CN102881783A - 一种深刻蚀切割发光二极管芯片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，先于半导体衬底表面形成包括多个发光单元的发光原件；然后制作在各该发光单元的交接处形成刻蚀窗口的保护层；从各该刻蚀窗口进行刻蚀形成裂片走道；接着于各该裂片走道内填充绝缘材料并从背面对所述半导体衬底进行减薄，直至露出所述绝缘材料；最后制作背镀层，去除各该裂片走道内的绝缘材料，扩膜以获得独立的发光单元。本发明采用深刻蚀形成裂片走道的方法使切槽深入到蓝宝石衬底内，免去了激光切割的加工步骤，避免了激光的烧蚀而造成吸光的问题，增加了出光效率；深刻蚀深度和芯片的最终厚度相当，去除掉填充的SiO₂即可得到分离的芯粒，减少了裂片作业，避免了裂片中的崩边崩角，增加了良率。

Description

一种深刻蚀切割发光二极管芯片的方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管的切割方法，特别是涉及一种深刻蚀切割发光二极管芯片的方法。

背景技术

GaN基发光二极管（Light Emitting Diode，缩写LED）具有高效节能环保、使用寿命长等优点，广泛应用于图像显示、信号指示和照明灯领域。近年来，在新技术的带动下，GaN基发光二极管相关研究和制造领域得到迅猛发展，然而，其发光效率较低却是一直以来制约其在照明行业的应用，也是制约其取代传统照明的主要瓶颈。对提高其亮度，除了在外延生长方面的因素外，芯片制造中的切割方法也会对亮度有一定的影响。目前GaN基LED的切割方式主要经历了以下几种发展：1）刀具切割。用精钢刀对其表面进行切割。由于效率低，刀具寿命短，成本大，此方法已经被淘汰。2）紫外激光的表面切割。用波长355nm的紫外激光对表面进行加工，使激光能量聚焦在芯片表面，烧蚀出切槽，再进行另一面的劈裂作业，扩膜后，即可得到分离的芯片。3）表面打点切割。此方法是激光能量聚集在表面，在表面形成一排穿孔的切割技术。4）隐形切割。用波长1064nm的皮秒激光进行加工，通过激光聚焦，使其能量聚集在wafer中间，从而在wafe中间形成改质层的切割工艺。

表面激光切割相对于刀具切割有切割速度快，切割道线性度好等优点，然而由于激光的烧蚀会使芯片的侧壁形成变质层，切割过程会产生抛渣，这些都会影响出光效率。芯片表面激光切割又分为正面切割和背面切割。正面切割是在外延层一侧进行激光切割，这样会在外延层侧壁产生烧蚀层，芯片正面也会有粉屑落到表面，影响出光效率，所以要对侧壁进行清洗，去除掉变质层和表面的粉屑。在背面进行裂片得到分离的芯片。背面切割是激光切割减薄后的蓝宝石衬底，在蓝宝石层产生烧蚀层，抛渣也留在背面，这样在背切后可以直接进行正面的裂片作业而得到分离的芯粒。相对于正面切割，背面切割的工序要简单，成本低，但由于背切工艺要进行正面的裂片，所以芯片外观相对于正面切割工艺要低。

表面打孔切割这种加工方式是激光聚集在表面，但不等同于激光的正、背切，它只在表面切出一个个的深孔，而不是完全切成一个切割道。这种加工方式的优点是抛渣少，烧蚀层对出光的影响也一定程度的降低了。然而这种加工方式在裂片时难度比较大，裂片良率也较低，由于穿孔的存在，芯片正面的边缘线性度非常差，芯片会出现锯齿状边缘，严重影响外观。

隐形切割（stealth dicing，缩写SD）是激光能量聚集在芯片内部形成改质层，然后进行裂片而得到分离芯粒。其特殊的加工方式，使其有：无热影响区、无抛渣、切割道的表面和侧壁非常光滑的优点，是其他切割方式无法比拟的。但这种加工方式，也存在缺点：芯片中的改质层相对较窄，这无形给裂片过程增加了难度，若增加激光功率来拓展改质层宽度，势必会影响激光器的寿命，也不利于大规模生产。所以有人提出进行两次切割，改变激光聚焦的位置而在垂直的上下面形成两道变质层，从而降低裂片的难度，增加裂片的良率。两次的激光加工，也势必影响效率。隐形切割设备昂贵，成本高，这是隐切技术的一大劣势。

鉴于此，本案例提出了一种既能发挥深刻蚀技术优点，又能避免裂片作业步骤的作业方式。以实现降低作业成本、提高良率和增加出光效率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，以提供一种能省去激光切割步骤、能避免激光切割导致芯片出光效率降低的缺陷、能省去裂片步骤，能获得高亮度的发光二极管、且适用于工业化生产的发光二极管芯片切割方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，至少包括以下步骤：

1）提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面形成包括多个发光单元的发光原件；

2）于所述发光原件表面形成保护层，并使所述保护层在各该发光单元的交接处形成刻蚀窗口；

3）从各该刻蚀窗口对所述发光原件及半导体衬底进行刻蚀，形成贯穿所述发光原件并延伸至所述半导体衬底内一预设深度的裂片走道；

4）于各该裂片走道内填充绝缘材料；

5）从背面对所述半导体衬底进行减薄，直至露出所述绝缘材料；

6）于所述半导体衬底背面制作背镀层，并去除各该裂片走道内的绝缘材料。

在本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法的步骤1）中，包括以下步骤：

1-1）提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面依次形成至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；

1-2）于所述发光外延结构中定义出多个发光外延单元，并于各该发光外延单元中制备N电极制备区域；

1-3）于所述P型层表面形成透明导电层；

1-4）于所述透明导电层表面制作P电极，并于所述N电极制备区域制作N电极。

进一步地，步骤1-2）包括步骤：

1-2-1）依据各该发光外延单元制作掩膜版，所述掩膜版于欲制作N电极的区域具有窗口；

1-2-2）依据所述掩膜版刻蚀以去除对应的P型层及量子阱层，以形成N电极制备区域。

作为本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法的一种优选方案，所述半导体衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN层，所述P型层为P-GaN层。

作为本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法的一种优选方案，步骤2）所述的保护层为SiO₂层。

作为本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法的一种优选方案，步骤3）采用感应耦合等离子体刻蚀法ICP对所述发光原件及半导体衬底进行刻蚀。

作为本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法的一种优选方案，步骤3）所述的预设深度为60~120um。

作为本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法的一种优选方案，步骤4）采用等离子增强化学气相沉积法于各该裂片走道内填充绝缘材料，且所述的绝缘材料为SiO₂。

作为本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法的一种优选方案，步骤5）中采用研磨及抛光技术对所述半导体衬底进行减薄。

作为本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法的一种优选方案，所述背镀层为蓝膜，步骤6）包括以下步骤：

6-1）将所述半导体衬底粘附于所述蓝膜表面；

6-2）去除各该裂片走道内的绝缘材料；

6-3）扩膜以获得相互分离的发光单元。

如上所述，本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，先于半导体衬底表面形成包括多个发光单元的发光原件；然后制作在各该发光单元的交接处形成刻蚀窗口的保护层；从各该刻蚀窗口对所述发光原件及半导体衬底进行刻蚀，形成贯穿所述发光原件并延伸至所述半导体衬底内一预设深度的裂片走道；接着于各该裂片走道内填充绝缘材料并从背面对所述半导体衬底进行减薄，直至露出所述绝缘材料；最后于所述半导体衬底背面制作背镀层，去除各该裂片走道内的绝缘材料，扩膜以获得独立的发光单元。本发明具有以下有益效果：采用深刻蚀形成裂片走道的方法使切槽深入到蓝宝石衬底内，免去了激光切割的加工步骤，避免了激光的烧蚀而造成吸光的问题，增加了出光效率；深刻蚀深度和芯片的最终厚度相当，去除掉填充的SiO₂即可得到分离的芯粒，减少了裂片作业，避免了裂片中的崩边崩角，增加了良率。

附图说明

图1~图5显示为本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法步骤1）所呈现的结构示意图。

图6显示为本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法步骤2）所呈现的结构示意图。

图7显示为本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法步骤3）所呈现的结构示意图。

图8显示为本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法步骤4）所呈现的结构示意图。

图9显示为本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法步骤5）所呈现的结构示意图。

图10~图13显示为本发明的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法步骤6）所呈现的结构示意图。

元件标号说明

101    半导体衬底

102    N型层

103    量子阱层

104    P型层

105    N电极制备区域

106    透明导电层

107    P电极

108    N电极

109    保护层

110    刻蚀窗口

111    裂片走道

112    绝缘材料

113    背镀层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1~图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

目前，有人提出深刻蚀切割道的技术，刻蚀到衬底，其刻蚀深度和激光切割深度相当，从而省去激光切割步骤，再经过裂片得到分离的芯粒。刻蚀不会产生烧蚀层，因而亮度会有所提高。

如图1~图13所示，本实施例提供一种深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，至少包括以下步骤：

如图1~图5所示，首先进行步骤1），提供一半导体衬底101，于所述半导体衬底101表面形成包括多个发光单元的发光原件。

所述发光单元可以为但不限于为发光二极管或激光二极管，在本实施例中，所述发光单元为发光二极管，具体地，本步骤包括以下步骤：

如图1~图2所示，首先进行步骤1-1），提供一半导体衬底101，于所述半导体衬底101表面依次形成至少包括N型层102、量子阱层103及P型层104的发光外延结构；在本实施例中，所述半导体衬底101为蓝宝石衬底，然后于其采用金属有机化学气相淀积(MOCVD)表面依次形成至少包括N型层102、量子阱层103及P型层104的发光外延结构，所述N型层102为N-GaN层，所述量子阱层103为InGaN层，所述P型层104为P-GaN层。当然，在其它的实施例中，所述发光外延结构也可以是GaP基发光外延等，也可以采用分子束外延（MBE）、液相外延（LPE）或者气相外延（VPE）等方法形成所述发光外延结构。

如图3所示，然后进行步骤1-2），于所述发光外延结构中定义出多个发光外延单元，并于各该发光外延单元中制备N电极制备区域105；

具体地，步骤1-2）包括步骤：

1-2-1）依据各该发光外延单元制作掩膜版，所述掩膜版于欲制作N电极的区域具有窗口；

1-2-2）依据所述掩膜版刻蚀以去除对应的P型层104及量子阱层103，以形成N电极制备区域105。在本实施例中，采用ICP刻蚀法去除对应的P型层104及量子阱层103。

如图4所示，接着进行步骤1-3），于所述P型层104表面形成透明导电层106；在本实施例中，所述透明导电层106为氧化铟锡ITO层，厚度为100~300nm，可以通过蒸镀或溅射等方法进行制备。当然，在其它的实施例中，也可以是ATO、FTO或AZO等。

如图5所示，最后进行步骤1-4），于所述透明导电层106表面制作P电极107，并于所述N电极制备区域105制作N电极108。所述P电极107及N电极108为Au、Pt等金属。

如图6所示，然后进行步骤2），于所述发光原件表面形成保护层109，并使所述保护层109在各该发光单元的交接处形成刻蚀窗口110；在本实施例中，所述保护层109为图形化的SiO₂层，作为后续工艺的掩膜版。

如图7所示，接着进行步骤3），从各该刻蚀窗口110对所述发光原件及半导体衬底101进行刻蚀，形成贯穿所述发光原件并延伸至所述半导体衬底101内一预设深度的裂片走道111；

在本实施例中，以上述保护层109为掩膜版，采用感应耦合等离子体刻蚀法ICP从各该刻蚀窗口110对所述发光原件及半导体衬底101进行刻蚀，形成贯穿所述发光原件并延伸至所述半导体衬底101内一预设深度的裂片走道111，所述的预设深度为60~120um，在一具体的实施过程中，所述预设深度为90um。

如图8所示，然后进行步骤4），于各该裂片走道111内填充绝缘材料112。

在本实施例中，采用等离子增强化学气相沉积法于各该裂片走道111内填充绝缘材料112，且所述的绝缘材料112为SiO₂。当然，在其它的实施例中，所述绝缘材料112也可以为如氮化硅等其它材料。

如图9所示，接着进行步骤5），从背面对所述半导体衬底101进行减薄，直至露出所述绝缘材料112；

在本实施例中，采用研磨及抛光技术对所述半导体衬底101进行减薄，减薄后的半导体衬底101厚度为60~120um，在本实施例中为90um。

如图10~图13所示，最后进行步骤6），于所述半导体衬底101背面制作背镀层113，并去除各该裂片走道111内的绝缘材料112。

在本实施例中，所述背镀层113为蓝膜，步骤6）包括以下步骤：

如图10所示，首先进行步骤6-1），将所述半导体衬底101粘附于所述蓝膜表面；

如图11~图12所示，然后进行步骤6-2），去除各该裂片走道111内的绝缘材料112，去除各该裂片走道111内的绝缘材料112后，整个晶圆芯片的平面结构示意图如图12所示。

如图12所示，最后进行步骤6-3），扩膜以获得相互分离的发光单元。

当然，在其它的实施例中，所述背镀层113还可以为背镀金属层、背镀介质层，或背镀金属层于介质层的叠层等。

综上所述，本发明提供一种深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，先于半导体衬底表面形成包括多个发光单元的发光原件；然后制作在各该发光单元的交接处形成刻蚀窗口的保护层；从各该刻蚀窗口对所述发光原件及半导体衬底进行刻蚀，形成贯穿所述发光原件并延伸至所述半导体衬底内一预设深度的裂片走道；接着于各该裂片走道内填充绝缘材料并从背面对所述半导体衬底进行减薄，直至露出所述绝缘材料；最后于所述半导体衬底背面制作背镀层，去除各该裂片走道内的绝缘材料，扩膜以获得独立的发光单元。本发明具有以下有益效果：采用深刻蚀形成裂片走道的方法使切槽深入到蓝宝石衬底内，免去了激光切割的加工步骤，避免了激光的烧蚀而造成吸光的问题，增加了出光效率；深刻蚀深度和芯片的最终厚度相当，去除掉填充的SiO₂即可得到分离的芯粒，减少了裂片作业，避免了裂片中的崩边崩角，增加了良率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

1）提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面形成包括多个发光单元的发光原件；

2）于所述发光原件表面形成保护层，并使所述保护层在各该发光单元的交接处形成刻蚀窗口；

3）从各该刻蚀窗口对所述发光原件及半导体衬底进行刻蚀，形成贯穿所述发光原件并延伸至所述半导体衬底内一预设深度的裂片走道；

4）于各该裂片走道内填充绝缘材料；

5）从背面对所述半导体衬底进行减薄，直至露出所述绝缘材料；

6）于所述半导体衬底背面制作背镀层，并去除各该裂片走道内的绝缘材料。

2.根据权利要求1所述的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，其特征在于：步骤1）包括以下步骤：

1-1）提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面依次形成至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；

1-2）于所述发光外延结构中定义出多个发光外延单元，并于各该发光外延单元中制备N电极制备区域；

1-3）于所述P型层表面形成透明导电层；

1-4）于所述透明导电层表面制作P电极，并于所述N电极制备区域制作N电极。

3.根据权利要求2所述的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，其特征在于：步骤1-2）包括步骤：

1-2-1）依据各该发光外延单元制作掩膜版，所述掩膜版于欲制作N电极的区域具有窗口；

1-2-2）依据所述掩膜版刻蚀以去除对应的P型层及量子阱层，以形成N电极制备区域。

4.根据权利要求2所述的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，其特征在于：所述半导体衬底为蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为InGaN层，所述P型层为P-GaN层。

5.根据权利要求1所述的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，其特征在于：步骤2）所述的保护层为SiO₂层。

6.根据权利要求1所述的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，其特征在于：步骤3）采用感应耦合等离子体刻蚀法ICP对所述发光原件及半导体衬底进行刻蚀。

7.根据权利要求1所述的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，其特征在于：步骤3）所述的预设深度为60~120um。

8.根据权利要求1所述的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，其特征在于：步骤4）采用等离子增强化学气相沉积法于各该裂片走道内填充绝缘材料，且所述的绝缘材料为SiO₂。

9.根据权利要求1所述的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，其特征在于：步骤5）中采用研磨及抛光技术对所述半导体衬底进行减薄。

10.根据权利要求1所述的深刻蚀切割发光二极管芯片的方法，其特征在于：所述背镀层为蓝膜，步骤6）包括以下步骤：

6-1）将所述半导体衬底粘附于所述蓝膜表面；

6-2）去除各该裂片走道内的绝缘材料；

6-3）扩膜以获得相互分离的发光单元。

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