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一种GaAs基LED芯片的切割方法与流程

来源：花匠小妙招时间：2025-01-18 09:47

本发明涉及一种gaas基led芯片的切割方法，属于半导体芯片切割技术领域。

背景技术：

随着社会经济的快速发展，能源问题逐渐成为一个全球性的问题；led芯片具有亮度高、颜色种类丰富、低功耗、寿命长的特点，led被广泛应用于照明、显示、背光等领域，伴随着技术的提升，光电转换效率提升明显，现有技术相比3年前，可以在50％的芯片面积上产生相同的亮度，因此芯片面积逐步减小，即更小的面积可以获得相同的亮度，芯片越做越小。

砷化镓基led芯片制备工艺中的切割工艺是将整片芯片分割成单一芯片，目前gaas基led芯片切割多使用金刚石刀具进行机械切割。机械切割生产效率低，刀片磨损快，在切割过程中要求对砂轮及芯片不间断喷洒去离子水，生产成本高；且机械切割时刀片直接与芯片接触，芯片侧边容易产生崩边、崩角和裂纹，产品合格率低，当芯片边长小于100μm时，崩角现象愈发严重，只能通过降低切割速率来改善此现象，使得单片切割耗时30min以上，也就造成了切割产能降低。

随激光技术的发展激光切割逐渐实用化，其工艺过程是先通过激光在芯片表面灼烧出划痕，然后再用裂片机将芯片沿划痕裂开。激光切割应用于gaas基led芯片使生产效率和产品合格率大幅提升，切割过程无需去离子水，降低了生产成本。但传统的激光切割gaas芯片方法也存在一些问题，例如，激光切割产生热效应区域，会破坏原材料甚至会破坏切割处邻近的芯片结构，激光照射区域还会产生难以清除的碎屑，这些都会对芯片品质造成影响。针对这些问题，人们设计划线槽，在划线槽内形成激光划痕，避免激光照射对芯片结构的破坏。

中国专利文献cn101165877b公开了一种砷化镓晶片的激光加工方法，沿着砷化镓晶片的间隔道照射激光光线进行烧蚀加工，覆盖碎屑屏蔽膜屏蔽照射激光光线产生的碎屑，最后沿着间隔道切断砷化镓晶片，用来解决产生的碎屑问题。

根据上面提及的无论机械切割还是传统的激光切割，都不是最佳方法。另外，在市场需求驱动下，保持亮度不变的同时，芯片价格不断降低，尺寸越来越小。而对于机械切割，芯片的每个边都要锯去20-40μm的原材料区域。采用传统激光切割工艺，划线槽宽度一般在15μm-30μm之间，但是切割碎屑的回融、污染问题难以解决，同时小尺寸切割也降低了这种步进划片的速度。

针对机械切割和激光切割过程中存在的问题，需要一种新的技术方案以解决上述问题。icp刻蚀技术在led制备过程中应用广泛，icp刻蚀的原理为：通入反应气体，使用电感耦合等离子体辉光放电将其分解，产生的具有强化学活性的等离子体在电场的加速作用下移动到样品表面，对样品表面既进行化学反应生成挥发性气体，又有一定的物理刻蚀作用。因为等离子体源与射频加速源分离，所以等离子体密度可以更高，加速能力也可以加强，以获得更高的刻蚀速率，以及更好的各向异性刻蚀。

icp刻蚀技术在led芯片切割领域仍然存在一些问题，目前icp刻蚀多采用从led芯片的正面开始刻蚀，icp刻蚀设备中发生混合化学反应刻蚀、离子束轰击，在真空环境下，通入cl2/bcl3,在此条件下长时间刻蚀，这需要制备较厚的掩膜以保护非刻蚀区域，这导致了切割效率相对低；长时间刻蚀会导致反应室内温度升高，导致掩膜形貌变形，特别是光刻胶掩膜的形状，最终形变转移至芯片，无法获得预期的芯片外观结构；芯片在icp设备中切割完成后，cow变成芯片独立存在，缺少了整体支撑，存在led芯片不方便转移的问题。

中国专利文献cn103474527a公开了一种用icp干法刻蚀代替传统镭射切割的led芯片无损切割方法；首先在cow的表面沉积4μm-5μm的高致密sio2作为掩膜，然后利用负胶根据cow上芯片之间的切割道位置，曝光显影出4μm-5μm的线宽，接着利用湿法刻蚀，将无胶体保护区域的sio2刻蚀干净，随后将去胶后的产品送至icp进行干法刻蚀，最后将sio2后的cow送至后段进行劈裂，从而将led芯片分离成每一颗独立的芯片。该方法从cow正面进行刻蚀，需要较厚的光刻胶或者其他介质作为掩膜，且刻蚀深度受到光刻胶或其他介质掩膜厚度的影响，不适合深刻蚀，长时间刻蚀后，反应室内温度会导致光刻胶变形，最终形变转移至芯片，无法实现预设的结构。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种gaas基led芯片的切割方法。

本发明通过采用icp刻蚀技术对gaas基led芯片的n面进行切割，采用欧姆接触金属作为掩膜，掩膜选择比高，适合深刻蚀；采用间断刻蚀的方法进行刻蚀，使用固化胶作为芯片的支撑，方便切割后芯片的转移；该方法简单易行，切割效率高，且对gaas基led芯片无损伤，可以实现对gaas基led芯片的无损切割。

术语解释

led：lightemittingdiode，发光二极管。

cow：chiponwafer，晶圆上未切割封装的芯片。

icp：inductivelycoupledplasma，电感耦合等离子体。

本发明的技术方案为：

一种gaas基led芯片的切割方法，具体步骤包括：

(1)对gaas基led芯片的前制程半成品cow进行研磨；研磨是为了减薄衬底，方便后续将cow分割成单一独立的芯片，减少衬底导入的热阻。

(2)在cow的n面蒸镀欧姆接触金属膜层；欧姆接触金属膜层作为掩膜，方便在icp设备中进行干法刻蚀，不必再提供掩膜。

(3)腐蚀cow的n面的欧姆接触金属膜层，形成切割道；在cow的n面制作芯片切割道，方便从cow的n面对芯片进行切割。

(4)在cow的p面涂覆固化胶；在icp干法刻蚀过程中，固化胶对cow的p面起到保护作用，防止p面被刻蚀破坏；同时固化胶作为芯片的支撑，方便切割后芯片的转移。

(5)将cow转移至icp刻蚀设备，进行icp干法刻蚀；

(6)在cow的n面覆盖蓝膜；固化胶作为支撑，将cow切割成芯片，然后将芯片转移到蓝膜上，方便固化胶的去除，从而得到独立的芯片。

(7)除去cow的p面上的固化胶，得到独立的芯片。

根据本发明优选的，步骤(2)中，欧姆接触金属膜层是ge/au或ni/ge/au复合金属膜层。ge、au能够和n面的半导体材料形成合金，欧姆接触金属膜层作为掩膜，不必再提供掩膜，避免了刻蚀过程中由于掩膜变形导致无法获得预期的芯片外观结构。

根据本发明优选的，步骤(2)中，欧姆接触金属膜层的厚度为0.5μm-5μm。金属掩膜的刻蚀比高，即比较薄的一层，就能实现保非刻蚀区域的保护，未被保护的刻蚀区域会刻蚀的很深。

进一步优选的，欧姆接触金属膜层的厚度为0.5μm-2.5μm。

根据本发明优选的，步骤(4)中，在cow的p面涂覆的固化胶为水溶性紫外固化胶。固化胶作为光刻蚀后芯片的支撑，水溶性紫外固化胶是液体涂敷，在紫外线照射设发生固化，用水即可溶解水溶性紫外固化胶，去除刻蚀支撑，独立的芯片。

根据本发明优选的，步骤(5)中，icp干法刻蚀采用间断刻蚀的方式：通入刻蚀气体cl2和ar，反应10min-15min后停止，再通入n25min-10min，重复1-5个循环，刻蚀至穿透p面。进行间断刻蚀，可以避免反应室内温度过高，导致固化胶难以去除，同时有利于保证led芯片的结构的完整性。

根据本发明优选的，在步骤(7)中：先将cow放入水中浸泡5min-10min，去除p面涂覆的固化胶，再使用气枪或者干燥箱烘干蓝膜，获得独立的芯片。通过水浸泡可以去除p面的固化胶，得到独立的芯片；去除蓝膜和芯片上的水分，保证芯片后续的正常使用。

根据本发明优选的，步骤(5)中，cl2的气体流量为90sccm-100sccm，ar的气体流量为45sccm-90sccm，n2的气体流量20sccm-100sccm，循环水的温度5℃-15℃

进一步优选的，cl2的气体流量为90sccm，ar的气体流量为45sccm，n2的气体流量为20sccm，循环水的温度5℃。

根据本发明优选的，步骤(5)中，icp刻蚀设备的上电极的功率为100w-500w，下电极的功率为1000w-1500w。下电极能够使等离子进行加速运动，上电极能够使刻蚀气体等离子体化。

进一步优选的，上电极的功率为100w，下电极的功率为1000w。

根据本发明优选的，步骤(3)中，切割道的宽度为15μm-30μm。

根据本发明优选的，步骤(1)中，将cow研磨至120μm-160μm。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过采用icp刻蚀技术对gaas基led芯片的前制程半成品cow的n面进行切割，采用欧姆接触金属膜层作为掩膜进行icp干法刻蚀，掩膜选择比高，适合深刻蚀，可以实现对砷化镓基led芯片的刻蚀深度达140μm，不用再提供掩膜版，简化切割的步骤，提高切割效率；采用icp刻蚀技术切割的芯片不易出现崩边、崩角和裂纹，比机械切割得到的外观良品率高10-20％。

2、采用间断刻蚀的方法进行刻蚀，可以避免icp设备反应室内温度过高，方便固化胶的去除，同时有利于保证led芯片的结构的完整性；使用水溶性紫外固化胶作为芯片的支撑，方便切割后芯片的转移，同时去除方便，操作方便。

附图说明

图1为cow的未切割处理前p面的结构示意图；

图2为cow的n面制作切割道后的结构示意图；

图3为cow研磨后的界面结构示意图；

图4为cow的n面制作欧姆接触金属层后的界面结构示意图；

图5为cow的n面制作切割道后的界面结构示意图；

图6为cow的p面涂覆光刻胶后的界面结构示意图；

图7为cow切割后的界面结构示意图；

图8为cow转移到蓝膜并去胶后的界面结构示意图；

图9为独立芯片的界面结构示意图；

附图中1、外延层，2、p电极，3、欧姆接触金属膜层，4、水溶性紫外固化胶，5、蓝膜，6、切割道。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。

实施例1

一种gaas基led芯片的切割方法，具体步骤包括：

(1)gaas基led芯片的前制程半成品cow，cow的外延层1上p电极2所在的p面也称作cow的正面，结构如图1所示，将cow研磨至120μm，cow研磨后的界面结构示意图如图3所示。

(2)在cow的n面也称作cow的背面，蒸镀欧姆接触金属膜层3，欧姆接触金属膜层3为ge/au的复合欧姆接触金属膜层，cow的n面制作欧姆接触金属层3后的界面结构示意图如图4所示，欧姆接触金属膜层3厚度为0.5μm。

(3)利用双面定位光刻工艺，在cow的n面制作与p面对应的芯片切割道，并利用腐蚀液腐蚀n面欧姆接触金属膜层3，形成切割道6，切割道6的结构如图2所示，切割道6的宽度为15μm，切割道6制作后cow的界面结构示意图如图5所示。

(4)在cow的p面涂覆水溶性紫外固化胶4，并经过紫外线作用固化，cow的结构如图6所示。

(5)将cow转移至icp刻蚀设备，进行icp干法刻蚀；利用欧姆接触金属膜层3做为掩膜进行icp干法刻蚀，icp干法刻蚀采用间断刻蚀的方式，刻蚀条件如下：通入刻蚀气体cl2和ar，其中cl2的气体流量为90sccm，ar的气体流量为45sccm，循环水温度5℃，上电极的功率为100w，下电极的功率为1000w，反应10min后停止通入cl2和ar；再开始通入n2，n2气体流量20sccm，n2通入时间5min；重复上述循环两次后，刻蚀穿透p面，此时cow的结构如图7所示，刻蚀结束后将cow从icp设备转移出。

(6)在cow的n面覆盖上蓝膜5。

(7)将蓝膜5附着的芯片放入水中，浸泡5min，去除掉水溶性紫外固化胶4，cow的结构如图8所示。利用气枪吹干蓝膜5获得独立的芯片，独立芯片的结构如图9所示。

采用本实施例来切割前制程半成品cow，得到独立的芯片，没有出现崩边、崩角和裂纹，比机械切割得到的外观良品率高10-20％。

实施例2

根据实施例1提供的一种gaas基led芯片的切割方法，其区别在于：

步骤(1)中，将gaas基led芯片的前制程半成品cow进行研磨至160μm。

步骤(2)中，在半成品cow的n面蒸镀欧姆接触金属膜层3，欧姆接触金属膜层3材质为ni/ge/au的复合金属膜层，欧姆接触金属膜层3的厚度为5μm。

步骤(3)中，利用双面定位光刻工艺，在n面制作与p面对应的芯片切割道，并利用腐蚀液腐蚀n面欧姆接触金属膜层3，形成切割道6，切割道6的宽度30μm。

步骤(5)中，刻蚀条件如下：通入刻蚀气体为cl2和ar，其中cl2的气体流量为100sccm，ar的气体流量为90sccm，循环水温度15℃，上电极的功率为500w，下电极的功率为1500w，反应15min后停止通入cl2和ar；再开始通入n2，n2气体流量100sccm，n2通入时间10min；重复上述循环五次后，刻蚀穿透p面，此时cow的结构如图7所示，刻蚀结束后将cow从icp设备转移出。

步骤(7)中，将蓝膜5附着的芯片放入水中，浸泡10min，去除掉水溶性紫外固化胶4。