CN102157633A - Led外延芯片的分离方法 - Google Patents
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Abstract
一种LED外延芯片的分离方法。该方法为：在预留生长或生长有LED外延结构的硬质衬底背面光学刻蚀形成沟槽，沟槽与预定形成或形成于衬底正面的芯片图形之间的预定分割位置相应；在衬底正面生长外延结构形成外延片，而后沿沟槽将该外延片分割形成单个LED外延芯片，或者直接沿沟槽将外延片分割形成单个LED外延芯片；LED外延芯片的横向尺寸为其厚度的二倍或二倍以上，且沟槽的深度为芯片厚度的十分之一以上。本发明有效简化了LED外延芯片，尤其是大功率LED外延芯片的分离操作，提高了工作效率以及LED芯片的产率，并降低了生产成本。尤其是可使基于透明衬底的LED芯片具有较厚的透明衬底作为出光窗口，发光效率高，特别适于倒装LED芯片应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体芯片的制备方法，尤其涉及一种基于硬质衬底的LED外延芯片的分离方法。
背景技术
以GaN为代表的新一代半导体材料在固态照明、固体激光器、光信息存储、紫外探测器等领域都有巨大的应用潜力。
目前常见的GaN基发光元件主要以蓝宝石、碳化硅等材料形成的晶片作为衬底，其制程包括：在上述衬底上生长形成外延结构，再将该衬底切割成单个LED芯片。
传统的切割方法是利用钻石刀作为切割工具，于衬底表面先行切割后，再进行断裂工艺。然而蓝宝石、碳化硅等衬底具有很大硬度和强度，因此切割不易且耗时，再者，钻石刀耗损率也非常大，使成本相对提高。
近年来常用的另一种切割方法是首先采用研磨等方法将前述蓝宝石、碳化硅等衬底的厚度由原先的大约430μm左右减薄至100μm，甚至100μm以下，并进行抛光处理，然后以激光束按照芯片图形尺寸进行切割，形成单个LED芯片。该切割工艺中，因为蓝宝石、碳化硅等衬底的减薄和抛光非常难以进行，耗时长，效率低，且易导致外延片无规则碎裂和损伤，并会产生大量粉尘污染环境，故而难以适应净化工艺工业化规模生产的需求。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提出了一种LED外延芯片的分离方法，其无需衬底减薄工艺，而通过直接以激光划片在硬质衬底上形成沟槽进行芯片切割，其后采用传统裂片工艺进行芯片分离，从而有效简化了LED外延芯片的分离操作，提高了工作效率以及LED芯片的产率，并降低了生产成本。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种LED外延芯片的分离方法，其特征在于，该方法为：
在预留生长或已经生长有LED外延结构的硬质衬底背面经光学刻蚀形成沟槽，所述沟槽与预定形成或已经形成于衬底正面的芯片图形之间的预定分割位置相应；
在硬质衬底正面生长外延结构形成外延片，而后沿所述沟槽将该外延片分割形成单个LED外延芯片；
或者，直接沿所述沟槽将外延片分割形成单个LED外延芯片；
所述LED外延芯片的横向尺寸为其厚度的二倍或二倍以上，且所述沟槽的深度为芯片厚度的十分之一以上。
作为一种实施方式，该方法中是通过激光划片工艺在硬质衬底，如蓝宝石背面刻蚀形成沟槽的，且在形成沟槽后，还采用酸性溶液至少清洗沟槽内部及其周边区域，清除激光束刻蚀衬底时形成的影响LED发光效率的副产物。
所述LED外延芯片为GaN基或AlGaInP基LED芯片。
优选的，对于直径为2英寸的外延片，由于其衬底厚度通常为430μm左右，所述LED外延芯片的横向尺寸大于或等于0.86mm×0.86mm。
优选的，对于直径为2英寸以上的外延片，由于其衬底厚度通常为500μm以上，所述LED外延芯片的横向尺寸等于或大于1mm×1mm。
一般情况下，所述衬底厚度在100μm～1mm。
所述衬底由常用硬质透明或不透明材料中的任意一种组成，所述透明或不透明材料包括蓝宝石、SiC、AlN、ZnSe、ZnO、Si和GaAs。
与现有技术相比，本发明的积极效果在于：针对横向尺寸为其厚度的二倍或二倍以上的LED外延芯片，尤其是规格在1mmx1mm以上的大功率芯片，采用激光划片技术在衬底上形成深度大于或等于芯片厚度的十分之一的沟槽，从而可根据力学原理采用传统裂片工艺直接进行芯片分离，而无需对衬底进行减薄抛光等工艺，进而可有效提高LED外延芯片的分离效率、LED芯片的产率，并降低生产成本。特别是对基于透明衬底的LED芯片来说，其具有较厚的透明衬底作为出光窗口，发光效率高，特别适于倒装LED芯片应用。
附图说明
图1是本发明实施例1中以蓝宝石基片为衬底的GaN基LED外延和芯片的俯视图；
图2是本发明实施例1中以蓝宝石基片为衬底的GaN基LED外延和芯片的剖面结构示意图。
具体实施方式
本发明是针对以传统机械方式或激光划片技术分割以蓝宝石、SiC、Si、GaAs、GaN、AlN、AlGaInP、ZnSe或ZnO等硬质透明或不透明材料作为衬底的LED外延芯片时所存在的诸多工艺问题而提出的。
本发明的LED外延芯片的分离方法包括如下步骤：
在预留生长或已经生长有LED外延结构的硬质衬底背面经光学刻蚀形成沟槽，所述沟槽与预定形成或已经形成于衬底正面的芯片图形之间的预定分割位置相应；
在硬质衬底正面生长外延结构形成外延片，而后沿所述沟槽将该外延片分割形成单个LED外延芯片；
或者，直接沿所述沟槽将外延片分割形成单个LED外延芯片。
其中，所述LED外延芯片的横向尺寸为其厚度的二倍或二倍以上，且沟槽深度为芯片厚度的十分之一以上。
作为一种实施方式，该方法中是通过激光划片工艺在硬质衬底背面刻蚀形成沟槽的，且在形成沟槽后，对于像蓝宝石这样的透明衬底，还采用酸性溶液至少清洗沟槽内部及其周边区域，清除激光束刻蚀衬底时形成的副产物。该酸性溶液可采用含磷酸及硫酸的混合溶液等，其工艺具体可参考公开号为CN100407461C的发明专利等。
优选的，对于直径为2英寸的外延片，由于其衬底厚度通常为430μm左右，所述LED外延芯片的横向尺寸大于或等于0.86mm×0.86mm。
优选的，对于直径为2英寸以上的外延片，由于其衬底厚度通常为500μm以上，所述LED外延芯片的横向尺寸等于或大于1mm×1mm。
一般情况下，所述衬底厚度在100μm～1mm。
所述衬底由常用硬质透明或不透明材料中的任意一种组成，所述透明或不透明材料包括蓝宝石、SiC、AlN、ZnSe、ZnO、Si和GaAs。
前述LED外延芯片可选用但不限于GaN基或AlGaInP基的，经MOCVD等工艺进行外延生长后形成的外延和芯片等。
以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1请参阅图1～2，本实施例涉及对以蓝宝石晶体作为衬底的GaN基LED外延芯片进行分离处理，该外延芯片包括厚度约430μm的2英寸蓝宝石衬底1，以及生长在该衬底正面、厚度约7μm的GaN外延片层2。
对该以蓝宝石为衬底的GaN基LED外延芯片进行分离的操作是以激光划片工艺进行的，其包括如下步骤：
以具有合适波长的激光束(参见“LED用蓝宝石晶体衬底激光划片工艺”，《中国照明电器》，2010年第3期，以及公开号为CN100407461C的发明专利等)切割生长有LED外延结构的蓝宝石衬底背面形成深度在43μm以上的若干沟槽3，所述沟槽与形成于衬底正面的芯片图形之间的预定分割位置相应；在这个实例中，为了使本发明行之有效，芯片预订分割位置之间的距离应该在860μm或以上；而后，将该LED外延片置于加热的酸性溶液(例如，不低于200℃的磷酸和硫酸的混合溶液)中浸渍，至切割所形成的副产品完全被除去；
以传统裂片工艺沿所述沟槽将该外延片分割形成厚度在430μm左右，横向尺寸在860μm×860μm或以上的单个LED芯片。
本实施例中分离LED芯片的操作耗时短，且可大规模进行，效率高，成本低，无污染，并可大幅提高LED芯片的成品率。而且形成的大功率LED芯片成品具有很高发光效率。
实施例2本实施例涉及对以蓝宝石晶体作为衬底的GaN基LED外延芯片进行分离处理，该外延芯片包括厚度约650μm的4英寸蓝宝石衬底，以及生长在该衬底正面、厚度约8μm的GaN外延片层。
对该以蓝宝石为衬底的GaN基LED外延芯片进行分离的操作是以激光划片工艺进行的，其包括如下步骤：
以具有合适波长的激光束(参见“LED用蓝宝石晶体衬底激光划片工艺”，《中国照明电器》，2010年第3期，以及公开号为CN100407461C的发明专利等)切割生长有LED外延结构的蓝宝石衬底背面形成深度在65μm以上的若干沟槽，所述沟槽与形成于衬底正面的芯片图形之间的预定分割位置相应；在本实施例中，为了使本发明的技术方案行之有效，芯片预订分割位置之间的距离应该在1300μm或以上；而后，将该LED外延片置于加热的酸性溶液(例如，不低于200℃的磷酸和硫酸的混合溶液)中浸渍，至切割所形成的副产品完全被除去；
以传统裂片工艺沿所述沟槽将该外延片分割形成横向尺寸在1300μm×1300μm或以上的单个LED芯片。
本实施例中分离LED芯片的操作耗时短，且可大规模进行，效率高，成本低，无污染，并可大幅提高LED芯片的成品率。而且形成的大功率LED芯片具有很高发光效率。
前述裂片操作除采用传统方式外，还可采用下述方法进行，即：将经干法刻蚀处理后的外延芯片至于一具有一定弹性的垫体上，并以压辊以一定的压力依次沿纵向和横向从外延芯片上碾过，即可快速的实现LED芯片的批量分离，其效率远远高于现有的逐行或逐列裂片方式。
上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种LED外延芯片的分离方法，其特征在于，该方法为：
在预留生长或已经生长有LED外延结构的硬质衬底背面经光学刻蚀形成沟槽，所述沟槽与预定形成或已经形成于衬底正面的芯片图形之间的预定分割位置相应；
在硬质衬底正面生长外延结构形成外延片，而后沿所述沟槽将该外延片分割形成单个LED外延芯片；
或者，直接沿所述沟槽将外延片分割形成单个LED外延芯片；
所述LED外延芯片的横向尺寸为其厚度的二倍或二倍以上，且所述沟槽的深度为芯片厚度的十分之一以上。
2.根据权利要求1所述的LED外延芯片的分离方法，其特征在于，该方法中，是通过激光划片工艺在硬质衬底背面刻蚀形成沟槽的，且在形成沟槽后，还采用酸性溶液至少清洗沟槽内部及其周边区域，清除激光束刻蚀衬底时形成的副产物。
3.根据权利要求1所述的基于硬质衬底的LED芯片的分离方法，其特征在于，所述LED外延芯片为GaN基或AlGaInP基LED芯片。
4.根据权利要求3所述的LED外延芯片的分离方法，其特征在于，对于直径为2英寸的外延片，所述LED外延芯片的横向尺寸大于或等于0.86mm×0.86mm。
5.根据权利要求3所述的LED外延芯片的分离方法，其特征在于，对于直径为3英寸及3英寸以上的外延片，所述LED外延芯片的横向尺寸大于或等于1.0mm×1.0mm。
6.根据权利要求1或2所述的LED外延芯片的分离方法，其特征在于，所述衬底厚度在100μm～1mm。
7.根据权利要求1或2所述的LED外延芯片的分离方法，其特征在于，所述衬底由常用硬质透明或不透明材料中的任意一种组成，所述透明或不透明材料包括蓝宝石、SiC、AlN、ZnSe、ZnO、Si和GaAs。
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