[發明專利]一種加工藍寶石襯底LED芯片的方法及裝置

有效

• 申請號: 202111065762.6
• 申請日: 2021-09-13
• 公開（公告）號: CN113506845B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 陳炳寺;戴磊
• 申請（專利權）人: 江蘇佳晟精密設備科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L21/78;B23K26/38;B23K26/402;B28D5/00;B28D7/02;B28D7/04
• 代理公司: 江蘇長德知識產權代理有限公司 32478
• 代理人: 陳飛

本發明涉及芯片激光加工領域，具體公開了一種加工藍寶石襯底LED芯片的方法及裝置，本發明提出的加工方法，先在LED晶圓表面劃線產生較淺的初始裂紋，然后對初始裂紋處進行加熱和冷卻，使其產生應力，然后沿著垂直于LED晶圓鏡面的方向對初始裂紋施加沖擊壓力，將LED晶圓沿著初始裂紋壓裂，能夠實現壓裂之后的LED晶圓側面光滑呈鏡面狀，同時激光劃線深度淺，使得改制層深度淺，本發明提出的加工裝置，能夠實現對LED晶圓進行同步激光劃線處理、加熱處理和冷卻處理，加熱處理時，加熱產生的氣流能夠將激光劃線產生的熔融物從初始裂紋中排出，避免粘接在初始裂紋中，還能夠對LED晶圓沿著初始裂紋進行壓裂處理，壓裂間距和初始裂紋之間間距一致，精度高。

技術領域

本發明涉及芯片激光加工領域，具體涉及一種加工藍寶石襯底LED芯片的方法及裝置。

背景技術

近年來，藍寶石襯底LED芯片以其耗能低、發光效率高、壽命長、綠色環保、冷光源、響應時間快、可在各種惡劣條件下使用等優點，得到日新月異的發展，成為21世紀的新一代照明光源。隨著III-V族半導體工藝的日趨成熟，LED芯片研制不斷向更高效率、更高亮度方向發展。隨著其應用越來越廣泛，如何提高GaN基LED的發光效率越來越成為關注的焦點，影響LED發光效率的因素主要有內量子效率與外量子效率，而外量子效率的提高成為目前半導體照明LED關鍵技術之一。

由于藍寶石在透明性、導熱性、穩定性以及在GaN晶格匹配方面的優良表現，目前行業內普遍以藍寶石作為GaN基LED芯片襯底，GaN層一般只有3-5um，而藍寶石襯底基本在400-500um厚度，減薄后，厚度仍有100um左右，因此，對GaN基LED芯片的切割，其實就是對藍寶石進行切割，但藍寶石的莫氏硬度為9，僅次于金剛石，是一種相當難加工的材料。

藍寶石屬于脆性材料，擁有較好的熱膨脹系數，且對紅外激光9.6/10.6um波段吸收率較高，這為激光應力加工提供了可能。

傳統加工方式：傳統的晶圓劃片常用金剛石鋸劃片法，但其切口寬度受到切刃厚度和金剛石鋸片脆性的限制。另外，制造晶圓所用到的典型基體材料(如藍寶石、氮化鎵、碳化硅、硅等)的寬禁帶意味著這些材料很容易破裂而導致LED器件絕緣不良和嚴重漏電，從而嚴重影響了LED的良品率。隨著LED應用的快速發展，為了滿足成本要求及產能需要，芯片制作密度不斷增加，留給分割的劃切道已縮至10-20um，芯粒尺寸已小于0.2×0.2mm。這給傳統的金剛石鋸劃片帶來了嚴峻挑戰：一方面，由于藍寶石、碳化硅等硬脆材料的硬度已接近金剛石；另一方面，金剛石鋸的最小厚度也在20um左右，已超出劃切道的寬度，而且此厚度金剛石鋸的切削力嚴重不足，刃具磨損速度是產業化生產無法接受的。

目前主流加工方式：目前激光加工已經成為主流加工方式，常用的激光切割分為表層切割和內部切割(即隱形切割)，它采用一定波長的激光聚焦在晶片表面或內部，在極短時間內釋放大量的熱量，使材料融化甚至氣化，配合激光頭或物件的相對移動，形成切割痕跡，實現切割的目的。

表面切割：一般采用355nm或266nm劃線激光，切割深度一般在50um以內，若要加深切割深度，需要增加激光功率或增加劃線次數，從而增加制造成本和影響切割效率，另外表面切割加工時，往往伴隨著槽內濺射物飛濺，在溝槽表面兩側形成重鑄層，一般需要涂膠保護，流程為：貼片，保護液涂覆，激光開槽，清洗，裂片等工序，工序繁瑣，加工較厚的LED晶圓(厚度150um以上)時，效率會降低，更重要的是表面切割由于激光切割改質層寬度大，破壞藍寶石晶格結構的面積隨之增大，會大大降低LED發光效率，容易導致芯片漏電。

隱形切割：一般采用1064nm紅外光或532nm綠光形成單光點或多光點進行內部加工，激光作用于芯片內部某一深度，沿切割道形成激光劃痕，即一個個間斷的微小“爆炸點”。