GaN蓝宝石LED芯片切割技术的发展

李明昆

深圳亿镓电子科技有限公司    深圳市518000

 由于超高亮度GaN/蓝宝石LED的波长范围在380nm至540nrn之间，而具有广泛的用途，包括室内外的彩色显示、交通信号指示、LED背照明光源以及白色照明光源等，但在其生产规模迅速扩大、成本不断降低的过程中，GaN/蓝宝石 LED芯片切割一直是需要解决的技术难题之一。这是因为 GaN/蓝宝石比一般的GaAs、GaP等化合物半导体材料要坚硬的多，用砂轮刀具切割（DICING SAW）磨损极大，切人量甚微，l994年日本日亚公司率先将金刚石刀具用于GaN/蓝宝石LED芯片切割。切割一般分为二步：首先用装有金刚石刀具的设备按照芯片图形尺寸进行划片（SCRIBER），然后再用另一台设备精确对准划片刀痕，通过一个能够产生剪切力的专用装置，在刀痕处将芯片裂开（BREAKER）。由于GaN/蓝宝石LED光电参数的分散性较大，因此在划片裂片之后还需要用探针台自动逐个对所有芯片测试（CHIP PROBER）以便最后用分类机按照预先对参数的设定分档自动进行分类（CHIP SORTER）。划片、裂片之前还必须对 GaN/蓝宝石LED电极片的蓝宝石衬底进行研磨减薄和抛光，减薄的最终厚度一般为80—100цm。当从蓝宝石背面对准划片时，抛光的质量对划片刀具的磨损和使用寿命有很大影啊。GaN/的蓝宝石LED芯片切割的生产工艺过程如图1所示，与常规LED芯片的切割相比还存在着技术复杂、设备价格昂贵的问题。

  图1．GaN/蓝宝石LED芯片切割的生产工艺过程框图

金刚刀划片机和裂片机早已用于半导体器件制造，已有悠久的历史，后来用于半导体激光器芯片解理（CLEAVING）。1994年日本日亚公司研制的蓝色GaN/蓝宝石超高亮度LED的问世成为LED发展的又一重要里程碑，但其研制的关键技术包括GaN/蓝宝石LED芯片切割技术均在专利的保护范围之内。随着研制厂家的增多和一些专利的到期解密，现已有可能对GaN／蓝宝石LED芯片切割技术的发展概况作一简要的介绍。

    为适应GaN/蓝宝石LED的大规模生产而设立的GaN/蓝宝石LED芯片的专用切割设备的厂家，主要有日本的OPTO公司和美国LOOMIS公司。前者是将划片、裂片用两部机器分别单独完成；后者是用一部机器完成划片、裂片的，如图二所示划片、裂片一体化则有利于简化工艺，适用于大规模生产，将成为GaN/蓝宝石LED芯片切割技术今后的方向和主流。日本TECDIA公司在划片金刚石刀具的制造和使用方酿许多技术诀窍和经验，并已将这些技术诀窍用于制造GaN/蓝宝石LED芯片切割设备。使用这种设备只需划片，用常规的扩片机即可将芯片裂开，这样将使设备的制造成本进一步降低。该公司提出。如果用ICP干法刻蚀工艺从GaN/蓝宝石LED电极片的正面选择刻蚀掉GaN/，使蓝宝石外露成为划片基线，这样不仅可简化蓝宝石背面的抛光工艺，而且还可延长刀具的使用寿命，从而有利于大规模生产和降低设备的购置费用。

 
图2．LSD—110型划片、裂片一体化的GaN／蓝宝石LED芯片专用切割设备示意图

  
图 3．采用激光束切割 GaN／蓝宝石 LED芯片的工艺过程示意图

GaN/蓝宝石LED芯片切割技术今后发展的的另一方向是采用激光切割，这将更有利于提高芯片切割的成品率和大规模生产，但人们对这一方法的最大的忧虑是：激光切割是激光束高温作用的结果。激光束产生的热效应是否会影响GaN/蓝宝石LED芯片光电参数性能。目前已有一些厂家开始对此进行试验，并取得了令人满意的初步结果。美国AXT公司已将激光切割用于划片之前刻蚀氮化物的沟槽，其工艺过程如图3所示，从而使划片的成品率和质量明显提高，切割一般深度为20цm，宽度为 10—15цm。目前美国已有专门制造GaN/蓝宝石LED芯片激光切割设备的厂家，但此种设备的价格目前比较昂贵，目前还难以推广。

       总之，GaN/蓝宝石LED芯片切割技术虽已用于大规模的生产，但简化工艺、降低成本和提高切割质量仍是此项技术今后不断改进和发展的趋势。