得る。まず、LEDチップ21および評価用チップ51の各チップの構造について説明する。
With reference to FIGS. 1 to 3, in the LED reliability evaluation method in the present embodiment, a plurality of
図4は、図2中のIV−IV線上に沿ったLEDチップを示す断面図である。図2および図4を参照して、LEDチップ21は、ダブルヘテロ接合型の青色LEDのチップである。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the LED chip along the line IV-IV in FIG. 2 and 4,
LEDチップ21は、絶縁性基板22と、下部クラッド層23、発光(活性)層24、上部クラッド層25およびコンタクト層26を有する。絶縁性基板22の主表面22a上に、下部クラッド層23、発光層24、上部クラッド層25およびコンタクト層26が挙げた順に積層されている。絶縁性基板22は、サファイアから形成されている。下部クラッド層23は、Siが添加されたn型のGaN層から形成されている。発光層24は、InGaN層から形成されている。上部クラッド層25は、Mgが添加されたp型のAlGaNから形成されている。下部クラッド層23、発光層24および上部クラッド層25によって、化合物半導体層28が構成されている。
The
LEDチップ21は、導電性薄膜27、p型電極31およびn型電極36をさらに有する。導電性薄膜27は、コンタクト層26上に形成されている。導電性薄膜27上には、p型電極31が形成されている。LEDチップ21には、下部クラッド層23の表面を部分的に露出させるように導電性薄膜27と下部クラッド層23との間に段差が設けられている。露出された下部クラッド層23の表面上には、n型電極36が形成されている。
The
LEDチップ21を平面視した場合に、p型電極31とn型電極36とは、互いに距離を隔てて配置されている。p型電極31とn型電極36とは、絶縁性基板22の主表面22aに平行な平面であって、互いに異なる平面上に配置されている。
When the
p型電極31から電流を供給すると、電流が導電性薄膜27の面方向に拡散する。p型電極31から供給された電流が上部クラッド層25および発光層24に広面積に流れることにより、発光層24が発光する。
When a current is supplied from the p-
発光層24で発光した光は、上部クラッド層25、コンタクト層26および導電性薄膜27を透過して外部に取り出される。導電性薄膜27としては、たとえばITO(Indium Tin Oxide)のような高透光性の材料が用いられる。これにより、発光層24が発光した光が導電性薄膜27を透過するときの光の損失を低減することができる。また、ITOから形成された導電性薄膜27は、コンタクト層26と比較して低抵抗であるため、発光を得るための動作電流の広範囲への拡散が促進される。これにより、発光面積の拡張がもたらされるため、発光効率を向上させることができる。
Light emitted from the
本実施の形態におけるLEDチップ21は、導電性薄膜27の全体に効率よく電流を供給することを目的に、p側枝電極32pおよびp側枝電極32q(以下、特に区別しない場合は、p側枝電極32という)と、n側枝電極37とをさらに有する。
The
p側枝電極32は、p型電極31から連なって形成されている。p側枝電極32は、p型電極31からn型電極36に向けて線状に延びて形成されている。n側枝電極37は、n型電極36から連なって形成されている。n側枝電極37は、n型電極36からp型電極31に向けて線状に延びて形成されている。p側枝電極32pおよびp側枝電極32qは、それぞれ、n側枝電極37の両側で延びている。p側枝電極32およびn側枝電極37は、互いに平行に延びている。p側枝電極32pおよびp側枝電極32qは、互いに平行に延びている。p側枝電極32およびn側枝電極37は、一定の幅Bを有して形成されている。p型電極31から延びるp側枝電極32の間にn型電極36から延びるn側枝電極37が配置され、p側枝電極32とn側枝電極37との間の距離を一定に維持する構造によって、電流拡散効率を改善している。
The p-
p型電極31、p側枝電極32、n型電極36およびn側枝電極37は、たとえば、Ti、Al、Auなどの導電性材料から形成されている。これら電極は、単層構造に限られられず、多層構造を有してもよい。LEDチップ21においては、p型電極31およびp側枝電極32とn型電極36およびn側枝電極37とが、化合物半導体層28上で互いに分離して設けられている。
The p-
なお、以上に説明したLEDチップ21の構造は一例であり、化合物半導体層の接合構造や各層を形成する材料などは上記に限られない。
The structure of the
図5は、図3中のV−V線上に沿った評価用チップを示す断面図である。図3および図5を参照して、評価用チップ51は、エレクトロマイグレーションに関するLEDチップ21の評価を実施するためのチップである。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the evaluation chip along the line VV in FIG. With reference to FIG. 3 and FIG. 5, the
評価用チップ51は、LEDチップ21と同様に、絶縁性基板22、下部クラッド層23、発光層24、上部クラッド層25、コンタクト層26および導電性薄膜27を有する。絶縁性基板22の主表面22a上に、下部クラッド層23、発光層24、上部クラッド層25、コンタクト層26および導電性薄膜27が挙げた順に積層されている。各層を形成する材料は、LEDチップ21と同じである。評価用チップ51は、LEDチップ21と同じサイズを有する。但し、評価用チップ51は、導電性薄膜27と下部クラッド層23との間に段差が設けられていない点でLEDチップ21と異なる。
Similar to the
評価用チップ51は、配線パターンとしての、パッド部41およびパッド部42と、配線部46とをさらに有する。パッド部41、パッド部42および配線部46は、導電性薄膜27上に形成されている。パッド部41、パッド部42および配線部46は、絶縁性基板22の主表面22aに平行な同一平面上に配置されている。評価用チップ51を平面視した場合に、パッド部41とパッド部42とは、互いに離間して設けられている。
The
配線部46は、パッド部41とパッド部42との間で延びている。配線部46は、線状に延びて形成されている。配線部46は、進行方向を90°ずつ変更しながら蛇行して延びている。配線部46は、パッド部41とパッド部42との間で、LEDチップ21のp側枝電極32およびn側枝電極37と同じ幅Bを有して形成されている。配線部46は、パッド部41とパッド部42との間で、p側枝電極32およびn側枝電極37と同じ断面形状を有して形成されている。
The
なお、配線部46は、図中に示す形状に限られず、たとえば、パッド部41とパッド部42との間で直線状に延びて形成されてもよい。
In addition, the
パッド部41、パッド部42および配線部46は、LEDチップ21のp側枝電極32およびn側枝電極37と同一の材料から形成されている。パッド部41、パッド部42および配線部46と、p側枝電極32およびn側枝電極37とは、同一構造を有し、たとえば、LEDチップ21の電極が多層構造を有する場合、パッド部41、パッド部42および配線部46も多層構造を有する。評価用チップ51においては、パッド部41とパッド部42とが、化合物半導体層28上で配線部46によって互いに繋がって設けられている。
The
図6は、この発明の実施の形態におけるLEDの信頼性評価方法のステップの流れを示す図である。図7は、この発明の実施の形態におけるLEDの信頼性評価方法に用いられるエレクトロマイグレーション評価装置を示す平面図である。続いて、本実施の形態におけるLEDの信頼性評価方法について説明する。 FIG. 6 is a diagram showing a flow of steps of the LED reliability evaluation method according to the embodiment of the present invention. FIG. 7 is a plan view showing an electromigration evaluation apparatus used in the LED reliability evaluation method according to the embodiment of the present invention. Next, the LED reliability evaluation method in the present embodiment will be described.
図1および図6を参照して、まず、円盤状の絶縁性基板22上に化合物半導体層28を形成する(S101)。具体的には、MOCVD法を用いて、絶縁性基板22上に化合物半導体層28をエピタキシャル成長させる。さらに、化合物半導体層28上にコンタクト層26および導電性薄膜27を形成する。
Referring to FIGS. 1 and 6, first,
次に、絶縁性基板22上のメイン領域14に、図2中のp型電極31、n型電極36、p側枝電極32およびn側枝電極37を形成し(S102)、絶縁性基板22上のTEG(Test Element Group)領域12に、図3中のパッド部41、パッド部42および配線部46を形成することにより、図1中のLEDウェハ10を得る。この際、公知のフォトリソグラフィ、電子線蒸着およびリフトオフ法を用いて、これらの電極や配線パターンを形成する。メイン領域14におけるp型電極31およびp側枝電極32と、TEG領域12におけるパッド部41、パッド部42および配線部46とを、共通のマスクを用いて同時に形成する。
Next, the p-
次に、絶縁性基板22を切断することにより、メイン領域14から複数のLEDチップ21を得るとともに、TEG領域12から評価用チップ51を得る(S104)。
Next, by cutting the insulating
続いて、評価用チップ51を用いて、エレクトロマイグレーションに関するLEDチップ21の評価を行なう。
Subsequently, the
図6および図7を参照して、具体的には、まず評価用チップ51をエレクトロマイグレーション評価装置71に搭載する(S105)。
Referring to FIGS. 6 and 7, specifically, first,
エレクトロマイグレーション評価装置71は、テストピースを搭載するためのステージ72と、ステージ72の周囲に設けられ、ステージ72に搭載されたテストピースと評価装置とを電気的に接続するための複数のパッド部73とを有する。エレクトロマイグレーション評価装置71は、パッド部73を通じて、ステージ72に搭載されたテストピースに対して任意の大きさのストレス電流を印加する機能と、テストピースにおける配線抵抗を自動測定する機能とを有する。エレクトロマイグレーション評価装置71は、図示しないオーブンを備えており、ステージ72に搭載されたテストピースの周囲温度を自在に設定することができる。
The
S105のステップにおいては、テストピースとしての評価用チップ51をステージ72に載置するとともに、評価用チップ51のパッド部41およびパッド部42と、エレクトロマイグレーション評価装置71のパッド部73との間をワイヤボンディングにより接続する。
In step S105, the
次に、エレクトロマイグレーション評価装置71によって、所定の高温下で評価用チップ51の配線部46に通電するとともに、評価用チップ51の高温下における特性の変化を定期的に自動測定する(S106)。本実施の形態では、エレクトロマイグレーション評価装置71によって、100h、500h、1000h後などの定期的な配線部46における配線抵抗を、高温環境下で自動的に測定する。
Next, the
LEDチップ21と評価用チップ51とを比較すると、LEDチップ21では、化合物半導体層28上でp型電極31とn型電極36とが分離しているのに対して、評価用チップ51では、パッド部41とパッド部42とが配線部46によって繋がっている。このような構成により、評価用チップ51のパッド部41,42に電流を供給すると、電流は低抵抗の配線部46に優先的に流れるため、エピタキシャル成長層である化合物半導体層28と分離した形態で配線部46のみの信頼性評価を実施することができる。
When comparing the
配線部46は、p側枝電極32およびn側枝電極37と同一材料から形成されており、さらに本実施の形態では、p側枝電極32およびn側枝電極37と同じ幅を有して形成されている。このため、配線部46への通電試験を通じて、LEDチップ21のp側枝電極32およびn側枝電極37を対象としたエレクトロマイグレーションの評価を実施することができる。
The
図8は、比較のための通電試験の様子を示す斜視図である。図8を参照して、評価用チップ51に対する通電試験の実施方法として、TO18ステム76上に評価用チップ51を搭載する方法が挙げられる。しかしながら、このような方法では、高温環境下で通電試験している評価用チップ51を定期的に取り出してマニュアル測定器にてI−V特性を測定し、さらに、配線抵抗を計算してエージング時間ごとの変動率を評価する必要がある。また、LEDに対する通電に際しては、通電によって発生する熱(ジュール熱)はほぼチップ内に熱量として負荷し、通電を停止すると急激に温度が低下する特徴がある。TO18ステム76を用いた場合、通電試験と配線抵抗の測定との間に遅延時間が発生せざるを得ないため、評価用チップ51の特性を正確に測定することができない。
FIG. 8 is a perspective view showing a state of an energization test for comparison. With reference to FIG. 8, a method of mounting the
一方、本実施の形態では、エレクトロマイグレーション評価装置71によって配線部46における配線抵抗の変化を定期的に自動測定するため、試験に要する手間を大幅に低減させることができる。また、高温下の試験環境が保たれたまま配線抵抗の測定が実施されるため、後述する活性化エネルギや自己発熱量などをより正確に算出し、延いてはチップの寿命をも正確に算出することができる。
On the other hand, in the present embodiment, since the
さらに本実施の形態では、評価用チップ51が搭載されるステージ72がセラミックから形成されている。このような構成によれば、ステージ72の放熱性が高まるため、エレクトロマイグレーションに関する評価を、より高い温度環境のもとで実施したり、より長時間に渡って実施したりできる。
Furthermore, in the present embodiment, the
なお、上記の信頼性評価方法においては、ステージ72に1つの評価用チップ51を搭載したが、複数の評価用チップ51を搭載することも可能である。この場合、レイアウトの異なる複数の評価用チップを同一の試験条件下で同時に評価することができる。また、エレクトロマイグレーション評価装置71では、複数の評価用チップを異なる試験条件下で評価することもできる。
In the above-described reliability evaluation method, one
また、上記の信頼性評価方法においては、p側枝電極32およびn側枝電極37と同一幅の配線部46に通電してエレクトロマイグレーションの評価を実施したが、互いに異なる幅を有する複数の配線部46にそれぞれ通電して、配線部46毎にエレクトロマイグレーションの評価を実施してもよい。この場合、エレクトロマイグレーションが問題とならない最小の枝電極の幅を特定することができる。以下、このような信頼性評価方法の実施例について説明する。
In the reliability evaluation method described above, the electromigration was evaluated by energizing the
図9は、本実施例において用いた評価用チップを示す断面図である。図中には、図3中のIX−IX線上に沿った評価用チップ51の断面が示されている。本実施例では、配線部46の線幅が5μmまたは8μmであり、パッド部41,42の電極厚みが750nmまたは1050nmである4種類の評価用チップ51をサンプルとして準備した。そして、図7中に示すように、評価用チップ51をステージ72上に載置するとともに、各評価用チップ51のパッド部41,42と、エレクトロマイグレーション評価装置71のパッド部73との間をワイヤボンディングにより接続した。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the evaluation chip used in this example. In the drawing, a cross section of the
図10は、配線抵抗と自己発熱温度との関係を示すグラフである。図11は、配線抵抗と自己発熱温度とを示す表である。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the wiring resistance and the self-heating temperature. FIG. 11 is a table showing wiring resistance and self-heating temperature.
次に、周囲温度を60℃、120℃、180℃および250℃に設定した状態で、パッド部41,42を通じて配線部46に微小通電し、配線抵抗を測定した。図10および図11中に、周囲温度を250℃に設定した場合の配線幅ごとの配線抵抗および自己発熱温度を示す。
Next, in a state where the ambient temperature was set to 60 ° C., 120 ° C., 180 ° C., and 250 ° C., the
次に、各周囲温度において、通電時間経過ごとの電流値(I)および電圧値(V)を測定した。本実施例では、配線部46への印加電流を120mA、150mAおよび180mAとし、経過時間を100h、500hおよび1000hとして、電流値(I)および電圧値(V)を測定した。
Next, at each ambient temperature, the current value (I) and the voltage value (V) were measured for each energization time. In this example, the current value (I) and the voltage value (V) were measured by setting the applied current to the
図12は、通電試験の結果から活性化エネルギを算出する経過を示すグラフである。図13は、本実施例において算出された各種評価チップの寿命を示す表である。 FIG. 12 is a graph showing a process of calculating the activation energy from the result of the energization test. FIG. 13 is a table showing the lifetimes of various evaluation chips calculated in this example.
図12を参照して、印加電流が120mAである場合の通電試験の結果から活性化エネルギを算出した。縦軸を、ln[MTTF(mean time to failure:平均故障寿命)]とし、横軸を、1/T(温度)(K-1)としたグラフ中には、60℃、100℃および150℃の各温度における1000h経過時の寿命換算の結果がプロットされている。活性化エネルギEaは、グラフ中の直線の傾き(slope)と、ボルツマン定数(k)との積によって求められ、本実施例では、slope=13200、Ea=1.14となる。 Referring to FIG. 12, the activation energy was calculated from the result of the energization test when the applied current was 120 mA. In the graph in which the vertical axis is ln [MTTF (mean time to failure)] and the horizontal axis is 1 / T (temperature) (K −1 ), 60 ° C., 100 ° C. and 150 ° C. The results of life conversion after 1000 hours at each temperature are plotted. The activation energy Ea is obtained by the product of the slope (slope) of the straight line in the graph and the Boltzmann constant (k). In this embodiment, slope = 13200 and Ea = 1.14.
図10中に示す自己発熱温度と図12中に示す活性化エネルギとに基づいて、Tstress(自己発熱量)およびJstress(電流密度)を加味した各評価用チップ51の寿命(TTF)を算出し、その結果を図13中の表に示した。図13に示す結果から、図2中のp側枝電極32およびn側枝電極37が5μm以上の幅を有すれば、エレクトロマイグレーション上の問題が生じないことを確認できた。また、電極膜厚を700nmに薄膜化しても、同様に問題が生じないことを確認できた。
On the basis of the self-heating temperature shown in FIG. 10 and the activation energy shown in FIG. The results are shown in the table in FIG. From the results shown in FIG. 13, it can be confirmed that if the p-
以上に説明した、この発明の実施の形態におけるLEDの信頼性評価方法は、化合物半導体層28が形成された絶縁性基板22上の第1領域としてのメイン領域14に、第1電極としてのp型電極31および第2電極としてのn型電極36と、p型電極31およびn型電極36の少なくともいずれか一方から線状に延びる枝電極としてのp側枝電極32およびn側枝電極37とを形成するステップと、絶縁性基板22上の第2領域としてのTEG領域12に、p側枝電極32およびn側枝電極37と同じ材料から形成される配線パターンとしてのパッド部41、パッド部42および配線部46を形成するステップと、絶縁性基板22を切断することにより、メイン領域14からLEDチップ21を得るとともに、TEG領域12から評価用チップ51を得るステップと、TEG領域12から得られた評価用チップ51を用いて、LEDのエレクトロマイグレーションに対する評価を実施するステップとを備える。LEDのエレクトロマイグレーションに対する評価を実施するステップは、評価用チップ51をエレクトロマイグレーション評価装置71に搭載するステップと、エレクトロマイグレーション評価装置71によって、所定の高温下でパッド部41、パッド部42および配線部46に通電するとともに、評価用チップ51の高温下における特性の変化を定期的に自動測定するステップとを含む。
As described above, the LED reliability evaluation method according to the embodiment of the present invention includes the p region as the first electrode in the
このように構成された、この発明の実施の形態におけるLEDの信頼性評価方法によれば、評価用チップ51への通電時、化合物半導体層28よりも優先的に低抵抗の配線部46に電流が流れるため、配線部46と同材料により形成されたp側枝電極32およびn側枝電極37を対象にしたエレクトロマイグレーションの評価を実施することができる。さらに、本実施の形態では、LEDチップ21と評価用チップ51とが同じ工程で同時に形成されるため、評価用チップ51の製造工程を簡易にすることができる。
According to the LED reliability evaluation method in the embodiment of the present invention configured as described above, when the
また、本実施の形態では、エレクトロマイグレーション評価装置71によって、評価用チップ51の高温下における特性の変化を定期的に自動測定するため、人を介在させることなくエレクトロマイグレーションの評価作業を簡便化できる。
In the present embodiment, the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、主に、照明や液晶テレビのバックライトなどに用いられるLEDの信頼性評価に好適に利用される。 The present invention is mainly suitably used for reliability evaluation of LEDs used for illumination, backlights of liquid crystal televisions, and the like.
10 LEDウェハ、12 TEG領域、14 メイン領域、21 LEDチップ、22 絶縁性基板、22a 主表面、23 下部クラッド層、24 発光層、25 上部クラッド層、26 コンタクト層、27 導電性薄膜、28 化合物半導体層、31 p型電極、32,32p,32q p側枝電極、36 n型電極、37 n側枝電極、41,42 パッド部、46 配線部、51,52 評価チップ、61,66 電極部、62,62p,62q,67 枝電極部、63,63p,63q,68 パッド部、71 エレクトロマイグレーション評価装置、72 ステージ、73 パッド部、76 TO18ステム。 10 LED wafer, 12 TEG region, 14 main region, 21 LED chip, 22 insulating substrate, 22a main surface, 23 lower cladding layer, 24 light emitting layer, 25 upper cladding layer, 26 contact layer, 27 conductive thin film, 28 compound Semiconductor layer, 31 p-type electrode, 32, 32p, 32q p side branch electrode, 36 n type electrode, 37 n side branch electrode, 41, 42 pad part, 46 wiring part, 51, 52 evaluation chip, 61, 66 electrode part, 62 62p, 62q, 67 Branch electrode part, 63, 63p, 63q, 68 Pad part, 71 Electromigration evaluation device, 72 stage, 73 pad part, 76 TO18 stem.
Claims (2)
前記絶縁性基板上の第2領域に、前記枝電極と同じ材料から形成される配線パターンを形成するステップと、
前記絶縁性基板を切断することにより、前記第1領域からLED(Light Emitting Diode)チップを得るとともに、前記第2領域から評価用チップを得るステップと、
前記第2領域から得られた前記評価用チップを用いて、LEDのエレクトロマイグレーションに対する評価を実施するステップとを備え、
前記LEDのエレクトロマイグレーションに対する評価を実施するステップは、
前記評価用チップをエレクトロマイグレーション評価装置に搭載するステップと、
前記エレクトロマイグレーション評価装置によって、所定の高温下で前記配線パターンに通電するとともに、前記評価用チップの高温下における特性の変化を定期的に自動測定するステップとを含む、LEDの信頼性評価方法。 A first electrode and a second electrode and a branch electrode extending linearly from at least one of the first electrode and the second electrode are formed in a first region on the insulating substrate on which the compound semiconductor layer is formed. And steps to
Forming a wiring pattern made of the same material as the branch electrode in the second region on the insulating substrate;
Cutting the insulating substrate to obtain an LED (Light Emitting Diode) chip from the first region, and obtaining an evaluation chip from the second region;
Using the evaluation chip obtained from the second region, and performing an evaluation on the electromigration of the LED,
The step of performing an evaluation on the electromigration of the LED comprises:
Mounting the evaluation chip on an electromigration evaluation apparatus;
A method for evaluating the reliability of an LED, comprising: energizing the wiring pattern at a predetermined high temperature by the electromigration evaluation apparatus and periodically automatically measuring a change in characteristics of the evaluation chip at a high temperature.
前記評価用チップをエレクトロマイグレーション評価装置に搭載するステップにおいて、前記評価用チップを前記ステージに載置する、請求項1に記載のLEDの信頼性評価方法。 The electromigration evaluation apparatus has a stage formed of ceramic,
The LED reliability evaluation method according to claim 1, wherein in the step of mounting the evaluation chip on an electromigration evaluation apparatus, the evaluation chip is mounted on the stage.
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