TWI730151B - 發光二極體晶片的製造方法 - Google Patents

Abstract

提供一種可得到充分的亮度的發光二極體晶片的製造方法及發光二極體晶片。

一種發光二極體晶片的製造方法，其特徵在於具備有晶圓準備步驟、晶圓背面加工步驟、透明基板加工步驟、一體化步驟，及分割步驟，該晶圓準備步驟是準備晶圓，該晶圓具有在結晶成長用之透明基板上形成有包含發光層的複數層半導體層之積層體層，並於該積層體層的正面以相互交叉之複數條分割預定線所區劃出之各區域中各自形成有LED電路，該晶圓背面加工步驟是於該晶圓的背面對應於各LED電路來形成複數個凹部或溝，該透明基板加工步驟是在涵蓋整個面形成有複數個貫通孔的透明基板的正面對應該晶圓的各LED電路來形成複數個凹陷，該一體化步驟是在實施該晶圓背面加工步驟及該透明基板加工步驟後，將該透明基板的正面貼附到該晶圓的背面以形成一體化晶圓，該分割步驟是沿著該分割預定線將該晶圓和該透明基板一起切斷以將該一體化晶圓分割成一個個的發光二極體晶片。

Description

發光二極體晶片的製造方法

發明領域

本發明是有關於一種發光二極體晶片的製造方法及發光二極體晶片。

發明背景

在藍寶石基板、GaN基板、SiC基板等的結晶成長用基板的正面上形成有將n型半導體層、發光層、p型半導體層積層複數層而成的積層體層，並且在此積層體層上藉由交叉的複數條分割預定線所區劃出的區域中形成有複數個LED(發光二極體(Light Emitting Diode))等之發光元件的晶圓，是沿著分割預定線切斷而分割成一個個的發光元件晶片，已分割的發光元件晶片可廣泛地應用在手機、個人電腦、照明機器等的各種電氣機器上。

由於從發光元件晶片的發光層射出的光具有各向同性，所以即使被照射到結晶成長用基板的內部也會使光從基板的背面及側面射出。然而，由於已被照射到基板之內部的光之中在與空氣層之間的界面上的入射角為臨界角以上的光會在界面上進行全反射而被封閉在基板內部，並不會有從基板射出到外部之情形，所以會有導致發光元件晶片的亮度降低的問題。

為了解決此問題，在日本專利特開2014-175354號公報中已記載有下述之發光二極體(LED)：為了抑制從發光層射出的光被封閉在基板的內部，而形成為在基板的背面貼附透明構件來謀求亮度的提升。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2014-175354號公報

發明概要

然而，在專利文獻1所揭示的發光二極體中，雖然可藉由在基板的背面貼附透明構件而稍微提升亮度，但是仍有無法得到充分的亮度的問題。

本發明是有鑒於像這樣的點而作成的發明，其目的在於提供一種能夠得到充分的亮度的發光二極體晶片的製造方法及發光二極體晶片。

依據請求項1記載的發明，可提供一種發光二極體晶片的製造方法，該發光二極體晶片的製造方法之特徵在於具備有：晶圓準備步驟，準備晶圓，該晶圓是在結晶成長用之透明基板上具有積層體層，並於該積層體層的正面以相互 交叉之複數條分割預定線所區劃出之各區域中各自形成有LED電路，該積層體層形成有包含發光層的複數層半導體層；晶圓背面加工步驟，於該晶圓的背面對應於各LED電路來形成複數個凹部或溝；透明基板加工步驟，在涵蓋整個面形成有複數個貫通孔之透明基板的正面對應該晶圓的各LED電路來形成複數個凹陷；一體化步驟，在實施該晶圓背面加工步驟及該透明基板加工步驟後，將該透明基板的正面貼附到該晶圓的背面以形成一體化晶圓；及分割步驟，沿著該分割預定線將該晶圓和該透明基板一起切斷以將該一體化晶圓分割成一個個的發光二極體晶片。

較理想的是，在透明基板加工步驟中所形成之凹陷的截面形狀為三角形、四角形、或圓形的任一種。較理想的是，在晶圓背面加工步驟中所形成的凹部或溝，是藉由切削刀、蝕刻、噴砂、雷射的任一種方式來形成，且在透明基板加工步驟中所形成的凹陷是藉由蝕刻、噴砂、雷射的任一種方式來形成。

較理想的是，該透明基板是以透明陶瓷、光學玻璃、藍寶石、透明樹脂的任一種所形成，並且在該一體化步驟中該透明基板是利用透明接著劑來接著於晶圓。

依據請求項5記載的發明，可提供一種發光 二極體晶片，該發光二極體晶片具備：於正面形成有LED電路且於背面形成有凹部或溝的發光二極體、及貼附在該發光二極體的背面之形成有複數個貫通孔的透明構件，且在該透明構件之與該發光二極體的貼附面上形成有凹陷。

由於本發明的發光二極體晶片，在LED的背面形成有凹部或溝，並且在貼附於背面之具有複數個貫通孔的透明構件的正面形成有凹陷，所以除了會使透明構件的表面積增大之外，也會使從LED的發光層照射而朝透明構件入射之光在該凹部或該溝部分複雜地折射，且進一步使從透明構件射出之光在凹陷部分複雜地折射，因而在從透明構件射出光之時在透明構件與空氣層之間的界面上之入射角為臨界角以上之光的比例會減少，而使從透明構件射出之光的量增大並使發光二極體晶片的亮度提升。

2:遮罩

3、3A、3B、7:溝

4:孔

5、5A、5B、9:凹部

10:切削單元

11:光元件晶圓(晶圓)

11a、21a:正面

11b:背面

12:主軸殼體

13:藍寶石基板

13A:LED

14:切削刀

15:積層體層

16:刀片罩

17:分割預定線

18:冷卻噴嘴

19:LED電路

20:工作夾台

21:透明基板

21A:透明構件

24:聚光器(雷射頭)

25:一體化晶圓

27:切斷溝

29:貫通孔

31:發光二極體晶片

35、35A、35B、39:凹陷

R、X1:箭頭

T:切割膠帶

F:環狀框架

X、Y、Z:方向

圖1是光元件晶圓的正面側立體圖。

圖2(A)是顯示藉由切削刀進行之晶圓的背面加工步驟的立體圖，圖2(B)~圖2(D)是顯示所形成之溝形狀的截面圖。

圖3(A)是在晶圓的背面具有已形成之朝第1方向伸長的複數條溝的晶圓的背面側立體圖，圖3(B)是在晶圓的背面形成有已形成之朝第1方向及朝與第1方向正交之第2方向伸長的複數條溝之晶圓的背面側立體圖。

圖4(A)是顯示將遮罩貼附於晶圓的背面之情形的立 體圖，圖4(B)是已將具有複數個孔的遮罩貼附在晶圓的背面之狀態的立體圖，圖4(C)~圖4(E)是顯示形成在晶圓之背面的凹部之形狀的晶圓的局部立體圖。

圖5(A)是顯示藉由雷射光束於晶圓的背面形成溝之情形的立體圖，圖5(B)是顯示溝形狀之晶圓的局部截面圖，圖5(C)是藉由雷射光束於晶圓的背面形成圓形凹部之情形的立體圖，圖5(D)是顯示形成有圓形之凹部的晶圓的局部立體圖。

圖6(A)是顯示將遮罩貼附於涵蓋整個面具有複數個貫通孔之透明基板的正面之情形的立體圖，圖6(B)是已將具有複數個孔的遮罩貼附在透明基板的正面之狀態之立體圖，圖6(C)~圖6(E)是顯示形成在透明基板之正面的凹陷之形狀的透明基板的局部立體圖。

圖7(A)是顯示透明基板加工步驟的立體圖，圖7(B)是顯示所形成之凹陷形狀的局部立體圖。

圖8(A)是顯示將於正面具有複數個凹陷之透明基板貼附到晶圓之背面而形成一體化之一體化步驟的立體圖，圖8(B)是一體化晶圓的立體圖。

圖9是顯示透過切割膠帶而以環狀框架支撐一體化晶圓的支撐步驟的立體圖。

圖10是顯示將一體化晶圓分割成發光二極體晶片的分割步驟的立體圖。

圖11是分割步驟結束後之一體化晶圓的立體圖。

圖12是本發明實施形態之發光二極體晶片的立體圖。

用以實施發明之形態

以下，參照圖式詳細地說明本發明的實施形態。參照圖1，所示為光元件晶圓(以下，有時會簡稱為晶圓)11的正面側立體圖。

光元件晶圓11是在藍寶石基板13上積層氮化鎵(GaN)等的晶膜層(epitaxial layer)(積層體層)15而構成的。光元件晶圓11具有積層有晶膜層15的正面11a、和露出藍寶石基板13的背面11b。

在此，在本實施形態的光元件晶圓11中，雖然是採用藍寶石基板13作為結晶成長用基板，但是也可以採用GaN基板或SiC基板等來替代藍寶石基板13。

積層體層(晶膜層)15是藉由依序使電子成為多數載子(carrier)的n型半導體層(例如n型GaN層)、成為發光層的半導體層(例如InGaN層)、電洞成為多數載子的p型半導體層(例如p型GaN層)進行晶膜生長而形成。

藍寶石基板13具有例如100μm的厚度，且積層體層15具有例如5μm的厚度。於積層體層15上以形成為格子狀的複數條分割預定線17來區劃而形成有複數個LED電路19。晶圓11具有形成有LED電路19的正面11a、和露出了藍寶石基板13的背面11b。

依據本發明實施形態的發光二極體晶片的製造方法，首先會實施準備如圖1所示的光元件晶圓11的晶圓準備步驟。此外，實施晶圓背面加工步驟，該晶圓背 面加工步驟是在晶圓11的背面11b對應於LED電路19而形成複數條溝3。

此晶圓背面加工步驟是使用例如已廣為周知的切削裝置來實施。如圖2(A)所示，切削裝置的切削單元10包含有主軸殼體12、可旋轉地插入主軸殼體12中的圖未示的主軸、和裝設在主軸的前端的切削刀14。

切削刀14的切割刃是以例如用鍍鎳方式(Nickel plating)來將鑽石磨粒固定而成的電鑄磨石所形成，且其前端形狀是做成三角形、四角形、或半圓形。

切削刀14的大致上半部分是以刀片罩(blade cover)(輪罩(wheel cover))16來覆蓋，在刀片罩16上配設有於切削刀14的裏側及近前側水平地伸長的一對(圖中僅顯示1個)冷卻噴嘴18。

在晶圓11的背面11b形成複數條溝3的晶圓背面加工步驟中，是將晶圓11的正面11a吸引保持在圖未示的切削裝置的工作夾台上。然後，藉由一邊使切削刀14朝箭頭R方向高速旋轉，一邊在晶圓11的背面11b切入預定深度，且將保持在圖未示之工作夾台上的晶圓11朝箭頭X1方向加工進給，以藉由切削來形成在第1方向上伸長的溝3。

將晶圓11朝正交於箭頭X1方向的方向按晶圓11的分割預定線17的每個間距來分度進給，並且切削晶圓11的背面11b，以如圖3(A)所示，逐次地形成朝第1方向伸長的複數條溝3。

如圖3(A)所示，形成在晶圓11的背面11b的複數條溝3可為僅在一個方向上伸長的形態、或者也可作成如圖3(B)所示，在晶圓11的背面11b形成朝第1方向及朝與該第1方向正交的第2方向伸長之複數條溝3。

形成在晶圓11的背面11b的溝，為如圖2(B)所示之截面三角形的溝3、或如圖2(C)所示之截面四角形的溝3A、或如圖2(D)所示之截面半圓形的溝3B的任一種皆可。

亦可設成替代在晶圓11的背面11b藉由切削以形成複數條溝3、3A、3B之實施形態，而在晶圓11的背面11b對應於LED電路19來形成複數個凹部。在此實施形態中，是如圖4(A)所示，使用具有對應於晶圓11之LED電路19的複數個孔4的遮罩2。

如圖4(B)所示，使遮罩2的孔4對應於晶圓11之各LED電路19來貼附於晶圓11的背面11b。然後，藉由濕蝕刻(wet etching)或電漿蝕刻(plasma etching)在晶圓11的背面11b形成如圖4(C)所示，對應於遮罩2的孔4之形狀的三角形的凹部5。

亦可作成：藉由將遮罩2的孔4之形狀變更成四角形、或圓形，而在晶圓11的背面11b形成如圖4(D)所示的四角形的凹部5A，或如圖4(E)所示的在晶圓11的背面11b形成圓形的凹部5B。

作為本實施形態的變形例，亦可作成：藉由將遮罩2貼附在晶圓11的背面11b之後，實施噴砂加工，而 在晶圓11的背面11b形成如圖4(C)所示的三角形的凹部5、或如圖4(D)所示的四角形的凹部5A、或如圖4(E)所示的圓形的凹部5B。

亦可作成將雷射加工裝置利用於：在晶圓11的背面11b形成對應於LED電路19的複數條溝或複數個凹部上。在藉由雷射加工進行之第1實施形態中，如圖5(A)所示，是一邊將對晶圓11具有吸收性之波長(例如266nm)的雷射光束從聚光器(雷射頭)24照射在晶圓11的背面11b，一邊使已保持有晶圓11之圖未示的工作夾台朝箭頭X1方向加工進給，藉此以燒蝕(ablation)在晶圓11的背面11b形成朝第1方向伸長的溝7。

將晶圓11朝正交於箭頭X1方向的方向按晶圓11的分割預定線17的每個間距來分度進給，並且對晶圓11的背面11b進行燒蝕加工，以逐次地形成朝第1方向伸長的複數條溝7。溝7的截面形狀可如例如圖5(B)所示的半圓形之形狀，亦可為其他的形狀。

亦可作成：作為替代實施形態而為如圖5(C)所示，將對晶圓11具有吸收性之波長(例如266nm)的脈衝雷射光束間歇性地從聚光器24照射出，以在晶圓11的背面11b形成對應於LED電路19的複數個凹部9。凹部9的形狀，通常是成為與雷射光束之光斑形狀相對應之如圖5(D)所示的圓形。

於晶圓背面加工步驟實施之後、或實施之前，實施透明基板加工步驟，該透明基板加工步驟是在要 貼附於晶圓11的背面11b之涵蓋整個面形成有複數個貫通孔29的透明基板21的正面21a對應於LED電路19來形成複數個凹陷。

在該透明基板加工步驟中，是例如圖6(A)所示，使用具有對應於晶圓11之LED電路19的複數個孔4的遮罩2。如圖6(B)所示，使遮罩2的孔4對應於晶圓11之各LED電路19來貼附於透明基板21的正面21a。

然後，藉由濕蝕刻(wet etching)或電漿蝕刻(plasma etching)在透明基板21的正面21a形成如圖6(C)所示，對應於遮罩2的孔4之形狀的三角形的凹陷(凹部)35。

亦可作成：藉由將遮罩2的孔4之形狀變更成四角形、或圓形，而在透明基板21的正面21a形成如圖6(D)所示的四角形的凹陷35A，或如圖6(E)所示的在透明基板21的正面21a形成圓形的凹陷35B。

透明基板21是由透明樹脂、光學玻璃、藍寶石、透明陶瓷的任一種所形成。在本實施形態中，是由比光學玻璃更有耐久性之聚碳酸酯、丙烯酸等之透明樹脂來形成透明基板21。

作為本實施形態的變形例，亦可作成：藉由將遮罩2貼附在透明基板21的正面21a之後，實施噴砂加工，而在透明基板21的正面21a形成如圖6(C)所示的三角形的凹陷35、或如圖6(D)所示的四角形的凹陷35A、或如圖6(E)所示的圓形的凹陷35B。

亦可作成將雷射加工裝置利用於：在透明基板21的正面21a形成對應於LED電路19的複數個凹陷上。在藉由雷射加工進行之實施形態中，如圖7(A)所示，是一邊將對透明基板21具有吸收性之波長(例如266nm)的雷射光束間歇性地從聚光器(雷射頭)24照射在透明基板21的正面21a，一邊使已保持有透明基板21之圖未示的工作夾台朝箭頭X1方向加工進給，藉此以燒蝕(ablation)在透明基板21的正面21a形成對應於晶圓11之LED電路19的複數個凹陷39。

將透明基板21朝與箭頭X1方向正交的方向按晶圓11的分割預定線17的每個間距來分度進給，並且對透明基板21的正面21a進行燒蝕加工，以逐次地形成複數個凹陷39。凹陷39的截面形狀，通常是成為與雷射光束之光斑形狀相對應之如圖7(B)所示的圓形。

實施透明基板加工步驟之後，實施一體化步驟，該一體化步驟是將透明基板21的正面21a貼附到晶圓11的背面11b以形成一體化晶圓25。在此一體化步驟中，是如圖8(A)所示，藉由透明接著劑將晶圓11的背面11b接著於已在正面21a形成有對應於晶圓11的LED電路19的複數個凹陷39之透明基板21的正面21a，以如圖8(B)所示，將晶圓11與透明基板21一體化而形成一體化晶圓25。

實施一體化步驟後，實施支撐步驟，該支撐步驟是如圖9所示，將一體化晶圓25的透明基板21貼附到外周部已貼附於環狀框架F上之切割膠帶T來形成框架單 元，以透過切割膠帶T以環狀框架F支撐一體化晶圓25。

實施支撐步驟之後，實施分割步驟，該分割步驟是將框架單元投入切削裝置，並且利用切削裝置來將一體化晶圓25切削以分割成一個個的發光二極體晶片。參照圖10來說明此分割步驟。

在分割步驟中，是隔著框架單元的切割膠帶T而在切削裝置的工作夾台20上吸引保持一體化晶圓25，而環狀框架F是以圖未示的夾具夾持並固定。

然後，一邊使切削刀14朝箭頭R方向高速旋轉一邊切入晶圓11的分割預定線17直到切削刀14的前端到達切割膠帶T為止，並且從冷卻噴嘴18朝向切削刀14及晶圓11的加工點供給著切削液來將一體化晶圓25朝箭頭X1方向加工進給，藉此形成沿著晶圓11的分割預定線17切斷晶圓11及透明基板21的切斷溝27。

將切削單元10在Y軸方向上分度進給，並且沿著朝第1方向伸長的分割預定線17逐次地形成同樣的切斷溝27。其次，將工作夾台20旋轉90°之後，沿著於與第1方向正交的第2方向上伸長之全部的分割預定線17形成同樣的切斷溝27，以形成圖11所示之狀態，藉此將一體化晶圓25分割成如圖12所示的發光二極體晶片31。

在上述之實施形態中，雖然是將切削裝置使用在將一體化晶圓25分割成一個個的發光二極體晶片31上，但是也可以作成：將對晶圓11及透明基板21具有穿透性之波長的雷射光束沿著分割預定線13朝晶圓11照射，並 且在晶圓11及透明基板21的內部於厚度方向上形成複數層的改質層，接著，對一體化晶圓25賦與外力，來以改質層為分割起點將一體化晶圓25分割成一個個的發光二極體晶片31。

圖12所示的發光二極體晶片31是在正面具有LED電路19之LED13A的背面貼附有具有複數個貫通孔29的透明構件21A。此外，在透明構件21A的正面形成有凹陷35、35A、35B或凹陷39。

從而，在圖12所示之發光二極體晶片31上，由於在發光二極體的背面形成有凹部或溝，且在透明構件21A的正面形成有凹陷，所以會使透明構件21A的表面積增大。此外，從發光二極體晶片31的LED電路19射出並朝透明構件21A入射之光的一部分是在凹陷部分折射後進入透明構件21A內。

從而，在從透明構件21A朝外部折射而射出之時，在透明構件21A與空氣層之間的界面上之入射角成為臨界角以上之光的比例會減少，而使從透明構件21A射出之光的量增大，並使發光二極體晶片31的亮度提升。

11:光元件晶圓(晶圓)

11a、21a:正面

11b:背面

21:透明基板

25:一體化晶圓

29:貫通孔

39:凹陷

Claims (4)

1. 一種發光二極體晶片的製造方法，其特徵在於具備有：晶圓準備步驟，準備晶圓，該晶圓是在結晶成長用之第1透明基板上具有積層體層，並於該積層體層的正面以相互交叉之複數條分割預定線所區劃出之各區域中各自形成有LED電路，該積層體層形成有包含發光層的複數層半導體層；晶圓背面加工步驟，於該晶圓的背面對應於各LED電路來形成複數個凹部或溝；透明基板加工步驟，在涵蓋整個面形成有複數個貫通孔的第2透明基板的正面對應該晶圓的各LED電路來形成複數個凹陷；一體化步驟，在實施該晶圓背面加工步驟及該透明基板加工步驟後，將該第2透明基板的正面貼附到該晶圓的背面以形成一體化晶圓；及分割步驟，沿著該分割預定線將該晶圓和該第2透明基板一起切斷以將該一體化晶圓分割成一個個的發光二極體晶片。
2. 如請求項1的發光二極體晶片的製造方法，其中在該透明基板加工步驟中所形成之前述凹陷的截面形狀為三角形、四角形、圓形的任一種。
3. 如請求項1的發光二極體晶片的製造方法，其中在該晶圓背面加工步驟中，前述凹部或前述溝是 藉由切削刀、蝕刻、噴砂、雷射的任一種方式來形成，且在該透明基板加工步驟中，前述凹陷是藉由蝕刻、噴砂、雷射的任一種方式來形成。
4. 如請求項1的發光二極體晶片的製造方法，其中該第2透明基板是以透明陶瓷、光學玻璃、藍寶石、透明樹脂的任一種所形成，並且在該一體化步驟中該第2透明基板是使用透明接著劑來貼附於該晶圓。

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