CN115939039A - 一种晶圆切割方法及led芯片、发光装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种晶圆切割方法及LED芯片、发光装置，本发明的晶圆切割方法采用激光正划深划加背面劈裂的方式，激光正划形成的沟槽的深度与晶圆的整体厚度比介于1:5～1:2，上述沟槽能够避免切偏风险，减少对位异常的隐患。另外，本发明的劈裂方式采用跳劈的方式，首先将晶圆划分成多个子晶圆，然后采用自边缘向中心的方式分别进行不同方向上的切割，由此减少了劈裂受力点两侧芯粒的长度，实现劈刀落下晶圆可沿正面激光深划的沟槽垂直裂开，减少外观异常率，提高芯片的良率。

Description

一种晶圆切割方法及LED芯片、发光装置

技术领域

本发明涉及半导体器件加工及半导体器件装置技术领域，特别涉及一种晶圆切割方法及LED芯片、发光装置。

背景技术

半导体器件制备，例如发光装置、显示装置等的制备工艺中，由晶圆切割获得芯粒(芯片)是其中的关键步骤。晶圆切割通常采用激光表切工艺。目前晶圆激光表切工艺主要包括激光正划半切加激光背划浅划加砂轮背切半切加劈裂工艺，其中激光正划从晶圆正面开槽半切，为劈裂做准备；背划浅划为背切做基准线，识别模板作用；砂轮背切从晶圆背面半切，同为劈裂做准备；劈裂晶圆，使晶圆沿正背面开槽处裂开，实现晶圆转变芯片。

现有技术的上述激光表切工艺存在诸多缺点：激光背划浅划主要采用划片机台作业，作业过程中片源贴于白膜上，白膜放置于透明石英载台上，片源与CCD镜头之间隔有白膜与透明的石英载台，呈像不清晰，模板识别存在误差，导致背划有划偏风险；背划以正面划痕为模板，存在背划机台对不准风险，导致晶圆斜裂；背切以背划划痕作为基线，存在切偏风险，正划开槽与背切切深对位存在误差，影响芯粒外观品质；传统的由上至下的劈裂方式，已劈裂位置与未劈位置长度相差较大，劈裂过程中片源形变较大，劈刀对正较困难，造成大面积斜裂。另外，现有技术的上述工艺流程长耗时多，操作多成本高，隐患点多，不利于提高芯片的良率。

发明内容

鉴于现有技术中晶圆切割工艺存在的上述缺陷及步骤，本发明提供一种晶圆切割方法及LED芯片、发光装置，以减少工艺流程的复杂度，提高切割获得的芯片的良率。

本发明的一实施例，提供一种晶圆切割方法，其包括以下步骤：

提供一晶圆，所述晶圆具有相对设置的正面和背面，所述晶圆的正面形成有切割道；

自所述晶圆的正面沿所述切割道对所述晶圆进行激光深划，在所述晶圆正面形成交错排列的沟槽；

自所述晶圆的背面的边缘开始朝向所述晶圆的中间位置，沿所述沟槽对应的位置对晶圆进行劈裂。

可选地，所述沟槽的深度与所述晶圆的厚度比介于1:5～1:2。

可选地，提供一晶圆还包括以下步骤：

在所述晶圆的正面形成外延层，所述外延层包括依次叠置在所述晶圆的正面的第一导电类型的半导体层、有源层及第二导电类型的半导体层。

可选地，在所述晶圆的厚度方向上，所述沟槽至少贯穿所述外延层到达所述晶圆的正面。

可选地，沿所述沟槽对应的位置对晶圆进行劈裂之前还包括如下步骤：

定义经过所述晶圆的几何中心并且在第一方向上延伸的第一直线，以及在第二方向上延伸的第二直线，所述第一方向和所述第二方向为相交的不同方向；

分别沿所述第一直线和所述第二直线自所述晶圆的背面对所述晶圆进行劈裂，将所述晶圆分割为沿顺时针依次分布的第一子晶圆、第二子晶圆、第三子晶圆和第四子晶圆；

自所述晶圆的边缘朝向所述第一直线，沿所述第二方向对所述晶圆进行劈裂，直至完成所述第一子晶圆和所述第四子晶圆在所述第二方向上的劈裂；

自所述晶圆的边缘朝向所述第一直线，沿所述第二方向对所述晶圆进行劈裂，直至完成所述第二子晶圆和所述第三子晶圆在所述第二方向上的劈裂；

自所述晶圆的边缘朝向所述第二直线，沿所述第一方向对所述晶圆进行劈裂，直至完成所述第一子晶圆和所述第四子晶圆在所述第一方向上的劈裂；

自所述晶圆的边缘朝向所述第二直线，沿所述第一方向对所述晶圆进行劈裂，直至完成所述第二子晶圆和所述第三子晶圆在所述第一方向上的劈裂。

本发明的另一实施例提供一种LED芯片，所述LED芯片的侧壁靠近所述LED芯片正面的一端形成有回融物，所述LED芯片的侧壁靠近所述LED芯片背面的一端为光滑的侧壁。

可选地，所述回融物的厚度与所述LED芯片的厚度比介于1:5～1:2。

可选地，所述LED芯片的横截面为矩形，所述矩形的长度与所述LED芯片的厚度比大于或等于4，所述矩形的宽度与所述LED芯片的厚度比大于或等于4。

可选地，所述LED芯片的侧壁与所述LED芯片的表面之间的夹角介于85°～95°。

可选地，所述LED芯片包括：

衬底，所述衬底具有相对设置的正面及背面；

外延层，形成在所述衬底的正面，所述外延层至少包括依次叠置的第一导电类型的半导体层、有源层及第二导电类型的半导体层；

电极结构，包括第一电极和第二电极，所述第一电极形成在所述衬底的背面，并且与所述第一导电类型的半导体层电连接，或者所述第一电极形成在所述外延层的上方，与所述第一导电类型的半导体层电连接；第二电极形成在所述第二导电类型的半导体层的上方，与所述第二导电类型的半导体层电连接。

本发明的另一实施例提供一种发光装置，包括电路基板及设置在所述电路基板上方的发光元件，所述发光元件包括本发明提供的LED芯片。

如上所述，本申请的晶圆切割方法及LED芯片、发光装置，具有以下有益效果：

本发明的晶圆切割方法采用激光正划深划加背面劈裂的方式，激光正划形成的沟槽的深度与晶圆的整体厚度比介于1:5～1:2，上述沟槽能够避免切偏风险，减少对位异常的隐患。另外，本发明的劈裂方式采用跳劈的方式，首先将晶圆划分成多个子晶圆，然后采用自边缘向中心的方式分别进行不同方向上的切割，由此减少了劈裂受力点两侧芯粒的长度，实现劈刀落下晶圆可沿正面激光深划的沟槽垂直裂开，减少外观异常率，提高芯片的良率。

本发明的方法省去了传统工艺中的背划和背切工艺，节省了工艺流程，提升了工艺效率，提升了产能。同时省去了与上述背划和背切相关的附带物料，节约了成本。由本发明的上述晶圆切割方法或的芯片具有良好的侧壁特征，芯片侧壁在靠近芯片正面的一端为激光正切的回融物，靠近芯片背面的一端为光滑的劈裂侧壁。所述LED芯片的侧壁与所述LED芯片的表面之间的夹角介于85°～95°。优选芯片的侧壁基本上是垂直侧壁，即，芯片的侧壁与芯片的表面之间的夹角接近或者等于90°。本发明的芯片具有良好的外观，由此保证了芯片性能的稳定性，具有较高的良率。

附图说明

图1显示为现有技术中晶圆切割的流程示意图。

图2显示为本发明实施例一提供的晶圆切割方法的流程示意图。

图3显示为本发明实施例一提供的晶圆切割方法的劈裂示意图。

图4显示为图2所示的晶圆切割方法中劈裂工艺的示意图。

图5显示为图2所述晶圆切割方法的获得的芯片的示意图，同时显示为本发明实施例二提供的LED芯片的示意图。

图6显示为图5所示芯片的侧壁的局部放大示意图。

图7显示为现有技术的激光表切工艺获得的芯片的示意图。

图8显示为图7所示的芯片的侧壁的局部放大图。

图9显示为本发明实施例二提供的LED芯片的结构示意图。

图10显示为本发明实施例二的可选实施例中LED芯片的结构示意图。

元件标号说明

10，LED芯片；11，回融物层；12，劈裂侧壁部分；13，背切侧壁部分100，晶圆；101，沟槽；102，第一直线；103，第二直线；104，LED芯片；1041，衬底；1042，第一导电类型的半导体层；1043，有源层；1044，第二导电类型的半导体层；1045，绝缘层；105，回融物；106，劈裂侧壁；1071，第一电极；1072，第二电极；110，晶圆的正面；120，晶圆的背面；W1，第一子晶圆；W2，第二子晶圆；W3，第三子晶圆；W4，第四子晶圆；A11、A21、A31、A41，切割方向；A12、A22、A32、A42，步进方向；L，LED芯片的长度；W，LED芯片的宽度；D，LED芯片的厚度；D0，回融物的厚度；Y，第一方向；X第二方向。

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。

如图1所述，目前晶圆激光表切工艺主要包括激光正划半切加激光背划浅划加砂轮背切半切加劈裂工艺。该方不仅存在切偏风险，获得的芯片也存在较多缺陷。如图7和8所示，现有技术的激光表切工艺获得的LED芯片10的侧壁分段严重，侧壁在靠近LED芯片10的上表面的一端形成有激光正划形成的回融物层11，靠近LED芯片背面的一侧为砂轮背切形成的背切侧壁部分13，中间部分为劈裂侧壁部分12，以上三部分造成LED芯片10的侧壁不规则。另外，上述激光表切工艺繁琐，存在多次不对齐的风险，从而造成LED芯片的形变较大，造成LED芯片10的切斜，使得侧壁不垂直，不利于后端工艺的进行。

针对以上缺陷，本发明提供一种晶圆切割方法及LED芯片、发光装置。先通过以下实施例进行详细说明。

实施例一

本实施例提供一种晶圆切割方法，如图2所示，本实施例的晶圆切割方法包括以下步骤：

S100：提供一晶圆，所述晶圆具有相对设置的正面和背面，所述晶圆的正面形成有切割道；

S200：自所述晶圆的正面沿所述切割道对所述晶圆进行激光深划，在所述晶圆正面形成交错排列的沟槽；

S300：自所述晶圆的背面的边缘开始朝向所述晶圆的中间位置，沿所述沟槽对应的位置对晶圆进行劈裂。

参照图3，将晶圆100至于切割机台上，其中，晶圆100的正面110朝下，背面120朝上。该晶圆100可以是未形成任何器件层的裸晶圆，例如硅晶圆、SiC晶圆等；也可以是形成有功能层(半导体器件，例如发光二极管、MOS管)的晶圆。晶圆100的正面110形成有相互交错的切割道。该切割道可以在晶圆100的正面110相互垂直地交错排列。本实施例中，以正面110形成有发光二极管的晶圆100为例。晶圆100正面110形成有外延层，该外延层依次形成有第一导电类型的半导体层、有源层及第二导电类型的半导体层。

同样如图3所示，采用激光自晶圆100的正面110对晶圆100进行激光深划，在晶圆100正面110形成沟槽101。优选地，沿晶圆100的正面110的切割道对晶圆100进行激光深划，形成在晶圆100正面110相互垂直地交错排列的沟槽101。为了保证后续能顺利将晶圆100劈裂，该沟槽101的深度与晶圆100厚度的比优选地介于1/5～1/2；例如可以是1/4、1/3、2/5。

当晶圆100正面110形成有上述外延层时，沟槽101的深度至少等于外延层的厚度，即晶圆100正面110的激光深划至少贯穿上述外延层直至晶圆100正面110。

然后，同样如图3所示，采用劈刀自晶圆100的背面120对晶圆100进行劈裂，优选地，对齐晶圆100正面110的沟槽101对晶圆100进行劈裂。

本实施例中，劈裂过程与现有技术中自晶圆100一侧向另一侧依次劈裂并不相同。如图4所示，首先，利用劈刀在晶圆100的背面120沿第一方向(图4中的Y方向)和第二方向(图4中的X方向)将晶圆100进行划分。具体地，如图4所示，首先定义沿Y方向的第一直线102，定义沿X方向的第二直线103；然后沿该第一直线102和第二直线103对晶圆100进行劈裂，将晶圆100分为第一子晶圆W1、第二子晶圆W2、第三子晶圆W3和第四子晶圆W4。优选地，上述第一直线102和第二直线103为经过晶圆100的几何中心的相互垂直的直线。

然后，自晶圆100的边缘向中间区域分别在第一方向和第二方向上对晶圆100进行劈裂。如图4所示，首先在在箭头A12所示的方向上，在晶圆100的边缘朝向第一直线102的第二方向上步进，沿箭头A11所示的第一方向对晶圆100进行劈裂，即，对第一子晶圆W1和第二子晶圆W2进行劈裂，直至劈裂至第一直线102处停止，完成第一子晶圆W1和第四子晶圆W4在第一方向上的劈裂；然后在在箭头A22所示的方向上，在晶圆100的边缘朝向第一直线102的第二方向上步进，沿箭头A21所示的第一方向对晶圆100进行劈裂，即，对第二子晶圆W2和第三子晶圆W3进行劈裂，直至劈裂至第一直线102处停止，完成第二子晶圆W2和第三子晶圆W3在第一方向上的劈裂；然后在在箭头A32所示的方向上，在晶圆100的边缘朝向第二直线103的第一方向上步进，沿箭头A31所示的第二方向对晶圆100进行劈裂，即，对第三子晶圆W3和第二子晶圆W2进行劈裂，直至劈裂至第二直线103处停止，完成第二子晶圆W2和第三子晶圆W3在第二方向上的劈裂；然后在在箭头A42所示的方向上，在晶圆100的边缘朝向第二直线103的第一方向上步进，沿箭头A41所示的第二方向对晶圆100进行劈裂，即，对第一子晶圆W1和第四子晶圆W4进行劈裂，直至劈裂至第二直线103处停止，完成第一子晶圆W1和第四子晶圆W4在第二方向上的劈裂。该劈裂方式不会出现切偏风险，减少了劈裂受力点两侧芯粒的长度，实现劈刀落下晶圆100可沿正面110激光深划的沟槽101垂直裂开，减少外观异常率，提高芯片的良率。省去了传统工艺中的背划和背切工艺，节省了工艺流程，提升了工艺效率，提升了产能。同时省去了与上述背划和背切相关的附带物料，节约了成本。

以上示例性地描述了自晶圆100边缘向晶圆100中间进行跳劈的方式，可以理解的是，可以根据实际需要选择第一方向和第二方向上的劈裂顺序，以及劈裂的起始位置。

图5和图6显示为由本实施例的晶圆100切割方法自晶圆100切割得到的芯片的SEM照片，本实施例中，上述芯片为LED芯片。比较图5和图6所示的本实施例的LED芯片104及图7和图8所示的现有技术中激光表切技术得到的LED芯片可知，现有技术获得的LED芯片其侧壁靠近正面的一端为回融物层11，靠近LED芯片背面的一侧为砂轮背切形成的背切侧壁部分13，中间部分为劈裂侧壁部分12。并且由于现有技术中可能存在切偏的风险，因此，LED芯片的侧壁的上述各部分之间会出现类似错层一样的非对齐现象。而相比之下，由于本实施例仅采用正面激光深划及背面劈裂相结合的方式获得LED芯片104，因此，本实施例的LED芯片104的侧壁整体较整齐，侧壁靠近LED芯片104正面110的一端为回融物105，靠近LED芯片104背面120的一端为光滑的劈裂侧壁106，侧壁无其他痕迹，也不存在因切偏造成的错层现象，整个侧壁呈现规则的外形。并且，本实施例的切割方法使得晶圆沿着劈裂轨迹垂直裂开，LED芯片104的背面边缘平整，无刀痕痕迹，LED芯片104的侧壁与所述LED芯片的表面之间的夹角介于85°～95°，优选地，LED芯片104的侧壁基本上是垂直侧壁，即，芯片的侧壁与芯片的表面之间的夹角接近90°。上述LED芯片104具有良好的外观，由此保证了芯片性能的稳定性，具有较高的良率。

实施例二

本实施例提供一种LED芯片，本实施例中，上述芯片为LED芯片，同样如图5和图6所示，LED芯片104的侧壁靠近LED芯片104正面的一端形成有回融物105，靠近LED芯片104背面的一端为光滑的劈裂侧壁106。侧壁无其他痕迹，也不存在因切偏造成的错层现象，整个侧壁呈现规则的外形。并且，LED芯片104的背面边缘平整，无刀痕痕迹，所述LED芯片的侧壁与所述LED芯片的表面之间的夹角介于85°～95°。优选LED芯片104的侧壁与表面之间的夹角接近90°，即，LED芯片104的侧壁为基本垂直的侧壁。

如图5所示，LED芯片104的横截面优选为矩形，矩形的长度为L，宽度为W，厚度为D。其中，长度为L和宽度为W也可以相等，即，LED芯片104的横截面为正方形。可选地，回融物105的厚度D0与LED芯片104的厚度D比介于1:5～1:2，例如可以是1/4、1/3、2/5。LED芯片104的长度L与厚度D比大于或等于4，宽度W与厚度D的比大于或等于4。

比较图5和图6所示的本实施例的LED芯片104及图7和图8所示的现有技术中激光表切技术得到的LED芯片可知，本实施例的LED芯片104的侧壁整体较整齐，侧壁靠近LED芯片104正面的一端为回融物105，靠近LED芯片104背面的一端为光滑的劈裂侧壁106。所述LED芯片的侧壁与所述LED芯片的表面之间的夹角介于85°～95°。侧壁无其他痕迹，并且LED芯片104的侧壁基本上是垂直侧壁，即，芯片的侧壁与芯片的表面之间的夹角接近或者等于90°。上述LED芯片104具有良好的外观，由此保证了芯片性能的稳定性，具有较高的良率。

如图9所示，在本实施例的可选实施例中，上述LED芯片104包括：

衬底1041，所述衬底1041具有相对设置的正面及背面；

外延层，形成在所述衬底1041的正面，所述外延层至少包括依次叠置的第一导电类型的半导体层1042、有源层1043及第二导电类型的半导体层1044；

电极结构，包括第一电极1071和第二电极1072，所述第一电极1071形成在所述衬底1041的背面，并且与所述第一导电类型的半导体层1042电连接；所述第二电极1072形成在所述第二导电类型的半导体层1044的上方，与所述第二导电类型的半导体层1044电连接。如图9所示，LED芯片还形成有绝缘层，实现电极结构与外延层的其他部分的绝缘，同时保护LED芯片。

上述外延层优选地为GaAs基外延层，其中第一导电类型的半导体层1042为N-GaAs层，第二导电类型的半导体层1044为P-GaAs层。如图9所示，LED芯片104形成为垂直结构。

在另一可选实施例中，如图10所示，上述电极结构同样包括第一电极1071和第二电极1072，其中，第一电极1071形成在所述外延层的上方，与所述第一导电类型的半导体层1042电连接；所述第二电极1072形成在所述第二导电类型的半导体层1044的上方，与所述第二导电类型的半导体层1044电连接。LED芯片104形成为倒装结构。

本实施例的上述芯片具有良好的侧壁特征，芯片侧壁在靠近芯片正面的一端为激光正切的回融物105，靠近芯片背面的一端为光滑的劈裂侧壁106。并且芯片的侧壁基本上是垂直侧壁，即，芯片的侧壁与芯片的表面之间的夹角接近或者等于90°。本发明的芯片具有良好的外观，由此保证了芯片性能的稳定性，具有较高的良率。

实施例三

本实施例提供一种发光装置，该发光装置包括电路基板以及设置在电路基板上方的发光元件，该发光元件可以是本发明实施例二提供的LED芯片104。由于实施例二提供的LED芯片104由实施例一提供的晶圆切割方法获得，具有良好的外观及电学性能，因此，包括该LED芯片104的发光装置同样具有良好的电学性能。

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 (11)

1.一种晶圆切割方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一晶圆，所述晶圆具有相对设置的正面和背面，所述晶圆的正面形成有切割道；

自所述晶圆的正面沿所述切割道对所述晶圆进行激光深划，在所述晶圆正面形成交错排列的沟槽；

自所述晶圆的背面的边缘开始朝向所述晶圆的中间位置，沿所述沟槽对应的位置对晶圆进行劈裂。

2.根据权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述沟槽的深度与所述晶圆的厚度比介于1:5～1:2。

3.根据权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，提供一晶圆还包括以下步骤：

在所述晶圆的正面形成外延层，所述外延层包括依次叠置在所述晶圆的正面的第一导电类型的半导体层、有源层及第二导电类型的半导体层。

4.根据权利要求2所述的晶圆切割方法，其特征在于，在所述晶圆的厚度方向上，所述沟槽至少贯穿所述外延层到达所述晶圆的正面。

5.根据权利要求2所述的晶圆切割方法，其特征在于，沿所述沟槽对应的位置对晶圆进行劈裂之前还包括如下步骤：

定义经过所述晶圆的几何中心并且在第一方向上延伸的第一直线，以及在第二方向上延伸的第二直线，所述第一方向和所述第二方向为相交的不同方向；

分别沿所述第一直线和所述第二直线自所述晶圆的背面对所述晶圆进行劈裂，将所述晶圆分割为沿顺时针依次分布的第一子晶圆、第二子晶圆、第三子晶圆和第四子晶圆；

自所述晶圆的边缘朝向所述第一直线，沿所述第二方向对所述晶圆进行劈裂，直至完成所述第一子晶圆和所述第四子晶圆在所述第二方向上的劈裂；

自所述晶圆的边缘朝向所述第一直线，沿所述第二方向对所述晶圆进行劈裂，直至完成所述第二子晶圆和所述第三子晶圆在所述第二方向上的劈裂；

自所述晶圆的边缘朝向所述第二直线，沿所述第一方向对所述晶圆进行劈裂，直至完成所述第一子晶圆和所述第四子晶圆在所述第一方向上的劈裂；

自所述晶圆的边缘朝向所述第二直线，沿所述第一方向对所述晶圆进行劈裂，直至完成所述第二子晶圆和所述第三子晶圆在所述第一方向上的劈裂。

6.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片的侧壁靠近所述LED芯片正面的一端形成有回融物，所述LED芯片的侧壁靠近所述LED芯片背面的一端为光滑的侧壁。

7.根据权利要求6所述的LED芯片，其特征在于，所述回融物的厚度与所述LED芯片的厚度比介于1:5～1:2。

8.根据权利要求6所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片的横截面为矩形，所述矩形的长度与所述LED芯片的厚度比大于或等于4，所述矩形的宽度与所述LED芯片的厚度比大于或等于4。

9.根据权利要求6所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片的侧壁与所述LED芯片的表面之间的夹角介于85°～95°。

10.根据权利要求6所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括：

衬底，所述衬底具有相对设置的正面及背面；

外延层，形成在所述衬底的正面，所述外延层至少包括依次叠置的第一导电类型的半导体层、有源层及第二导电类型的半导体层；

电极结构，包括第一电极和第二电极，所述第一电极形成在所述衬底的背面，并且与所述第一导电类型的半导体层电连接，或者所述第一电极形成在所述外延层的上方，与所述第一导电类型的半导体层电连接；所述第二电极形成在所述第二导电类型的半导体层的上方，与所述第二导电类型的半导体层电连接。

11.一种发光装置，其特征在于，包括电路基板及设置在所述电路基板上方的发光元件，所述发光元件包括权利要求6～10中任意一项所述的LED芯片。

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