專利名稱：基于硬質襯底的led芯片的分離方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體芯片的制備方法，尤其涉及一種基于透明或不透明硬質襯 底的LED芯片的分離方法。
背景技術：
目前，具有超高亮度的GaN基LED芯片等在室內外的彩色顯示、交通信號指示、LED 背景光源以及白色照明光源等方面有著越來越為廣泛的應用。但是，由于此類芯片的襯底 大多屬于硬質材料(比如藍寶石、SiC等)，且厚度很大，故而在生產過程中，如何對外延芯 片進行快速、低成本的分離切割已經成為業界亟待解決的技術問題。傳統的芯片制造工藝一般是采用金剛石刀具對外延片進行切割形成芯片，其過程 為首先用金剛石刀具按照外延片上芯片圖形尺寸進行劃片，然后用可產生剪切應力的裝 置精確對準劃片刀痕，從而在刀痕處將芯片裂開，但這種方式所形成的劃痕光潔度差，且易 造成芯片結構的機械損傷和產生碎片。近年來則是采用激光按照芯片圖形尺寸進行劃片， 這種方式可以提高劃痕的質量、速度和成品率。但目前激光切割的深度一般僅為20μπι左 右，寬度則在5-10 μ m。這樣做不但效率低，還由于外延片中的應力在研磨過程會產生碎片， 以及激光產生的熱效應損傷芯片的光電性能，并且，所采用的激光設備十分昂貴(通常在 數十萬美元)，關鍵部件激光頭使用壽命短，從而增加了 LED芯片的制造成本。進一步而言，考慮到通用藍寶石、SiC等材質的襯底通常較厚，若直接以前述工藝 進行劃片，則因劃痕深度較之襯底整體厚度過小，會使裂片操作極難進行。故而，在前述 兩種工藝中，一般還需在劃片之前對襯底進行減薄和拋光，從而在激光劃片后可以通過裂 片的方法，正常將LED芯片分離。以2英寸用藍寶石為襯底的外延片為例，襯底通常要從 430 μ m左右通過研磨和拋光的方法減到8 100 μ m的最終厚度。但是，因為藍寶石晶體具 有高達9級的莫氏硬度，其減薄和拋光非常難以進行，即使按照已經成熟的工藝條件對一 片藍寶石襯底進行減薄和拋光，其過程所耗時間也需一個小時左右，效率低，且減薄和拋光 過程中易導致外延片無規則碎裂和損傷，并會產生大量粉塵污染環境。
發明內容
本發明的目的在于提出一種基于硬質襯底的LED芯片的分離方法，其通過在生長 有LED外延結構的襯底背面用干法刻蝕工藝快速形成溝槽替代傳統的劃痕，且形成的溝槽 與激光劃痕相比具有較大深度和光滑刻蝕面，并不會對芯片其余部分的結構造成損傷，還 無需減薄和拋光處理，從而克服了現有技術中的不足。為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案—種基于硬質襯底的LED芯片的分離方法，其特征在于，該方法為在預留生長或 已經生長有LED外延結構的襯底背面用干法刻蝕工藝形成溝槽，且所述溝槽與預定形成或 已經形成于襯底正面的芯片圖形之間的預定分割位置相應。進一步地講，該方法具體為首先在襯底背面上形成至少一屏蔽層，然后在所述屏蔽層上加工形成垂直穿過屏蔽層的通道，所述通道的位置與預設的溝槽位置相應，其后自 所述通道中對襯底背面以干法刻蝕工藝形成溝槽。所述屏蔽層可選自但不限于Si02、SiN和Si3N4屏蔽層中的任意一種或兩種以上的組合。所述LED芯片的徑向尺寸為其厚度的兩倍或兩倍以上。 所述LED芯片可為GaN基LED芯片、AlGaInP基LED芯片或其它類似LED芯片。所述襯底厚度在80 μ m 1mm。所述經干法刻蝕所形成溝槽的寬度與深度的比例為1 3 1 100。所述干法刻蝕工藝可選自但不限于ICP和RIE干法刻蝕工藝中的任意一種。所述襯底由常用硬質透明材料中的任意一種組成，所述常用透明材料包括藍寶 石、SiC、AlN、Zr^e 和 ZnO。所述襯底由常用硬質不透明材料中的任意一種組成，所述常用不透明材料包括Si 禾口 GaAs0與現有技術相比，本發明具有如下優點可一次性完成對以透明或不透明硬質材 料作為襯底的LED芯片的分離處理，定位精準，效率高，無激光燒灼痕跡，且形成的溝槽與 激光劃痕相比具有較大深度和光滑刻蝕面，并不會對芯片其它部分結構造成損傷，還無需 減薄和拋光處理，從而有效的提升了 LED芯片的產率和良品率，并降低生產成本；特別是對 基于透明襯底的LED芯片來說，其具有較厚的透明襯底作為出光窗口，發光效率高，適于倒 裝LED芯片應用。
圖1是本發明實施例1中以藍寶石基片為襯底的GaN基LED外延和芯片的俯視 圖；圖2是本發明實施例1中以藍寶石基片為襯底的GaN基LED外延和芯片的剖面結 構示意圖。
具體實施例方式本發明是針對以藍寶石、SiC、Si、GaAs、GaN、A1N、AlGaInP, ZnSe或ZnO等硬質透 明或不透明材料作為襯底的LED外延片和芯片以現有激光或機械方法進行劃片時所存在 的諸多工藝問題而提出的。經長期研究和實踐，本案發明人發現，通過采用干法刻蝕工藝在已經長好LED外 延結構或者尚未生長LED外延結構的襯底背面(相對于預留生長或已經生長有芯片圖形的 襯底正面而言)進行刻蝕并形成具有一定深度的溝槽，進而實現LED芯片的分離，可達到比 現有工藝(即，采用機械劃刻或激光刻蝕形成劃痕)更優的效果。根據本案發明人的實踐發現，采用干法刻蝕對前述襯底進行處理時，所形成溝槽 的槽口寬度與深度比例一般可控制在1 3 1 100。亦即，舉例而言，對于厚度為430士20 μ m的通用2英寸藍寶石襯底來說，若控制 溝槽寬度在5μπι以上，則對于寬深比為1 60的干法刻蝕工藝，可在該襯底中產生深達 300 μ m以上的溝槽，這也就使得對基于該襯底的LED外延和芯片進行的后續裂片操作更為簡單可控。再者，因溝槽寬度可控制在較小的尺寸，也就使得芯片分離時對芯片的其余部位 造成較少的影響。尤為重要的是，采用干法刻蝕形成的溝槽具有光滑的刻蝕表面，較少導致芯片其 余部分的應力發生變化，也避免了激光光束對于藍寶石刻蝕時所造成的燒灼變色從而影響 LED出光效率等問題，這也進一步保障了芯片的品質。前述襯底厚度一般在80μπι 1mm，但并不局限于此數值范圍。前述干法刻蝕工藝可選自但不限于ICP、RIE等工藝，而干法刻蝕中所采用的反應 氣體可選自但不限于氯氣、CHC12、CHCl3及其他含氯等離子氣體等。優選的，在干法刻蝕工序進行之前，還可在襯底的背面生長至少一屏蔽層(亦可 認為是保護層)，然后在屏蔽層上經光刻和刻蝕等工藝形成垂直穿過屏蔽層的通道，所述通 道的位置與預設的溝槽位置相應，其后自通道中對襯底背面進行干法刻蝕。前述屏蔽層可 為Si02、SiN和Si3N4屏蔽層等。附及，根據裂片設備的工作原理，前述LED芯片的徑向尺寸應為其厚度的兩倍或 兩倍以上，以便后續裂片操作。前述LED外延芯片可選用但不限于GaN基或AlfetInP基的，經MOCVD等工藝進行 外延生長后形成的外延和芯片等。以下結合附圖及若干較佳實施例對本發明的技術方案作進一步的說明。實施例1請參閱圖1 2，本實施例涉及對以藍寶石晶體作為襯底的GaN基LED外 延芯片進行分離處理，該外延芯片包括厚度約430 μ m的2英寸藍寶石襯底1，生長在該襯底 正面、厚度約7 μ m的GaN外延片層2，以及外延在該襯底背面的SiO2屏蔽層3。所述屏蔽 層上對應于外延芯片層上的圖形分隔位置經芯片刻蝕工藝形成若干豎直的刻蝕通道5。前 述SW2屏蔽層的生長及刻蝕的具體工藝可參考公開號CN101345274A的發明專利等。對該以藍寶石為襯底的GaN基LED外延芯片進行分離的操作是以ICP刻蝕工藝進 行，其包括如下步驟將該外延芯片置于等離子體刻蝕裝置的密閉反應室中，調節反應室至真空狀態， 然后向反應室內輸入Cl2等氣體至反應室氣壓大于0，但小于lPa，激發反應氣體至等離子 狀態，對藍寶石襯底進行刻蝕，直至藍寶石襯底背面一次性形成多條寬5 μ m左右，深度在 300 μ m左右的溝槽4，且溝槽橫貫襯底背面(干法刻蝕的具體工藝操作過程可參考授權公 告號CN1300830C的發明專利等)；而后以機械磨削或化學腐蝕等方法出去屏蔽層，再對該 芯片進行后續的裂片操作，從而形成厚度在430 μ m左右，圖形徑向尺寸在860 μ m以上的 LED芯片成品。前述裂片操作除采用傳統方式外，還可采用下述方法進行，即將經干法刻蝕處理 后的外延芯片至于一具有一定彈性的墊體上，并以壓輥以一定的壓力依次沿縱向和橫向從 外延芯片上碾過，即可快速的實現LED芯片的批量分離，其效率遠遠高于現有的逐行或逐 列裂片方式。本實施例中分離LED芯片的操作耗時僅數十分鐘，且可大規模進行，效率高，成本 低，無污染，并可大幅提高LED芯片的成品率。而且，形成LED芯片成品具有很高發光效率。實施例2本實施例涉及對以藍寶石晶體作為襯底的AlfeInP基LED外延芯片進行分離處理，其過程與實施例1相近，但系采用RIE工藝進行干法刻蝕。
上述實施例僅為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人 士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明 精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種基于硬質襯底的LED芯片的分離方法，其特征在于，該方法為在預留生長或已 經生長有LED外延結構的襯底背面用干法刻蝕工藝形成溝槽，且所述溝槽與預定形成或已 經形成于襯底正面的芯片圖形之間的預定分割位置相應。
2.根據權利要求1所述的基于硬質襯底的LED芯片的分離方法，其特征在于，該方法具 體為首先在襯底背面上形成至少一屏蔽層，然后在所述屏蔽層上加工形成垂直穿過屏蔽 層的通道，所述通道的位置與預設的溝槽位置相應，其后自所述通道中對襯底背面干法刻 蝕形成溝槽。
3.根據權利要求2所述的基于硬質襯底的LED芯片的分離方法，其特征在于，所述屏蔽 層為Si02、SiN和Si3N4屏蔽層中的任意一種或兩種以上的組合。
4.根據權利要求1所述的基于硬質襯底的LED芯片的分離方法，其特征在于，所述LED 芯片的徑向尺寸為其厚度的兩倍或兩倍以上。
5.根據權利要求1或4所述的基于硬質襯底的LED芯片的分離方法，其特征在于，所述 LED芯片為GaN基或AlGaInP基LED芯片。
6.根據權利要求1或2所述的基于硬質襯底的LED芯片的分離方法，其特征在于，所述 襯底厚度在80 μ m 1mm。
7.根據權利要求1或2所述的基于硬質襯底的LED芯片的分離方法，其特征在于，所述 經干法刻蝕工藝所形成溝槽的寬度與深度的比例為1 3 1 100。
8.根據權利要求1或2所述的基于硬質襯底的LED芯片的分離方法，其特征在于，所述 干法刻蝕工藝采用ICP或RIE干法刻蝕工藝。
9.根據權利要求1或2所述的基于硬質襯底的LED芯片的分離方法，其特征在于，所 述襯底由常用硬質透明材料中的任意一種組成，所述常用透明材料包括藍寶石、SiC、A1N、 ZnSe和 ZnO0
10.根據權利要求1或2所述的基于硬質襯底的LED芯片的分離方法，其特征在于，所 述襯底由常用硬質不透明材料中的任意一種組成，所述常用不透明材料包括Si和GaAs。
全文摘要
本發明涉及一種基于硬質襯底的LED芯片的分離方法，該方法為在預留生長或已經長好LED外延結構的襯底背面用干法刻蝕形成溝槽替代傳統的機械或激光劃痕，且溝槽與預定或已經形成于襯底正面的芯片圖形之間的預定分割位置相應。本發明可一次完成對以透明或不透明硬質材料作為襯底的LED外延芯片的分離處理，定位精準，效率高，無激光燒灼痕跡，且形成的溝槽與激光劃痕相比具有較大深度和光滑刻蝕面，亦不會對芯片其它部分造成損傷，還無需對襯底減薄和拋光處理，從而有效地提升了LED芯片的產率和良品率，并降低生產成本；特別是對基于透明襯底的LED芯片來說，其具有較厚的透明襯底作為出光窗口，發光效率高，適于倒裝LED芯片應用。
文檔編號H01L33/00GK102104091SQ201010575848
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年12月3日
發明者梁秉文 申請人:中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所