专利名称：蓝宝石基氮化物芯片减薄划片的方法
技术领域：
本发明涉及一种蓝宝石基氮化物芯片减薄划片的方法。减薄划片是GaN/蓝宝石LED芯片切割的重要步骤。
背景技术：
以GaN为代表的宽带隙III-V族化合物半导体材料正在受到越来越多的关注，它们将在蓝、绿光发光二极管(LEDs)和激光二极管(LDs)、高密度信息读写、水下通信、深水探测、激光打印、生物及医学工程、超高速微电子器件和超高频微波器件方面具有广泛的应用前景。
当前，超高亮度的GaN/蓝宝石LED在室内外的彩色显示、交通信号指示、LED背景光源以及白色照明光源等方面的应用越来越广泛，其生产规模迅速地扩大。在生产过程中，GaN/蓝宝石LED芯片切割问题成为阻碍其生产成本进一步降低的瓶颈之一。
由于GaN/蓝宝石比一般的GaAs、GaP等化合物半导体材料坚硬得多，采用砂轮刀具切割的磨损量极大，切入量也很小。一般采用金刚石刀具对GaN/蓝宝石LED芯片进行切割。切割一般分为划片和裂片两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，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应力的专用装置，在刀痕处将芯片裂开。
在划片与裂片之前还必须对GaN/蓝宝石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80-100μm。由于蓝宝石晶体(α-Al2O3)的硬度很高，为莫氏硬度9级，仅次于最硬的金刚石，对它进行减薄和划片都不太容易。当从蓝宝石背面对准划片时，抛光质量对划片刀具的磨损和使用寿命有很大影响(参见国际光电显示技术，2003年，第1期，64页)。
对GaN/蓝宝石LED进行划片的另一种方法是采用激光切割划片，采用激光划片可以提高划痕的质量和成品率。目前切割深度为20μm，宽度为10-15μm，据报道目前所采用的激光器有准分子激光器和三倍频的Nd:YVO4固体激光器355nm波长的激光(美国专利，专利号USA6580054)。但采用激光划片也存在问题(1)由于蓝宝石为透明介质，其对激光的吸收很小，不利于提高激光划片的效率；(2)采用激光切割产生的热效应有可能损害GaN/蓝宝石LED芯片的光电性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述在先技术的不足，提供一种蓝宝石基氮化物芯片减薄划片的方法，以改进和提高划片的效率。
所述的蓝宝石基氮化物芯片是双面抛光的蓝宝石(α-Al2O3)衬底，通过金属有机物汽相外延(MOVPE)等技术在其上的一个面上外延生长氮化物的芯片。
本发明方法的关键是利用气相传输平衡(Vapor TransportEquilibration，简称VTE)技术，在高温、富锂的气氛中，通过锂离子的扩散，使氧化锂(Li2O)和蓝宝石(α-Al2O3)发生固相反应生成铝酸锂(γ-LiAlO2)，与蓝宝石的硬度(莫氏硬度9级)相比，铝酸锂的硬度(莫氏硬度8级)已大为下降，此时再对铝酸锂进行减薄和划片就比对蓝宝石容易多了，从而提高了减薄和划片的效率和成品率。
本发明蓝宝石基氮化物芯片的减薄和划片方法，包括下列具体步骤①成对地取蓝宝石基氮化物芯片，采用贴片技术，把镀有氮化物的两个面紧靠重合地贴在一起，仅让余下的两个蓝宝石的抛光面暴露在外面形成氮化物芯片夹心饼；②将氮化物芯片夹心饼送入一个铂金坩埚内，置于或悬于铂金丝上，并在该坩埚内，放置带气孔的γ-LiAlO2和Li2O混合料块，料块上部有铂金片，覆盖有γ-LiAlO2和Li2O混合粉料并配备有热电偶的坩埚盖，坩埚顶部加铂金盖密闭，置于电阻炉中；③该电阻炉加热升温至750-900℃，恒温80-200小时，氧化锂(Li2O)扩散到蓝宝石(α-Al2O3)晶片中，发生固相反应生成铝酸锂(γ-LiAlO2)；④采用机械或化学的方法进行减薄，并把这个氮化物芯片夹心饼从中分开；⑤划片；⑥采用裂片机进行裂片；⑦最后对芯片进行测试及分类包装。
所述的铂金坩埚也可用氧化铝坩埚、氮化铝坩埚、铱坩埚、钼坩埚替代。
所述的γ-LiAlO2和Li2O混合料块的重量比的选取范围是[γ-LiAlO2]∶[Li2O]＝(0～95)∶(100～5)。
所述的氧化锂扩散到蓝宝石晶片的过程中，为了防止氮化物膜层被氧化，坩埚内宜采用惰性气氛或N2气。
所述的电阻炉也可用硅碳棒炉或硅钼棒炉替代。
本发明与在先技术相比，其优点是克服了蓝宝石(α-Al2O3)硬度高的缺点，提高了对蓝宝石基氮化物芯片的减薄和划片的效率和成品率。
图1是气相传输平衡(VTE)坩锅结构示意图。
具体实施例方式
本发明所用的气相传输平衡(VTE)技术的坩锅结构示意图如图1所示，铂金坩埚1内，放置有带气孔2的一定配比的γ-LiAlO2和Li2O混合料块3，料块3上部是铂金丝4，氮化物芯片夹心饼5置于铂金丝4上，料块3上部有铂金片6和γ-LiAlO2和Li2O混合粉料7覆盖，热电偶8插入混合粉料7中，坩埚1顶部加铂金盖9密闭。
气相传输平衡(VTE)是一种质量传输过程，因此坩埚内应保证有足够的Li2O供应量；其次，气相的平衡是依靠Li2O源源不断地从γ-LiAlO2和Li2O混合料块中挥发来维持的，为防止混合料块表面Li2O耗尽导致平衡被破坏，应使混合料块(图1的混合料块3)具有多孔结构，以尽量增大Li2O的挥发表面。
氮化物芯片夹心饼置于或悬于密闭的铂金坩埚内，然后将密闭的铂金坩埚放入电阻炉(或硅碳棒炉或硅钼棒炉)中，加热到预定的平衡温度，保温一定的时间进行气相平衡扩散，为了加快扩散过程和结构调整过程，应选取尽可能高的平衡温度，宜选取750-900℃。
本发明的蓝宝石基氮化物芯片减薄和划片的方法，包括下列具体步骤<1>首先按前述方法制备好氮化物芯片夹心饼，然后在铂金坩埚1内，放置有带气孔2的γ-LiAlO2和Li2O混合料块3，选取[γ-LiAlO2]∶[Li2O]＝(0～95)∶(100～5)重量比。
<2>将氮化物芯片夹心饼置于或悬于铂金丝上，加上覆盖有γ-LiAlO2和Li2O混合粉料7并配备有热电偶8的坩埚盖，坩埚顶部加铂金盖9密闭，置于电阻炉(或硅碳棒炉或硅钼棒炉)中。
<3>加热升温至750-900℃左右，恒温80-200小时，Li2O扩散到蓝宝石(α-Al2O3)晶片中，发生固相反应生成铝酸锂(γ-LiAlO2)，此时氮化物芯片夹心饼的上下两个晶面由原来的α-Al2O3(莫氏硬度9级)变成γ-LiAlO2(莫氏硬度8级)，此时再进行减薄和划片就容易多了。
下面是本发明的具体实施例。
首先按前述方法制备好氮化物芯片夹心饼，然后在φ100×80mm的铂金坩埚1内，放置带气孔的γ-LiAlO2和Li2O混合料块3，选取[γ-LiAlO2]∶[Li2O]＝75∶25重量比，将氮化物芯片夹心饼5置于或悬于铂金丝4上，加上覆盖有γ-LiAlO2和Li2O混合粉料7并配备有热电偶8的坩埚盖，坩埚顶部加铂金盖9密闭，置于电阻炉中，加热电阻炉升温至850℃，恒温180小时，Li2O扩散到蓝宝石(α-Al2O3)晶片中，发生固相反应生成铝酸锂(γ-LiAlO2)，此时氮化物芯片夹心饼5的上下两个晶面由原来的α-Al2O3(莫氏硬度9级)变成γ-LiAlO2(莫氏硬度8级)，此时再进行减薄和划片就容易多了，于是采用机械或化学的方法进行减薄，并把这个氮化物芯片夹心饼5从中分开，划片，采用裂片机进行裂片，最后对芯片进行测试及分类包装。
本发明克服了蓝宝石(α-Al2O3)硬度高的缺点，提高了对蓝宝石基氮化物芯片的减薄和划片的效率和成品率。
权利要求
1.一种蓝宝石基氮化物芯片减薄划片的方法，其特征是采用气相传输平衡技术，通过锂离子的扩散，使氧化锂(Li2O)与蓝宝石(α-Al2O3)发生固相反应，变成铝酸锂(γ-LiAlO2)，然后再进行减薄、划片和裂片。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石基氮化物芯片减薄划片的方法，其特征是包括下列具体步骤①成对地取蓝宝石基氮化物芯片，采用贴片技术，把镀有氮化物的两个面紧靠重合地贴在一起，仅让余下的两个蓝宝石的抛光面暴露在外面形成氮化物芯片夹心饼；②将氮化物芯片夹心饼(5)送入一个铂金坩埚(1)内，置于或悬于铂金丝(4)上，并在该坩埚(1)内，放置带气孔的γ-LiAlO2和Li2O混合料块(3)，料块(3)上部有铂金片(6)，覆盖有γ-LiAlO2和Li2O混合粉料(7)并配备有热电偶(8)的坩埚盖，坩埚顶部加铂金盖(9)密闭，置于电阻炉中；③该电阻炉加热升温至750-900℃，恒温80-200小时，氧化锂(Li2O)扩散到蓝宝石(α-Al2O3)晶片中，发生固相反应生成铝酸锂(γ-LiAlO2)；④采用机械或化学的方法进行减薄，并把这个氮化物芯片夹心饼从中分开；⑤划片；⑥采用裂片机进行裂片；⑦最后对芯片进行测试及分类包装。
3.根据权利要求2所述的蓝宝石基氮化物芯片减薄划片的方法，其特征是所述的铂金坩埚也可用氧化铝坩埚、氮化铝坩埚、铱坩埚、钼坩埚替代。
4.根据权利要求2所述的蓝宝石基氮化物芯片减薄划片的方法，其特征是所述的γ-LiAlO2和Li2O混合料块(3)的重量比的选取范围是[γ-LiAlO2]∶[Li2O]＝(0～95)∶(100～5)。
5.根据权利要求2所述的蓝宝石基氮化物芯片减薄划片的方法，其特征是所述的氧化锂扩散到蓝宝石晶片的过程中，为了防止氮化物膜层被氧化，坩埚内宜采用惰性气氛或N2气。
6.根据权利要求2所述的蓝宝石基氮化物芯片减薄划片的方法，其特征是所述的电阻炉也可用硅碳棒炉或硅钼棒炉替代。
全文摘要
一种蓝宝石基氮化物芯片的减薄划片方法，包括下列步骤成对地将蓝宝石基氮化物芯片贴成氮化物芯片夹心饼；将氮化物芯片夹心饼送入铂金坩埚并置于或悬于铂金丝上，在该坩埚内，放置带气孔的γ－LiAlO
文档编号H01L33/00GK1545145SQ20031010861
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月14日 优先权日2003年11月14日
发明者徐军, 彭观良, 周圣明, 周国清, 蒋成勇, 王海丽, 李抒智, 赵广军, 张俊计, 刘军芳, 邹军, 王银珍, 吴锋, 庄漪, 徐 军 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所