刻劃半導體設備的晶片的制作方法

刻劃半導體設備的晶片的制作方法
【專利摘要】本發明的實施例含有一種用于分離含有生長襯底和多個設備的晶片的方法，該多個設備形成于該生長襯底上并且布置在由至少一個劃道分隔的多行中。該晶片含有該多個設備形成于其上的前側，以及是生長襯底的表面的背側。該方法含有在前側上刻劃與劃道對齊的第一刻劃線，在背側上刻劃與劃道對齊的第二刻劃線，以及在背側上刻劃與劃道對齊的第三刻劃線。
【專利說明】
刻劃半導體設備的晶片
技術領域
[0001]本發明涉及用于刻劃(scribe)形成于透明襯底上的半導體發光設備的晶片的技術。
【背景技術】
[0002]含有發光二極管(LED)、諧振腔發光二極管(RCLED)、垂直腔激光二極管(VCSEL)以及邊發射激光器的半導體發光設備屬于當前可用的最有效率光源。在能夠在可見光譜各處操作的高亮度發光設備的生產中，當前引起興趣的材料系統含有II1-V族半導體，特別是鎵、鋁、銦與氮的二元、三元和四元合金，也稱為III族氮化物材料。典型地，III族氮化物發光設備通過利用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技術，在藍寶石、碳化硅、III族氮化物或其它合適的襯底上外延生長不同組分和摻雜劑濃度的半導體層的疊層而制造。該疊層經常含有在襯底之上形成的用例如Si摻雜的一個或多個η型層、在該η型層或多個η型層之上形成的有源區中的一個或多個發光層，以及在該有源區之上形成的用例如Mg摻雜的一個或多個P型層。電氣接觸在η型和P型區上形成。
[0003]單獨的設備或設備的組經常通過沿著設備的行之間的劃道(street)刻劃和折斷(break)晶片而從晶片上分離。圖1圖示在US2011/0132885中更加詳細地描述的刻劃晶片的方法，其被認為是雙側刻劃。在圖1中，LED 406由劃道408分隔。攝像機430和434在晶片的前偵_背側使用以相對于劃道408對齊刻劃線。US2011/0132885的第45段教導:“根據此方法，第一淺背側刻劃423可以通過在晶片402的背側405上的消融而形成……然后第二前側刻劃427可以通過將激光束422內部地聚焦在晶片402的襯底404內并且造成內部的晶體損害，而從晶片402的前側403形成(例如隱形(stealth)或準隱形刻劃)。”。

【發明內容】

[0004]本發明的一目的是提供用于刻劃半導體發光設備的晶片的技術。
[0005]本發明的實施例含有一種用于分離含有生長襯底和多個設備的晶片的方法，該多個設備形成于該生長襯底上并且布置在由至少一個劃道分隔的多行中。該晶片含有該多個設備形成于其上的前側以及是該生長襯底的表面的背側。該方法含有在該前側上刻劃與劃道對齊的第一刻劃線，在該背側上刻劃與該劃道對齊的第二刻劃線，以及在該背側上刻劃與該劃道對齊的第三刻劃線。
[0006]本發明的實施例含有一種用于分離含有生長襯底和多個設備的晶片的方法，該多個設備形成于該生長襯底上并且布置在由至少一個劃道分隔的多行中。該晶片含有該多個設備形成于其上的前側以及是該生長襯底的表面的背側。該方法含有在該前側上刻劃與劃道對齊的第一刻劃線，并且在該背側上刻劃與該劃道對齊的第二刻劃線。該生長襯底具有大于100微米的厚度。該劃道具有小于50微米的寬度。
[0007]本發明的實施例含有一種用于分離含有生長襯底和多個設備的晶片的方法，該多個設備形成于該生長襯底上并且布置在由至少一個劃道分隔的多行中。該晶片具有該多個設備形成于其上的前側以及是該生長襯底的表面的背側。該方法含有刻劃與劃道對齊的第一刻劃線，并且刻劃與該劃道對齊的第二刻劃線。該第一和第二刻劃線兩者都在該晶片的相同側上形成。
【附圖說明】
[0008]圖1圖示用于半導體設備的晶片的現有技術的刻劃技術。
[0009 ]圖2圖示III族氮化物LED的一個例子。
[0010]圖3圖示刻劃設備的晶片。
【具體實施方式】
[0011]在圖示于圖1的技術中，在晶片的前側和背側形成淺的刻劃線。因為刻劃線是淺的，所以可以以可接受良率利用此技術被刻劃和折斷的襯底的厚度是受限的。例如藍寶石的典型襯底材料的硬度加劇了此問題。例如，在圖1中圖示的技術可以用于刻劃和折斷具有小于90μπι厚的生長襯底的設備。
[0012]在一些發光設備中，期望留下貼附于發光設備的厚生長襯底，例如以將在生長襯底上形成的波長轉換層或其它結構與設備的發光層間隔開。本發明的實施例指向用于刻劃和折斷具有厚生長襯底的發光設備的晶片的技術。
[0013]盡管在下面的例子中，半導體發光設備是發射藍色或UV光的III族氮化物LED，但是可以使用除LED之外的半導體發光設備例如激光二極管以及由比如其它II1-V族材料、III族磷化物、III族砷化物、I1-VI族材料、ZnO或基于Si的材料的其它材料系統制成的半導體發光設備。
[0014]圖2圖示可以用于本發明的實施例的III族氮化物LED。可以使用任何合適的半導體發光設備并且本發明的實施例不限制于在圖2中圖示的設備。如在本領域中已知的，圖2的設備通過在生長襯底10上生長III族氮化物半導體結構12而形成。生長襯底經常是藍寶石，但是其可以是任何合適的襯底，比如，舉例而言，SiC、S1、GaN或復合襯底。III族氮化物半導體結構在其上生長的生長襯底的表面可以在生長之前圖案化、粗糙化或紋理化，這可以提尚從設備的光提取。
[0015]半導體結構12含有夾于η型區和P型區之間的發光區或有源區。η型區16可以首先生長并且可以含有不同組分和摻雜劑濃度的多個層，該多個層含有例如準備層和設備層，準備層比如是緩沖層或成核層，其可以是η型或不故意摻雜的，并且設備層是不故意摻雜的、η型或甚至P型的，設備層是針對使發光區有效率地發射光而期望的特別光學、材料或電學性質而設計的。發光區或有源區18在η型區之上生長。合適的發光區的例子含有單一的厚或薄的發光層，或含有由勢皇層分隔的多個薄或厚的發光層的多個量子阱發光區。然后P型區20可以在發光區之上生長。類似η型區，P型區可以含有不同組分、厚度和摻雜劑濃度的多個層，其含有不故意摻雜的層或η型層。
[0016]在生長之后，P接觸在P型區的表面上形成。P接觸21經常含有例如反射金屬和保護金屬的多個傳導層，該保護金屬可以阻止或減少反射金屬的電迀移。反射金屬經常是銀，但是任何合適的一種或多種材料可被使用。在形成P接觸21之后，P接觸21、ρ型區20和有源區18的一部分被移除以暴露η型區16的一部分，在其上形成η接觸22。11接觸22和P接觸21通過間隙25而彼此電氣地隔離，該間隙可以利用例如硅的氧化物的電介質或任何其它合適材料填充。可以形成多個η接觸過孔;η接觸22和P接觸21不限于在圖2中圖示的布置。如在本領域中已知的，η接觸和P接觸可以重新分布以形成具有電介質/金屬疊層的焊盤(bond pad)。
[0017]為了形成與LED的電氣連接，一個或多個互連26和28在η接觸22和P接觸21上形成或者電氣連接到η接觸22和P接觸21。在圖2中，互連26電氣連接到η接觸22。互連28電氣連接至IJp接觸21。互連26和28與η接觸22和P接觸21電氣隔離，并且通過介電層24和間隙27彼此電氣隔離。互連26和28可以是例如焊料、凸點、金層或任何其它合適的結構。
[0018]如在下面描述的，許多單獨的LED在單個晶片上形成，然后通過刻劃和折斷從晶片上切割。生長襯底在刻劃和折斷之前經常被減薄(thinned)。生長襯底可以通過任何合適的技術減薄，該技術含有蝕刻或者例如磨削、拋光或研磨的機械技術。在減薄之后，生長襯底10可以是在一些實施例中至少ΙΟΟμπι厚，在一些實施例中至少180μπι厚，在一些實施例中至少200μπι厚，在一些實施例中不超過360μπι厚，在一些實施例中至少220μπι厚，并且在一些實施例中不超過260μπι厚。在減薄之后，與生長表面相反的該生長襯底的表面(即在倒裝芯片配置中通過其提取大部分光的表面)可以圖案化、粗糙化或紋理化，這可以提高從設備的光提取。
[0019]如在下面描述的，在圖2中圖示的設備通過在晶片上的單獨設備之間的劃道32中進行刻劃和折斷而從晶片分離。如在圖2中圖示的，在一些實施例中，一些外延生長材料33留在相鄰的LED I之間的劃道32中(在圖2中只圖示了在LED I任一側的每個劃道32的一部分)。例如，η型區16的大部分可以被蝕刻掉以顯露不故意摻雜且基本絕緣的材料33。在一些實施例中，在劃道32中，在刻劃和折斷之前，整體地移除半導體結構以暴露生長襯底10的表面。在刻劃和折斷以形成單獨的設備或設備的組之后，例如波長轉換層、透鏡或其它光學結構的一個或多個結構可以在與LED I相反的該生長襯底的表面30上形成。
[0020]含有外延生長結構12、η接觸22和P接觸21以及互連26和28的單獨LED在下面的附圖中以塊I代表。
[0021]圖3圖示由依據本發明的實施例的方法形成的被刻劃的晶片的部分。圖3圖示由劃道32分隔的兩個LED I。在圖3中圖示的晶片具有LED I放置于其上的前側48以及是生長襯底10的表面的背側50。劃道32從前側48刻劃以形成至少一個刻劃線40。刻劃線40可以通過消融刻劃形成，消融刻劃是一種沿著刻劃線將材料移除以形成沿著該刻劃線的刻痕或開口的刻劃技術。消融刻劃可以通過例如干蝕刻、例如利用鋸或鉆石刀片的機械刻劃、或激光刻劃來執行。激光刻劃可以例如利用266nm或355nm 二極管栗浦固態激光器來執行。激光束可以是脈沖的或連續的束。激光刻劃工具在本領域中已知并且商業可得。
[0022]在晶片的前側48上形成的刻劃線40延伸穿過留在劃道32中的半導體材料33的整個厚度34，并且進入生長襯底10，該半導體材料在生長襯底上外延生長，成為形成LED I的半導體結構的部分。在生長襯底10中的刻劃線40的深度在一些實施例中至少是材料33的厚度，并且在一些實施例中不超過材料33的厚度的三倍。該外延生長材料33在一些實施例中不超過16μηι厚并且在一些實施例中不超過8μηι厚。
[0023]劃道32也從背側50刻劃以形成至少一個刻劃線。圖3中圖示兩個刻劃線42和44。在一些實施例中，刻劃線42和44可以通過隱形刻劃形成。隱形刻劃使用例如納秒紅外釔鋁石榴石激光器執行。一個或多個透鏡用于將激光束聚焦于透明藍寶石襯底10內。激光束改性藍寶石襯底以形成缺損區，在機械負載下缺損區比周圍無缺損的藍寶石更容易折斷。隱形刻劃工具在本領域中已知并且商業可得。在一些實施例中，例如刻劃線42和44的多個隱形刻劃線利用隱形刻劃工具在多“趟(pass)”期間形成，這意味著該工具在該晶片之上掃描多次。在一些實施例中，通過將激光能量分開為空間分離的兩個或更多個束以產生不同深度處的兩個或更多個缺損區，在單趟期間形成多個隱形刻劃線，其中該工具在晶片上只掃描一次。
[0024]第一背側刻劃線42與第二背側刻劃線44位于生長襯底10內的不同深度。缺損區42和44可以在一些實施例中為至少ΙΟμπι寬，并且在一些實施例中不超過50μπι寬。在一些實施例中，缺損區42和44可以是至少20μπι并且不超過120μπι長。在一些實施例中，淺缺損區44可以距離生長襯底10的表面30至少ΙΟμπι并且不超過50μηι。在一些實施例中，深缺損區42可以距離生長襯底10的表面30至少40μπι并且不超過120μπι。刻劃線42和44相對于生長襯底10的表面30的深度可以通過調整商業可得的隱形刻劃工具上的光學器件而選擇。
[0025]在一些實施例中，淺背側刻劃線44可以通過準隱形刻劃形成，其中在襯底10的表面30處的刻劃線的部分由激光消融刻劃形成，并且在襯底10內的刻劃線的部分通過聚焦激光束以形成缺損區而形成。在一些實施例中，淺背側刻劃線44可以通過消融刻劃形成。消融刻劃在上面參考前側刻劃線40描述。
[0026]刻劃線40、42和44可以按任何順序形成。在一些實施例中，首先形成前側刻劃線40，之后翻轉晶片并且形成背側刻劃線42和44。在一些實施例中，首先形成背側刻劃線42和44，然后翻轉晶片并且形成前側刻劃線40 ο更深的背側刻劃線42可以在更淺的刻劃線44之前形成，或者更淺的背側刻劃線44可以在更深的刻劃線42之前形成。
[0027]在一些實施例中，在折斷之前可以形成超過三個刻劃線。在更厚的襯底上可以根據需要形成附加刻劃線以方便折斷。在一些實施例中，可以添加通過隱形刻劃在不同深度形成的一個或多個附加背側刻劃線。特別地，第四和第五刻劃線可以從背側通過隱形刻劃形成。
[0028]與在圖1中描述的淺刻劃線相比，刻劃線42中至少一個相當深地形成在生長襯底內。因此，在圖3中圖示的結構中，劃道32可以相當準確地折斷，因為斷裂沿著多個刻劃線
40、42和44可靠地傳播。由于在折斷期間的斷裂的傳播可以被相當好地控制，圖3的設備中的劃道32可以窄于為了折斷圖1的布置中的厚襯底而要求的劃道，其中圖1的布置中只形成了兩個淺刻劃線。在一些實施例中，劃道32不大于50μπι寬。另外，因為襯底被折斷地帶中的多個刻劃線削弱，所以相比于只具有一個或兩個刻劃線的同樣厚度的襯底，可以要求更少的力來折斷襯底。
[0029]例如使用如在本領域中已知的視覺對齊，在基本相同的平面中全部對齊前側和背側刻劃線。
[0030]在一些實施例中，前側刻劃線40被省略，并且在距離晶片背側50的不同深度處形成至少兩個刻劃線之后，晶片被折斷。在一些實施例中，第一、第二和第三刻劃線例如使用隱形刻劃從晶片的背側50形成。第一、第二和第三刻劃線之一在靠近襯底10的前側48表面的區域形成，使得此刻劃線有效地取代前側刻劃線40。在一些實施例中，最靠近襯底10的前側表面形成的刻劃線可以在襯底10的前側表面的20μπι內形成。
[0031]在一些實施例中，在距離晶片的前側48的不同深度處形成至少兩個刻劃線之后晶片被折斷，并且背側刻劃線被省略。例如，晶片可以在形成前側消融刻劃線和前側隱形刻劃線之后被折斷。
[0032]在第一例子中，如在圖3中圖示的，襯底被刻劃形成有一個前側刻劃線和兩個背側刻劃線。襯底10是240微米厚，前側刻劃40延伸入襯底6微米，背側刻劃42在襯底中位于深度15微米和35微米之間，并且背側刻劃44在襯底中位于深度45微米和75微米之間。
[0033]在第二例子中，襯底刻劃形成有一個前側刻劃線和四個背側刻劃線刻劃。襯底是350微米厚，前側刻劃延伸入襯底6微米，第一背側刻劃(最靠近晶片的前側48的背側刻劃線)在襯底中位于深度15微米和35微米之間，第二背側刻劃在襯底中位于深度45微米和75微米之間，第三背側刻劃在襯底中位于深度80和110微米之間，并且第四背側刻劃(最靠近晶片的背側50的背側刻劃線)在襯底上位于深度115和150微米之間。
[0034]在晶片如上面描述地刻劃之后，可以通過本領域已知和商業可得的鍘刀(Guillotine)狀管芯折斷器，沿著刻劃線折斷晶片。晶片被放置在支撐上。支撐中的間隙與待折斷的刻劃線對齊。晶片可以由放置于晶片和支撐之間的覆蓋物保護。折斷器刀片與待折斷的刻劃線對齊，并且力施加到刀片。刀片上的力引起刻劃線之間的斷裂傳播，這導致分離。
[0035]在已經詳細地描述本發明之后，本領域技術人員將理解，給出當前的公開內容，可以對本發明做出改動而不偏離此處描述的創造性概念的精神。因此，不意圖把本發明的范圍限制于圖示的和描述的具體實施例。
【主權項】
1.一種用于分離包含生長襯底和多個設備的晶片的方法，所述多個設備形成于所述生長襯底上并且布置在由至少一個劃道分隔的至少兩行中，所述晶片包含所述多個設備形成于其上的前側和包含所述生長襯底的表面的背側，所述方法包含: 在所述前側上，刻劃與來自所述至少一個劃道的第一劃道對齊的第一刻劃線； 在所述背側上，刻劃與所述第一劃道對齊的第二刻劃線；以及 在所述背側上，刻劃與所述第一劃道對齊的第三刻劃線。2.根據權利要求1所述的方法，其中刻劃第一刻劃線包含消融刻劃所述第一刻劃線。3.根據權利要求1所述的方法，其中: 所述第一劃道包含在所述生長襯底上外延生長的材料； 所述第一刻劃線具有延伸入所述生長襯底中的深度；以及 延伸入所述生長襯底中的所述深度至少是所述在所述生長襯底上外延生長的材料的厚度。4.根據權利要求1所述的方法，其中: 所述第一劃道包含在所述生長襯底上外延生長的材料； 所述第一刻劃線具有延伸入所述生長襯底中的深度；以及 延伸入所述生長襯底的所述深度不超過所述在所述生長襯底上外延生長的材料的厚度的三倍。5.根據權利要求1所述的方法，其中所述生長襯底具有大于200微米的厚度。6.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一劃道具有小于50微米的寬度。7.根據權利要求1所述的方法，其中: 刻劃第二刻劃線包含在所述生長襯底內形成第一改性區； 刻劃第三刻劃線包含在所述生長襯底內形成第二改性區；以及 所述第一改性區與所述第二改性區位于所述生長襯底中的不同深度處。8.根據權利要求7所述的方法，另外包含在所述背側上刻劃與所述第一劃道對齊的第四刻劃線，其中刻劃第四刻劃線包含在所述生長襯底內形成第三改性區，其中所述第三改性區與所述第一改性區和第二改性區位于所述生長襯底中的不同深度處。9.一種用于分離包含生長襯底和多個設備的晶片的方法，所述多個設備形成于所述生長襯底上并且布置在由至少一個劃道分隔的多行中，所述晶片包含所述多個設備形成于其上的前側和包含所述生長襯底的表面的背側，所述方法包含: 在所述前側上，刻劃與來自所述至少一個劃道的第一劃道對齊的第一刻劃線；以及 在所述背側上，刻劃與所述第一劃道對齊的第二刻劃線;其中: 所述生長襯底具有大于100微米的厚度；以及 所述第一劃道具有小于50微米的寬度。10.根據權利要求9所述的方法，其中刻劃第一刻劃線包含消融刻劃所述第一刻劃線，并且刻劃所述第二刻劃線包含隱形刻劃所述第二刻劃線。11.根據權利要求9所述的方法，另外包含在所述前側和后側之一上，刻劃與所述第一劃道對齊的第三刻劃線。12.一種用于分離包含生長襯底和多個設備的晶片的方法，所述多個設備形成于所述生長襯底上并且布置在由至少一個劃道分隔的多行中，所述晶片包含所述多個設備形成于其上的前側和包含所述生長襯底的表面的背側，所述方法包含: 刻劃與來自所述至少一個劃道的第一劃道對齊的第一刻劃線；以及刻劃與所述第一劃道對齊的第二刻劃線，其中所述第一刻劃線和第二刻劃線兩者都在所述晶片的相同側上形成。13.根據權利要求12所述的方法，其中所述第一刻劃線和第二刻劃線兩者都在所述晶片的背側上形成。14.根據權利要求12所述的方法，其中: 刻劃第一刻劃線包含在所述生長襯底內形成第一改性區； 刻劃第二刻劃線包含在所述生長襯底內形成第二改性區；以及 所述第一改性區與所述第二改性區位于所述生長襯底中的不同深度處。15.根據權利要求12所述的方法，其中所述第一刻劃線放置于所述第二刻劃線之上。16.根據權利要求12所述的方法，另外包含刻劃與所述第一劃道對齊的第三刻劃線，其中所述第三刻劃線在與所述第一和第二刻劃線相同的、所述晶片的側上形成。
【文檔編號】H01L21/78GK105917460SQ201480071654
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年10月13日
【發明人】S.R.佩達達, F.L.魏, E.卡薩耶, R.夏馬
【申請人】皇家飛利浦有限公司