CN102738313B - 一种提高led芯片出光的芯片切割方法 - Google Patents

Abstract

一种提高LED芯片出光的芯片切割方法。先在芯片正面用激光划出划痕，再用金刚石锯片刀沿划痕锯片，所述锯片刀是左右对称的等腰倒三角形，刀侧面与水平线的夹角为30°-60)°，调节锯片刀刀高使得外延层刚好被锯透，将锯片完毕的芯片翻转倒膜，用裂片刀在芯片背面沿上述激光划痕裂片。本发明通过锯片工艺，将芯片外延层边缘约10μm锯成斜台，可提高芯片出光率20％以上。同时又能改善芯片外观。该工艺操作简单，易于实现。

Description

一种提高LED芯片出光的芯片切割方法

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)芯片切割工艺，特别涉及一种提高LED芯片出光的切割方法，属于半导体芯片技术领域。

背景技术

在LED芯片制备工艺中的划片、裂片就是将做好的整个芯片分割成所要求尺寸的单一晶粒，这是半导体发光二极管芯片制造工艺中一道必不可少的工序。目前的LED芯片多采用锯片或背面划片后裂片成一粒粒晶粒，这种常规划裂芯片工艺，只是单纯晶粒物理***过程，对提高亮度没有太多的帮助，实际执行过程中也容易出现平行四边形、崩边等外观问题。为克服该问题，实际生产中有对GaN基蓝绿光芯片采用正划背裂方式，以减少芯片切割不良品的产生，但划出的黑色烧蚀留在划槽里很难清理，还会吸收大量的光，使芯片发光亮度降低20％左右。为了去除激光划片造成的烧蚀，目前多采用湿法腐蚀法去除划片烧蚀、提高出光效率，但该方法很容易导致芯片的全检、封装电参数异常(电压升高等)，且操作复杂，需要及时配制、更换腐蚀用酸(碱)溶液、加热等，同时存在很大的安全隐患。也有报道采用干法刻蚀，其不足之处在于刻蚀过程中激光烧蚀的粉末容易溅出，留在芯片表面形成保护层，严重影响刻蚀速率，且溅出的粉末散布具有随机性，使刻蚀深度很难完全统一。

中国专利CN101345281A公开了一种湿法腐蚀去除正划烧蚀提高出光的方法，激光正划后，采用温度为100-220℃的磷酸或用温度为100-300℃的熔融的KOH或KOH溶液对芯片侧壁进行湿法腐蚀，去除激光烧蚀的同时划槽侧壁形成一定倾斜角度，从而提高了出光。中国专利CN101552321A公开了一种用干法刻蚀去除烧蚀的方法，在芯片表面涂保护液后激光正划，利用制作P、N电极时的刻蚀工艺，将激光划槽中的烧蚀去除，优化芯片光电参数。

激光烧蚀痕迹之所以会对芯片发光有那么大的影响，主要是因为烧蚀恰好处于芯片外延层发光区域附近，并且芯片有源层发出的光很大一部分发射到划槽烧蚀处，使得光被吸收损失掉。如何尽可能的减少发光区激光划片烧蚀，避免有源层处光直接出射到划槽烧蚀处，是提高芯片发光效率的一种有效途径。

CN101221998A提供一种半导体光电组件的切割方法，包括以下的步骤：半导体光电组件芯片是包含有一衬底并于衬底表面形成有一外延硅层；以激光于半导体光电组件芯片表面划设导引沟槽；以钻石刀于沟槽中进行切割，将半导体光电组件芯片沿已划设的沟槽裂片，形成晶粒。该专利文件有不足之处在于：在划片之前需要先去除半导体光电组件芯片正面预划设沟槽区域的外延硅层，再以激光于衬底已去除外延硅层的表面划设导引沟槽；钻石刀切割前芯片还未分割成晶粒，无法对激光划深有精确地掌握，为了符合把激光划出的黑色烧蚀全部去掉的要求，就必须尽可能多的切掉激光划痕附近的物质，容易造成钻石刀磨损和在沟槽两侧形成侧向和径向的裂纹。

发明内容

本发明针对现有技术中激光划片、裂片存在的问题，提供一种能提高LED芯片出光的芯片切割方法。

发明概述

激光划片后用传统锯片刀锯除烧蚀，得到发光区锯痕有一定发光倾角的形貌，能够提高芯片发光亮度，同时又能改善芯片外观的切割方式。

发明详述

本发明的技术方案如下：

一种提高LED芯片出光的芯片切割方法，包括如下步骤：

(1)准备芯片：所述芯片为在衬底上生长有外延层的外延片，外延层上表面为芯片正面。

(2)激光划片：在所述芯片正面用激光划出深30±5μm、宽6±2μm的划痕。

(3)锯片：用金刚石锯片刀沿划痕锯片，所述锯片刀是左右对称的等腰倒三角形，刀侧面与水平线的夹角为30°～60°，使得划痕上端自然形成倾斜角30°～60°的锥形开口；调节锯片刀刀高使得外延层刚好被锯透；锯片刀宽20±4μm。

(4)裂片：将锯片完毕的芯片翻转倒膜，用裂片刀在芯片背面沿上述激光划痕裂片，形成晶粒。

步骤(1)中所述的外延层材料为III-V族化合物的半导体材料；进一步优选的是GaN、InGaN、GaS、GaP、InP、InGaAlN、AlGaInP、InGaAlAs、GaAlPAs之一。

步骤(1)中所述衬底为蓝宝石衬底或SiC衬底。

相对于一股芯片，本发明芯片的晶粒外延层边缘被锯成30°～60°的斜台，大大提高了出光效率。通过控制锯片刀的刀高使得外延层刚好被锯透。本发明切割方法特别适用于四元AlGaInP红黄光LED芯片、三元InGaN蓝绿光LED芯片、二元GaS红黄光LED芯片等。

优选的，步骤(3)所述锯片刀，调节锯片刀刀高150～200μm。

优选的，步骤(3)锯片时，控制锯片刀刀速为1-5mm/s。

优选的，步骤(3)所述锯片刀，刀侧面与水平线的夹角为45°。

步骤(2)激光划片的方法采用本领域的现有技术即可。

与CN101221998A专利文件相比本发明无需去除半导体光电组件芯片正面预划设沟槽区域的外延硅层，可在外延层上直接激光划片，大大降低了工艺复杂度。CN101221998A用钻石刀对基板进行切割，切割出的倾斜角位于正面或背面的基板上；本发明对外延层进行切割，仅切透外延层，切割出的倾斜角位于外延层上，基板完好无损；由于外延层材质较为脆弱，会大大降低钻石刀的磨损。

根据本发明，进一步优选的上述步骤(2)激光划片的方法如下：

将LED芯片外延层朝上、衬底朝下贴到白膜上，要求芯片和白膜之间不得有气泡。将贴好膜的芯片放入划片机载盘上，芯片在上，膜在下。调节芯片水平并确定切割范围及激光路线；将激光器发出的355nm紫外激光经过一个修正光路聚焦到LED芯片上表面解离槽位置处划片，调节激光频率50-120kHz，输出能量0.5-1.5w，芯片载盘移动速率50-80mm/s，控制激光划片深度为30±5μm，激光划痕宽度6±2μm。所述修正光路包括五个全反镜和四个***，五个全反镜依次设置在激光划片机的激光器和激光头之间，其中三个***并排排列于第二和第三全反镜之间，另一个***位于最后一个全反镜和激光头之间；如图5所示。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

1.本发明通过简单的锯片工艺，将芯片外延层边缘约10μm锯成30°～60°斜台，该斜台可以极大地提高出光效率，可提高芯片出光率20％以上。

2本发明在正面划片后的锯片步骤中，成功将划片后残留在划槽中的黑色粉末锯掉避免了黑色粉末降低出光的问题。

3.本发明采用正面划片、背面裂片，避免了背划正裂过程中遇到的崩边等外观问题。

4.本发明对钻石刀的角度、切割角度、切割深度做出优选；恰好使得裂片容易、所得晶粒外延层边缘被锯成30°-60°的斜台，有利于提高出光效率。

5.本发明操作简单，无需保护膜，降低了成本。本发明易于实现，同时不会影响器件电学特性。

附图说明

图1是芯片经过激光划片后的芯片俯视图；图中横、竖直线为激光划痕。

图2是芯片切割操作步骤，I为划片前芯片侧壁，图中a为外延层，b为衬底；II为激光划片后芯片侧壁剖面图，c为激光划痕；III为钻石刀锯片后芯片侧壁剖面图，d为锯片刀锯片后留下的锥形开口；

图3是本发明实施例1的切割后的单个晶粒侧面示意图；1为外延层，2为蓝宝石衬底，3、4为锯出的两个斜面(在外延层上)，斜面与水平方向的夹角为45°，5为激光划痕。

图4是本发明所述的锯片刀。图中刀侧面与水平线的夹角为45°。

图5是本发明实施例1激光器修正光路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细地说明。但不限于此。

实施例中所使用的激光划片机、裂片机均未本领域常规设备，可市场购得，例如：激光划片机，型号：AS2112，Newwave公司产；裂片机，型号：DBM-402R，Daitron公司产。

实施例1、如图1-5所示。

一种能够提高LED芯片出光的芯片切割方法，步骤如下：

(1)准备芯片：半导体芯片是于蓝宝石衬底上生长外延层，外延层材料为GaN，外延层厚度8μm。

(2)激光划片：将LED芯片外延1层朝上、衬底2朝下贴到白膜(型号是spv-224160mm*100m)上，要求芯片和白膜之间不得有气泡。将贴好膜的芯片放入划片机载盘上，要求芯片在上，膜在下。调节芯片水平并确定切割范围及激光路线；将激光器发出的355nm紫外激光经过一个修正光路聚焦到LED芯片上表面解离槽位置处划片，调节激光频率50-120kHz，输出能量0.5-1.5w，芯片载盘移动速率65mm/s，控制激光划片深度为30±1μm，激光划痕宽度6±1μm。所述修正光路包括五个全反镜和四个***，五个全反镜依次设置在激光划片机的激光器和激光头之间，其中三个***并排排列于第二和第三全反镜之间，另一个***位于最后一个全反镜和激光头之间；激光器修正光路图如图5所示。

(3)锯片

将芯片取出后放入锯片机中，根据芯片上的激光划痕调节芯片水平，使激光划痕与锯片刀平行，使用锯片刀沿激光划痕锯片，锯透外延层为止。其中锯片刀是左右对称的等腰倒三角形(如图4所示)，刀侧面与水平线的夹角为45°，刀宽20μm。调节刀高175±2μm，刀速为3-4mm/s。锯出的芯片外延层边缘是45°的斜面3、4。

(4)裂片

将经过上述步骤的芯片从白膜上取下，将芯片翻转，衬底朝上，外延层朝膜贴到另一张白膜上，要求芯片和膜之间不得有气泡，在芯片上方贴上一层离型纸，放入裂片机中，用裂片机沿解离槽划痕裂成一颗颗晶粒，如图3所示。由于裂片机CCD在下方，激光划痕也朝下，可清晰的看到划痕。

本例切割的GaN蓝绿光LED芯片与单纯激光划片方法切割的同样的GaN蓝绿光LED芯片相比，出光效率提高24％。

实施例2、如实施例1所述，所不同的是：

步骤(1)的外延层材料选用AlGaInP；步骤(2)同实施例1的步骤(2)。

步骤(3)的锯片刀刀侧面与水平线的夹角为55°，刀宽22μm，调节刀高190±2μm，刀速为4-5mm/s。锯出的芯片外延层边缘是55°的斜面。

步骤(4)同实施例1的步骤(4)。

本例切割的AlGaInP红黄光LED芯片与单纯机械切割方法切割的同样的AlGaInP红黄光LED芯片相比，出光效率提高23％。

实施例3、如实施例1所述，所不同的是：

步骤(1)的外延层材料选用GaS；

步骤(3)的锯片刀刀侧面与水平线的夹角为35°，刀宽21μm，调节刀高155μm，刀速为2-3mm/s。锯出的芯片外延层边缘是35°的斜面。

本例切割的红黄光LED芯片与机械切割方法切割的同样的红黄光LED芯片相比，出光效率提高20％。

Claims (1)

1.一种提高LED芯片出光的芯片切割方法，包括如下步骤：

（1）准备芯片：所述芯片为在衬底上生长有外延层的外延片，外延层上表面为芯片正面；

所述的外延层材料为GaN、InGaN、GaS、GaP、InP、InGaAlN、AlGaInP、InGaAlAs或GaAlPAs；

（2）激光划片：在所述芯片正面用激光划出深30±5μm、宽6±2μm的划痕；

将激光器发出的355nm紫外激光经过一个修正光路聚焦到LED芯片上表面解离槽位置处划片，调节激光频率50-120kHz，输出能量0.5-1.5w，芯片载盘移动速率50-80mm/s；

（3）锯片：用金刚石锯片刀沿划痕锯片，所述锯片刀是左右对称的等腰倒三角形，刀侧面与水平线的夹角为45°，使得划痕上端自然形成倾斜角45°的锥形开口；调节锯片刀刀高至150～200μm，使得外延层刚好被锯透；锯片刀宽20±4μm；控制锯片刀刀速为1-5mm/s；

（4）裂片：将锯片完毕的芯片翻转倒膜，用裂片刀在芯片背面沿激光划痕裂片，形成晶粒。

2. 一种能够提高LED芯片出光的芯片切割方法，步骤如下：

（1）准备芯片：半导体芯片是于蓝宝石衬底上生长外延层，外延层材料为GaN，外延层厚度8μm；

（2）激光划片：将LED芯片外延层朝上、衬底朝下贴到型号是 spv-224 160mm*100m的白膜上，要求芯片和白膜之间不得有气泡；将贴好膜的芯片放入划片机载盘上，要求芯片在上，膜在下；调节芯片水平并确定切割范围及激光路线；将激光器发出的355nm紫外激光经过一个修正光路聚焦到LED芯片上表面解离槽位置处划片，调节激光频率50-120kHz，输出能量0.5-1.5w，芯片载盘移动速率65mm/s，控制激光划片深度为30±1μm，激光划痕宽度6±1μm；所述修正光路包括五个全反镜和四个***，五个全反镜依次设置在激光划片机的激光器和激光头之间，其中三个***并排排列于第二和第三全反镜之间,另一个***位于最后一个全反镜和激光头之间； 

（3）锯片

将芯片取出后放入锯片机中，根据芯片上的激光划痕调节芯片水平，使激光划痕与锯片刀平行，使用锯片刀沿激光划痕锯片,锯透外延层为止；其中锯片刀是左右对称的等腰倒三角形，刀侧面与水平线的夹角为45°，刀宽20μm；调节刀高175±2μm，刀速为3-4mm/s；锯出的芯片外延层边缘是45°的斜面；

（4）裂片

将经过上述步骤的芯片从白膜上取下，将芯片翻转，衬底朝上，外延层朝膜贴到另一张白膜上，要求芯片和膜之间不得有气泡，在芯片上方贴上一层离型纸，放入裂片机中，用裂片机沿解离槽划痕裂成一颗颗晶粒，由于裂片机CCD在下方，激光划痕也朝下，可清晰的看到划痕。