CN103094437B - 一种大功率led芯片的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明采用的技术方案为：提供一种制备大功率LED芯片的方法，在芯片原片背面通过光刻技术留下可供激光隐形切割的切割道，包括如下步骤：提供衬底，所述衬底的正面具有多个LED芯片；在衬底背面形成具有镂空图形阵列的阻挡层，所述镂空图形的位置与正面的LED芯片逐一对应，所述衬底背面通过所述镂空图形暴露出来；通过阻挡层的镂空图形在衬底背面形成反射镜阵列；移除阻挡层；沿着反射镜阵列之间的间隙切割所述衬底，以获得背面具有反射镜的LED芯片。本发明的优点在于划片不会伤及反射镜阵列。
Description
技术领域
本发明涉及氮化镓基发光二极管制造技术领域，尤其涉及一种带高反射率背面反射镜LED芯片的制造方法。
背景技术
随着20世纪初蓝光LED的诞生，使得白光LED的生产成为可能。近几年LED技术迅猛发展，政府更致力于将LED推向照明光源，以取代原有低光效的白炽灯和有汞污染的荧光灯，节能时代的到来给予LED前所未有的发展前景。目前氮化物半导体LED芯片发光效率提高很快，以蓝光LED作为激发源的白光LED单灯光源效率已达140流明/瓦以上，这远远超出了白炽灯和节能灯的光效。随着LED技术的逐渐成熟和产业化市场化的需要，对LED器件的发光效率及产品价格也有了更加严格的要求。
芯片厂家的ODR工艺虽然增加了芯片端的成本但可以大大降低下游封装厂家的对支架的投入，也使下游封装厂在选择支架和产品设计时有了更多选择空间，因此降低了封装的成本。从整个LED单灯的制作上看也降低了单灯的整体成本，从而推动了LED的市场化和民用化。
目前在LED芯片的制作过程中，切割是其中一道关键的工艺，切割是将晶圆分割成一个一个的独立芯片，目前大功率LED芯片的切割工艺有两种：纳秒激光表面切割和皮秒激光隐形切割。现有的主流划片方法是激光表面切割，利用激光束的高能量密度聚焦在晶圆表面，在晶圆表面灼烧出划痕，来达到切割并分离晶圆的目的。然而在激光切割过程中，因激光光束的高能量密度所产生局部高温，在切割道上会产生许多含有焦炭的副产物，该副产物会吸收有源发光层所发出的光，导致LED亮度降低20%，如果这些副产物粘在LED的PN结处，就会造成漏电，甚至会有击穿现象。台湾专利TW270223B《高发光效率之发光元件之制造方法》公开了一种高温湿式刻蚀法，去除这些副产物，但其自身也存在一些问题，芯片工艺变的冗长，强酸溶液会破坏芯片的有源区，以及高温条件下所造成的破片。近年来，短脉冲激光器迅速发展，皮秒激光隐形切割具有超短脉冲，将激光聚焦于晶圆内部，形成变质层，可以有效减少激光与材料相互作用所产生的热效应。激光隐形切割技术将成为下一代晶圆切割的主流技术。然而由于大功率LED芯片的特殊性，其正面为图形化衬底或缺陷阻挡层，对激光能量会有散射或反射作用，背面为金属层和增反层，对激光能量会有吸收，使得隐形切割技术无法在背镀反射层的大功率LED芯片上运用。
参照CN102544299A的针对ODR（Otonidirectionalreflector-全方位反射镜）的切割工艺，为了规避这一不利影响将划片提到ODR镀膜之前，那就是切割的时候在芯片周边留下部分晶元不进行切割，可以在保证晶片不裂的情况下进行镀膜，镀完膜再进行劈裂。这么做的缺点也显而易见，切割完的晶片要在自裂的时间内完成镀膜，而自裂的时间又很难控制，加上切完后的在蒸镀过程中的操作就会导致大量晶片碎裂，而使成品率降低。更严重的是可能会由于在蒸镀ODR的过程中由于高温而释放应力导致芯片在蒸镀机里的蒸镀过程中碎裂，从而有损坏机器的潜在风险，致使ODR工艺的芯片很难与激光划片结合起来而进行量产。
蓝光LED芯片通电后，除大部分光子从正面与侧面出射外，大约有40%左右的光会射向底面，射向底面的光会有一部分因发生了全反射在芯片内部损失，还有一部分从底面出射的光会由于封装端所选的支架不同而产生不同程度的损失。所以在芯片底面做反射镜可以大大提高光的出射率，提高LED芯片的外量子提取效率，降低了LED产品的成本提高产品的性价比增加核心竞争力。
在芯片背面做ODR是市场经济的大势所趋，但技术难点在于目前主流的激光切割机无法透过芯片的反射层对芯片进行切割，所以这一技术虽然优点和好处很多但难以进行量产和推广，所以ODR激光划片问题急需解决。
在LED生产过程中，通常我们把已经完成衬底、GaN缓冲层、N型半导体层、光发射层、P型半导体层、电流阻挡层、电流扩散层、绝缘介质膜、N电极和P电极结构的LED芯片称为LED芯片原片。
发明内容
本发明正是为了解决上述ODR实际生产中的问题突破ODR工艺激光划片的瓶颈，减少破片，减少对有源层的伤害，使ODR切割变得简单易行，将ODR技术迅速推广并产业化，从而致使ODR工艺的LED芯片量产成为可能。由此可以降低LED生产的成本，使单灯封装变得简单。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种制备大功率LED芯片的方法，在芯片原片背面通过光刻技术留下可供激光隐形切割的切割道，包括如下步骤：提供衬底，所述衬底的正面具有多个LED芯片；在衬底背面形成具有镂空图形阵列的阻挡层，所述镂空图形的位置与正面的LED芯片逐一对应，所述衬底背面通过所述镂空图形暴露出来；通过阻挡层的镂空图形在衬底背面形成反射镜阵列；移除阻挡层；沿着反射镜阵列之间的间隙切割所述衬底，以获得背面具有反射镜的LED芯片。
可选的，所述反射镜为芯片全角反射镜，其制作方法包括采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺在衬底背面蒸镀一层以上的双介质膜及多层金属膜。
可选的，所述切割步骤采用激光划片工艺。
可选的，所述反射镜之间的距离范围是1至100μm。
可选的，在形成阻挡层的步骤之后进一步包括通过阻挡层的镂空图形在衬底背面形成分布布拉格反射镜的步骤，所述反射镜进一步形成在分布布拉格反射镜的表面。
可选的，在形成阻挡层的步骤之前进一步如下步骤：在衬底的背面制作光刻标记；在衬底背面形成分布布拉格反射镜。
本发明采取以上技术方案，与现有技术相比的优点在于采用激光隐形切割技术，将激光聚焦于晶圆内部，形成变质层，可以有效减少激光与衬底相互作用产生的热效应，从而减少对有源层的伤害，减少破片，减小切割厚度，增加芯片个数，提高芯片的一致性。由于采用了背镀反射镜也大大提高了LED芯片的内外量子效率，基于该蓝光LED芯片制作的白光LED单灯的封装功工艺变得简单，降低了生产成本，基于该蓝光LED芯片制作的白光LED单灯表面色温均匀，外量子效率有所提高。本发明为LED芯片在背镀ODR工艺与激光隐形划片工艺的结合上提供了一个可用于实际生产的可行性发明。并且此工艺规避了切割ODR过程中带来的种种的问题，大大提高了芯片的良率，降低了碎片率，使企业量产ODR芯片成为可能。
附图说明
附图1至附图6是本发明实施例的工艺示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种大功率LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
1、参考附图1，提供衬底10，所述衬底的正面具有多个LED芯片11。所述衬底10的材料可以是蓝宝石衬底。
2、参考附图2，在衬底10背面形成具有镂空图形阵列的阻挡层12。所述镂空图形的位置与正面的LED芯片逐一对应，所述衬底背面通过所述镂空图形暴露出来。
在此步骤实施之前还可以对衬底10的背面进行研磨，研磨至衬底10的厚度为1～450μm之间的任意一厚度，例如120μm，并且在形成阻挡层120之前用丙酮超声、去离子水和IPA依次对衬底10进行清洗。清洗的步骤可以包括：涂布HMDS；旋涂光刻胶；软烘；曝光；硬烤；显影。通过上述步骤能够在衬底10背面留下具有镂空图形阵列的阻挡层12，该图形对应于后续的切割道。
在形成阻挡层12之前，也可以首先采用蒸镀等方式制作DBR（DistributedBraggReflection-分布式布拉格反射镜），DBR的结构例如可以是：SiO2/Ti3O5/SiO2/Ti3O5/SiO2/Ti3O5/SiO2＝550nm/50nm/75nm/50nm/75nm/50nm/75nm。
在制作DBR之后，从背面无法观察到正面的LED图形，故需要在制作DBR之前在衬底10的背面制作光刻标记。利用切割的方式在芯片背面两边的光刻位置用紫外或者隐形切割沿芯片X与Y轴划出长250um，深约3-5um的十字切口，这个切口拟作为背面的光刻标记，作为光刻对版用。
3、参考附图3，通过阻挡层12的镂空图形在衬底背面形成反射镜阵列13。反射镜阵列13的材料例如可以是铝，厚度例如可以是230nm，反射镜阵列13中各个反射镜之间的距离范围是1至100μm。本具体实施方式中，所述反射镜为芯片全角反射镜，其制作方法包括采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺在衬底背面蒸镀一层以上的双介质膜及多层金属膜。
4、参考附图4，移除阻挡层12。可以使用丙酮等有机溶剂浸泡并采用蓝膜剥离的方法移除阻挡层12。附图5所示是移除阻挡层12后的衬底10背面的立体图。
5、参考附图6，沿着反射镜阵列13之间的间隙切割所述衬底10，以获得背面具有反射镜LED芯片。本具体实施方式中，切割步骤采用激光划片工艺。由于预留了切割道，故此划片步骤可以直接作用在衬底10上而不会伤及反射镜阵列13。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种大功率LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：提供衬底，所述衬底的正面具有多个LED芯片；在衬底背面形成具有镂空图形阵列的阻挡层，所述镂空图形的位置与正面的LED芯片逐一对应，所述衬底背面通过所述镂空图形暴露出来；通过阻挡层的镂空图形在衬底背面形成反射镜阵列；移除阻挡层；沿着反射镜阵列之间的间隙切割所述衬底，以获得背面具有反射镜的LED芯片，所述切割采用的方式为：采用激光切割方式，将激光聚焦于晶圆内部，形成变质层，减少激光与衬底相互作用产生的热效应，在形成阻挡层的步骤之后进一步包括通过阻挡层的镂空图形在衬底背面形成分布布拉格反射镜的步骤，所述反射镜进一步形成在分布布拉格反射镜的表面。
2.如权利要求1所述的大功率LED芯片的制作方法，其特征在于：所述反射镜为芯片全角反射镜，其制作方法包括采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺在衬底背面蒸镀一层以上的双介质膜及多层金属膜。
3.如权利要求1所述的大功率LED芯片的制作方法，其特征在于：所述切割步骤采用激光划片工艺。
4.如权利要求1所述的大功率LED芯片的制作方法，其特征在于：所述反射镜之间的距离范围是1至100μm。
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