專利名稱：一種提高led芯片出光的芯片切割方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)芯片切割工藝，特別涉及一種提高LED芯片出光的切割方法，屬于半導體芯片技術領域。
背景技術：
在LED芯片制備工藝中的劃片、裂片就是將做好的整個芯片分割成所要求尺寸的單一晶粒，這是半導體發(fā)光二極管芯片制造工藝中一道必不可少的工序。目前的LED芯片多采用鋸片或背面劃片后裂片成一粒粒晶粒，這種常規(guī)劃裂芯片工藝，只是單純晶粒物理分裂過程，對提高亮度沒有太多的幫助，實際執(zhí)行過程中也容易出現平行四邊形、崩邊等外觀問題。為克服該問題，實際生產中有對GaN基藍綠光芯片采用正劃背裂方式，以減少芯片切割不良品的產生，但劃出的黑色燒蝕留在劃槽里很難清理，還會吸收大量的光，使芯片發(fā)光亮度降低20%左右。為了去除激光劃片造成的燒蝕，目前多采用濕法腐蝕法去除劃片 燒蝕、提高出光效率，但該方法很容易導致芯片的全檢、封裝電參數異常(電壓升高等)，且操作復雜，需要及時配制、更換腐蝕用酸(堿)溶液、加熱等，同時存在很大的安全隱患。也有報道采用干法刻蝕，其不足之處在于刻蝕過程中激光燒蝕的粉末容易濺出，留在芯片表面形成保護層，嚴重影響刻蝕速率，且濺出的粉末散布具有隨機性，使刻蝕深度很難完全統(tǒng)
o中國專利CN101345281A公開了一種濕法腐蝕去除正劃燒蝕提高出光的方法，激光正劃后，采用溫度為100-220°C的磷酸或用溫度為100-300°C的熔融的KOH或KOH溶液對芯片側壁進行濕法腐蝕，去除激光燒蝕的同時劃槽側壁形成一定傾斜角度，從而提高了出光。中國專利CN101552321A公開了一種用干法刻蝕去除燒蝕的方法，在芯片表面涂保護液后激光正劃，利用制作P、N電極時的刻蝕工藝，將激光劃槽中的燒蝕去除，優(yōu)化芯片光電參數。激光燒蝕痕跡之所以會對芯片發(fā)光有那么大的影響，主要是因為燒蝕恰好處于芯片外延層發(fā)光區(qū)域附近，并且芯片有源層發(fā)出的光很大一部分發(fā)射到劃槽燒蝕處，使得光被吸收損失掉。如何盡可能的減少發(fā)光區(qū)激光劃片燒蝕，避免有源層處光直接出射到劃槽燒蝕處，是提高芯片發(fā)光效率的一種有效途徑。CN101221998A提供一種半導體光電組件的切割方法，包括以下的步驟半導體光電組件芯片是包含有一襯底并于襯底表面形成有一外延硅層；以激光于半導體光電組件芯片表面劃設導引溝槽；以鉆石刀于溝槽中進行切割，將半導體光電組件芯片沿已劃設的溝槽裂片，形成晶粒。該專利文件有不足之處在于在劃片之前需要先去除半導體光電組件芯片正面預劃設溝槽區(qū)域的外延硅層，再以激光于襯底已去除外延硅層的表面劃設導引溝槽；鉆石刀切割前芯片還未分割成晶粒，無法對激光劃深有精確地掌握，為了符合把激光劃出的黑色燒蝕全部去掉的要求，就必須盡可能多的切掉激光劃痕附近的物質，容易造成鉆石刀磨損和在溝槽兩側形成側向和徑向的裂紋。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有技術中激光劃片、裂片存在的問題，提供一種能提高LED芯片出光的芯片切割方法。發(fā)明概述激光劃片后用傳統(tǒng)鋸片刀鋸除燒蝕，得到發(fā)光區(qū)鋸痕有一定發(fā)光傾角的形貌，能夠提高芯片發(fā)光亮度，同時又能改善芯片外觀的切割方式。發(fā)明詳述本發(fā)明的技術方案如下一種提高LED芯片出光的芯片切割方法，包括如下步驟 (I)準備芯片所述芯片為在襯底上生長有外延層的外延片，外延層上表面為芯片正面。(2)激光劃片在所述芯片正面用激光劃出深30±5iim、寬6±2iim的劃痕。(3)鋸片用金剛石鋸片刀沿劃痕鋸片，所述鋸片刀是左右對稱的等腰倒三角形，刀側面與水平線的夾角為30° 60°，使得劃痕上端自然形成傾斜角30° 60°的錐形開口 ；調節(jié)鋸片刀刀高使得外延層剛好被鋸透；鋸片刀寬20±4i!m。(4)裂片將鋸片完畢的芯片翻轉倒膜，用裂片刀在芯片背面沿上述激光劃痕裂片，形成晶粒。步驟(I)中所述的外延層材料為III-V族化合物的半導體材料；進一步優(yōu)選的是GaN, InGaN, GaS, GaP, InP, InGaAlN, AlGaInP, InGaAlAs、GaAlPAs 之一。步驟(I)中所述襯底為藍寶石襯底或SiC襯底。相對于一股芯片，本發(fā)明芯片的晶粒外延層邊緣被鋸成30° 60°的斜臺，大大提高了出光效率。通過控制鋸片刀的刀高使得外延層剛好被鋸透。本發(fā)明切割方法特別適用于四元AlGaInP紅黃光LED芯片、三元InGaN藍綠光LED芯片、二元GaS紅黃光LED芯片
坐寸o優(yōu)選的，步驟(3)所述鋸片刀，調節(jié)鋸片刀刀高150 200 iim。優(yōu)選的，步驟(3)鋸片時，控制鋸片刀刀速為l-5mm/s。優(yōu)選的，步驟(3)所述鋸片刀，刀側面與水平線的夾角為45°。步驟⑵激光劃片的方法采用本領域的現有技術即可。與CN101221998A專利文件相比本發(fā)明無需去除半導體光電組件芯片正面預劃設溝槽區(qū)域的外延硅層，可在外延層上直接激光劃片，大大降低了工藝復雜度。CN101221998A用鉆石刀對基板進行切割，切割出的傾斜角位于正面或背面的基板上；本發(fā)明對外延層進行切割，僅切透外延層，切割出的傾斜角位于外延層上，基板完好無損；由于外延層材質較為脆弱，會大大降低鉆石刀的磨損。根據本發(fā)明，進一步優(yōu)選的上述步驟(2)激光劃片的方法如下將LED芯片外延層朝上、襯底朝下貼到白膜上，要求芯片和白膜之間不得有氣泡。將貼好膜的芯片放入劃片機載盤上，芯片在上，膜在下。調節(jié)芯片水平并確定切割范圍及激光路線；將激光器發(fā)出的355nm紫外激光經過一個修正光路聚焦到LED芯片上表面解離槽位置處劃片，調節(jié)激光頻率50-120kHz，輸出能量0. 5-1. 5w,芯片載盤移動速率50-80mm/s，控制激光劃片深度為30±5 ii m，激光劃痕寬度6±2 ii m。所述修正光路包括五個全反鏡和四個透視鏡，五個全反鏡依次設置在激光劃片機的激光器和激光頭之間，其中三個透視鏡并排排列于第二和第三全反鏡之間，另一個透視鏡位于最后一個全反鏡和激光頭之間；如圖5所示。與現有技術相比，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點I.本發(fā)明通過簡單的鋸片工藝，將芯 片外延層邊緣約IOym鋸成30° 60°斜臺，該斜臺可以極大地提高出光效率，可提高芯片出光率20%以上。2本發(fā)明在正面劃片后的鋸片步驟中，成功將劃片后殘留在劃槽中的黑色粉末鋸掉避免了黑色粉末降低出光的問題。3.本發(fā)明采用正面劃片、背面裂片，避免了背劃正裂過程中遇到的崩邊等外觀問題。4.本發(fā)明對鉆石刀的角度、切割角度、切割深度做出優(yōu)選；恰好使得裂片容易、所得晶粒外延層邊緣被鋸成30° -60°的斜臺，有利于提高出光效率。5.本發(fā)明操作簡單，無需保護膜，降低了成本。本發(fā)明易于實現，同時不會影響器件電學特性。


圖I是芯片經過激光劃片后的芯片俯視圖；圖中橫、豎直線為激光劃痕。圖2是芯片切割操作步驟，I為劃片前芯片側壁，圖中a為外延層，b為襯底；11為激光劃片后芯片側壁剖面圖，c為激光劃痕；111為鉆石刀鋸片后芯片側壁剖面圖，d為鋸片刀鋸片后留下的錐形開口；圖3是本發(fā)明實施例I的切割后的單個晶粒側面示意圖；1為外延層，2為藍寶石襯底，3、4為鋸出的兩個斜面(在外延層上)，斜面與水平方向的夾角為45°，5為激光劃痕。圖4是本發(fā)明所述的鋸片刀。圖中刀側面與水平線的夾角為45°。圖5是本發(fā)明實施例I激光器修正光路圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細地說明。但不限于此。實施例中所使用的激光劃片機、裂片機均未本領域常規(guī)設備，可市場購得，例如激光劃片機，型號AS2112，Newwave公司產；裂片機，型號DBM_402R，Daitron公司產。實施例I、如圖1-5所示。一種能夠提高LED芯片出光的芯片切割方法，步驟如下(I)準備芯片半導體芯片是于藍寶石襯底上生長外延層，外延層材料為GaNjF延層厚度8 ii m。(2)激光劃片將LED芯片外延I層朝上、襯底2朝下貼到白膜(型號是spv-224160mm*100m)上，要求芯片和白膜之間不得有氣泡。將貼好膜的芯片放入劃片機載盤上，要求芯片在上，膜在下。調節(jié)芯片水平并確定切割范圍及激光路線；將激光器發(fā)出的355nm紫外激光經過一個修正光路聚焦到LED芯片上表面解離槽位置處劃片，調節(jié)激光頻率50-120kHz，輸出能量0. 5-1. 5w,芯片載盤移動速率65mm/s，控制激光劃片深度為30± I ii m，激光劃痕寬度6± I ii m。所述修正光路包括五個全反鏡和四個透視鏡，五個全反鏡依次設置在激光劃片機的激光器和激光頭之間，其中三個透視鏡并排排列于第二和第三全反鏡之間，另一個透視鏡位于最后一個全反鏡和激光頭之間；激光器修正光路圖如圖5所示。(3)鋸片將芯片取出后放入鋸片機中，根據芯片上的激光劃痕調節(jié)芯片水平，使激光劃痕與鋸片刀平行，使用鋸片刀沿激光劃痕鋸片，鋸透外延層為止。其中鋸片刀是左右對稱的等腰倒三角形(如圖4所示)，刀側面與水平線的夾角為45°，刀寬20i!m。調節(jié)刀高175±2iim，刀速為3-4mm/s。鋸出的芯片外延層邊緣是45°的斜面3、4。(4)裂片

將經過上述步驟的芯片從白膜上取下，將芯片翻轉，襯底朝上，外延層朝膜貼到另一張白膜上，要求芯片和膜之間不得有氣泡，在芯片上方貼上一層離型紙，放入裂片機中，用裂片機沿解離槽劃痕裂成一顆顆晶粒，如圖3所示。由于裂片機CCD在下方，激光劃痕也朝下，可清晰的看到劃痕。本例切割的GaN藍綠光LED芯片與單純激光劃片方法切割的同樣的GaN藍綠光LED芯片相比，出光效率提高24%。實施例2、如實施例I所述，所不同的是步驟⑴的外延層材料選用AlGaInP ;步驟⑵同實施例I的步驟⑵。步驟(3)的鋸片刀刀側面與水平線的夾角為55°，刀寬22iim，調節(jié)刀高190±2iim，刀速為4-5mm/s。鋸出的芯片外延層邊緣是55°的斜面。步驟⑷同實施例I的步驟⑷。本例切割的AlGaInP紅黃光LED芯片與單純機械切割方法切割的同樣的AlGaInP紅黃光LED芯片相比，出光效率提高23%。實施例3、如實施例I所述，所不同的是步驟(I)的外延層材料選用GaS ；步驟(3)的鋸片刀刀側面與水平線的夾角為35°，刀寬21iim，調節(jié)刀高155iim，刀速為2-3mm/s。鋸出的芯片外延層邊緣是35°的斜面。本例切割的紅黃光LED芯片與機械切割方法切割的同樣的紅黃光LED芯片相比，出光效率提高20%。
權利要求
1.一種提高LED芯片出光的芯片切割方法，包括如下步驟 (1)準備芯片所述芯片為在襯底上生長有外延層的外延片，外延層上表面為芯片正面； (2)激光劃片在所述芯片正面用激光劃出深30±5iim、寬6±2iim的劃痕； (3)鋸片用金剛石鋸片刀沿劃痕鋸片，所述鋸片刀是左右對稱的等腰倒三角形，刀側面與水平線的夾角為30° 60°，使得劃痕上端自然形成傾斜角30° -60°的錐形開口；調節(jié)鋸片刀刀高使得外延層剛好被鋸透；鋸片刀寬20±4i!m ; (4)裂片將鋸片完畢的芯片翻轉倒膜，用裂片刀在芯片背面沿激光劃痕裂片，形成晶粒。
2.如權利要求I所述的芯片切割方法，其特征在于步驟(I)中所述的外延層材料為GaN, InGaN, GaS, GaP, InP, InGaAlN, AlGaInP, InGaAlAs 或 GaAlPAs。
3.如權利要求I所述的芯片切割方法，其特征在于步驟(3)所述鋸片刀，調節(jié)鋸片刀刀高 150 200 u m。
4.如權利要求I所述的芯片切割方法，其特征在于步驟(3)鋸片時，控制鋸片刀刀速為I_5mm/so
5.如權利要求I所述的芯片切割方法，其特征在于步驟(3)所述鋸片刀，刀側面與水平線的夾角為45°。
全文摘要
一種提高LED芯片出光的芯片切割方法。先在芯片正面用激光劃出劃痕，再用金剛石鋸片刀沿劃痕鋸片，所述鋸片刀是左右對稱的等腰倒三角形，刀側面與水平線的夾角為30°-60)°，調節(jié)鋸片刀刀高使得外延層剛好被鋸透，將鋸片完畢的芯片翻轉倒膜，用裂片刀在芯片背面沿上述激光劃痕裂片。本發(fā)明通過鋸片工藝，將芯片外延層邊緣約10μm鋸成斜臺，可提高芯片出光率20％以上。同時又能改善芯片外觀。該工藝操作簡單，易于實現。
文檔編號B23K26/00GK102738313SQ20111008243
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權日2011年4月1日
發(fā)明者劉青, 李樹強, 沈燕, 王成新, 黃少梅 申請人:山東華光光電子有限公司