[发明专利]一种加工蓝宝石衬底LED芯片的方法及装置

说明书

本发明涉及芯片激光加工领域，具体公开了一种加工蓝宝石衬底LED芯片的方法及装置，本发明提出的加工方法，先在LED晶圆表面划线产生较浅的初始裂纹，然后对初始裂纹处进行加热和冷却，使其产生应力，然后沿着垂直于LED晶圆镜面的方向对初始裂纹施加冲击压力，将LED晶圆沿着初始裂纹压裂，能够实现压裂之后的LED晶圆侧面光滑呈镜面状，同时激光划线深度浅，使得改制层深度浅，本发明提出的加工装置，能够实现对LED晶圆进行同步激光划线处理、加热处理和冷却处理，加热处理时，加热产生的气流能够将激光划线产生的熔融物从初始裂纹中排出，避免粘接在初始裂纹中，还能够对LED晶圆沿着初始裂纹进行压裂处理，压裂间距和初始裂纹之间间距一致，精度高。

技术领域

本发明涉及芯片激光加工领域，具体涉及一种加工蓝宝石衬底LED芯片的方法及装置。

背景技术

近年来，蓝宝石衬底LED芯片以其耗能低、发光效率高、寿命长、绿色环保、冷光源、响应时间快、可在各种恶劣条件下使用等优点，得到日新月异的发展，成为21世纪的新一代照明光源。随着III-V族半导体工艺的日趋成熟，LED芯片研制不断向更高效率、更高亮度方向发展。随着其应用越来越广泛，如何提高GaN基LED的发光效率越来越成为关注的焦点，影响LED发光效率的因素主要有内量子效率与外量子效率，而外量子效率的提高成为目前半导体照明LED关键技术之一。

由于蓝宝石在透明性、导热性、稳定性以及在GaN晶格匹配方面的优良表现，目前行业内普遍以蓝宝石作为GaN基LED芯片衬底，GaN层一般只有3-5um，而蓝宝石衬底基本在400-500um厚度，减薄后，厚度仍有100um左右，因此，对GaN基LED芯片的切割，其实就是对蓝宝石进行切割，但蓝宝石的莫氏硬度为9，仅次于金刚石，是一种相当难加工的材料。

蓝宝石属于脆性材料，拥有较好的热膨胀系数，且对红外激光9.6/10.6um波段吸收率较高，这为激光应力加工提供了可能。

传统加工方式：传统的晶圆划片常用金刚石锯划片法，但其切口宽度受到切刃厚度和金刚石锯片脆性的限制。另外，制造晶圆所用到的典型基体材料(如蓝宝石、氮化镓、碳化硅、硅等)的宽禁带意味着这些材料很容易破裂而导致LED器件绝缘不良和严重漏电，从而严重影响了LED的良品率。随着LED应用的快速发展，为了满足成本要求及产能需要，芯片制作密度不断增加，留给分割的划切道已缩至10-20um，芯粒尺寸已小于0.2×0.2mm。这给传统的金刚石锯划片带来了严峻挑战：一方面，由于蓝宝石、碳化硅等硬脆材料的硬度已接近金刚石；另一方面，金刚石锯的最小厚度也在20um左右，已超出划切道的宽度，而且此厚度金刚石锯的切削力严重不足，刃具磨损速度是产业化生产无法接受的。

目前主流加工方式：目前激光加工已经成为主流加工方式，常用的激光切割分为表层切割和内部切割(即隐形切割)，它采用一定波长的激光聚焦在晶片表面或内部，在极短时间内释放大量的热量，使材料融化甚至气化，配合激光头或物件的相对移动，形成切割痕迹，实现切割的目的。

表面切割：一般采用355nm或266nm划线激光，切割深度一般在50um以内，若要加深切割深度，需要增加激光功率或增加划线次数，从而增加制造成本和影响切割效率，另外表面切割加工时，往往伴随着槽内溅射物飞溅，在沟槽表面两侧形成重铸层，一般需要涂胶保护，流程为：贴片，保护液涂覆，激光开槽，清洗，裂片等工序，工序繁琐，加工较厚的LED晶圆(厚度150um以上)时，效率会降低，更重要的是表面切割由于激光切割改质层宽度大，破坏蓝宝石晶格结构的面积随之增大，会大大降低LED发光效率，容易导致芯片漏电。

隐形切割：一般采用1064nm红外光或532nm绿光形成单光点或多光点进行内部加工，激光作用于芯片内部某一深度，沿切割道形成激光划痕，即一个个间断的微小“爆炸点”。