CN108899303A - 一种led芯片及其切割方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种LED芯片及其切割方法，本发明提供的LED芯片切割方法，制作切割磨料后，通过水切割机中的增压系统将切割磨料增压形成高压切割射流，使得所述高压切割射流作用于LED晶圆表面，从而达到切割LED晶圆的目的。由于本发明提供的LED芯片切割方法为冷切割方式，切割过程中不产生热影响，不会生成类似激光切割的熔融物，从而有效避免了LED芯片漏电或者被熔融遮挡的情况，有利于LED侧壁出光，提高了LED芯片的发光效率。另外，由于高压射流作用为流体应力，而非机械应力，从而避免了芯片切割过程中出现的边缘崩裂的现象，提高了LED芯片的良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片制作技术领域，尤其涉及一种LED芯片及其切割方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)芯片的制造，从一片完整的晶圆开始，经过化学清洗、蒸镀、光刻等一系列工序之后，最终经过划片和裂片工序，成为一颗颗分离的芯片；当前行业内采用的LED芯片划片方式主要分为两种：一种是利用在边缘镶嵌有金刚石磨料的轮毂型刀片，在高速旋转状态下将LED芯片表面材料划开；另一种是利用激光产生的高能光束使LED芯片表面材料熔融后溅射开来形成切割道。
但是，现有技术中的芯片切割方法得到的LED芯片，发光效率较低，光电特性异常，且良品率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种LED芯片及其切割方法，以解决现有技术中芯片切割方法(划片方法)得到的LED芯片的发光效率较低、光电特性异常、良品率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种LED芯片切割方法，包括：
提供切割磨料和待切割晶圆；
在所述待切割晶圆上形成掩膜，所述掩膜暴露出待切割区域；
将所述待切割晶圆固定在水切割机的承件台上；
将所述切割磨料形成切割射流；
将所述切割射流对准所述待切割区域，对所述待切割区域进行切割，形成切割道；
去除所述掩膜。
优选地，所述提供切割磨料和待切割晶圆中，提供切割磨料具体包括：
提供亚微米颗粒；
将所述亚微米颗粒与去离子水以1:100重量配比进行混合；
在所述亚微米颗粒与去离子水的混合物中添加分散剂；
将添加分散剂的所述混合物加入到所述水切割机的混合箱中混合均匀，形成所述切割磨料。
优选地，所述亚微米颗粒的粒径小于或等于10μm。
优选地，所述亚微米颗粒的材质为金刚石、Al2O3、SiC或者石英。
优选地，所述分散剂与所述亚微米颗粒的重量配比为0.05:1-0.1:1，包括端点值。
优选地，所述分散剂包括六偏磷酸钠和/或焦磷酸钠。
优选地，所述在所述待切割晶圆上形成掩膜，所述掩膜暴露出待切割区域，具体包括：
在所述待切割晶圆的表面涂覆光阻层，所述光阻层不溶于水；
对所述光阻层进行曝光、显影；
去除所述待切割区域内的光阻层，暴露出所述待切割区域。
优选地，所述将所述待切割晶圆固定在水切割机的承件台上，具体包括：
将所述待切割晶圆放置在所述承件台上；
采用真空系统将所述待切割晶圆吸附在所述承件台上，进行固定。
优选地，所述切割射流的直径范围为10μm-20μm，包括端点值。
本发明还提供一种LED芯片，采用上面任意一项所述的LED芯片切割方法切割形成。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的LED芯片切割方法，制作切割磨料后，通过水切割机中的增压系统将切割磨料增压形成高压切割射流，使得所述高压切割射流作用于LED晶圆表面，从而达到切割LED晶圆的目的。由于本发明提供的LED芯片切割方法为冷切割方式，切割过程中不产生热影响，不会生成类似激光切割的熔融物，从而有效避免了LED芯片漏电或者被熔融遮挡的情况，有利于LED侧壁出光，提高了LED芯片的发光效率。另外，由于高压射流作用为流体应力，而非机械应力，从而避免了芯片切割过程中出现的边缘崩裂的现象，提高了LED芯片的良率。
经过实验检测证明，本发明提供的LED切割方法得到的切割槽面光滑平整，切割品质提高，漏电比例降低，良品率提升2％-3％；同时有利于LED芯片侧壁出光，使产品的整体发光效率提升6％-10％。
本发明还提供一种LED芯片，采用上面所述的LED芯片切割方法形成，由于切割槽面光滑平整，切割品质提高，使得LED芯片的漏电比例降低，良品率提升2％-3％；同时有利于LED芯片侧壁出光，使产品的整体发光效率提升6％-10％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种LED芯片切割方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种切割磨料的具体制作方法流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种在所述待切割晶圆上形成掩膜的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种LED芯片切割系统结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种LED芯片切割方法流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种LED芯片结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，现有技术中的芯片切割方法得到的LED芯片，发光效率较低，光电特性异常，且良品率较低。
发明人发现，出现上述现象的原因是，由于LED晶圆的外延层多为AlGaInP，GaAs，GaP等易脆性材料；毂型刀片采用高速旋转方式撕裂材料，同时也不可避免地带来了加工材料边缘崩裂的现象以及产生切割残渣；从而导致良品率下降。而且崩裂严重程度与刀片的使用状态密切相关，会造成产品切割质量的不一致性；而在激光高能热加工过程中，飞溅出来的高温熔融态残渣导通LED芯片中的PN结，导致LED芯片漏电，另外由于芯片侧壁处粘附的黑色熔融残渣会阻挡光的出射，导致LED芯片整体的发光效率降低。
基于此，本发明中提供一种LED芯片切割方法，包括：
提供切割磨料和待切割晶圆；
在所述待切割晶圆上形成掩膜，所述掩膜暴露出待切割区域；
将所述待切割晶圆固定在水切割机的承件台上；
将所述切割磨料形成切割射流；
将所述切割射流对准所述待切割区域，对所述待切割区域进行切割，形成切割道；
去除所述掩膜。
本发明提供的LED芯片切割方法，制作切割磨料后，通过水切割机中的增压系统将切割磨料增压形成高压切割射流，使得所述高压切割射流作用于LED晶圆表面，从而达到切割LED晶圆的目的。由于本发明提供的LED芯片切割方法为冷切割方式，切割过程中不产生热影响，不会生成类似激光切割的熔融物，从而有效避免了LED芯片漏电或者被熔融遮挡的情况，有利于LED侧壁出光，提高了LED芯片的发光效率。另外，由于高压射流作用为流体应力，而非机械应力，从而避免了芯片切割过程中出现的边缘崩裂的现象，提高了LED芯片的良率。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，图1为本发明提供的一种LED芯片切割方法流程示意图，本发明提供的LED芯片切割方法包括：
S101：提供切割磨料和待切割晶圆；
本实施例中不限定切割磨料的具体材质，可选的，提供切割磨料，请参见图2所示的具体流程示意图，具体包括：
S201：提供亚微米颗粒；
本实施例中不限定亚微米颗粒的具体粒径，可选的，对于磨料而言，亚微米颗粒的粒径越小越好。这是由于，待切割的晶圆为整片结构，在其上进行切割得到多个切割道，当亚微米颗粒的粒径较大时，形成的切割道的宽度较大，从而造成晶圆损失较多，浪费晶圆。因此，本实施例中可选的，所述亚微米颗粒的粒径小于或等于10μm。但是在亚微米颗粒制作过程中，其粒径越小，制作成本越高，因此，本实施例中可选的，所述亚微米粒径范围在小于或等于10μm中，可以更靠近10μm。
需要说明的是，本实施例中不限定所述亚微米颗粒的材质，由于本发明实施例中需要切割的是LED芯片，为了使得所述亚微米颗粒在切割LED芯片过程中，仅仅起到切割作用，而不与LED芯片中的各层结构发生化学反应，对LED芯片的光电性能造成影响，以及对切割后的LED芯片造成二次污染，由于金刚石、Al2O3、SiC或者石英的物理性质较为稳定，且硬度较大，其物理性质更加符合LED芯片切割的要求。本实施例中可选的，所述亚微米颗粒的材质为金刚石、Al2O3、SiC或者石英。
S202：将所述亚微米颗粒与去离子水以1:100重量配比进行混合；
S203：在所述亚微米颗粒与去离子水的混合物中添加分散剂；
由于本发明实施例中切割磨料为亚微米颗粒与去离子水的结合，而亚微米颗粒不溶于水，且具有一定的颗粒性，为了避免亚微米颗粒与去离子水相互分离，添加适量分散剂可以使亚微米颗粒能够在去离子水中分散更加均匀，本实施例中，还包括在去离子水和亚微米颗粒中增加分散剂，所述分散剂能够避免亚微米颗粒的团聚，从而使得亚微米颗粒分散开来，分布均匀，便于后续用于切割LED芯片。
需要说明的是，本实施例中不限定分散剂的比重，发明人经过实验证明，所述分散剂与所述亚微米颗粒的重量配比范围可选为0.05:1-0.1:1，包括端点值。当分散剂的配比较小时，如分散剂与亚微米颗粒的重量配比小于0.05:1时，对亚微米颗粒的防团聚效果较差，起不到分散的作用，从而导致切割磨料对LED芯片的切割效果较差。而当分散剂太多时，一方面分散作用并没有更大的提升，而且浪费成本，因此，本实施例中可选的，所述分散剂与所述亚微米颗粒的重量配比范围可选为0.05:1-0.1:1，包括端点值。
本实施例中不限定分散剂的材质，只要能够对亚微米颗粒在去离子水中起到分散作用即可，可选的，本实施例中所述分散剂包括六偏磷酸钠和/或焦磷酸钠。可以是其中的一种，也可以是两者的混合，本实施例中对此不做限定。
S204：将添加分散剂的所述混合物加入到所述水切割机的混合箱中混合均匀，形成所述切割磨料。
本实施例中采用水切割机进行切割，因此，直接将添加了分散剂的混合物放入到水切割机的混合箱中进行混合均匀，即可得到切割磨料。
S102：在所述待切割晶圆上形成掩膜，所述掩膜暴露出待切割区域；
本实施例中不限定形成掩膜的具体过程，可选的，在所述待切割晶圆上形成掩膜，所述掩膜暴露出待切割区域，可以如图3所示，具体包括：
S301：在所述待切割晶圆的表面涂覆光阻层，所述光阻层不溶于水；
需要说明的是，所述光阻层的作用为保护LED芯片不需要进行切割的区域不被切割磨料中的磨料损伤，因此，本实施例中所述光阻层需要具有不溶于水的特性，从而不被去离子水消耗。
本实施例中不限定所述光阻层的厚度，可选的，考虑到成本以及保护作用的综合效果，可选的，所述光阻层的厚度可选为1μm-15μm，包括端点值。
S302：对所述光阻层进行曝光、显影；
S303：去除所述待切割区域内的光阻层，暴露出所述待切割区域。
S103：将所述待切割晶圆固定在水切割机的承件台上；
本实施例中不限定固定待切割晶圆的具体工艺，可选的，所述将所述待切割晶圆固定在水切割机的承件台上，具体包括：
将所述待切割晶圆放置在所述承件台上；
采用真空系统将所述待切割晶圆吸附在所述承件台上，进行固定。
S104：将所述切割磨料形成切割射流；
具体的，通过水切割机中的压力控制系统，可控制切割磨料所在的混合箱中的压强，从而使得水切割机中的喷嘴处喷射出切割磨料，形成切割射流。
本实施例中不限定切割射流的具体直径，可选的，所述切割射流的直径越大，形成的切割道的宽度较大，从而对待切割晶圆造成浪费，而当切割射流较小时，需要对应的切割磨料中亚微米颗粒的粒径较小，工艺上不容易操作，从而造成切割磨料的制作成本增加，因此，本实施例中所述切割射流的直径范围为10μm-20μm，包括端点值。
S105：将所述切割射流对准所述待切割区域，对所述待切割区域进行切割，形成切割道；
需要说明的是，通过水切割机上的采样设备和控制设备，控制切割射流对准所述待切割区域，对所述待切割区域进行切割，形成切割道。具体操作，本实施例中对此不作限定。
S106：去除所述掩膜。
最后，形成切割道后，将掩膜去除，即可进行后续的裂片步骤。
需要说明的是，本实施例中提供的LED芯片切割方法，仅仅是对LED芯片进行划片，后续还需要利用裂片机将晶圆沿着切割道劈裂开来，最终将LED晶圆分离为独立的一粒粒的LED芯片。
本发明提供的LED芯片切割方法，制作切割磨料后，通过水切割机中的增压系统将切割磨料增压形成高压切割射流，使得所述高压切割射流作用于LED晶圆表面，从而达到切割LED晶圆的目的。由于本发明提供的LED芯片切割方法为冷切割方式，切割过程中不产生热影响，不会生成类似激光切割的熔融物，从而有效避免了LED芯片漏电或者被熔融遮挡的情况，有利于LED侧壁出光，提高了LED芯片的发光效率。另外，由于高压射流作用为流体应力，而非机械应力，从而避免了芯片切割过程中出现的边缘崩裂的现象，提高了LED芯片的良率。
下面以具体实施例来进行说明，参见图4所示的水切割系统以及图5所示的切割方法具体流程；本实施例中提供的切割方法具体包括：
S401：以Al2O3陶瓷颗粒作为水切割的磨料，按1:100重量配比与去离子水混合，然后添加适量的分散剂，最后加入到水切割机的混合箱中充分混合均匀；
本实施例中Al2O3陶瓷颗粒的粒径≤10μm；分散剂为六偏磷酸钠或焦磷酸钠。分散剂与所述Al2O3陶瓷颗粒的重量配比范围可选为0.05:1-0.1:1，包括端点值。
S402：向待切割晶圆表面均匀涂覆一层1μm-15μm厚的光阻层，经曝光显影工序后将待切割区域暴露出来；
本实施例中涂光阻的作用为保护芯片非切割区域不被混合液中的磨料损伤，因此，所述光阻层不溶于水。
S403：将晶圆放置于承件台上，开启真空系统，使晶圆在承件台上吸附牢固，并通过CCD(Charge Coupled Device，电荷藕合器件图像传感器)及XYZθ轴运动控制系统调整晶圆的切割方向；
本实施例中CCD用于采集切割位置，反馈给计算机控制系统后，计算机控制系统将控制信号发送给XYZθ轴运动控制系统，从而控制承件台移动，带动LED晶圆移动，同时，计算机控制系统还控制高压射流喷嘴移动，实现对LED晶圆的切割。
本实施例中可以设定喷嘴与晶圆表面距离为5μm-20μm，切割射流的压力200MPa-500MPa，切割射流直径为10μm-20μm，切割水平方向移动速率为50mm/s-200mm/s。
需要说明的是，以上数据仅作为参考，不作为本发明实施例的限定。
S404：切割完成后通过去光阻液将表面光阻层去除干净；
最终在晶圆表面形成深度为10μm-50μm，宽度为10μm-30μm的切割道。需要说明的是，由于切割射流从喷嘴喷出后，会有一定的发散，造成切割射流的直径扩大，因此，为了使得切割道宽度在10μm-30μm，本实施例中通过控制喷嘴大小，控制切割射流直径为10μm-20μm。
最后，在已经形成切割道的LED晶圆上，再利用裂片机将晶圆沿着切割道劈裂开来，最终成为一颗颗分离的LED芯片。
综上所述，请参见图4，本实施例中提供的切割方法为：将去离子水、亚微米的磨料(可以是金刚石，Al2O3、SiC或者石英等硬度较高的材质，粒径大小≤10um)及适量的分散剂(六偏磷酸钠、焦磷酸钠)进行充分混合后，通过一个增压系统将混合液体压力提升至300MPa-400MPa后，输送至一个高压喷嘴，最后形成高压射流作用于LED晶圆表面达到切割效果。
由于本发明实施例提供的切割方法，属于冷切割，即切割过程不产生热影响，不会生成类似激光切割的熔融物，同时有效改善芯片切割边缘崩裂的现象；而且得到的切割槽面光滑平整，切割品质提高，漏电比例降低，良品率提升2％-3％；同时有利于LED芯片侧壁出光，使产品的整体发光效率提升6％-10％。
详细实验数据对比，请参见表格1，表格1为采用本发明提供的LED切割方(如表1中的水切割)切割得到的LED芯片与采用现有技术中的LED切割方法(如表1中的激光切割)切割得到的LED芯片的性能对比实验数据。
表1不同切割方法得到的LED芯片的性能对比实验数据
本实验中为保证数据尽量准确，将同一片晶圆分为两部分分别进行实验，如实验编号1-1和1-2来自同一片晶圆上的不同区域的LED芯片，实验编号2-1和2-2来自另一片晶圆上的不同区域的LED芯片。需要说明的是，本实施例中采用的晶圆直径为100mm，芯片尺寸为145μm*145μm，每片晶圆理论产出芯片370000颗芯片，其中，每个实验编号对应的实验芯片颗数为185000。
需要说明的是，表1中每个实验编号对应的实验数据为该实验编号对应的所有芯片的平均值，其中，Vf为LED芯片的工作电压，LOP为每个LED芯片的发光强度，WLD为LED芯片发光的主波长。从表1中可以看出，同一晶圆上不同区域的多个芯片工作电压平均值相差不大，且发光颜色相同，如表1中，发光均为红光(主波长622nm左右)，因此，发光亮度主要表现在LED芯片的发光强度，从表1中数据可以得出，采用水切割制作形成的LED芯片的发光亮度相对于采用激光切割制作形成的LED芯片的发光亮度有所提升，提升约8.5％和9％。
而从表1中良率数据，可以看出，采用水切割制作形成的LED芯片的发光亮度相对于采用激光切割制作形成的LED芯片的良率也有所提升，提升约2.2％和3.1％。
本发明另外一个实施例还提供一种LED芯片，请参见图6所示，图6为采用上面实施例中所述的冷切割LED芯片切割方法形成的LED芯片。
本实施例中不限定LED芯片的具体结构，可以为垂直结构LED芯片，也可以是同侧电极结构LED芯片。本实施例中仅以同侧电极结构LED芯片为例进行说明，但并不代表对本发明实施例的限定。
如图6所示，LED芯片包括衬底1和位于衬底1上的LED外延结构2，LED外延结构2包括第一型半导体层21、有源层22和第二型半导体层23。位于第二型半导体层23表面的第一电极25和第二电极24，其中第一电极25通过凹槽与第一型半导体层21接触，第二电极24与第二型半导体层23欧姆接触。
相邻的LED外延结构2之间具有切割道3，所述切割道3采用上面实施例中的LED切割方法形成。
由于本发明提供的LED芯片切割方法为冷切割方式，切割过程中不产生热影响，不会生成类似激光切割的熔融物，从而有效避免了LED芯片漏电或者被熔融遮挡的情况，有利于LED侧壁出光，提高了LED芯片的发光效率。另外，由于高压射流作用为流体应力，而非机械应力，从而避免了芯片切割过程中出现的边缘崩裂的现象，提高了LED芯片的良率。
也即本发明提供的LED芯片，采用上面所述的LED芯片切割方法形成，由于切割槽面光滑平整，切割品质提高，使得LED芯片的漏电比例降低，良品率提升2％-3％；同时有利于LED芯片侧壁出光，使产品的整体发光效率提升6％-10％。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种LED芯片切割方法，其特征在于，包括：
提供切割磨料和待切割晶圆；
在所述待切割晶圆上形成掩膜，所述掩膜暴露出待切割区域；
将所述待切割晶圆固定在水切割机的承件台上；
将所述切割磨料形成切割射流；
将所述切割射流对准所述待切割区域，对所述待切割区域进行切割，形成切割道；
去除所述掩膜。
2.根据权利要求1所述的LED芯片切割方法，其特征在于，所述提供切割磨料和待切割晶圆中，提供切割磨料具体包括：
提供亚微米颗粒；
将所述亚微米颗粒与去离子水以1:100重量配比进行混合；
在所述亚微米颗粒与去离子水的混合物中添加分散剂；
将添加分散剂的所述混合物加入到所述水切割机的混合箱中混合均匀，形成所述切割磨料。
3.根据权利要求2所述的LED芯片切割方法，其特征在于，所述亚微米颗粒的粒径小于或等于10μm。
4.根据权利要求2所述的LED芯片切割方法，其特征在于，所述亚微米颗粒的材质为金刚石、Al2O3、SiC或者石英。
5.根据权利要求2所述的LED芯片切割方法，其特征在于，所述分散剂与所述亚微米颗粒的重量配比为0.05:1-0.1:1，包括端点值。
6.根据权利要求2所述的LED芯片切割方法，其特征在于，所述分散剂包括六偏磷酸钠和/或焦磷酸钠。
7.根据权利要求1所述的LED芯片切割方法，其特征在于，所述在所述待切割晶圆上形成掩膜，所述掩膜暴露出待切割区域，具体包括：
在所述待切割晶圆的表面涂覆光阻层，所述光阻层不溶于水；
对所述光阻层进行曝光、显影；
去除所述待切割区域内的光阻层，暴露出所述待切割区域。
8.根据权利要求1所述的LED芯片切割方法，其特征在于，所述将所述待切割晶圆固定在水切割机的承件台上，具体包括：
将所述待切割晶圆放置在所述承件台上；
采用真空系统将所述待切割晶圆吸附在所述承件台上，进行固定。
9.根据权利要求1所述的LED芯片切割方法，其特征在于，所述切割射流的直径范围为10μm-20μm，包括端点值。
10.一种LED芯片，其特征在于，采用权利要求1-9任意一项所述的LED芯片切割方法切割形成。
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