專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件以及用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分離形成于基板上的半導(dǎo)體發(fā)光器件以由此得到單獨的半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，該方法包括分開或分割由基板和其上所設(shè)置的器件形成的晶片。本發(fā)明對于分離例如基于III族氮化物的化合物的半導(dǎo)體發(fā)光器件是特別有效的。這里所使用的術(shù)語“晶片”均指通過對透明基板執(zhí)行所謂的晶片工藝(例如，清洗、擴散離子-注入、薄膜生長、外延生長、光刻以及電極形成)而提供的基板。
背景技術(shù)：
至今，已提出了多種用于分割晶片以由此得到單獨的半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中所述晶片在藍(lán)寶石基板上具有基于III族氮化物的化合物的半導(dǎo)體發(fā)光器件。通常，這些方法中的大多數(shù)方法將借助于劃線器來形成劃片線(槽)和借助于切割機刀片來切割結(jié)合在一起。然而，這些方法的缺陷在于，由于使用了消耗性劃線器和切割機刀片，不能將生產(chǎn)成本降到一定水平或更低。
近年來，為了分割或切割盤狀物體，已提出了采用激光束照射的熔切技術(shù)以及采用以通過激光束照射而提供的內(nèi)部熔融或者結(jié)構(gòu)改變部分為起點的切割技術(shù)。在這些基于激光照射的技術(shù)中，日本專利申請?zhí)亻_(kokai)第2005-288503號公開了一種采用具有亞毫秒脈沖寬度的脈沖激光束，即納秒脈沖激光束的技術(shù)，以及日本專利第3283265號和日本專利申請?zhí)亻_(kokai)第2004-268309號公開了采用具有亞皮秒脈沖寬度的脈沖激光束，即飛秒脈沖激光束的技術(shù)。
同時，需要修改發(fā)光二極管，尤其是采用III族氮化物發(fā)光層的藍(lán)光LED，使得光提取效率(外量子效率)提高以增加總的光發(fā)射。經(jīng)由透明基板和發(fā)光層之間的界面，只有以等于或小于臨界角的角度進(jìn)入的入射光才被提取。因此，為了提高外量子效率，例如，與半導(dǎo)體層形成表面相對的基板表面被粗糙化(見例如，日本專利申請?zhí)亻_(kokai)第2001-217467號)。
當(dāng)基板通過激光束照射而完全熔切時，受熔化影響的部分，即器件的側(cè)表面的寬度變大。分割面也可被烘干(脫色)。在這兩種情況下，光提取效率都受到損害，這是因為作為器件的側(cè)表面且固有地透明的分割面不再透明，并且吸收從發(fā)光器件發(fā)射的主要光。在該問題的一個解決方案中，日本專利申請?zhí)亻_(kokai)第11-163403號公開了在基板上從器件形成表面或相對表面形成至預(yù)定深度的槽。在某些對策中，這些槽通過脈沖激光束形成為虛線圖案。然而，分割面(器件的側(cè)面)上受熔化影響的部分的寬度是有問題的，且即使當(dāng)采用納秒脈沖激光束作為脈沖激光束時，分離器件的受熔化影響的部分在該器件的側(cè)面具有大的面積，導(dǎo)致對發(fā)射光的吸收有問題。同時，日本專利申請?zhí)亻_(kokai)第11-163403號還公開了僅當(dāng)基板的厚度減小到100μm或更小時才能夠便于基板的分割。值得注意的是，在該公開中，分割不是通過利用經(jīng)激光束照射形成的淺槽來執(zhí)行的，而是通過利用激光照射形成的淺槽與借助切割機或激光照射形成的具有100μm厚度的槽的結(jié)合來執(zhí)行的。
在日本專利申請?zhí)亻_(kokai)第2004-268309號中，采用飛秒激光束的照射來產(chǎn)生“用于導(dǎo)致分割的應(yīng)力”。因此，有必要通過激光束照射以外的技術(shù)來提供分離槽。在這種情況下，如果采用前述的消耗性劃線器，則不能減小生產(chǎn)成本。
最近，包括具有250μm或以下(對應(yīng)于等于或小于藍(lán)寶石基板厚度的兩倍的長度)的短邊的長方形發(fā)光面的發(fā)光器件越來越多地被用作例如移動電話的液晶顯示屏的背光源。由于這種發(fā)光器件以很小的間隔被分離，因此分割面必須形成為垂直于所設(shè)計的基板表面，傾斜的分割面是不允許的。
在日本專利申請?zhí)亻_(kokai)第2001-217467號所公開的發(fā)光二極管中，與半導(dǎo)體層形成表面相對的基板表面被粗糙化，由此提高外量子效率。然而，這樣產(chǎn)生的芯片只能經(jīng)歷倒裝芯片接合工藝，其中半導(dǎo)體層形成表面被附著在安裝框架上。即使芯片經(jīng)歷將與半導(dǎo)體層形成表面相對的基板表面附著在具有拋物面鏡的框架上的正裝芯片接合工藝，外量子效率也不能得到提高，這是因為基板的非光提取表面被粗糙化。換句話說，上述發(fā)光二極管的外量子效率依賴于安裝取向，而這是一個待解決的問題。
另外，為對與半導(dǎo)體層形成表面相對的透明基板的表面進(jìn)行粗糙化，必須執(zhí)行附加的步驟，如光刻步驟以及濕蝕刻。這些步驟增加了環(huán)境負(fù)荷，且因此減小了產(chǎn)量。從而增加了發(fā)光器件的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述內(nèi)容，本發(fā)明的一個目的是提供用于分割其上形成有半導(dǎo)體發(fā)光器件的厚度約為200μm的基板的方法。本發(fā)明的發(fā)明人未采用消耗性的劃線器或切割機刀片就成功地得到了該方法，并完成了本發(fā)明。
用于解決涉及前述常規(guī)半導(dǎo)體發(fā)光器件的問題的本發(fā)明的另一個目的是，以低的制造成本提供可以以任何安裝取向制造的半導(dǎo)體發(fā)光器件。本發(fā)明的又一個目的是提供用于將晶片分割成器件芯片的方法。
因此，在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于分離形成于基板上的半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，該方法包括將脈沖寬度小于10ps的脈沖激光束聚焦在所述基板中，以由此引起基板中的多光子吸收；借助于脈沖激光束、沿基板表面上的預(yù)定分割線形成表面結(jié)構(gòu)改變部分；通過脈沖激光束在基板的預(yù)定深度處的預(yù)定分割面上形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分，該內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分在預(yù)定分割線的方向上是不連續(xù)的；以及施加外力以由此沿所述表面結(jié)構(gòu)改變部分和所述不連續(xù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分形成分割面，由此使半導(dǎo)體發(fā)光器件彼此分離。
在本發(fā)明中，術(shù)語“結(jié)構(gòu)改變部分”從概念上包括受熔化影響的部分。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，表面結(jié)構(gòu)改變部分可以沿所述分割線不連續(xù)地分離成多段。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，表面結(jié)構(gòu)改變部分可以是基本上連續(xù)的，以便沿所述分割線形成槽。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，不連續(xù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分中的兩行或多行可以沿基板的深度方向形成。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法中，附加的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分可以通過脈沖激光束沿分割線形成，使得所述附加的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分在深度方向上連接到所述表面結(jié)構(gòu)改變部分，并且隨后施加外力。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法中，所照射的激光束可以是具有平行于預(yù)定分割面的電場分量的線性偏振激光束，或者顯示出形成橢圓的電場分量跡線的橢圓偏振激光束，所述橢圓的長軸平行于預(yù)定分割面。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法中，激光束可通過具有0.5或以上的數(shù)值孔徑的物鏡來照射。
所述基板可以是藍(lán)寶石基板。
每個所述結(jié)構(gòu)改變部分可包括頭部，其形成在脈沖激光束的焦點位置，且具有平行于基板表面的1.5μm或以上的直徑；腿部，其從頭部沿所照射的脈沖激光束通過成絲(filamentation)而延伸，且具有平行于基板表面的0.8μm或以上的直徑。
在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，包括將晶片分割成單獨的半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片，所述晶片包括透明基板，其具有第一表面和平行于第一表面的第二表面；以及半導(dǎo)體層，其包含發(fā)光層且沉積在透明基板的第一表面上，其中所述方法包括第一內(nèi)部處理步驟，包括使具有確保相對于晶片的光學(xué)透明度的波長的脈沖激光束通過利用聚光透鏡經(jīng)由作為入射面的第一或第二表面進(jìn)入晶片，而該聚光透鏡的焦點被如此調(diào)節(jié)，使得腰出現(xiàn)在晶片中，所述腰是脈沖激光束聚焦部分；相對于入射面并沿晶片上的預(yù)定假想分割線來移動脈沖激光束的光軸，使得由脈沖激光束提供的脈沖束所形成的腰在空間上彼此分離；以及在脈沖激光束的脈沖束在入射面上的每次入射時，通過多光子吸收使對應(yīng)于該腰的晶片部分脆化，以由此形成不連續(xù)的光致脆化部分(light-induced portion)；以及開槽步驟，包括調(diào)節(jié)聚光透鏡的焦點，使得由脈沖激光束形成的腰出現(xiàn)在晶片的入射面的表面部分；相對于入射面并沿分割線來移動脈沖激光束的光軸，使得由脈沖激光束提供的脈沖束所形成的腰在空間上彼此連接或重疊；以及在脈沖激光束的脈沖束在入射面上的每次入射時，通過多光子吸收使對應(yīng)于該腰的晶片部分脆化，以由此形成連續(xù)的槽，其中每個半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片都具有設(shè)置了凹陷/凸起的分割面。
在內(nèi)部處理步驟中，所述腰沿晶片中的分割線在空間上彼此分離，使得腰以虛線狀方式排列。光致脆化部分設(shè)置在晶片中對應(yīng)于腰的部分。因此，光致脆化部分設(shè)置在分割面上，并沿分割線在空間上彼此分離以形成虛線狀圖案。在每個分離的半導(dǎo)體發(fā)光器件的分割面(側(cè)壁)中，光致脆化部分充當(dāng)其中沒有基板材料的凹陷，而設(shè)置在兩個光致脆化部分之間的部分作為其中存在基板材料的凸起。由于與半導(dǎo)體發(fā)光器件的光提取面垂直的每個分割面(即，側(cè)壁)設(shè)置有凹陷/凸起，因此總的光提取效率可通過這樣形成的側(cè)壁(分割面)而得到提高。另外，在晶片被分割而形成單獨的半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片的分離步驟期間，為分割面提供了凹陷/凸起。因此，不需要附加的提高光提取效率的步驟，且半導(dǎo)體發(fā)光器件可以以低成本來制造。
這里所使用的術(shù)語“光致脆化”指皮秒到飛秒的短脈沖激光束所聚焦的材料部分(腰部)的絕熱處理。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法還可包括第二內(nèi)部處理步驟，包括調(diào)節(jié)聚光透鏡的焦點，使得腰出現(xiàn)于在第一內(nèi)部處理步驟中形成的光致脆化部分和入射面之間；相對于入射面并沿晶片上的預(yù)定假想分割線來移動脈沖激光束的光軸，使得由脈沖激光束提供的脈沖束所形成的腰在空間上彼此分離；以及在脈沖激光束的脈沖束在入射面上的每次入射時，通過多光子吸收使對應(yīng)于該腰的晶片部分脆化，以由此形成不連續(xù)的光致脆化部分。
在上述方法中，分割面設(shè)置有兩行凹陷/凸起部分。因此，通過上述半導(dǎo)體發(fā)光器件分離方法分離的發(fā)光器件顯示出從充當(dāng)分割面的側(cè)壁的較高光提取效率。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，聚光透鏡可具有0.3或以上的數(shù)值孔徑。
當(dāng)數(shù)值孔徑為0.3或以上時，腰急劇變窄，且專門提供了具有小凹陷寬度的光致脆化部分。從而提高了提取效率。另外，當(dāng)數(shù)值孔徑為0.3或以上時，可首先執(zhí)行開槽步驟，隨后是內(nèi)部處理步驟。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，聚光透鏡的焦點可如此調(diào)節(jié)，使得在第二內(nèi)部處理步驟中形成的光致脆化部分的上部部分和在開槽步驟中形成的槽的底部可以彼此連接。
在上述方法中，可以通過外力沿預(yù)定的分割線可靠地分割晶片，以由此制造發(fā)光器件芯片，這是因為在第二內(nèi)部處理步驟中形成的光致脆化部分的上部部分和在開槽步驟中形成的槽的底部彼此連接。
在本發(fā)明的第三方面中，提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括具有第一表面和平行于第一表面的第二表面的透明基板，以及包含發(fā)光層并沉積在第一表面上的半導(dǎo)體層，其中與晶片分離的所述半導(dǎo)體發(fā)光器件具有設(shè)置了凹陷/凸起的分割面。
由于分割面設(shè)置有凹陷/凸起，因此總的光提取效率可通過該分割面提高。另外，由于經(jīng)由該分割面、即半導(dǎo)體發(fā)光器件的側(cè)壁來提取光，因此可以選擇任何安裝取向。
根據(jù)本發(fā)明，借助于飛秒激光束，一個或多個表面結(jié)構(gòu)改變部分形成在晶片的表面上，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分提供在晶片中。當(dāng)外力施加于晶片時，由上述一個或多個表面結(jié)構(gòu)改變部分以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分形成分割面，由此使半導(dǎo)體發(fā)光器件彼此分離。由于通過飛秒激光束形成結(jié)構(gòu)改變部分是一個非熱工藝，所以未主要形成熔融部分。通過將飛秒激光束聚焦在基板的表面上以形成一個或多個表面結(jié)構(gòu)改變部分或槽，并調(diào)整基板或激光設(shè)備的掃描速度以修改掃描方向上的照射節(jié)距，可形成相當(dāng)淺的結(jié)構(gòu)改變部分。
因此，分割面可如此形成，使得在每個面中，提供于基板表面的一個或多個淺的表面結(jié)構(gòu)改變部分或槽和內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分(具有在平行于基板的表面上測得的幾μm的直徑)得以連接。由于該結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地采用諸如切割機的切斷工具，而不是消耗性的切斷工具。通過提供結(jié)構(gòu)改變部分，可借助于飛秒激光束來實現(xiàn)用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，該方法采用光吸收部分，如結(jié)構(gòu)改變部分(具有在器件分割面上測得的相當(dāng)小的面積)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分不必沿分割線以連續(xù)方式提供而形成一個單獨部分，大量的結(jié)構(gòu)改變部分優(yōu)選地形成在預(yù)定的分割面中。
本發(fā)明可應(yīng)用于具有等于或大于70μm且小于500μm厚度的基板。另外，脈沖激光束照射使得晶片在很短的時間段內(nèi)得到處理，且這樣處理的晶片可以立即被分割。因此，與例如組合采用劃線器和切割器刀片的分離方法相比，可顯著縮短總的處理時間。根據(jù)本發(fā)明，可以容易地提供垂直于基板表面的分割面，由此提高器件生產(chǎn)量。
多行不連續(xù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分優(yōu)選地沿基板的深度方向設(shè)置。該結(jié)構(gòu)便于從一個/多個表面結(jié)構(gòu)改變部分或槽的表面經(jīng)由多行內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分形成裂縫，由此使高精度的器件分離得以成功地執(zhí)行。
當(dāng)通過脈沖激光束進(jìn)一步提供附加的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分以使得這些部分沿預(yù)定的分割線連續(xù)或不連續(xù)并且連接到連續(xù)的或不連續(xù)的表面結(jié)構(gòu)改變部分并隨后施加外力時，高精度的器件分離得以成功地執(zhí)行。
激光束照射優(yōu)選地由具有平行于預(yù)定分割面的電場分量的線性偏振激光束或顯示出形成橢圓的電場分量跡線的橢圓偏振的激光束來執(zhí)行，所述橢圓具有平行于預(yù)定分割面的長軸。橢圓偏振被分成電場分量平行于預(yù)定分割面的線性偏振和圓偏振。換句話說，由于平行于預(yù)定分割面的電場分量，為分割面提供了較寬區(qū)域的結(jié)構(gòu)改變部分。
當(dāng)激光束照射通過具有大數(shù)值孔徑的透鏡執(zhí)行時，所謂的焦深被減小，由此可防止聚焦部分(斑)在深度方向上延伸。因此，可通過多光子吸收而形成在基板的深度方向上具有小長度的結(jié)構(gòu)改變部分。
特別地，本發(fā)明可應(yīng)用于難以用其它方法以高精度分割的基板，例如藍(lán)寶石基板。
每個結(jié)構(gòu)改變部分設(shè)置在聚焦部分。由于結(jié)構(gòu)改變部分具有通過成絲而形成且在深度方向上延伸的腿部，因此可以可靠地分割晶片，將器件的光吸收保持為低。
在內(nèi)部處理步驟中，腰(激光聚焦部分)沿晶片中的分割線在空間彼此分離，使得腰以虛線狀方式排列。光致脆化部分設(shè)置在基板中對應(yīng)于腰的部分。因此，光致脆化部分設(shè)置在分割面上并沿分割線在空間上彼此分離，從而形成虛線狀圖案。光致脆化部分充當(dāng)其中沒有基板材料的凹陷，而設(shè)置在兩個光致脆化部分之間的部分充當(dāng)其中存在基板材料的凸起。根據(jù)本發(fā)明的分離方法，分離的半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片的每個分割面(即，側(cè)壁)設(shè)置有凹陷/凸起。因此，總的光提取效率可通過這樣形成的側(cè)壁(分割面)而提高。另外，由于在晶片分割步驟期間為分割面提供了凹陷/凸起，因此不需要附加的提高光提取效率的步驟，且半導(dǎo)體發(fā)光器件可以以低成本制造。


當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，參考下面對優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的各種其它目的、特征以及許多附帶的優(yōu)點將更易于理解，在附圖中圖1是晶片的橫截面，示意性地示出了本發(fā)明的方法；
圖2是通過本發(fā)明的方法所提供的結(jié)構(gòu)改變部分的SEM圖像；圖3A至3E是示出本發(fā)明的分割方法的步驟的橫截面；圖4是在示例1中形成的分割面的SEM圖像，其中圖像的一部分被放大；圖5A是在示例1中形成的分割面的SEM圖像，其中圖像的一部分被放大；圖5B是在比較例1中形成的分割面的SEM圖像，其中圖像的一部分被放大；圖6A和6B是在比較例2中形成的分割面的SEM圖像；圖6C是在示例1中形成的分割面的SEM圖像；圖7是LED結(jié)構(gòu)的示意性橫截面，其中發(fā)光二極管芯片安裝在支撐上，提供該橫截面是用來說明根據(jù)本發(fā)明的實施例2的方法；圖8是用于說明包括在本發(fā)明的分割方法中的內(nèi)部處理的示意性視圖；圖9是沿圖8的線A-A切開的局部切斷橫截面；圖10A是圖9所示的束腰(beam waist)附近區(qū)域的放大的示意性視圖；圖10B是圖10A的橫截面輪廓(C-C)；圖11A是用于說明兩個內(nèi)部處理步驟的腰區(qū)域的示意性視圖；圖11B是圖11A的橫截面輪廓(E-E)；圖12是用于說明包括在本發(fā)明的分割方法中的開槽步驟的示意性視圖；圖13A和13B是沿圖12的線B-B切開的放大的局部切斷橫截面；圖14是開槽之后的晶片的透視圖；圖15是晶片的示意性視圖，用于示出本發(fā)明的分割方法的原理；圖16是用于示出上述示例的工藝條件的示意性視圖，其中藍(lán)寶石基板按照本發(fā)明的分割方法來分割；圖17是根據(jù)本發(fā)明的分割方法在示例中提供的藍(lán)寶石基板的分割面的顯微圖像；以及圖18是用于執(zhí)行包括在本發(fā)明的分割方法中的內(nèi)部處理步驟和開槽步驟的分割設(shè)備的框圖。
具體實施例方式
下面將描述本發(fā)明的實施例1。
本發(fā)明中采用的飛秒激光束可借助于例如在日本專利第3283265號中公開的設(shè)備來產(chǎn)生。當(dāng)然，也可以采用任何其它公知的設(shè)備。
對結(jié)構(gòu)改變部分的尺度沒有特定的限制。然而，每個部分優(yōu)選地具有在平行于基板表面的表面上測得的1至10μm的斑直徑，較優(yōu)選地為1至4μm，更優(yōu)選地為1.5至3μm。斑直徑受調(diào)諧能量、激光束直徑或所采用的物鏡的數(shù)值孔徑的控制。另外，斑長度(在深度方向上)也被確定。在結(jié)構(gòu)改變部分，腿部可在斑形成之前形成。腿部通過被稱為成絲的自聚焦行為形成。這樣形成的結(jié)構(gòu)改變部分的腿部是優(yōu)選的，原因在于該腿部在施加外力期間用作開裂的起始部分。由于所述腿部不再進(jìn)一步擴展，因此得到高精度的分割面。
在下面所描述的示例1中，結(jié)構(gòu)改變部分具有在平行于基板表面的平面上測得的約2.5μm的斑直徑，約5μm的深度方向的斑長度，以及約15μm的腿部長度。脈沖能量(每脈沖的能量)優(yōu)選地為0.1至10μJ，較優(yōu)選地為0.5至5μJ，更優(yōu)選地為1至3μJ。當(dāng)物鏡具有大的數(shù)值孔徑時，可容易地減小束直徑。而且，當(dāng)物鏡具有大的數(shù)值孔徑時，可減小焦深，由此可縮短斑長度。物鏡的數(shù)值孔徑為0.4或以上，優(yōu)選地0.5或以上，較優(yōu)選地0.6或以上。
值得注意的是，數(shù)值孔徑不必超過1，且較優(yōu)選地為0.8或以下。兩個結(jié)構(gòu)改變部分之間的深度方向上的間距(包括腿部的第一結(jié)構(gòu)改變部分的最低水平和第一部分之下的第二結(jié)構(gòu)改變部分的最上水平之間的長度)優(yōu)選地為1μm至50μm。根據(jù)本發(fā)明，每個結(jié)構(gòu)改變部分具有小尺度。因此，當(dāng)兩個結(jié)構(gòu)改變部分之間在深度方向上的間距超過50μm時，基板難以分割，而當(dāng)需要深度方向上的間距小于1μm時，分割一個基板所需的結(jié)構(gòu)改變部分的行數(shù)必須增加，從而導(dǎo)致長的制造時間。因此，兩個結(jié)構(gòu)改變部分之間的深度方向上的間距優(yōu)選地為2μm至30μm，較優(yōu)選地為5μm至10μm。
在分割線方向上不連續(xù)的結(jié)構(gòu)改變部分之間的節(jié)距優(yōu)選地被控制為使一個結(jié)構(gòu)改變部分不連接到相鄰的部分。從另一個角度上說，該間距優(yōu)選地被控制為使彼此相鄰的兩個結(jié)構(gòu)改變部分通過開裂而得到充分分割。在這點上，當(dāng)在平行于基板表面的平面上測得的結(jié)構(gòu)改變部分的最大直徑為1時，結(jié)構(gòu)改變部分之間的節(jié)距優(yōu)選地為1.2至8，較優(yōu)選地為1.5至6，更優(yōu)選地為2至4。在下文的示例1中，結(jié)構(gòu)改變部分具有在平行于基板表面的平面上測得的約2.5μm的斑直徑。因此，節(jié)距優(yōu)選地為5μm(結(jié)構(gòu)改變部分之間的間距約2.5μm)。
一個/多個表面結(jié)構(gòu)改變部分可以是連續(xù)的或不連續(xù)的。當(dāng)一個/多個表面結(jié)構(gòu)改變部分連續(xù)時，該一個/多個部分形成槽。沿分割線方向的該一個/多個表面結(jié)構(gòu)改變部分優(yōu)選地具有約0.5至30μm的深度。當(dāng)一個/多個表面結(jié)構(gòu)改變部分過淺時，分割是困難的，而當(dāng)其過深時，側(cè)壁的面積增加。這樣，一個/多個表面結(jié)構(gòu)改變部分的深度較優(yōu)選地為1至15μm。激光束優(yōu)選地為在分割線方向偏振的線性偏振激光束。
圖1是用于示意性地示出本發(fā)明的分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的晶片的橫截面。如圖1所示，在藍(lán)寶石基板10的表面12上，基于III族氮化物的化合物的半導(dǎo)體發(fā)光器件30通過外延生長、形成電極以及其它步驟來形成。經(jīng)由藍(lán)寶石基板10的另一表面11，飛秒脈沖激光束41通過利用物鏡40而聚焦在藍(lán)寶石基板10的預(yù)定深度處。激光束照射引起在聚焦部分的多光子吸收，由此提供內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分51、52、53和54，以及作為一個/多個表面結(jié)構(gòu)改變部分的槽50。圖1是垂直于預(yù)定分割面(在前后方向上垂直于圖1)以及藍(lán)寶石基板10的表面11和12的橫截面。分割線是預(yù)定分割面和藍(lán)寶石基板10的表面11之間的交線，該線在相對于圖1的前后方向上連續(xù)。槽50沿分割線形成。結(jié)構(gòu)改變部分51連接到槽50并在分割線方向上延伸。結(jié)構(gòu)改變部分52在藍(lán)寶石基板10的深度方向上未連接到結(jié)構(gòu)改變部分51和53，并沿分割線方向以離散方式設(shè)置。類似地，在藍(lán)寶石基板的深度方向上，結(jié)構(gòu)改變部分53和54未分別連接到結(jié)構(gòu)改變部分52和53，且沿分割線方向以離散方式設(shè)置。分割面上的結(jié)構(gòu)改變部分52至54的輪廓在下文中示出。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明由飛秒脈沖激光束提供的槽50和結(jié)構(gòu)改變部分51至54的SEM圖像。從圖2中可清楚地看到，所提供的結(jié)構(gòu)改變部分具有相當(dāng)小的寬度。
示例1
圖3A至3E示出了根據(jù)本發(fā)明的一個特定示例的包括在用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中的步驟。如圖3A所示，基于III族氮化物的化合物的半導(dǎo)體發(fā)光器件30通過外延生長、電極形成以及其它步驟形成在具有140μm厚度的藍(lán)寶石基板10的一個表面12上。隨后，分割線附近對于分離基于III族氮化物的化合物的半導(dǎo)體發(fā)光器件30不必要的部分通過蝕刻而去除(圖3B)。
接下來，膠帶(adhesive tape)60被附著到其上形成有基于III族氮化物的化合物的半導(dǎo)體發(fā)光器件30的藍(lán)寶石基板10的表面，且飛秒脈沖激光束在作為藍(lán)寶石基板10的背面的表面11上掃描，由此形成槽50以及結(jié)構(gòu)改變部分51至54。
所采用的飛秒脈沖激光束被控制為下面的條件1μm波長、500fs脈沖寬度、100kHz脈沖頻率以及1.5μJ/脈沖的脈沖能量。線性偏振分量被調(diào)節(jié)成平行于預(yù)定的分割面。所采用的物鏡具有0.65的數(shù)值孔徑。上述的激光束在藍(lán)寶石基板10的表面11上掃描。當(dāng)形成槽50和結(jié)構(gòu)改變部分51時，掃描速度調(diào)節(jié)為250mm/s，而當(dāng)形成結(jié)構(gòu)改變部分52至54時，掃描速度調(diào)節(jié)為500mm/s。在槽50形成期間，將焦點調(diào)節(jié)到距表面11為0μm，在結(jié)構(gòu)改變部分51形成期間為5μm，在結(jié)構(gòu)改變部分52形成期間為25μm，在結(jié)構(gòu)改變部分53形成期間為55μm，結(jié)構(gòu)改變部分54形成期間為85μm。值得注意的是，結(jié)構(gòu)改變部分54、結(jié)構(gòu)改變部分53、結(jié)構(gòu)改變部分52、槽50以及結(jié)構(gòu)改變部分51以該次序順序形成(圖3C和3D)。
然后，將晶片翻轉(zhuǎn)，且借助于切斷刀片將外力施加到其上已經(jīng)形成III族氮化物化合物的半導(dǎo)體發(fā)光器件30且附著有膠帶60的藍(lán)寶石基板10的表面，由此分割晶片以提供單獨的器件(圖3E)。每個分割面與預(yù)定的分割面重合，且垂直于藍(lán)寶石基板10的表面11和12。與借助于切割機和劃線器來分離器件的情況相比，這樣形成的分割面具有更高的平坦度。通過采用該過程，可以分割厚的基板。
圖4是分割面的SEM圖像。如圖4所示，每個都具有20μm寬度的結(jié)構(gòu)改變部分52至54以10μm的間距清晰地排列在深度方向上。每脈沖所提供的單獨的結(jié)構(gòu)改變部分包括頭部H(直徑約2.5μm，長度約5μm)以及腿部L(直徑約0.6μm，長度約15μm)。在分割基板期間，裂縫從一個結(jié)構(gòu)改變部分傳播到相鄰的部分。在分割線方向上彼此相鄰的兩個結(jié)構(gòu)改變部分之間的節(jié)距為5μm。具有約15μm長度的腿部通過“成絲”形成，該“成絲”通過利用所形成的具有直徑約2.5μm且長度約5μm的頭部、經(jīng)由激光束的聚焦而發(fā)生。已發(fā)現(xiàn)，在裂縫沿分割線方向發(fā)展之后，深度方向上的開裂以很高的面精度發(fā)生。
比較例1示例1的分離過程被重復(fù)，除了脈沖激光束的偏振方向被改變，使得線性偏振分量包括在垂直于分割面的方向上。圖5B是該分割面的SEM圖像。圖5A的SEM圖像是圖4的放大圖像。當(dāng)線性偏振分量包括在垂直于分割面的方向上時，分割線方向上的結(jié)構(gòu)改變部分的寬度相對小，且沿分割線方向沒有開裂從結(jié)構(gòu)改變部分發(fā)生。因此，通過采用具有平行于分割面的線性偏振分量的脈沖激光束，利用較小的外力就可以容易地實現(xiàn)基板的分割。
比較例2物鏡的數(shù)值孔徑變?yōu)?.2或0.4。在上述條件下由激光束切割的藍(lán)寶石基板的橫截面在圖6A和6B中示出。在比較例2中，只提供了一行結(jié)構(gòu)改變部分。當(dāng)物鏡具有0.2的數(shù)值孔徑時，一行結(jié)構(gòu)改變部分被形成為厚度≥基板厚度的1/2(圖6A)，而當(dāng)物鏡具有0.4的數(shù)值孔徑時，一行結(jié)構(gòu)改變部分被形成為厚度約為基板厚度的1/3(圖6B)。在這兩種情況下(0.2和0.4的數(shù)值孔徑)，所提供的激光束的精度差，且所形成的分割面的平坦度差。另外，由于大量的部分在激光分割期間被去除，因此數(shù)值孔徑(0.2和0.4)不能應(yīng)用于小器件芯片的分離。而且，產(chǎn)生了不期望的裂縫。與圖6C相比(圖4的縮小的圖像)，已發(fā)現(xiàn)為獲得充分的聚焦，物鏡具有0.5或以上的數(shù)值孔徑。
接下來描述本發(fā)明的實施例2。
實施例2涉及根據(jù)本發(fā)明的用于分離發(fā)光二極管芯片的方法。圖7示出了LED的配置，其中發(fā)光二極管芯片安裝在支撐上，且按照本發(fā)明的一個實施例來處理該LED。值得注意的是，圖7是示意性視圖，橫向/豎直尺度和層厚度不反映實際值。實際上，透明基板101具有約100μm數(shù)量級的厚度，且作為包括發(fā)光層的堆疊層的半導(dǎo)體層102具有約1μm的厚度。發(fā)光二極管芯片103包括透明基板101和半導(dǎo)體層102。所采用的透明基板101由藍(lán)寶石制成。作為包括發(fā)光層的堆疊氮化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層102形成在藍(lán)寶石基板101的第一表面111’上，而透明基板101的第二表面111借助于粘合劑105附著到支撐106的杯狀物的底部。在圖7中，支撐106為引線框(lead frame)。晶片的分割面112和112’以及晶片的分割面113和113’(未圖示，但沿前后方向提供，所有的分割面與透明基板101的第一和第二表面111’和111垂直相交)設(shè)置有凹陷/凸起。作為歐姆電極的正電極104以及負(fù)電極104形成在由氮化物半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體層102上。歐姆電極104通過線接合連接到引線框106。
對透明基板101的材料沒有特定的限制，且可以采用任何基板，只要該基板允許半導(dǎo)體晶體生長以便形成半導(dǎo)體層102。可采用的基板的示例包括由氧化物如藍(lán)寶石或尖晶石制成的透明絕緣基板，以及由半導(dǎo)體如氧化鋅或氮化鎵制成的透明基板。由這種材料制成的透明基板101透射從形成在第一表面111’上的半導(dǎo)體層102發(fā)射的光。這里所使用的術(shù)語“透明”指一透明度，該透明度允許透射從發(fā)光二極管發(fā)射的大部分光，就所發(fā)射的光量而言即80％或更多，理想地90％或更多。
形成在透明基板101的第一表面111’上的半導(dǎo)體層102具有例如雙異結(jié)構(gòu)(double-hetero structure)，其中n-型GaN接觸層、n-型AlGaN覆層、InGaN有源層、p-型AlGaN覆層、p-型GaN層以及其它層以該次序堆疊?？商孢x地，半導(dǎo)體層102可包括具有pn結(jié)的單異結(jié)構(gòu)、同性結(jié)構(gòu)(homo structure)或者具有作為i-層的發(fā)光層的MIS結(jié)構(gòu)。
向透明基板101的分割面112和112’以及與分割面112和112’相交的兩個分割面提供凹陷/凸起可通過濕刻蝕、光刻或類似技術(shù)來執(zhí)行。然而，如下文所提到的，凹陷/凸起優(yōu)選地在通過根據(jù)本發(fā)明的分割晶片的方法來分割期間提供。通過采用這種方式，不需要附加的凹陷/凸起形成步驟，由此減少了芯片制造成本。
用于將透明基板101的第二表面111接合到支撐106的粘合劑105可以由聚合體材料形成。優(yōu)選地，該粘合劑為包含金屬的傳導(dǎo)材料，這是因為該材料將發(fā)光二極管芯片103的熱有效地傳送到支撐106。本發(fā)明中采用的傳導(dǎo)材料粘合劑的示例包括銀膏和In膏。
支撐106可由多種材料制成。該支撐的示例包括金屬支撐如引線框和桿(stem)，以及陶瓷支撐如氧化鋁基板。發(fā)光二極管芯片103通過利用粘合劑105安裝在上述支撐106的第二表面111上。換句話說，二極管芯片以正裝方式安裝。
如圖7所示以及由箭頭所指示，在本發(fā)明所處理的LED中，從透明半導(dǎo)體層102所發(fā)射的光透射過透明藍(lán)寶石基板101并到達(dá)四個面，即分割面112和112’以及與分割面112和112’垂直相交的兩個分割面。當(dāng)分割面為鏡表面時，以大于臨界角的入射角進(jìn)入的入射光不能發(fā)射到外部。然而，根據(jù)本發(fā)明，由于分割面設(shè)置有凹陷/凸起，因此以大于臨界角的入射角進(jìn)入的入射光在設(shè)置有凹陷/凸起的面上也能發(fā)射到外部，而不受臨界角條件的約束。因此，可提高光提取效率(外量子效率)。
本發(fā)明中分離的發(fā)光二極管芯片顯示出經(jīng)由分割面的高的光提取效率。因此，安裝類型不局限于圖7所示的正裝方式。即使當(dāng)發(fā)光二極管芯片采用電極104向著支撐106而向下得到支持的倒裝芯片接合結(jié)構(gòu)時，所發(fā)射的光也可以被有效地提取到外部。
接下來將描述用于將晶片分割成單獨的芯片的方法。該晶片包括藍(lán)寶石基板，其上堆疊有包含發(fā)光層的半導(dǎo)體層，且其已被圖案化以便提供分離的發(fā)光器件。
<內(nèi)部處理步驟>
將參考圖8至11來描述內(nèi)部處理步驟。在圖8中，晶片為其上形成有圖案化的半導(dǎo)體層120的藍(lán)寶石基板110。在其上沒有堆疊半導(dǎo)體層120的第二表面111上，分割線115如虛線所指示而被預(yù)先確定。分割線115被預(yù)先確定為使得該線穿過其上已堆疊了半導(dǎo)體層120的第一表面111’上的半導(dǎo)體層120。所采用的激光束具有這樣的波長，其使得不引起包括在晶片100中的藍(lán)寶石基板110的線性吸收。所采用的激光設(shè)備為例如基于摻雜稀土的鎖模光纖激光器的飛秒激光設(shè)備。在該示例中，采用了具有400fs脈沖寬度的短脈沖激光束130。如圖8所示，短脈沖激光束130借助于如圖9所示的聚光透鏡聚焦并進(jìn)入藍(lán)寶石襯底110的第二表面111。如圖9所示，激光束130垂直進(jìn)入第二表面111并借助于聚光透鏡200聚焦，使得激光束130的腰131出現(xiàn)在基板101的內(nèi)部。在執(zhí)行內(nèi)部處理步驟之前，光具座(optical bench)借助于下文將提到的處理設(shè)備(圖18)的驅(qū)動部件沿Z-軸輕微地移動，由此調(diào)節(jié)藍(lán)寶石基板110的第二表面111和聚光透鏡200之間的間距。通過該過程，在距基板110的第二表面111的預(yù)定深度處實現(xiàn)了激光束130的束腰131。
在垂直于第二表面111的方向(深度方向)上，借助于聚光透鏡200聚焦的短脈沖激光束130的腰131的預(yù)定位置d0通過如下過程預(yù)先確定(圖10)。首先，聚光透鏡200的焦點和位置被如此調(diào)節(jié)，使得通過聚光透鏡200的照射源的光在基板110的第二表面111上形成斑(聚焦光部分)。隨后，聚光透鏡200向基板110的第二表面111移動預(yù)定距離d。該預(yù)定移動距離d由下式來表示d＝d0/n(λ)(1)；其中，d0表示預(yù)定距離，n(λ)表示基板110對波長為λ的激光束130的折射率。
在腰131被預(yù)先確定于具有200μm厚度的基板110中距第二表面111為80μm的深度的特定情況下，根據(jù)d0(80μm)和n(λ)(1.75)計算出d為45.7μm。這樣，通過將聚光透鏡200向第二表面111移動45.7μm，聚光透鏡200在第二表面111上的焦點被移到距基板表面80μm的深度。
在這樣確定的焦點，如圖8所示，短脈沖激光束130的光軸OL沿藍(lán)寶石基板110的第二表面111上的預(yù)定分割線115的方向相對于第二表面111以預(yù)定的內(nèi)部處理速度Vin向箭頭D移動。圖9中為沿圖8的線A-A切開的局部切斷橫截面，分割線115平行于圖9所示的橫截面。如圖8所示以及由X所指示的，短脈沖激光束130的脈沖束經(jīng)由基板110的第二表面111以間距L進(jìn)入圖10所示的腰S和S’(激光束照射部分)。距離L由下式給出L＝Vin/R(2)；其中，R表示激光束130的脈沖重復(fù)頻率，Vin表示內(nèi)部處理速度。
圖10A和10B是圖9所示的束腰部的放大的示意性視圖。實線對表示在某一時刻由脈沖束所提供的束腰的形狀，虛線表示由后一頻率的脈沖束所提供的束腰的形狀。如現(xiàn)在在圖10A所示，由聚光透鏡(未示出)聚焦的短脈沖激光束130的一個脈沖束在藍(lán)寶石基板110的深度d0處形成腰部S。當(dāng)腰部S被具有高功率密度例如5TW/cm2的光束照射時，引起多光子吸收，從而導(dǎo)致光致脆化。當(dāng)脈沖寬度為400fs時，5TW/cm2的功率密度對應(yīng)于2J/cm2的能量密度。
當(dāng)激光束為單模束時，束腰的斑直徑(2W0)由下式來表示2W0＝(4λ/π)(f/2a)(3)；其中，f表示聚光透鏡200的焦距，2a表示進(jìn)入聚光透鏡的激光束130的束直徑。
前述的預(yù)定內(nèi)部處理速度Vin被確定為使彼此相鄰的腰斑或腰部S和S’在空間上分離。為了滿足該條件，必須滿足L＞2W0的關(guān)系式，且根據(jù)等式(2)計算得出，要求Vin＞2W0·R。
在如圖10A所示腰部S和S’被分離，且在如下文將提到的通過將楔形物驅(qū)動到分割線115來分割晶片的情況下，如果滿足Vin＞2W0·R，則得到圖10A中所示的橫截面。
在圖10A中的C-C截面(平行于第二表面111的平面)中，如圖10B所示，光致脆化部分S和S’采取了凹陷的形式(沒有基板材料的部分)，且S和S’之間的部分采取了凸起的形式(存在基板材料的部分)。在圖10A中，只示出了兩個通過激光束提供的光致脆化部分S和S’。然而，顯然，由于短脈沖激光束130的光軸OL沿分割線115以內(nèi)部處理速度Vin在箭頭D指示的方向上相對運動，因此光致脆化部分被依次提供。換句話說，光致脆化部分(S和S’)沿分割線115在橫向方向上被重復(fù)提供。
優(yōu)選地，執(zhí)行第一內(nèi)部處理步驟，其中束腰131位于距第二表面111為d0的深度，隨后執(zhí)行第二內(nèi)部處理步驟，其中束腰131位于d1(＜d0)。通過該過程，為分割面112提供了兩行腰部S(圖11A)。由于每個分割面具有面積增大的凹陷/凸起，可提高經(jīng)由分割面的光提取效率。值得注意的是，在下文中所描述的示例2中，束腰位置順序地向上(向著第二表面111)提升，并且總共執(zhí)行19個內(nèi)部處理步驟。
圖11B是沿線E-E切開的圖11A的橫截面。當(dāng)形成兩行腰部時，還在厚度方向上為分割面提供了凹陷/凸起。一個凹陷具有幾乎等于2Zr的寬度，其為腰部S在深度方向上的寬度。當(dāng)采用瑞利(Rayleigh)范圍時，Zr表示使借助于聚光透鏡聚焦的單模激光束(高斯束)的束直徑落在腰131的斑直徑的21/2內(nèi)。瑞利范圍Zr由下式來表示Zr＝(4λ/π)(f/2a)2(4)；例如，當(dāng)具有1.045μm波長λ的激光束在NA為0.65時被聚焦時，Zr為2.4μm(f＝4mm且2a＝3mm)，而當(dāng)NA為0.24時，Zr為59μm(f＝20mm且2a＝3mm)。因此，NA越大，則Zr越小，而NA越小，則Zr越大。
本發(fā)明的發(fā)明人所進(jìn)行的實驗表明，從經(jīng)由分割面的光提取效率的角度來看，優(yōu)選地NA為0.3或以上。較為優(yōu)選地是，NA為0.4或以上。值得注意的是，在下文將要提到的開槽步驟在內(nèi)部處理步驟之后執(zhí)行的情況下，0.5或以上的NA是優(yōu)選的。即使當(dāng)?shù)诙砻?11的表面部分已經(jīng)開槽時，激光束也可以通過所提供的槽來有效地聚焦。當(dāng)NA大時，槽對聚焦束的反射降低。
<開槽步驟>
將參考圖12至14來描述開槽步驟。在圖12至14中，標(biāo)號110表示藍(lán)寶石基板，而120表示圖案化的半導(dǎo)體層。在圖12中，115表示在沒有堆疊半導(dǎo)體層120的第二表面111上由虛線指示的分割線。在其上堆疊有半導(dǎo)體層120的第一表面111’上，分割線115被提供為使得該線穿過半導(dǎo)體層120。在執(zhí)行開槽步驟之前，光具座借助于下文中將要提到的處理設(shè)備(圖18)的驅(qū)動部件沿Z-軸輕微地移動，由此調(diào)節(jié)藍(lán)寶石基板的第二表面111與聚光透鏡200之間的間距。通過該過程，在基板110的第二表面111或表面部分實現(xiàn)了激光束130的束腰131。例如，如圖13B所示，腰131位于距第二表面111為δ的深度。
通過利用照射源將聚光透鏡200聚焦于基板110的第二表面111上，已借助聚光透鏡200聚焦的短脈沖激光束130被設(shè)置到第二表面111上的腰131。然后，聚光透鏡200向基板110的第二表面111移動預(yù)定距離d。通過該過程，已借助聚光透鏡200聚焦的短脈沖激光束130的腰131被設(shè)置在距第二表面111為δ的深度。d通過等式(1)來計算(d0＝δ)。
如圖12所示以及由虛線所指示，短脈沖激光束130的光軸OL相對于第二表面111沿藍(lán)寶石基板110的第二表面111上的預(yù)定分割線115以預(yù)定的開槽速度Vm向箭頭D移動。圖13為沿圖12的線B-B切開的局部切斷橫截面，其中移動方向為圖13中給出的橫截面的左右方向。在掃描期間，彼此相鄰的激光束130的脈沖束斑處于接觸狀態(tài)或部分重疊狀態(tài)。在圖12中，由圓圈(O)所表示的基板110的第二表面111上的這些斑彼此接觸或部分重疊。開槽速度(激光束130的掃描速度)Vm被預(yù)先確定，使得這些斑滿足上述條件。
預(yù)定的開槽速度Vm被確定成使得彼此相鄰的腰部S和S’在空間上處于接觸狀態(tài)或部分重疊狀態(tài)。為了達(dá)到該狀態(tài)，必須滿足Vm≤2W0·R。當(dāng)滿足Vm＝2W0·R時，腰部S和S’處于接觸狀態(tài)，如圖13A所示，而當(dāng)滿足Vm＜2W0·R時，腰部S和S’重疊。
圖13A和13B是束腰部的放大的示意性視圖。實線對表示在某一時刻由脈沖束所提供的束腰的形狀，而虛線表示由后一頻率的脈沖束所提供的束腰的形狀。如現(xiàn)在在圖13A中所示，由聚光透鏡(未示出)聚焦的短脈沖激光束130的一個脈沖束在藍(lán)寶石基板110的第二表面111上或在藍(lán)寶石基板110中δ的深度形成腰部S。當(dāng)腰部S被具有高功率密度例如5 TW/cm2的光束照射時，引起多光子吸收，從而導(dǎo)致光致脆化。當(dāng)脈沖寬度為400fs時，5TW/cm2的功率密度對應(yīng)于2J/cm2的能量密度。
例如，當(dāng)滿足Vm＝2W0·R時，腰部S和S’處于如圖13A中所示的接觸狀態(tài)，且光致脆化部分被繼續(xù)，以形成如圖14所示的槽116。值得注意的是，在開槽步驟中，基板材料的粒子和蒸汽從光致脆化部分發(fā)射到外部。然而，由于第二表面111未設(shè)置半導(dǎo)體層120，可能出現(xiàn)的碎屑并不影響表面。
在下文中將要提到的示例2中，如圖13A所示，當(dāng)束腰位于基板110的第二表面111上時執(zhí)行第一開槽步驟，然后當(dāng)束腰移到距第二表面111為3μm的深度時，執(zhí)行進(jìn)一步的開槽，由此形成較深的槽。由于這樣的深槽，分割可以更容易地執(zhí)行。
<分割步驟>
參考圖15，將描述通過利用在內(nèi)部處理步驟中提供的光致脆化部分和在開槽步驟中提供的槽來分割晶片的步驟。在圖15中，參考標(biāo)號110表示藍(lán)寶石基板，120表示圖案化的半導(dǎo)體層。參考標(biāo)號116表示沿分割線提供在藍(lán)寶石基板110上的槽。首先，如圖15所示以及由箭頭117所指示，沿槽116的晶片的兩側(cè)被支持或固定，其中槽116沿晶片100上的分割線提供，晶片100已經(jīng)經(jīng)歷內(nèi)部脆化和分割線槽的形成。如圖15中所示以及由箭頭118所指示，使諸如切斷刀片(未示出)的刀片的尖端與對應(yīng)于槽116的基板110的第一表面的部分鄰接。該晶片由刀片施壓以由此將應(yīng)力集中在槽116上，由此可以簡單且容易地沿分割線分割晶片100。
然后，參考圖18來描述根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行分割方法的分割設(shè)備。該分割設(shè)備具有包括如下的光學(xué)系統(tǒng)激光設(shè)備150，用于產(chǎn)生激光束130；遮光器154，用于控制激光束130的開-關(guān)；分色鏡155，其透射激光束130；以及聚光透鏡200，用于對已通過分色鏡155的激光束130進(jìn)行聚焦。該分割設(shè)備具有包括以下的機械系統(tǒng)工作臺157，其上放置有晶片100，該晶片是工件，且由聚光透鏡200聚焦到該晶片的激光束130被使得沿Z-軸方向進(jìn)入；X-軸臺171，用于使工作臺157在X-軸方向上移動；Y-軸臺172，用于使工作臺157在Y-軸方向上移動，Y-軸方向與X-軸方向正交；以及Z-軸臺173，用于使工作臺157在Z-軸方向上移動，Z-軸方向正交于X-軸和Y-軸方向。該分割設(shè)備還具有用于控制上述系統(tǒng)的個人計算機180。
該分割設(shè)備還包括檢查光源163，用于發(fā)射可見光來照亮放置在工作臺157上的晶片100以進(jìn)行檢查；半鏡(half mirror)156，用于使從檢查光源163發(fā)出的可見光彎曲90°，以使該光進(jìn)入分色鏡155；CCD相機162，用于通過利用聚光透鏡200、分色鏡155以及半鏡156來拾取晶片100的圖像。
分割設(shè)備還包括光具座164，其支持激光設(shè)備150、遮光器154、分色鏡155、聚光透鏡200、半鏡156、檢查光源163和CCD相機162；以及驅(qū)動單元161，用于在Z-軸方向上驅(qū)動光具座164。
遮光器154、檢查光源163、CCD相機162和驅(qū)動單元161連接到控制用個人計算機180。個人計算機180控制遮光器154和檢查光源163的開-關(guān)、CCD相機162所拾取的圖像的處理以及驅(qū)動單元161的驅(qū)動。因此，根據(jù)控制用個人計算機180所發(fā)出的命令，激光束130的腰131(焦點)由CCD相機162成像，且該圖像可在控制用個人計算機180的監(jiān)視器上觀察到。
激光設(shè)備150包括振蕩模塊151；光纖153，經(jīng)振蕩模塊151振蕩的激光束經(jīng)由該光纖傳播；放大模塊152，用于放大通過光纖153傳播的激光束；以及激光控制器154，用于控制由振蕩模塊所提供的激光束的輸出、脈沖寬度以及頻率。激光控制器154連接到個人計算機180，且通過個人計算機180所發(fā)出的命令來工作。振蕩模塊151包括同時摻雜Er和Yb的鎖模光纖激光器；光纖擴展器，用于接收經(jīng)光纖激光器振蕩的脈沖激光束，并輸出經(jīng)擴展的脈沖激光束；脈沖選擇器，用于接收經(jīng)擴展的脈沖激光束并選擇脈沖；以及光纖前置放大器，用于接收經(jīng)擴展和選擇的脈沖激光束，并輸出放大的脈沖激光束。放大模塊152包括光纖主放大器，用于接收由振蕩模塊151經(jīng)由光纖153所提供的脈沖激光束，并進(jìn)一步放大該束；以及壓縮器，用于接收放大的脈沖激光束并輸出壓縮的脈沖激光束。放大模塊152附著于光具座164，使得激光束130沿Z-軸方向發(fā)射。放大模塊152發(fā)射激光束L，該激光束具有1,045nm的波長、250mW的平均輸出功率、400至600fs的脈沖寬度以及50至200kHz的重復(fù)頻率。
激光設(shè)備150并不局限于前述的激光設(shè)備，可以采用任何激光設(shè)備，只要該設(shè)備實現(xiàn)300至1,800nm的波長、10fs至10 ps的脈沖寬度以及50kHz至10MHz的重復(fù)頻率即可。例如，也可以采用再生-放大Ti藍(lán)寶石激光設(shè)備或類似的激光設(shè)備。激光設(shè)備150優(yōu)選地輸出具有700至1,600nm波長、50fs至2ps脈沖寬度以及50至300kHz重復(fù)頻率的激光束。當(dāng)采用具有上述特性的激光束時，分割面的凹陷/凸起的光吸收減少，由此可進(jìn)一步提高經(jīng)由分割面的光提取效率。
接下來對前述的分割設(shè)備的操作過程進(jìn)行描述。首先，關(guān)閉遮光器154，且激光設(shè)備150以預(yù)定的重復(fù)頻率工作。然后，打開遮光器154，且借助于控制器154來控制振蕩模塊151，使得透射過聚光透鏡200的激光束130具有預(yù)定的脈沖能量。
隨后，關(guān)閉遮光器154，且將晶片100放置在工作臺157上，使得分割線115沿X-軸方向取向。然后，激勵檢查光源163，且移動X-軸臺171和Y-軸臺172，使得焦點被設(shè)置到第二表面111的分割線115，同時借助CCD相機162來觀察晶片100的第二表面111。借助于驅(qū)動單元161在Z-軸方向上輕微地移動光具座164。
隨后，借助驅(qū)動單元161將光具座164向下移動到第二表面111，使得腰131位于距第二表面111的預(yù)定深度d0。
隨后，打開遮光器154，且借助X-軸臺171以預(yù)定速度Vin在X-軸方向上移動晶片100，同時用聚焦的激光束130對腰進(jìn)行照射。當(dāng)晶片100移動了預(yù)定距離時，關(guān)閉遮光器154。
隨后，借助驅(qū)動單元161從第二表面111向上移動光具座164，使得腰131位于距第二表面111的預(yù)定深度d1(＜d0)。
隨后，打開遮光器154，且借助X-軸臺171以預(yù)定速度Vin在X-軸方向上移動晶片100，同時用聚焦的激光束130對腰進(jìn)行照射。當(dāng)晶片100移動了預(yù)定距離時，關(guān)閉遮光器154。
隨后，借助驅(qū)動單元161從第二表面111向上移動光具座164，使得腰131位于第一表面111’。
隨后，打開遮光器154，且借助X-軸臺171以預(yù)定速度Vm在X-軸方向上移動晶片100，同時用聚焦的激光束130對腰進(jìn)行照射。當(dāng)晶片100移動了預(yù)定距離時，關(guān)閉遮光器154。
示例2如圖16所示，依次執(zhí)行內(nèi)部脆化步驟1至19。然后，執(zhí)行步驟20和21以形成槽。該工藝在如下條件下執(zhí)行工件藍(lán)寶石單晶體(厚度t＝500μm)激光設(shè)備同時摻雜Er、Yb的鎖模光纖激光器基飛秒激光設(shè)備波長1.045μm脈沖寬度400fs脈沖重復(fù)頻率100kHz聚光透鏡數(shù)值孔徑0.65，以及焦距4mm經(jīng)過聚光透鏡后的脈沖能量1.5μJ束腰處的能流(fluence)160J/cm2(計算值)束腰處的功率密度400TW/cm2(計算值)激光束入射面藍(lán)寶石晶體的c-平面(圖16中的第二表面111)激光束入射方向正交于C-平面(圖16中由白箭頭指示的方向)內(nèi)部脆化步驟的數(shù)量19行(圖16中的行1至19)第一行腰的位置距入射面469μm的深度(厚度方向)(計算的腰位置。
當(dāng)聚光透鏡的焦點位于入射面，然后將聚光透鏡向入射面移動268μm時獲得該值)內(nèi)部脆化的間距24.5μm(計算的腰間間距。當(dāng)先前的內(nèi)部脆化步驟完成后，將聚光透鏡從入射面移動14μm時得到該值。)內(nèi)部脆化的速度Vin400mm/s開槽步驟2行(圖16中的行20和21)行-20腰的位置入射面行-21腰的位置當(dāng)聚光透鏡的焦點位于入射面，然后將該聚光透鏡向入射面移動3μm時獲得的位置開槽速度Vm200mm/s圖17是藍(lán)寶石基板的分割面的顯微圖像。基板在上述條件下經(jīng)歷內(nèi)部脆化和開槽，且借助于切斷刀片來分割，該切斷刀片被使得與晶片鄰接并被施壓。在該圖像中，在深度方向上具有相當(dāng)長度的白色區(qū)域示出了光致脆化部分。該光致脆化部分離散設(shè)置并由未處理的區(qū)域(黑色部分)隔離。白色部分采取凹陷的形式(在圖像中的前后方向，即，垂直于分割面的方向)。發(fā)現(xiàn)該凹陷具有約1μm的深度。該凹陷在激光掃描方向上的節(jié)距是4至5μm。
經(jīng)由分割面的光提取效率被確定。在晶片的四個側(cè)面(即第二表面111和第一表面111’除外)中，三個面是鏡面拋光的，而測量剩下的面的光提取效率。具體而言，藍(lán)LED(表面安裝型)利用UV固化粘合劑(折射率1.55)接合到第一表面111’。通過測量面所發(fā)射的光量被確定。結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)光提取效率提高了6％。
權(quán)利要求
1.一種用于分離形成于基板上的半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，所述方法包括將具有小于10ps的脈沖寬度的脈沖激光束聚焦在所述基板中，以由此引起所述基板中的多光子吸收；借助于所述脈沖激光束沿所述基板的表面上的預(yù)定分割線形成表面結(jié)構(gòu)改變部分；通過所述脈沖激光束在所述基板的預(yù)定深度處的預(yù)定分割面上形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分，所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分在所述預(yù)定分割線的方向上是不連續(xù)的；以及施加外力以由此沿所述表面結(jié)構(gòu)改變部分和所述不連續(xù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分形成分割面，由此使所述半導(dǎo)體發(fā)光器件彼此分離。
2.如權(quán)利要求1中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述表面結(jié)構(gòu)改變部分沿所述分割線被不連續(xù)地分離成多段。
3.如權(quán)利要求1中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述表面結(jié)構(gòu)改變部分是基本上連續(xù)的，以便沿所述分割線形成槽。
4.如權(quán)利要求1中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述不連續(xù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分中的兩行或多行沿所述基板的深度方向形成。
5.如權(quán)利要求1中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，附加的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分通過脈沖激光束沿所述分割線形成，使得所述附加的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分在深度方向上連接到所述表面結(jié)構(gòu)改變部分，并且隨后施加外力。
6.如權(quán)利要求3中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，附加的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分通過脈沖激光束形成，使得所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分沿所述分割線是連續(xù)的并在深度方向上連接到所述連續(xù)的槽，并且隨后施加外力。
7.如權(quán)利要求4中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，附加的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分通過脈沖激光束沿所述分割線形成，使得所述附加的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分在深度方向上連接到所述表面結(jié)構(gòu)改變部分，并且隨后施加外力。
8.如權(quán)利要求1中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述照射的激光束是具有平行于所述預(yù)定分割面的電場分量的線性偏振激光束，或者顯示出形成橢圓的電場分量跡線的橢圓偏振激光束，所述橢圓具有平行于所述預(yù)定分割面的長軸。
9.如權(quán)利要求4中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述照射的激光束是具有平行于所述預(yù)定分割面的電場分量的線性偏振激光束，或者顯示出形成橢圓的電場分量跡線的橢圓偏振激光束，所述橢圓具有平行于所述預(yù)定分割面的長軸。
10.如權(quán)利要求5中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述照射的激光束是具有平行于所述預(yù)定分割面的電場分量的線性偏振激光束，或者顯示出形成橢圓的電場分量跡線的橢圓偏振激光束，所述橢圓具有平行于所述預(yù)定分割面的長軸。
11.如權(quán)利要求1中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述激光束通過具有0.5或以上的數(shù)值孔徑的物鏡照射。
12.如權(quán)利要求4中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述激光束通過具有0.5或以上的數(shù)值孔徑的物鏡照射。
13.如權(quán)利要求5中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述激光束通過具有0.5或以上的數(shù)值孔徑的物鏡照射。
14.如權(quán)利要求8中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述激光束通過具有0.5或以上的數(shù)值孔徑的物鏡照射。
15.如權(quán)利要求1中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述基板是藍(lán)寶石基板。
16.如權(quán)利要求14中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述基板是藍(lán)寶石基板。
17.如權(quán)利要求1中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分每個都包括頭部，其形成在所述脈沖激光束的焦點位置，且具有平行于基板表面的1.5μm或以上的直徑；以及腿部，其從所述頭部沿所述照射的脈沖激光束通過成絲而延伸，且具有平行于所述基板表面的0.8μm或以上的直徑。
18.如權(quán)利要求4中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分每個都包括頭部，其形成在所述脈沖激光束的焦點位置，且具有平行于基板表面的1.5μm或以上的直徑；以及腿部，其從所述頭部沿所述照射的脈沖激光束通過成絲而延伸，且具有平行于所述基板表面的0.8μm或以上的直徑。
19.如權(quán)利要求5中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分每個都包括頭部，其形成在所述脈沖激光束的焦點位置，且具有平行于基板表面的1.5μm或以上的直徑；以及腿部，其從所述頭部沿所述照射的脈沖激光束通過成絲而延伸，且具有平行于所述基板表面的0.8μm或以上的直徑。
20.如權(quán)利要求8中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分每個都包括頭部，其形成在所述脈沖激光束的焦點位置，且具有平行于基板表面的1.5μm或以上的直徑；以及腿部，其從所述頭部沿所述照射的脈沖激光束通過成絲而延伸，且具有平行于所述基板表面的0.8μm或以上的直徑。
21.一種用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，包括將晶片分割成單獨的半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片，所述晶片包括透明基板，其具有第一表面和平行于所述第一表面的第二表面；以及半導(dǎo)體層，其包含發(fā)光層且沉積在所述透明基板的所述第一表面上，其中所述方法包括第一內(nèi)部處理步驟，包括使具有確保相對于所述晶片的光學(xué)透明度的波長的脈沖激光束通過利用聚光透鏡、經(jīng)由作為入射面的所述第一或第二表面進(jìn)入所述晶片，而所述聚光透鏡的焦點被如此調(diào)節(jié)，使得腰出現(xiàn)在所述晶片中，所述腰是脈沖激光束聚焦部分；相對于入射面并沿所述晶片上的預(yù)定假想分割線來移動所述脈沖激光束的光軸，使得由所述脈沖激光束提供的所述脈沖束所形成的腰在空間上彼此分離；以及在所述脈沖激光束的所述脈沖束在所述入射面上的每次入射時，通過多光子吸收使對應(yīng)于所述腰的所述晶片的部分脆化，以由此形成不連續(xù)的光致脆化部分；以及開槽處理步驟，包括調(diào)節(jié)所述聚光透鏡的所述焦點，使得由所述脈沖激光束形成的腰出現(xiàn)在所述晶片的所述入射面的表面部分；相對于所述入射面并沿所述分割線來移動所述脈沖激光束的所述光軸，使得由所述脈沖激光束提供的所述脈沖束所形成的腰在空間上彼此連接或重疊；以及在所述脈沖激光束的所述脈沖束在所述入射面上的每次入射時，通過多光子吸收使對應(yīng)于所述腰的所述晶片的部分脆化，以由此形成連續(xù)的槽，其中，每個所述半導(dǎo)體發(fā)光器件芯片都具有設(shè)置了凹陷/凸起的分割面。
22.如權(quán)利要求21中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中所述方法還包括第二內(nèi)部處理步驟，包括調(diào)節(jié)所述聚光透鏡的所述焦點，使得腰出現(xiàn)于在所述第一內(nèi)部處理步驟中形成的所述光致脆化部分和所述入射面之間；相對于所述入射面并沿所述晶片上的預(yù)定假想分割線來移動所述脈沖激光束的所述光軸，使得由所述脈沖激光束提供的所述脈沖束所形成的腰在空間上彼此分離；以及在所述脈沖激光束的所述脈沖束在所述入射面上的每次入射時，通過多光子吸收使對應(yīng)于所述腰的所述晶片的部分脆化，以由此形成不連續(xù)的光致脆化部分。
23.如權(quán)利要求21中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中所述聚光透鏡具有0.3或以上的數(shù)值孔徑。
24.如權(quán)利要求22中所述的用于分離半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中，所述聚光透鏡的所述焦點被如此調(diào)節(jié)，使得形成于所述第二內(nèi)部處理步驟中的所述光致脆化部分的上部與形成于所述開槽步驟中的所述槽的底部彼此連接。
25.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括透明基板，其具有第一表面和平行于所述第一表面的第二表面；以及半導(dǎo)體層，其包含發(fā)光層并沉積在所述第一表面上，其中與晶片分離的所述半導(dǎo)體發(fā)光器件具有設(shè)置了凹陷/凸起的分割面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于分離形成于基板上的半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法。在該方法中，將在基板中具有小于10ps的脈沖寬度的脈沖激光束聚焦在該基板上，以由此引起基板中的多光子吸收。通過多光子吸收，通過脈沖激光束沿基板表面上的預(yù)定分割線形成槽，所述槽在預(yù)定分割線的方向上基本連續(xù)。另外，通過脈沖激光束在基板的預(yù)定深度處的預(yù)定分割面上形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分，該結(jié)構(gòu)改變部分在預(yù)定分割線的方向上不連續(xù)。隨后，施加外力以由此沿連續(xù)的槽和不連續(xù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變部分形成分割面，由此使半導(dǎo)體發(fā)光器件彼此分離。
文檔編號B23K26/00GK101083292SQ200710105838
公開日2007年12月5日 申請日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者前田將, 笹木隆一郎 申請人:豐田合成株式會社