專利名稱：一種深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管的切割方法，特別是涉及一種深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法。
背景技術(shù)：
GaN基發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,縮寫LED)具有高效節(jié)能環(huán)保、使用壽命長等優(yōu)點，廣泛應用于圖像顯示、信號指示和照明燈領(lǐng)域。近年來，在新技術(shù)的帶動下，GaN基發(fā)光二極管相關(guān)研究和制造領(lǐng)域得到迅猛發(fā)展，然而，其發(fā)光效率較低卻是一直以來制約其在照明行業(yè)的應用，也是制約其取代傳統(tǒng)照明的主要瓶頸。對提高其亮度，除了在外延生長方面的因素外，芯片制造中的切割方法也會對亮度有一定的影響。目前GaN基LED的切割方式主要經(jīng)歷了以下幾種發(fā)展1)刀具切割。用精鋼刀對其表面進行切割。由于效 率低，刀具壽命短，成本大，此方法已經(jīng)被淘汰。2)紫外激光的表面切割。用波長355nm的紫外激光對表面進行加工，使激光能量聚焦在芯片表面，燒蝕出切槽，再進行另一面的劈裂作業(yè)，擴膜后，即可得到分離的芯片。3)表面打點切割。此方法是激光能量聚集在表面，在表面形成一排穿孔的切割技術(shù)。4)隱形切割。用波長1064nm的皮秒激光進行加工，通過激光聚焦，使其能量聚集在wafer中間,從而在wafe中間形成改質(zhì)層的切割工藝。表面激光切割相對于刀具切割有切割速度快，切割道線性度好等優(yōu)點，然而由于激光的燒蝕會使芯片的側(cè)壁形成變質(zhì)層，切割過程會產(chǎn)生拋渣，這些都會影響出光效率。芯片表面激光切割又分為正面切割和背面切割。正面切割是在外延層一側(cè)進行激光切割，這樣會在外延層側(cè)壁產(chǎn)生燒蝕層，芯片正面也會有粉屑落到表面，影響出光效率，所以要對側(cè)壁進行清洗，去除掉變質(zhì)層和表面的粉屑。在背面進行裂片得到分離的芯片。背面切割是激光切割減薄后的藍寶石襯底，在藍寶石層產(chǎn)生燒蝕層，拋渣也留在背面，這樣在背切后可以直接進行正面的裂片作業(yè)而得到分離的芯粒。相對于正面切割，背面切割的工序要簡單，成本低，但由于背切工藝要進行正面的裂片，所以芯片外觀相對于正面切割工藝要低。表面打孔切割這種加工方式是激光聚集在表面，但不等同于激光的正、背切，它只在表面切出一個個的深孔，而不是完全切成一個切割道。這種加工方式的優(yōu)點是拋渣少，燒蝕層對出光的影響也一定程度的降低了。然而這種加工方式在裂片時難度比較大，裂片良率也較低，由于穿孔的存在，芯片正面的邊緣線性度非常差，芯片會出現(xiàn)鋸齒狀邊緣，嚴重影響外觀。隱形切割(stealth dicing,縮寫SD)是激光能量聚集在芯片內(nèi)部形成改質(zhì)層,然后進行裂片而得到分離芯粒。其特殊的加工方式，使其有無熱影響區(qū)、無拋渣、切割道的表面和側(cè)壁非常光滑的優(yōu)點，是其他切割方式無法比擬的。但這種加工方式，也存在缺點芯片中的改質(zhì)層相對較窄，這無形給裂片過程增加了難度，若增加激光功率來拓展改質(zhì)層寬度，勢必會影響激光器的壽命，也不利于大規(guī)模生產(chǎn)。所以有人提出進行兩次切割，改變激光聚焦的位置而在垂直的上下面形成兩道變質(zhì)層，從而降低裂片的難度，增加裂片的良率。兩次的激光加工，也勢必影響效率。隱形切割設備昂貴，成本高，這是隱切技術(shù)的一大劣勢。
鑒于此，本案例提出了一種既能發(fā)揮深刻蝕技術(shù)優(yōu)點，又能避免裂片作業(yè)步驟的作業(yè)方式。以實現(xiàn)降低作業(yè)成本、提高良率和增加出光效率。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，以提供一種能省去激光切割步驟、能避免激光切割導致芯片出光效率降低的缺陷、能省去裂片步驟，能獲得高 亮度的發(fā)光二極管、且適用于工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)光二極管芯片切割方法。為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，至少包括以下步驟I)提供一半導體襯底,于所述半導體襯底表面形成包括多個發(fā)光單兀的發(fā)光原件；2)于所述發(fā)光原件表面形成保護層，并使所述保護層在各該發(fā)光單元的交接處形成刻蝕窗口；3)從各該刻蝕窗口對所述發(fā)光原件及半導體襯底進行刻蝕，形成貫穿所述發(fā)光原件并延伸至所述半導體襯底內(nèi)一預設深度的裂片走道；4)于各該裂片走道內(nèi)填充絕緣材料；5)從背面對所述半導體襯底進行減薄，直至露出所述絕緣材料；6)于所述半導體襯底背面制作背鍍層，并去除各該裂片走道內(nèi)的絕緣材料。在本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法的步驟I)中，包括以下步驟1-1)提供一半導體襯底，于所述半導體襯底表面依次形成至少包括N型層、量子阱層及P型層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；1-2)于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)中定義出多個發(fā)光外延單元，并于各該發(fā)光外延單元中制備N電極制備區(qū)域；1-3)于所述P型層表面形成透明導電層；1-4)于所述透明導電層表面制作P電極，并于所述N電極制備區(qū)域制作N電極。進一步地,步驟1-2)包括步驟1-2-1)依據(jù)各該發(fā)光外延單元制作掩膜版，所述掩膜版于欲制作N電極的區(qū)域具
有窗口 ；1-2-2)依據(jù)所述掩膜版刻蝕以去除對應的P型層及量子阱層，以形成N電極制備區(qū)域。作為本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法的一種優(yōu)選方案，所述半導體襯底為藍寶石襯底，所述N型層為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN層，所述P型層為P-GaN層。作為本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)所述的保護層為SiO2層。作為本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)采用感應耦合等離子體刻蝕法ICP對所述發(fā)光原件及半導體襯底進行刻蝕。作為本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)所述的預設深度為6(Tl20um。作為本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法的一種優(yōu)選方案，步驟4)采用等離子增強化學氣相沉積法于各該裂片走道內(nèi)填充絕緣材料，且所述的絕緣材料為Si02。作為本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法的一種優(yōu)選方案，步驟5)中采用研磨及拋光技術(shù)對所述半導體襯底進行減薄。作為本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法的一 種優(yōu)選方案，所述背鍍層為藍膜，步驟6)包括以下步驟6-1)將所述半導體襯底粘附于所述藍膜表面；6-2)去除各該裂片走道內(nèi)的絕緣材料；6-3)擴膜以獲得相互分離的發(fā)光單元。如上所述，本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，先于半導體襯底表面形成包括多個發(fā)光單元的發(fā)光原件；然后制作在各該發(fā)光單元的交接處形成刻蝕窗口的保護層；從各該刻蝕窗口對所述發(fā)光原件及半導體襯底進行刻蝕，形成貫穿所述發(fā)光原件并延伸至所述半導體襯底內(nèi)一預設深度的裂片走道；接著于各該裂片走道內(nèi)填充絕緣材料并從背面對所述半導體襯底進行減薄，直至露出所述絕緣材料；最后于所述半導體襯底背面制作背鍍層，去除各該裂片走道內(nèi)的絕緣材料，擴膜以獲得獨立的發(fā)光單元。本發(fā)明具有以下有益效果采用深刻蝕形成裂片走道的方法使切槽深入到藍寶石襯底內(nèi)，免去了激光切割的加工步驟，避免了激光的燒蝕而造成吸光的問題，增加了出光效率；深刻蝕深度和芯片的最終厚度相當，去除掉填充的SiO2即可得到分離的芯粒，減少了裂片作業(yè)，避免了裂片中的崩邊崩角，增加了良率。


圖廣圖5顯示為本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法步驟I)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6顯示為本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法步驟2)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7顯示為本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法步驟3)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8顯示為本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法步驟4)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9顯示為本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法步驟5)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10 圖13顯示為本發(fā)明的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法步驟6)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。元件標號說明101 半導體襯底102 N 型層103 量子阱層104 P 型層
105N電極制備區(qū)域106透明導電層107P 電極108N 電極109保護層110刻蝕窗口111裂片走道112絕緣材料 113背鍍層
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式
加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。請參閱圖f圖13。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。目前，有人提出深刻蝕切割道的技術(shù)，刻蝕到襯底，其刻蝕深度和激光切割深度相當，從而省去激光切割步驟，再經(jīng)過裂片得到分離的芯粒。刻蝕不會產(chǎn)生燒蝕層，因而亮度會有所提聞。如圖f圖13所示，本實施例提供一種深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，至少包括以下步驟如圖f圖5所示，首先進行步驟1)，提供一半導體襯底101，于所述半導體襯底101表面形成包括多個發(fā)光單兀的發(fā)光原件。所述發(fā)光單元可以為但不限于為發(fā)光二極管或激光二極管，在本實施例中，所述發(fā)光單元為發(fā)光二極管，具體地，本步驟包括以下步驟如圖f圖2所示，首先進行步驟1-1)，提供一半導體襯底101，于所述半導體襯底101表面依次形成至少包括N型層102、量子阱層103及P型層104的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；在本實施例中，所述半導體襯底101為藍寶石襯底，然后于其采用金屬有機化學氣相淀積(MOCVD)表面依次形成至少包括N型層102、量子阱層103及P型層104的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，所述N型層102為N-GaN層，所述量子阱層103為InGaN層，所述P型層104為P-GaN層。當然，在其它的實施例中，所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)也可以是GaP基發(fā)光外延等，也可以采用分子束外延(MBE)、液相外延(LPE)或者氣相外延(VPE)等方法形成所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)。如圖3所示，然后進行步驟1-2)，于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)中定義出多個發(fā)光外延單元，并于各該發(fā)光外延單元中制備N電極制備區(qū)域105 ；具體地，步驟1-2)包括步驟1-2-1)依據(jù)各該發(fā)光外延單元制作掩膜版，所述掩膜版于欲制作N電極的區(qū)域具有窗口 ；1-2-2)依據(jù)所述掩膜版刻蝕以去除對應的P型層104及量子阱層103，以形成N電極制備區(qū)域105。在本實施例中，采用ICP刻蝕法去除對應的P型層104及量子阱層103。如圖4所示，接著進行步驟1-3)，于所述P型層104表面形成透明導電層106 ;在本實施例中，所述透明導電層106為氧化銦錫ITO層，厚度為10(T300nm，可以通過蒸鍍或濺射等方法進行制備。當然，在其它的實施例中，也可以是ATO、FTO或AZO等。如圖5所示，最后進行步驟1-4)，于所述透明導電層106表面制作P電極107，并于所述N電極制備區(qū)域105制作N電極108。所述P電極107及N電極108為Au、Pt等金屬。如圖6所示，然后進行步驟2)，于所述發(fā)光原件表面形成保護層109，并使所述保護層109在各該發(fā)光單元的交接處形成刻蝕窗口 110 ;在本實施例中，所述保護層109為圖形化的SiO2層，作為后續(xù)工藝的掩膜版。 如圖7所示，接著進行步驟3)，從各該刻蝕窗口 110對所述發(fā)光原件及半導體襯底101進行刻蝕，形成貫穿所述發(fā)光原件并延伸至所述半導體襯底101內(nèi)一預設深度的裂片走道111 ;在本實施例中，以上述保護層109為掩膜版，采用感應耦合等離子體刻蝕法ICP從各該刻蝕窗口 110對所述發(fā)光原件及半導體襯底101進行刻蝕，形成貫穿所述發(fā)光原件并延伸至所述半導體襯底101內(nèi)一預設深度的裂片走道111，所述的預設深度為6(Tl20Um，在一具體的實施過程中，所述預設深度為90um。如圖8所示，然后進行步驟4)，于各該裂片走道111內(nèi)填充絕緣材料112。在本實施例中，采用等離子增強化學氣相沉積法于各該裂片走道111內(nèi)填充絕緣材料112，且所述的絕緣材料112為Si02。當然，在其它的實施例中，所述絕緣材料112也可以為如氮化硅等其它材料。如圖9所示，接著進行步驟5)，從背面對所述半導體襯底101進行減薄，直至露出所述絕緣材料112 ;在本實施例中，采用研磨及拋光技術(shù)對所述半導體襯底101進行減薄，減薄后的半導體襯底101厚度為6(Tl20um，在本實施例中為90um。如圖10 圖13所示，最后進行步驟6)，于所述半導體襯底101背面制作背鍍層113，并去除各該裂片走道111內(nèi)的絕緣材料112。在本實施例中，所述背鍍層113為藍膜，步驟6)包括以下步驟如圖10所示，首先進行步驟6-1)，將所述半導體襯底101粘附于所述藍膜表面；如圖11 圖12所示，然后進行步驟6-2)，去除各該裂片走道111內(nèi)的絕緣材料112，去除各該裂片走道111內(nèi)的絕緣材料112后，整個晶圓芯片的平面結(jié)構(gòu)示意圖如圖12所示。如圖12所示，最后進行步驟6-3)，擴膜以獲得相互分離的發(fā)光單元。當然，在其它的實施例中，所述背鍍層113還可以為背鍍金屬層、背鍍介質(zhì)層，或背鍍金屬層于介質(zhì)層的疊層等。綜上所述，本發(fā)明提供一種深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，先于半導體襯底表面形成包括多個發(fā)光單元的發(fā)光原件；然后制作在各該發(fā)光單元的交接處形成刻蝕窗口的保護層；從各該刻蝕窗口對所述發(fā)光原件及半導體襯底進行刻蝕，形成貫穿所述發(fā)光原件并延伸至所述半導體襯底內(nèi)一預設深度的裂片走道；接著于各該裂片走道內(nèi)填充絕緣材料并從背面對所述半導體襯底進行減薄，直至露出所述絕緣材料；最后于所述半導體襯底背面制作背鍍層，去除各該裂片走道內(nèi)的絕緣材料，擴膜以獲得獨立的發(fā)光單元。本發(fā)明具有以下有益效果采用深刻蝕形成裂片走道的方法使切槽深入到藍寶石襯底內(nèi)，免去了激光切割的加工步驟，避免了激光的燒蝕而造成吸光的問題，增加了出光效率；深刻蝕深度和芯片的最終厚度相當，去除掉填充的SiO2即可得到分離的芯粒，減少了裂片作業(yè)，避免了裂片中的崩邊崩角，增加了良率。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因
此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于，至少包括以下步驟 1)提供一半導體襯底，于所述半導體襯底表面形成包括多個發(fā)光單元的發(fā)光原件； 2)于所述發(fā)光原件表面形成保護層，并使所述保護層在各該發(fā)光單元的交接處形成刻蝕窗口 ； 3)從各該刻蝕窗口對所述發(fā)光原件及半導體襯底進行刻蝕，形成貫穿所述發(fā)光原件并延伸至所述半導體襯底內(nèi)一預設深度的裂片走道； 4)于各該裂片走道內(nèi)填充絕緣材料； 5)從背面對所述半導體襯底進行減薄，直至露出所述絕緣材料； 6)于所述半導體襯底背面制作背鍍層，并去除各該裂片走道內(nèi)的絕緣材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于步驟I)包括以下步驟 1-1)提供一半導體襯底，于所述半導體襯底表面依次形成至少包括N型層、量子阱層及P型層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)； 1-2)于所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)中定義出多個發(fā)光外延單元，并于各該發(fā)光外延單元中制備N電極制備區(qū)域； 1-3)于所述P型層表面形成透明導電層； 1-4)于所述透明導電層表面制作P電極，并于所述N電極制備區(qū)域制作N電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于步驟1-2)包括步驟 1-2-1)依據(jù)各該發(fā)光外延單元制作掩膜版，所述掩膜版于欲制作N電極的區(qū)域具有窗Π ； 1-2-2)依據(jù)所述掩膜版刻蝕以去除對應的P型層及量子阱層，以形成N電極制備區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于所述半導體襯底為藍寶石襯底，所述N型層為N-GaN層，所述量子阱層為InGaN層，所述P型層為P-GaN 層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于步驟2)所述的保護層為SiO2層。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于步驟3)采用感應耦合等離子體刻蝕法ICP對所述發(fā)光原件及半導體襯底進行刻蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于步驟3)所述的預設深度為6(Tl20um。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于步驟4)采用等離子增強化學氣相沉積法于各該裂片走道內(nèi)填充絕緣材料，且所述的絕緣材料為Si02。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于步驟5)中采用研磨及拋光技術(shù)對所述半導體襯底進行減薄。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，其特征在于所述背鍍層為藍膜，步驟6)包括以下步驟 6-1)將所述半導體襯底粘附于所述藍膜表面；6-2)去除各該裂片走道內(nèi)的絕緣材料； 6-3)擴膜以獲得相互分離的發(fā)光單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種深刻蝕切割發(fā)光二極管芯片的方法，先于半導體襯底表面形成包括多個發(fā)光單元的發(fā)光原件；然后制作在各該發(fā)光單元的交接處形成刻蝕窗口的保護層；從各該刻蝕窗口進行刻蝕形成裂片走道；接著于各該裂片走道內(nèi)填充絕緣材料并從背面對所述半導體襯底進行減薄，直至露出所述絕緣材料；最后制作背鍍層，去除各該裂片走道內(nèi)的絕緣材料，擴膜以獲得獨立的發(fā)光單元。本發(fā)明采用深刻蝕形成裂片走道的方法使切槽深入到藍寶石襯底內(nèi)，免去了激光切割的加工步驟，避免了激光的燒蝕而造成吸光的問題，增加了出光效率；深刻蝕深度和芯片的最終厚度相當，去除掉填充的SiO2即可得到分離的芯粒，減少了裂片作業(yè)，避免了裂片中的崩邊崩角，增加了良率。
文檔編號H01L33/00GK102881783SQ201210384248
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者楊旅云, 陳曉鵬, 張宇欣, 張國龍, 吳東平, 常志偉, 薛進營, 王明輝, 夏成 申請人:施科特光電材料(昆山)有限公司