TWI717506B - 發光二極體晶片的製造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種可得到充分的亮度的發光二極體晶片的製造方法及發光 二極體晶片。

一種發光二極體晶片的製造方法，其特徵在於具備有：晶圓準 備步驟、透明基板加工步驟、一體化步驟、及分割步驟，該晶圓準備步驟是準備晶圓，該晶圓具有在結晶成長用之透明基板上形成有包含發光層的複數層半導體層之積層體層，並於在該積層體層的正面以相互交叉之複數條分割預定線所區劃出之各區域中各自形成有LED電路，該透明基板加工步驟是在透明基板的正面對應該晶圓的各LED電路來形成複數條溝，該一體化步驟是實施該透明基板加工步驟後，將該透明基板的正面貼附於該晶圓的背面以形成一體化晶圓，該分割步驟是沿著該分割預定線將該晶圓和該透明基板一起切斷以將該一體化晶圓分割成一個個的發光二極體晶片。

Description

發光二極體晶片的製造方法 發明領域
本發明是有關於一種發光二極體晶片的製造方法及發光二極體晶片。
發明背景
在藍寶石基板、GaN基板、SiC基板等的結晶成長用基板的正面上形成有將n型半導體層、發光層、p型半導體層積層複數層而成的積層體層，而將複數個LED(發光二極體(Light Emitting Diode))等之發光元件形成在此積層體層上藉由交叉的複數條分割預定線所區劃出的區域中的晶圓，是沿著分割預定線切斷而分割成一個個的發光元件晶片，並且已分割的發光元件晶片是廣泛地應用在手機、個人電腦、照明機器等的各種電氣機器上。
由於從發光元件晶片的發光層射出的光具有各向同性，所以即使被照射到結晶成長用基板的內部也會使光從基板的背面及側面射出。然而，由於已被照射到基板之內部的光之中在與空氣層之間的界面上的入射角為臨界角以上的光會在界面上進行全反射而被封閉在基板內部，並不會有從基板射出到外部之情形，所以會有導致發光元件晶片的亮度降低的問題。
為了解決此問題，且為了抑制從發光層射出的光被封閉在基板的內部，而形成為在基板的背面上貼附透明構件以謀求亮度的提升之發光二極體(LED)已記載在特開2014-175354號公報中。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2014-175354號公報
發明概要
然而，在專利文獻1所揭示的發光二極體中，雖然可藉由在基板的背面貼附透明構件而使亮度稍微提升，但是仍有無法得到充分亮度的問題。
本發明是有鑒於像這樣的點而作成的發明，其目的在於提供一種能夠得到充分的亮度的發光二極體晶片的製造方法及發光二極體晶片。
依據請求項1的發明，可提供一種發光二極體晶片的製造方法，其特徵在於具備有：晶圓準備步驟，準備晶圓，該晶圓具有在結晶成長用之透明基板上形成有包含發光層的複數層半導體層之積層體層，並於在該積層體層的正面以相互交叉之複數條分割預定線所區劃出之各區域中各自形成有LED電路； 透明基板加工步驟，在透明基板的正面對應該晶圓的各LED電路來形成複數條溝；一體化步驟，在實施該透明基板加工步驟後，將該透明基板的正面貼附於該晶圓的背面以形成一體化晶圓；及分割步驟，沿著該分割預定線將該晶圓和該透明基板一起切斷以將該一體化晶圓分割成一個個的發光二極體晶片。
較理想的是，在透明基板加工步驟中所形成之溝的截面形狀為三角形、四角形、或半圓形狀的任一種。較理想的是，在透明基板加工步驟中所形成的溝是藉由切削刀、蝕刻、噴砂、雷射的任一種方式而形成。
較理想的是，該透明基板是以透明陶瓷、光學玻璃、藍寶石、透明樹脂的任一種所形成，並且在該一體化步驟中該透明基板是利用透明接著劑來接著於晶圓。
依據請求項5的發明，可提供一種發光二極體晶片，具備：於正面形成有LED電路的發光二極體、及貼附在該發光二極體之背面的透明構件，且在該透明構件之與該發光二極體的貼附面上形成有溝。
由於本發明的發光二極體晶片是在貼附於LED的背面之透明構件的正面形成有溝，所以除了會使透明構件的表面積增大之外，也會使從LED的發光層照射而入射到透明構件的光在溝部分複雜地折射，因而會使從透明構件射出之時在透明構件與空氣層之間的界面上之入射 角為臨界角以上之光的比例減少，而使從透明構件射出之光的量增大並使發光二極體晶片的亮度提升。
10:切削單元
11:光元件晶圓(晶圓)
11a、21a:正面
11b:背面
12:主軸殼體
13:藍寶石基板
13A:LED
14:切削刀
15:積層體層(晶膜層)
16:刀片罩
17:分割預定線
18:冷卻噴嘴
19:LED電路
20:工作夾台
21:透明基板
21A:透明構件
23、23A、23B:溝
25:一體化晶圓
27:切斷溝
31、31A、31B:發光二極體晶片
R、X1:箭頭
T:切割膠帶
F:環狀框架
X、Y、Z:方向
圖1是光元件晶圓的正面側立體圖。
圖2之(A)是顯示透明基板加工步驟的立體圖，圖2之(B)~圖2之(D)是顯示所形成之溝形狀的截面圖。
圖3之(A)是顯示將於正面具有複數條朝第1方向伸長之溝的透明基板貼附在晶圓之背面而形成一體化之一體化步驟的立體圖，圖3之(B)是一體化晶圓的立體圖。
圖4是顯示將於正面具有朝第1方向及朝與第1方向正交的第2方向伸長之複數條溝的透明基板貼附在晶圓之背面而形成一體化之一體化步驟的立體圖。
圖5是顯示透過切割膠帶而以環狀框架支撐一體化晶圓的支撐步驟的立體圖。
圖6是顯示將一體化晶圓分割成發光二極體晶片的分割步驟的立體圖。
圖7是分割步驟結束後之一體化晶圓的立體圖。
圖8之(A)~圖8之(C)是本發明實施形態的發光二極體元件的立體圖。
用以實施發明之形態
以下，參照圖式詳細地說明本發明的實施形態。參照圖1，所示為光元件晶圓(以下，有時會簡稱為晶圓)11的正面側立體圖。
光元件晶圓11是在藍寶石基板13上積層氮化鎵(GaN)等的晶膜層(epitaxial layer)(積層體層)15而構成的。光元件晶圓11具有積層有晶膜層15的正面11a、和露出藍寶石基板13的背面11b。
在此，在本實施形態的光元件晶圓11中，雖然是採用藍寶石基板13作為結晶成長用基板，但是也可以採用GaN基板或SiC基板等來替代藍寶石基板13。
積層體層(晶膜層)15是藉由依序使電子成為多數載子(carrier)的n型半導體層(例如n型GaN層)、成為發光層的半導體層(例如InGaN層)、電洞成為多數載子的p型半導體層(例如p型GaN層)進行磊晶成長而形成。
藍寶石基板13具有例如100μm的厚度，且積層體層15具有例如5μm的厚度。於積層體層15上以形成為格子狀的複數條分割預定線17來區劃而形成有複數個LED電路19。晶圓11具有形成有LED電路19的正面11a、和露出了藍寶石基板13的背面11b。
依據本發明實施形態的發光二極體晶片的製造方法，首先會實施準備如圖1所示的光元件晶圓11的晶圓準備步驟。進一步，實施透明基板加工步驟，該透明基板加工步驟是在要貼附於晶圓11的背面11b之透明基板21的正面21a對應於LED電路19而形成複數條溝。
此透明基板加工步驟是使用例如已廣為周知的切削裝置來實施。如圖2之(A)所示，切削裝置的切削單元10包含有主軸殼體12、可旋轉地插入主軸殼體12中的 圖未示的主軸、和裝設在主軸的前端的切削刀14。
切削刀14的切割刃是以例如用鍍鎳方式(Nickel Plating)來將鑽石磨粒固定而成的電鑄磨石所形成，且其前端形狀是作成三角形、四角形、或半圓形。
切削刀14的大致上半部分是以刀片罩(blade cover)(輪罩(wheel cover))16來覆蓋，在刀片罩16上配設有於切削刀14的裏側及近前側水平地伸長的一對(圖中僅顯示1個)冷卻噴嘴18。
在透明基板21的正面21a形成複數條溝23的透明基板加工步驟中，是將透明基板21吸引保持在圖未示的切削裝置的工作夾台上。然後，藉由一邊使切削刀14朝箭頭R方向高速旋轉，一邊在透明基板21的正面21a切入預定深度，且將保持在圖未示之工作夾台上的透明基板21朝箭頭X1方向加工進給，以藉由切削來形成在第1方向上伸長的溝23。
將透明基板21朝正交於箭頭X1方向的方向按晶圓11的分割預定線17的每個間距來分度進給，並且切削透明基板21的正面21a，以如圖3所示，逐次地形成朝第1方向伸長的複數條溝23。
如圖3之(A)所示，形成在透明基板21的正面21a的複數條溝23可為僅在一個方向上伸長的形態、或者也可作成如圖4所示，在透明基板21的正面21a形成朝第1方向及朝與該第1方向正交的第2方向伸長之複數條溝23。
形成在透明基板21的正面21a的溝，為如圖2 之(B)所示之截面三角形的溝23、或如圖2之(C)所示之截面四角形的溝23A、或如圖2之(D)所示之截面半圓形的溝23B的任一種皆可。
透明基板21可由透明樹脂、光學玻璃、藍寶石、透明陶瓷的任一種來形成。在本實施形態中，是由比光學玻璃更有耐久性之聚碳酸酯、丙烯酸等之透明樹脂來形成透明基板21。再者，作為形成溝的方法，亦可使用噴砂(sandblast)、蝕刻、雷射。
於實施在透明基板21的正面21a形成複數條溝23、23A、23B之透明基板加工步驟之後，實施一體化步驟，該一體化步驟是將透明基板21貼附在晶圓11的背面11b以形成一體化晶圓25。
在此一體化步驟中，是如圖3之(A)所示，藉由透明接著劑將晶圓11的背面11b接著於已在正面21a形成有朝第1方向伸長的複數條溝23之透明基板21的正面，以如圖3之(B)所示，將晶圓11和透明基板21一體化而形成一體化晶圓25。
作為替代實施形態，亦可作成藉由透明接著劑將晶圓11的背面11b接著於在透明基板21的正面21a具有朝第1方向及朝與此第1方向正交的第2方向伸長的複數條溝23的透明基板21的正面21a，來將晶圓11和透明基板21一體化。在此，已形成在透明基板21的正面21a的溝23的間距是對應於晶圓11的分割預定線17的間距。
實施一體化步驟後，實施支撐步驟，該支撐 步驟是如圖5所示，將一體化晶圓25的透明基板21貼附到外周部已貼附於環狀框架F上之切割膠帶T來形成框架單元，而透過切割膠帶T以環狀框架F支持一體化晶圓25。
實施支撐步驟之後，實施分割步驟，該分割步驟是將框架單元投入切削裝置，並且利用切削裝置來將一體化晶圓25切削以分割成一個個的發光二極體晶片。參照圖6來說明此分割步驟。
在分割步驟中，是隔著框架單元的切割膠帶T而在切削裝置的工作夾台20上吸引保持一體化晶圓25，而環狀框架F則是以圖未示的夾具夾持來固定。
然後，一邊使切削刀14朝箭頭R方向高速旋轉一邊切入晶圓11的分割預定線17直到切削刀14的前端到達切割膠帶T為止，並且從冷卻噴嘴18朝向切削刀14及晶圓11的加工點供給著切削液來將一體化晶圓25朝箭頭X1方向加工進給，藉此形成沿著晶圓11的分割預定線17切斷晶圓11及透明基板21的切斷溝27。
將切削單元10在Y軸方向上分度進給，並且沿著朝第1方向伸長的分割預定線17逐次地形成同樣的切斷溝27。其次，將工作夾台20旋轉90。之後，沿著於與第1方向正交的第2方向上伸長之全部的分割預定線17形成同樣的切斷溝27，以形成圖7所示之狀態，藉此將一體化晶圓25分割成如圖8之(A)所示的發光二極體晶片31。
在上述之實施形態中，雖然是將切削裝置使用在將一體化晶圓25分割成一個個的發光二極體晶片31 上，但是也可以作成：將對晶圓11及透明基板21具有穿透性之波長的雷射光束沿著分割預定線13朝晶圓11照射，並且在晶圓11及透明基板21的內部於厚度方向上形成複數層的改質層，接著，對一體化晶圓25賦與外力，來以改質層為分割起點將一體化晶圓25分割成一個個的發光二極體晶片31。
示於圖8之(A)的發光二極體晶片31是在正面具有LED電路19之LED13A的背面貼附有透明構件21A。此外，在透明構件21A的正面形成有溝23。
因此，在圖8之(A)所示之發光二極體晶片31上，由於在透明構件21A的正面形成有溝23，所以會使透明構件21A的表面積增大。此外，從發光二極體晶片31的LED電路19射出並朝透明構件21A入射之光的一部分是在溝23部分折射後進入透明構件21A內。
因此，會使從透明構件21A朝外部折射而射出之時，在透明構件21A與空氣層之間的界面上之入射角成為臨界角以上之光的比例減少，而使從透明構件21A射出之光的量增大，並使發光二極體晶片31的亮度提升。
在圖8之(B)所示之發光二極體晶片31A中，是將正面具有截面四角形之溝23A的透明構材21A藉由透明的接著劑而貼附到LED13A的背面。在本實施形態的發光二極體晶片31A中也是與圖8之(A)所示之發光二極體晶片31同樣，從LED電路19射出並朝透明構件21A入射之光的一部分，會在截面四角形之溝23A的部分折射後進入透 明構件21A內。
因此，會使從透明構件21A內朝外部射出之時，在透明構件21A與空氣層之間的界面上之入射角成為臨界角以上之光的比例減少，而使從透明構件21A射出之光的量增大，並使發光二極體晶片31A的亮度提升。
參照圖8之(C)，所示為另外的其他實施形態的發光二極體晶片31B的立體圖。在本實施形態之發光二極體晶片31B中，由於在透明構件21A的正面於相互正交的方向上圾形成截面四角形之溝23A，所以會使從LED電路19射出而朝透明構件21A入射的光之中，在溝23A內折射並入射之光的量增大。
因此，由於會使在透明構件21A與空氣層之間的界面上之入射角成為臨界角以上之光的量減少，所以會使從透明構件21A射出到外部之光的量增大，而使發光二極體晶片31B的亮度提升。
在圖8之(A)~圖8之(C)所示之實施形態中，雖然透明構件21A所具有的是截面三角形的溝23或截面四角形的溝23A，但是對於透明構件21A具有圖2之(D)所示之截面半圓形的溝23B之情況也會有同樣的效果。
13A:LED
19:LED電路
21A:透明構件
23、23A:溝
31、31A、31B:發光二極體晶片

Claims (3)

  1. 一種發光二極體晶片的製造方法，其特徵在於具備有：晶圓準備步驟，準備晶圓，該晶圓具有在結晶成長用之第1透明基板上形成有包含發光層的複數層半導體層之積層體層，並於在該積層體層的正面以相互交叉之複數條分割預定線所區劃出之各區域中各自形成有LED電路；透明基板加工步驟，在第2透明基板的正面對應該晶圓的各LED電路來形成相互正交的複數條溝；一體化步驟，在實施該透明基板加工步驟後，將該第2透明基板的正面貼附在該晶圓的背面上以形成一體化晶圓；及分割步驟，沿著該分割預定線將該晶圓和該第2透明基板一起切斷以將該一體化晶圓分割成一個個的發光二極體晶片，前述溝是藉由切削刀而形成，該溝的間距是對應於該晶圓之該分割預定線的間距。
  2. 如請求項1的發光二極體晶片的製造方法，其中在該透明基板加工步驟中所形成之前述溝的截面形狀為三角形、四角形、半圓形的任一種。
  3. 如請求項1的發光二極體晶片的製造方法，其中該第2透明基板是以透明陶瓷、光學玻璃、藍寶石、透明樹脂的任一種所形成，並且在該一體化步驟中該第2透明基板是使用透明接著劑來貼附於該晶圓。
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