TW202006969A - 分離形成於基板晶圓上之發光裝置之方法 - Google Patents

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Abstract

一種根據本發明之實施例之方法，其包含在一藍寶石基板之一第一表面上生長一半導體結構，該半導體結構包含安置在一n型區域與一p型區域之間之一發光層。該半導體結構形成為複數個LED。裂紋形成在該藍寶石基板中。該等裂紋從該藍寶石基板之該第一表面延伸且不穿透該藍寶石基板之整個厚度。在於該藍寶石基板中形成裂紋後，該藍寶石基板從該藍寶石基板之一第二表面薄化。該第二表面與該第一表面相對。

Description

分離形成於基板晶圓上之發光裝置之方法
本發明係關於用於分離生長在一基板晶圓上之發光裝置之方法。
半導體發光裝置(包含發光二極體(LED)、諧振腔發光二極體(RCLED)、垂直腔雷射二極體(VCSEL)及邊射型雷射係目前可得之最高效光源之一。在能夠跨可見光光譜操作之高亮度發光裝置之製造中目前受關注之材料系統包含III-V族半導體，尤其鎵、鋁、銦及氮之二元、三元及四元合金，亦被稱作III族氮化物材料。通常，III族氮化物發光裝置藉由在藍寶石、碳化矽、III族氮化物或其他適當基板上藉由金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)或其他磊晶技術磊晶生長不同組合物及摻雜物濃度之半導體層之堆疊而製作。堆疊通常包含形成在基板上方之一或多個n型層(其摻雜例如Si)、形成在n型層或諸n型層上方之一主動區域中之一或多個發光層及形成在主動區域上方之一或多個p型層(其摻雜例如Mg)。電接觸件形成在n型區域及p型區域上。 在一些LED中，生長基板保留為最終裝置結構之部分，例如以為半導體結構提供機械穩定性。大量光可發射穿過生長基板之側。來自基板之側光發射在需要或偏好多數或所有光從裝置之頂部發射之應用中係不需要的。 US 2010/0267219描述一種薄化生長基板之方法。根據摘要，該方法包含「研磨藍寶石基板之背側之藍寶石基板研磨步驟；從藍寶石基板之背側施加一雷射光束至藍寶石基板以藉此沿著各道在藍寶石基板中形成一改性層之改性層形成步驟；...及沿著形成改性層之各道使藍寶石基板斷裂之晶圓分離步驟」。
本發明之一目標係提供一種藉由在基板中形成凹口，隨後薄化基板以暴露凹口而分離生長在一基板上之發光裝置之方法。 根據本發明之實施例之一方法包含提供生長在一基板上之一發光半導體結構。基板具有一前側及與前側相對之一背側。凹口形成在基板中。凹口從基板之前側延伸至基板中。在於基板中形成凹口後，基板之背側被薄化以暴露凹口。 根據本發明之實施例之一方法包含在一藍寶石基板之一第一表面上形成一半導體結構，該半導體結構包含安置在一n型區域與一p型區域之間之一發光層。半導體結構形成為複數個LED。裂紋形成在藍寶石基板中。裂紋從藍寶石基板之第一表面延伸且不穿透藍寶石基板之整個厚度。在於藍寶石基板中形成裂紋後，藍寶石基板從藍寶石基板之一第二表面薄化。第二表面與第一表面相對。
在本發明之實施例中，一藍寶石或其他生長基板保留為最終裝置結構之部分，但被薄化以減小或免除來自生長基板之側之光發射。在本發明之實施例中，晶圓首先藉由穿透基板之厚度之至少部分形成分離區(其等通常係基板中之凹口或裂紋)而被部分分離。晶圓隨後藉由薄化基板直至到達分離區而被完全分離。本發明之實施例特別適於需要所有或大部分光從一裝置之頂部表面發射之應用，諸如一些汽車應用。 雖然在下文實例中，半導體發光裝置係發射藍光或UV光之III族氮化物LED，但是可使用除LED外之半導體發光裝置，諸如由其他材料系統(諸如其他III-V族材料、III族磷化物、III族砷化物、II-VI族材料、ZnO或基於Si之材料)製成之雷射二極體及半導體發光裝置。 圖1繪示可用在本發明之實施例中之單個III族氮化物LED 12。可使用任意適當半導體發光裝置且本發明之實施例不限於圖1中所示之裝置。圖1之裝置藉由如本技術中已知在一生長基板10之一部分上生長一III族氮化物半導體結構而形成。生長基板通常係藍寶石但是可為任意適當基板，諸如，例如SiC、Si、GaN或複合基板。半導體結構包含夾置於n型區域與p型區域之間之一發光區域或主動區域。一n型區域14可首先生長且可包含多層不同組合物及摻雜物濃度，包含(例如)準備層，諸如緩衝層或晶核生成層；及/或經設計以促進生長基板之移除之層，其等可為n型或未有意摻雜及針對發光區域高效發射光所需之特定光學、材料或電性質設計之n或甚至p型裝置層。一發光區域或主動區域16形成在n型區域14上方。適當發光區域之實例包含單個厚或薄的發光層，或一多量子阱發光區域，其包含由障壁層分離之多個薄或厚發光層。一p型區域18隨後可生長在發光區域16上方。如同n型區域14，p型區域18可包含多層不同組合物、厚度及摻雜物濃度，包含非有意摻雜之層或n型層。 在生長後，一p接觸件20形成在p型區域之表面上。p接觸件20通常包含多個導電層，諸如反射金屬及可防止或減小反射材料之電遷移的防護金屬。反射材料通常係銀，但可使用任意適當材料。在形成p接觸件20後，p接觸件20、p型區域18及主動區域16之一部分被移除以暴露上方形成n接觸件22之n型區域14之一部分。n接觸件22及p接觸件20藉由陰影線所示之一間隙25彼此電隔離，該間隙25可填充有一介電質，諸如矽之氧化物或任意其他適當材料。多個n接觸件通孔可形成；n接觸件22及p接觸件20不限於圖1中所示之配置。n接觸件及p接觸件可再分佈以形成與一介電質/金屬堆疊之接合墊，如本技術中已知。 為了形成至LED 12之電連接，一或多個互連件26及28形成在n接觸件22及p接觸件20上或電連接至其等上。互連件26電連接至圖1中之n接觸件22。互連件28電連接至p接觸件20。互連件26及28藉由陰影線所示之介電層24及間隙27與n接觸件22及p接觸件20電隔離及彼此電隔離。互連件26及28可為例如焊料、柱形凸塊、金層或任意其他適當結構。許多個別LED 12可形成在單個晶圓上，隨後從裝置之一晶圓切割，如下文所述。 雖然下文實施例展示將一晶圓分離為個別LED 12，但是所述之技術可用於將一晶圓分離為LED群組。雖然下文實施例涉及一藍寶石生長基板，但是所述技術可應用於任意適當基板。 本發明之一實施例繪示在圖2、圖3、圖4、圖5及圖6中。在圖2至圖6中所示之實施例中，基板10被薄化，隨後被劃線，隨後再次薄化。 在圖2中，一例示群組之數個LED 12形成在一基板10上。例如，LED 12可為圖1中所示之裝置或任意其他適當裝置。雖然展示六個LED 12，但是既未表達限制可形成在單個基板上之LED之數量，亦未表達此等LED需在一群組中。圖式中之LED僅為一基板10之一部分或一完整基板10上之「某些」LED之實例。 在圖3中，晶圓處置帶34附接至LED 12。生長基板10之厚度之一部分30藉由任意適當技術(諸如，例如機械技術，諸如保留一剩餘部分32之研磨)移除。基板10被薄化至適應圖4中所述之劃線之一厚度。圖2中之基板10在薄化前之厚度在一些實施例中可為例如至少300 μm厚且在一些實施例中不超過1500 μm厚，但是基板在一些實施例中可比1500 μm厚。基板10之剩餘部分32在一些實施例中可為例如不超過300 μm厚，在一些實施例中不超過275 μm厚，且在一些實施例中不超過250 μm厚。 在圖4中，個別LED 12或LED 12之群組之間之區域38經劃線以在基板32之剩餘部分中形成裂紋或凹口40。裂紋40定位在最靠近LED 12之基板32之厚度之一部分中。裂紋40不完全穿透基板32之剩餘部分。裂紋40可藉由例如雷射劃線形成，其中一雷射36在區域38中照射穿過基板32或隱形切割，其中基板中之一改性層藉由使一雷射聚焦在基板內而形成。例如，具有介於266 nm與355 nm之間之波長之飛秒雷射可用於雷射劃線且具有介於800 nm與1100 nm之間之波長之雷射可用於隱形切割。 在圖5中，藍寶石基板10之剩餘部分32隨後被薄化以暴露形成在圖4中之裂紋40之頂部。基板可藉由包含諸如研磨之機械技術之任意適當技術薄化。剩餘部分32之被移除部分42之厚度在一些實施例中可為至少100 μm厚且在一些實施例中不超過200 μm厚。薄化後剩餘之裂紋部分44在一些實施例中可為例如不超過60 μm厚，在一些實施例中不超過50 μm厚，且在一些實施例中不超過40 μm厚。在薄化後剩餘之裂紋部分44在一些實施例中足夠厚以機械支撐半導體結構。在圖5中所示之薄化後，一些或所有裂紋40延伸穿過裂紋部分44之整個剩餘厚度。較佳地，所有裂紋40延伸穿過裂紋部分44之整個剩餘厚度。 在圖6中，帶34可伸展以在形成裂紋40之間隙46中分離個別LED 12或LED 12之群組。各LED 12或LED 12之群組具有附接至半導體結構之頂部之小件基板10(裂紋部分44)。裂紋部分44可足夠厚以機械支撐半導體結構。裂紋部分44可具有光滑或粗糙邊緣。 另一實施例繪示在圖7、圖8、圖9、圖10及圖11中。在圖7至圖11中所示之實施例中，基板被蝕刻，隨後被薄化。 在圖7中，一遮罩50形成在一藍寶石基板10上方且經圖案化以形成與隨後分離基板之區域對齊之開口52。開口52可對應於單個LED或一群組中之多個LED之邊緣。半導體結構可在形成開口52之前或之後生長在基板10上。半導體結構可經圖案化，使得半導體結構從LED之間之區域移除。 在圖8中，藍寶石基板10經蝕刻以在遮罩50之開口52中於基板10中形成凹口54。在一些實施例中，凹口54為至少1微米深。在一些實施例中，凹口54為至少1微米寬。基板10藉由任意適當技術蝕刻，諸如例如，乾式蝕刻或濕式蝕刻。 在圖9中，遮罩50被剝離，留下具有形成在區域52中之凹口54之基板10。 作為圖7、圖8及圖9中所示之遮蔽、蝕刻及剝離技術之替代，在一些實施例中，在生長LED 12之半導體結構之前，凹口藉由除蝕刻以外之一技術形成在基板10中。例如，凹口54可藉由雷射劃線或隱形切割形成，如上所述，藉由結合具有介於266 nm與355 nm之間之一波長之UV雷射雷射切割或藉由例如使用一刀片之機械切割。此等技術可能無需首先遮蔽基板，但是可使用一圖案化遮罩。 在圖10中，LED 12形成在凹口54之間之區域中。例如，生長在基板10上之半導體結構可藉由蝕刻及形成金屬層以形成接觸件及互連件而形成為LED，如上文參考圖1所述。 在圖11中，LED 12連接至晶圓處置帶34。如上所述，基板10藉由任意適當技術薄化。被移除之基板10之部分56足夠厚使得凹口54之一些或所有被暴露，將個別LED 12或LED群組分離。較佳地，所有凹口54被暴露。基板10之一部分50保持附接至各LED 12或LED之群組。部分50在一些實施例中足夠厚以機械支撐LED 12之半導體結構。 另一實施例繪示在圖12、圖13、圖14及圖15中。在圖12至圖15中所示之實施例中，LED經部分形成，基板被切入凹口，LED完成，隨後基板被薄化。 在圖12中，LED部分形成在基板10上。例如，LED之半導體結構可生長在基板10上。 在圖13中，凹口54在個別LED或LED群組之間之區域52中形成於基板10中。凹口54可藉由任意適當技術形成，包含例如蝕刻、鋸切或雷射劃線。 在圖14中，LED 12例如藉由蝕刻及形成金屬層以形成接觸件及互連件而完成，如上文參考圖1所述。 在圖15中，LED 12連接至晶圓處置帶34。基板10藉由任意適當技術薄化，如上所述。被移除之基板10之部分56足夠厚使得凹口54之一些或所有被暴露，將個別LED 12或LED群組分離。較佳，所有凹口54暴露。基板10之一部分50保留附接至各LED 12或LED群組。部分50在一些實施例中足夠厚以機械支撐LED 12之半導體結構。 另一實施例繪示在圖16及圖17中。在圖16中，LED 12生長在一基板10上。例如，LED 12可為圖1中所示之裝置或任意其他適當裝置。個別LED 12或LED 12之群組之間之區域38從上方形成LED 12之基板10之側雷射劃線。劃線在基板10之厚度之一部分中形成裂紋或凹口40。裂紋40位於最靠近LED 12之基板之厚度之一部分中。裂紋40在一些實施例中可為例如至少30 μm深且在一些實施例中不超過100 μm。 LED 12隨後被安裝在一結構34上，諸如一框架、支撐晶圓或處置帶，如圖17中所示。生長基板10之厚度之一部分30藉由任意適當技術移除，諸如，例如機械技術，諸如研磨。薄化之前之基板10之厚度可為例如介於300 μm與 2000 μm之間。在一些實施例中，基板被薄化超過裂紋40(在圖17中所示之定向中)之頂部之一些或所有到達之一厚度。較佳地，到達裂紋40之頂部之所有。基板10之剩餘部分32在一些實施例中足夠厚以機械支撐LED 12之半導體結構。 藉由上述技術形成之發光裝置可具有數個優點。由於基板之一些保留附接至最終裝置，故脆弱的半導體結構由基板支撐，其可減小歸因於開裂之破裂之發生率，可免除對支撐半導體結構之昂貴且複雜的厚金屬互連件之需要，且可免除對用於支撐半導體結構之底部填充或其他結構之需要。裝置可經焊接安裝。此外，由於基板被薄化，穿透基板之側逸出之光量與其中基板之整個厚度保留附接至半導體結構之一裝置相比可減小。因此，藉由上述技術形成之裝置可避免或減小通常與其中基板保留附接至半導體結構之裝置相關之效率損失。 已詳細描述本發明，熟習此項技術者將瞭解鑑於本發明，可對本發明進行修改而不脫離本文所述之發明概念之精神。因此，希望本發明之範疇不受限於所繪示及描述之特定實施例。
10‧‧‧生長基板 12‧‧‧發光二極體(LED) 14‧‧‧n型區域 16‧‧‧發光區域/主動區域 18‧‧‧p型區域 20‧‧‧p接觸件 22‧‧‧n接觸件 24‧‧‧介電層 25‧‧‧間隙 26‧‧‧互連件 27‧‧‧間隙 28‧‧‧互連件 30‧‧‧部分 32‧‧‧剩餘部分 34‧‧‧晶圓處置帶 36‧‧‧雷射 38‧‧‧區域 40‧‧‧裂紋 42‧‧‧被移除部分 44‧‧‧裂紋部分 46‧‧‧間隙 50‧‧‧遮罩 52‧‧‧開口/區域 54‧‧‧凹口 56‧‧‧被移除之基板10之部分
圖1繪示一III族氮化物LED之一實例。 圖2繪示形成在一基板上之LED之一晶圓之一部分。 圖3繪示在將晶圓附接至處置帶及薄化基板之後之圖2之結構。 圖4繪示在給基板劃線之後之圖3之結構。 圖5繪示在薄化基板之後之圖4之結構。 圖6繪示在伸展處置帶以分離LED之後之圖5之結構。 圖7繪示施加至一基板之一部分之一遮罩。 圖8繪示在於基板中蝕刻凹口之後之圖7之結構。 圖9繪示在剝離遮罩之後之圖8之結構。 圖10繪示在於凹口基板上形成LED之後之圖9之結構。 圖11繪示在將晶圓附接至處置帶及薄化基板以分離LED之後之圖10之結構。 圖12繪示包含部分形成之LED之一基板之一部分。 圖13繪示在於基板中形成凹口之後之圖12之結構。 圖14繪示在完成LED之後之圖13之結構。 圖15繪示在將晶圓附接至處置帶及薄化基板以分離LED之後之圖14之結構。 圖16繪示形成在一基板上之LED之一晶圓之一部分，其中裂紋形成在鄰近LED之間。 圖17繪示在薄化基板之後之圖16之結構。
12‧‧‧發光二極體(LED)
34‧‧‧晶圓處置帶
44‧‧‧裂紋部分
46‧‧‧間隙

Claims (17)

  1. 一種方法，其包括： 提供生長在一基板上之一發光半導體結構； 在該基板中形成凹口(notch)，該等凹口從該基板之一前側延伸至該基板中；及 在形成該等凹口於該基板中後，自該基板之一背側薄化(thinning)以暴露該等凹口，該基板之該背側與該基板之該前側相對(opposite)。
  2. 如請求項1之方法，其中： 薄化該基板之該背側以暴露該等凹口係一第二薄化步驟； 該方法進一步包括一第一薄化步驟；及 形成該等凹口於該基板中包括： 在該第一薄化步驟中，自該基板之該背側薄化該基板；及 在該第一薄化步驟薄化該基板後，雷射劃線(scribing)該基板。
  3. 如請求項1之方法，其中在形成該等凹口於該基板中後，該發光半導體結構係生長於該基板之該前側上。
  4. 如請求項1之方法，其中形成該等凹口於該基板中包括： 形成一遮罩於該基板上，該遮罩包括複數個開口；及 在該複數個開口中，蝕刻該等凹口。
  5. 如請求項1之方法，其中形成該等凹口於該基板中包括鋸切該基板中之該等凹口。
  6. 如請求項1之方法，其中該基板係藍寶石。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包括在形成該等凹口於該基板中後，處理該發光半導體結構為複數個LED。
  8. 如請求項1之方法，其中： 該發光半導體結構係形成為複數個LED；及 在薄化該基板之該背側以暴露該等凹口之後，該基板之一部分保持附接至該等複數個LED之各者。
  9. 一種方法，其包括： 於一藍寶石基板之一第一表面上，生長一半導體結構； 形成該半導體結構為複數個LED； 形成裂紋(cracks)於該藍寶石基板之一部分中，該等裂紋自該藍寶石基板之該第一表面延伸；及 在形成該等裂紋於該藍寶石基板中後，自該藍寶石基板之一第二表面薄化該藍寶石基板，該第二表面與該第一表面相對。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包括： 在形成該等裂紋於該藍寶石基板中前，自該第二表面薄化該藍寶石基板。
  11. 如請求項9之方法，其中形成該等裂紋包括雷射劃線。
  12. 如請求項9之方法，其中形成該等裂紋包括機械劃線。
  13. 如請求項9之方法，其中形成該等裂紋包括蝕刻。
  14. 如請求項9之方法，其中形成該等裂紋包括鋸切。
  15. 請求項9之方法，其中自該藍寶石基板之一第二表面薄化該藍寶石基板包括薄化該藍寶石基板以暴露該等裂紋。
  16. 如請求項9之方法，其中該半導體結構包括安置在一n型區域與一p型區域之間之一發光層。
  17. 如請求項9之方法，其中形成該等裂紋於該藍寶石基板之一部分包括穿透該藍寶石基板之一部分厚度且不穿透該藍寶石基板之一整個厚度。
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