CN111276577A - 一种led芯片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本专利公开了一种LED芯片的制造方法，所述方法包括如下步骤：在衬底上生长外延层材料，形成包括多个LED芯片的晶圆模块；在所述衬底上形成多层改质层，包括：在衬底中形成端部改质层，所述端部改质层位于所述衬底内距离衬底厚度方向端部附近；在衬底中形成多个中部改质层,所述中部改质层在所述衬底厚度的方向上比所述端部改质层更接近所述衬底厚度的中心；将所述晶圆模块***成多个LED芯片。通过上述技术方案，通过隐形划片形成的改质层，达到衬底侧壁大面积且有规则锯齿形状的粗化效果。通过对衬底侧壁进行粗化，可使部分无法从正面出来的光子，从侧面发出，从而达到提高出光效率。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及半导体器件，具体涉及一种LED芯片的制造方法，尤其是涉及一种提高衬底LED芯片出光效率的方法。
背景技术
发光二极管作为传统灯具的替代品，LED照明发展前景广阔，被誉为新一代光源。LED 具有寿命长、低功耗、绿色环保等优点。并且LED光源是直接将电能转化为光能，并且能量转换效率相当高，理论上只需要白炽灯的10％的能耗或者荧光灯50％的能耗。
但是，目前LED芯片的发光效率依然较低，严重制约了LED的应用和发展。
现无论是正装结构、倒装结构还是垂直结构，提高芯片的最大出光效率，均为各结构的研发突破重点。目前制备LED芯片已有很多提高出光效率的方法，比如：制作反射镜、表面粗化、优化电极等等。但以上大部分方法只提高了光子透过上表面的效率，因此提供一种常规且操作简单、可控且良率高的方法来对衬底侧壁进行优化实属必要。
本发明提供一种使用隐形激光切割划片方法从而达到衬底侧面粗化效果。
隐形切割的方法对增加外部量子效率有很好的效果，且可控和方便，并适用于不同厚度的外延片切割。
激光隐形划片技术的基本原理是将半透明波长的激光束聚焦在工件材料内部，有别与普通烧灼激光切割技术是聚焦在工件材料表面，将激光聚光照射于晶圆内部形成改质层，在行成改质层的同事，也会形成向周边方向的龟裂，从而使芯片分割。
发明内容
本专利正是基于现有技术的上述需求而提出的，本专利要解决的技术问题是提供一种提高衬底LED芯片出光效率的方法对衬底侧壁进行粗化的方法，从而达到提高出光效率，用于提高LED芯片出光效率。
为了解决上述技术问题，本专利提供的技术方案包括：
一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在衬底上生长外延层材料，形成包括多个LED芯片的晶圆模块；在所述衬底上形成多层改质层，包括：在衬底中形成端部改质层，所述端部改质层位于所述衬底内距离衬底厚度方向端部附近；在衬底中形成多个中部改质层,所述中部改质层在所述衬底厚度的方向上比所述端部改质层更接近所述衬底厚度的中心；将所述晶圆模块***成多个LED芯片。
优选地，所述端部改质层位于所述衬底的厚度两端附近；包括第一端部改质层和第二端部改质层；所述第一端部改质层位于所述衬底的下表面附近，所述第二端部改质层位于所述衬底的上表面附近。
优选地，所述端部改质层与两芯片之间的切割中线对其。
优选地，所述中部改质层包括N个独立的改质层，其中N≥2；所述中部改质层分为括第一组中部改质层和第二组中部改质层；所述第一组中部改质层内各层之间沿着所述衬底厚度的方向对齐；所述第二组中部改质层内各层之间沿着所述衬底厚度的方向对齐；所述第一组中部改质层位于所述切割中线宽度方向的第一侧，所述第二组中部改质层位于所述切割中线宽度方向的第二侧。
优选地，所述第一组中部改质层为奇数层，第二组中部改质层为偶数层。
优选地，所述第一组中部改质层之间沿着所述衬底厚度方向等距设置；第二组中部改质层沿着所述衬底厚度方向等距设置。
优选地，中部改质层的各层之间均设置于所述衬底厚度方向的不同位置上，并且各层之间沿着所述衬底厚度方向等距设置。
优选地，所述方法还包括：在衬底上生长外延层材料后将所述衬底进行减薄、抛光。
优选地，中部改质层的相邻层之间的宽度方向距离大于相邻层之间厚度的距离。
以及一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片采用如上的方法制造。
通过上述技术方案，通过隐形划片形成的改质层，达到衬底侧壁大面积且有规则锯齿形状的粗化效果。通过对衬底侧壁进行粗化，可使部分无法从正面出来的光子，从侧面发出，从而达到提高出光效率。
附图说明
图1为一种LED外延片剖面结构图；
图2为制备LED单元芯片剖面示意图；
图3为LED芯片剖面示意图，衬底减薄、抛光；
图4为LED芯片剖面示意图，隐形激光划片完成第一道改质层；
图5为LED芯片剖面示意图，隐形激光划片完成第二道改质层；
图6为LED芯片剖面示意图，隐形激光划片完成第三道改质层；
图7为LED芯片剖面示意图，隐形激光划片完成的多道改质层和最后一道改质层；
图8为根据本发明LED芯片的裂片示意图；
图9为本发明的单元LED芯片结构示意图。
具体实施方式
本专利所描述的技术方案包括各种具体的实施例，以及在各种具体实施例上所进行的修改。在本具体实施方式中，对这些技术方案通过结合附图的方式进行示例性的阐述，以使得本专利的发明构思、技术特征、技术特征的效果等，通过对这些具体实施方式的描述变得更加明显。但是需要指出的是，本专利的保护范围显然不应当仅限于这些实施例所描述的内容，而是可以通过在本专利发明构思下的多种方式来实施。
在本具体实施方式的描述中，需要注意以下一些阅读参考，以便于能够准确理解本具体实施方式中文字所表达的含义：
首先，对于本专利的附图中，相同或者相对应的元件\要素等，将以相同的附图标记来表示。因此对于此前已经出现过的附图标记或者是元件\要素等的名称，在之后可能不会再重复解释。并且，在本具体实施方式中，可如果使用了术语“第一”、“第二”等词汇来修饰各种元件或要素，那么在非特指的情况下“第一”、“第二”并不代表着顺序，而是仅仅区分这些元件或要素彼此不同而已。此外，除非上下文清楚地另有指示，否则单数形式“一个”、“一”和“该/所述”也不仅仅指代单数还指代复数形式。
更进一步地，包含或包括，应当理解为开放式的描述，其并不排斥在已经描述的组件的基础上还存在其它的组件；而且，当层、区域或组件被称为“形成在”、“设置在”另一层、区域或组件“上”时，该层、区域或组件可以直接地或间接地形成在所述另一层、区域或组件上，与之相似的，当使用相连、连接等类似术语来表述两个元件之间的关系时，在没有特别限定的情况下，既可以是直接相连也可以是间接相连。术语“和/或”连接的两个要素之间可以是和的关系，也可以是或的关系。
另外，为了说明本专利的技术方案，本专利的附图中所描述的要素的尺寸并不代表实际要素的尺寸比例关系，在本专利中出于便于表达的考虑会被放大或者缩小。
本具体实施方式提供了一种LED芯片的制造方法，以提高LED芯片的出光率。
实施例一
在本具体实施方式中，提供一种LED芯片的制造方法包括如下步骤：
步骤一、在衬底上生长外延层材料，形成包括多个LED芯片的晶圆模块
在本步骤中，在衬底材料上生长LED外延层材料所述衬底包括Si，SiC，蓝宝石等。衬底作为LED外延层的基础上用于在其上形成各种LED外延层。如图1所示，在本具体实施方式中所述衬底01上形成有外延层02。外延层是用于实现LED芯片发光的各个功能层。在本具体实施方式中，所述外延层可以是各种LED芯片的外延层，例如包括但不限于照明用LED芯片或者是紫外、深紫外等其他LED芯片。皆可以包括倒装芯片也可以包括正装、垂直结构的LED芯片。
通常，在衬底上形成有的外延层后可以将其划分为多个LED芯片03，因此在本实施例中将包括多个LED芯片的衬底及外延层称之为晶圆模块。由于为了提高生产效率，在模块上生长出多个LED芯片，然后通过切割等划分方式将上述晶圆模块中的多个芯片划分出来，就可以利用一个衬底制作多个LED芯片，以提高生产效率。虽然在本具体实施方式中描述的词汇采用“晶圆模块”但是实际上该模块不仅限于圆形的形状，而是任何包括多个LED芯片的模块形状均可。
步骤二、将所述衬底进行减薄、抛光
在LED晶圆的制造过程中，由于工艺的要求，需要衬底保持在一定的厚度以满足制造质量的需求。由此衬底通常具有多余厚度的部分04，因此通常需要设置步骤二来取出多余厚度的衬底，并且通过减薄和抛光操作，将镜片的尺寸、表面清洁度以及表面微晶结构加工到预定的要求。通常对于衬底进行减薄操作可以改善芯片散热效果并且有利于随后的封装操作，在本实施例中除了上述作用之外减薄和抛光后的衬底还能够有利于接下来步骤的激光改质操作。
通常减薄和抛光操作采用晶片减薄机来实现，常见的工艺要求包括:衬底厚度为80-100um，衬底的粗糙度为5-20nm，衬底的平整度为±3um。
但是，上述操作虽然于本专利是更为有利的，但是也可以不设置步骤二，而直接进行步骤三的操作。
步骤三、在所述衬底上形成多层改质层
在本步骤中，为提高LED芯片的发光效率以及为了便于加工多个LED芯片之目的，本专利采用如下具有突出的实质性特点和显著进步的子步骤，具体包括：
S301在衬底上形成端部改质层，所述端部改质层位于所述衬底内距离衬底厚度方向端部附近。
所述改质层是指通过激光隐形划片技术将半透明波长的激光束聚焦在工件材料内部，通过在设定位置激光打点，激光聚焦位置使材料内部结构变得松散形成改质层，改质层龟裂痕与相邻打点位置相连接，从而形成大面积贯穿、有方向性的延伸。如图4所示。
在本具体实施方式中，改质层具有一定的宽度和厚度，宽度和厚度通常与激光改质的特性有关，也就是说在如图4所述的圆点05所示的范围区域中，对于衬底进行改质，通常，在本实施例中，单个改质层是贯穿长度方向，也就是图4中垂直于纸面的方向。
在本步骤中，所述端部改质层位于所述衬底的厚度两端附近除了图4中所示的第一端部改质层05，还可以包括如图6所示的第二端部改质层09。所述第一端部改质层05位于所述衬底的下表面下方附近，所述第二端部改质层位于所述衬底的上表面下方附近。
进一步优选地，所述第一端部改质层05和第二端部改质层09沿着所述衬底厚度的方向对齐设置。更进一步地，所述第一端部改质层05和第二端部改质层09均与多个芯片之间的切割中线重叠。
这样，确保端部的改质层到表面的龟裂方向在中线，提高单元芯粒外观和电性的良率。
在本步骤中，既可以同时形成一个第一端部改质层也可以形成有多个第一端部改质层，同样也适用于第二端部改质层。此外虽然统一归纳到一个步骤，但是第一端部改质层和第二端部改质层也可以不是紧接着的先后顺序形成的，可以在其中穿插形成其它改质结构的步骤。更进一步地的，多个端部改质层形成的顺序也是可以调换的，并且也可以是非连续步骤操作的。
S302在衬底上形成多个中部改质层,所述中部改质层在所述衬底厚度的方向上比所述端部改质层更接近所述衬底厚度的中心。
所述中部改质层包括N个独立的改质层，其中N≥2,如图5、6、7所示，在本具体实施方式中，所述中部改质层包括第一组中部改质层和第二组中部改质层。在本具体实施方式中，所述第一组中部改质层内各层之间沿着所述衬底厚度的方向对齐；所述第二组中部改质层内各层之间沿着所述衬底厚度的方向对齐。所述第一组中部改质层位于所述切割中线宽度方向的第一侧，所述第二组中部改质层位于所述切割中线宽度方向的第二侧。
和步骤S301类似，多个中部改质层的形成方式也是可以灵活变化的，只要最后在切割中线的两侧分别形成两组改质层即可。这样在切割中线的两侧均形成有便于衬底分离的改质层同时，在切割中线两边的两个芯片的侧边同时形成有锯齿的侧边，从而在芯片侧边对芯片进行粗化。在便于分离的同时侧边的粗化能够减小光线在LED芯片侧边的反射等影响出光效率的光学效应从而显著提高LED芯片的出光率。基于同样的操作，在LED芯片的四个侧边均可以形成如此的改质层因此可以大大提高LED芯片的出高效率。
更进一步地所述第一组中部改质层为奇数层，如图5中附图标记06及图7中的08附图标记所示。第二组中部改质层为偶数层。也就是说，中部改质层中的各层在中线侧边交替设置，这样能够保持两侧在***时的均匀性，提高LED芯片的成品率。
再一步优选地，所述第一组中部改质层之间沿着所述衬底厚度方向等距设置和第二组中部改质层沿着所述衬底厚度方向等距设置。这样形成更加均匀的改质层结构。
再进一步地，中部改质层的各层之间均设置于所述衬底厚度方向的不同位置上，并且各层之间沿着所述衬底厚度方向等距设置。如此在不同厚度上均设置有改质层结构，更加有利于均匀而整齐地***各个LED芯片，并且维持芯片边缘的锯齿形状。
步骤四、将所述晶圆模块***成多个LED芯片
通过上述改质层的设置，***后的芯片侧边包括锯齿形的结构11，减小了光线的损耗，提高了光线的发光效率。并且由于改质层的设置，使得各个芯片之间能够十分容易和整齐的***，提高产品的成品率。
所述***可以将基片正面贴在白膜上，置于裂片机10上来实现。结构如附图9所示。
实施例二
本实施例同样提供了一种LED芯片的制造方法，所述方法包括
(1)提供一种衬底，在所述衬底正面生产外延层01。
(2)在外延层01采用光刻、刻蚀、金属蒸镀、钝化和清洗等芯片制备工艺，形成多个LED单元02；
(3)将衬底进行减薄、抛光04后，背面朝上粘附在白膜上，置于划片机上；衬底减薄后的厚度为100-420um。
(4)将隐形切割的激光焦点聚集在衬底内部，调节激光焦点位置，使激光焦点位置位于切割道中线靠近外延层面，记为初始第一次划片位置，沿跑道切割形成第一道改质层05。采用隐形切割技术在衬底内部形成裂痕时，由于超短脉冲激光的快速加热和快速冷却，裂痕向两侧延伸形成破裂面。此过程中应注意调整脉冲激光的输出功率、切割速率和切割深度，避免造成芯片的热损伤。所使用隐形切割的激光波长为1064nm或532nm，所述初始位置与LED 单元的直线距离不少于10μm，隐形切割周期为LED单元的尺寸，下同。
(5)将激光焦点沿切割道中线向上水平移动一预定距离Y，再沿主轴方向向上移动一预定距离F，沿跑道划线，形成第二道改质层06；所述向上移动距离Y设置在2-4um，向上移动距离F3-5um。
(6)将激光焦点沿T5位置向下水平移动一预定距离Y，再沿主轴方向向上移动一预定距离F，沿跑道划线，形成第三道改质层07；所述向左移动距离等于中线与步骤5水平位置的距离Y，向上移动距离通步骤5一致。
(7)重复步骤5、6，形成切割道中线上、下多道改质层08；
(8)最后一道改质层09，调节激光焦点位置使其位置切割道中线上，激光上下位置距离接近衬底背面。
(9)将基片正面贴在白膜上，置于裂片机上，劈刀10对准切割道中线，沿改质层方向裂开；形成侧壁具有一定粗化效果的单元芯片11。
通过隐形切割形成改质层，将激光焦点聚集在衬底内部，利用多光子吸收的光学损伤现象，使材料内部材质变质而产生裂痕，材料由结构紧凑，结合紧凑的不易分断的整体改成结构松散、易于分断的脆整体。内部破裂痕往两侧横断面龟裂延伸成破裂面，此破裂面产生我们称为预裂现象为内部变质层的体积膨胀应力及热应力释放，使得变质层到两侧表面间产生裂痕后，再于激光入射反方向进行劈裂分晶。龟裂延伸的距离由激光能量来控制，然而激光能量可通过出光频率、脉冲、功率、速度等来控制。第一道与最后一道划线位置为跑道中线位置，主要为确保改质层到表面的龟裂方向在跑道中线，提高单元芯粒外观和电性的良率。设置移动距离Y小于距离F，两者距离大小影响最终的粗化效果。以上步骤形成的多次激光打点，得到最近点与点之间的龟裂连接，形成多道改质层的衔接，从而形成锯齿形状龟裂方向，采用外力劈裂后，形成衬底侧壁具有锯齿状的粗化结构的单元芯粒，图9所示。
以上仅仅是本专利的具体实施方式而已，凡是在本专利发明构思下对本专利进行的修改替换均应当纳入到本专利的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
在衬底上生长外延层材料，形成包括多个LED芯片的晶圆模块；
在所述衬底上形成多层改质层，包括：在衬底中形成端部改质层，所述端部改质层位于所述衬底内距离衬底厚度方向端部附近；在衬底中形成多个中部改质层,所述中部改质层在所述衬底厚度的方向上比所述端部改质层更接近所述衬底厚度的中心；
将所述晶圆模块***成多个LED芯片。
2.根据权利要求1所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述端部改质层位于所述衬底的厚度两端附近；包括第一端部改质层和第二端部改质层；所述第一端部改质层位于所述衬底的下表面附近，所述第二端部改质层位于所述衬底的上表面附近。
3.根据权利要求2所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述端部改质层与两芯片之间的切割中线对其。
4.根据权利要求1所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，
所述中部改质层包括N个独立的改质层，其中N≥2；所述中部改质层分为括第一组中部改质层和第二组中部改质层；所述第一组中部改质层内各层之间沿着所述衬底厚度的方向对齐；所述第二组中部改质层内各层之间沿着所述衬底厚度的方向对齐；所述第一组中部改质层位于所述切割中线宽度方向的第一侧，所述第二组中部改质层位于所述切割中线宽度方向的第二侧。
5.根据权利要求4所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述第一组中部改质层为奇数层，第二组中部改质层为偶数层。
6.根据权利要求5所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述第一组中部改质层之间沿着所述衬底厚度方向等距设置；第二组中部改质层沿着所述衬底厚度方向等距设置。
7.根据权利要求6所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，中部改质层的各层之间均设置于所述衬底厚度方向的不同位置上，并且各层之间沿着所述衬底厚度方向等距设置。
8.根据权利要求1所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述方法还包括：在衬底上生长外延层材料后将所述衬底进行减薄、抛光。
9.根据权利要求4所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，中部改质层的相邻层之间的宽度方向距离大于相邻层之间厚度的距离。
10.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片采用如权利要求1-9的方法制造。
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- 2019-12-18 CN CN201911308487.9A patent/CN111276577B/zh active Active
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