CN101244533B - 超平坦化学机械抛光技术之方法及使用该方法制造的半导体组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超平坦化学机械抛光技术(Super FlatChemical Mechanical Polishing(SF-CMP))之方法，其主要是一种在半导体之制作过程中用以取代激光剥离(laser lift-off)之方法。SF-CMP主要步骤是在想要抛光的表面上，先植入复数个抛光停止点后再进行抛光。其特征在于该等抛光停止点的材料之硬度大于该表面的材料之硬度。此方法可以在不需移除抛光停止点的情形下获得超平坦的抛光表面。

Description

超平坦化学机械抛光技术之方法及使用该方法制造的半导体组件
技术领域
本发明一般地涉及半导体领域，在半导体之制作过程中涉及使用化学机械抛光技术来制作平坦表面之方法，其主要是一种在半导体之制作过程中用以取代激光剥离(laser lift-off)之方法。
背景技术
传统用于制造一覆晶发光二极管组件之方法中，沉积多个磊晶层于一蓝宝石成长基板上以产生一磊芯片。在该磊芯片上制造复数个发光二极管组件。切割该磊芯片以产生一组件晶粒。覆晶接合该组件晶粒至一安装台。该覆晶接合包括藉由接合该组件晶粒之至少一电极至该安装台之至少一焊垫来固定该组件晶粒于该安装台上。继该覆晶接合之后，经由应用激光来移除该组件晶粒之该成长基板。
目前出现一种取代覆晶发光二极管组件之薄膜发光二极管组件，与覆晶发光二极管组件相比薄膜氮化镓(GaN)发光二极管组件具有低热阻、在N型层与P型层具有均匀电流以及低成本之优点。薄膜发光二极管组件直接将磊芯片黏接至一电导性载体基板。接着使用准分子激光(excimer laser)分解氮化镓，藉此移除蓝宝石基板而只保留活性区。
上述移除蓝宝石基板之方法称为激光剥离(laser lift-off)，该方法在美国专利6455340、7001824以及7015117被揭露。目前激光剥离是唯一实现薄膜氮化镓(GaN)发光二极管组件之方法，但是激光剥离不兼容于旧制程，所以具有设备昂贵以及激光会产生损害之缺点。
若是使用传统之化学机械抛光技术(CMP)取代激光剥离(laser lift-off)，该技术相较于激光剥离，因不需增加激光设备以及使用激光剥离技术而达到降低成本以及实施方便之优点。不过由于实施传统之化学机械抛光技术时，若欲抛光之平面过大，将造成平面两侧与中心位置之变异值过大，无法达到大量制造半导体装置时要求平面必须平坦之标准，将使得制造半导体装置之良率降低。于是本发明提供一种超平坦化学机械抛光技术(Super Flat Chemical Mechanical Polishing(SF-CMP))之方法，该方法克服了传统之化学机械抛光技术(CMP)之平面两侧与中心位置之变异值过大之缺点，所以同时具有降低成本、实施方便以及提高良率之优点。
发明内容
本发明在于提供一种超平坦化学机械抛光技术(Super FlatChemical Mechanical Polishing(SF-CMP))之方法，其主要步骤是在想要抛光的表面上，先植入复数个抛光停止点后再进行抛光。其特征在于该等抛光停止点的材料之硬度大于该表面的材料之硬度。此方法可以在不需移除抛光停止点的情形下获得超平坦的抛光表面。该方法包含以下步骤：(a)提供一第一物质，用于形成一第一层；(b)提供一第二物质，用于在该第一层之一面上形成一第二层；(c)蚀刻该第二层，用于产生复数个露出该第一层的表面之沟槽；(d)填充一硬度大于该第一物质及该第二物质之第三物质于该等沟槽中形成复数个抛光停止点；以及(e)移除该等沟槽外之该第三物质，而暴露出该第二层之表面；(f)把第二层之表面粘附于一导电之第四物质上；以及(g)用机械或化学机械方法磨除第一物质暴露出第二层物质。其中蚀刻之步骤是感应耦合电浆、该第三物质是钻石薄膜或类金刚石薄膜以及移除是使用机械研磨或化学机械抛光。
本发明也提供一种制作薄膜发光二极管组件之方法，该方法包含以下步骤：一种制造半导体发光装置之方法，该方法包含以下步骤：(a)提供一第一物质，用于形成一第一层；(b)提供一半导体材料之第二物质，用于在该第一层之一面上形成一做为活性区(active region)之第二层；(c)蚀刻该第二层，用于产生复数个露出该第一层的表面之沟槽；(d)覆盖一层介质；(e)填充一硬度大于该第一物质及该第二物质之第三物质于该等沟槽中形成复数个抛光停止点；(f)提供一第四物质，用于在该第二层之表面上形成一第一电极层；(g)黏接该第一电极层至一电导式载体上；(h)移除该第一层；以及(i)在移除该第一层后之该第二物质之表面上形成复数个第二电极。其中该第一物质为蓝宝石、该第二物质为氮化镓或氮化铟镓或III-V族或II-VI之半导体材料、该第三物质是钻石薄膜或类金刚石薄膜、(c)步骤中之蚀刻是感应耦合电浆蚀刻、(h)步骤中之移除是使用机械研磨或化学机械抛光、该第一电极层是P型以及该第二电极层是N型。上述方法进一步包含在抛光后之表面上进行表皮粗糙化的步骤或形成2维光子晶体的步骤。
由于本发明之一实施例是在发光二极管之活性区(activeregion)植入钻石材料，以做为复数个抛光停止点。于是本发明称其为一种钻石肩(diamond shoulder)发光二极管结构。
在本发明之一实施例中是专注在移除薄膜装置之基板，而且使用钻石膜在发光装置中的好处是可以帮助热耗散。且在本发明之之一实施例中，在活性区的周围植入钻石膜以防止活性区在移除活性区之顶层材料或底层材料之步骤中被移除掉。更细部而言，在一制作薄膜发光二极管组件之一实施例中，所有半导体制程之步骤是有关制作薄膜发光二极管组件，而抛光停止点是用于移除蓝宝石层之辅助方法。
附图说明
图1描绘了实施传统化学机械抛光技术后之平面。
图2描绘了实施超平坦化学机械抛光技术后之平面。
图3描绘了根据本发明一实施例应用之停止点分布图之剖面图。
图4描绘了根据本发明一实施例应用之初始样本之剖面图。
图5描绘了根据本发明一实施例应用之蚀刻初始样本后之剖面图。
图6描绘了根据本发明一实施例应用之涂敷钻石膜后之剖面图。
图7描绘了根据本发明一实施例应用之形成第一电极层后之剖面图。
图8描绘了根据本发明一实施例应用之黏接电导性载体后之剖面图。
图9描绘了根据本发明一实施例应用之实施机械研磨或化学机械抛光后之剖面图。
图10A描绘了根据本发明一实施例应用之在活性区表面粗糙化后之剖面图。
图10B描绘了根据本发明一实施例应用之在活性区表面形成2维光子晶体后之剖面图。
图11A描绘了根据本发明一实施例应用之在图10A中形成第二电极之剖面图。
图11B描绘了根据本发明一实施例应用之在图10B中形成第二电极之剖面图。
图12A描绘了根据本发明一实施例应用之切割图11A之发光装置之剖面图。
图12B描绘了根据本发明一实施例应用之切割图11B之发光装置之剖面图。
具体实施方式
图1显示了一种传统半导体架构，其包含活性区130、电极层140以及载体150。当实施传统之化学机械抛光技术时，若欲抛光之平面两侧距离L110过大，将造成平面两侧与中心位置之变异值V120过大，所以平面两侧距离L与变异值V成正比。
图2显示了一种具有停止点260之半导体架构，其包含欲抛光之平面两侧距离L210、变异值V220、活性区230、电极层240载体250以及停止点宽度a270。也是本发明在实施超平坦化学机械抛光技术后的一个实施例，若在植入复数个抛光停止点260后，则整个平面之变异值V将可以控制在半导体制程所要求的标准中。该方法包含以下步骤：(a)提供一第一物质，用于形成一第一层；(b)提供一第二物质，用于在该第一层之一面上形成一第二层；(c)蚀刻该第二层，用于产生复数个露出该第一层的表面之沟槽；(d)填充一硬度大于该第一物质及该第二物质之第三物质于该等沟槽中形成复数个抛光停止点；以及(e)移除该等沟槽外之该第三物质，而暴露出该第二层之表面。进一步而言，本实施例仍可以类似步骤移除该第一物质且可以控制变异值V在半导体制程所要求的标准中。
图3显示了根据本发明一实施例应用之停止点分布图之剖面图。由于如上所述之遇抛光平面的两侧之距离与变异值成正比。于是在控制了停止点之大小以及停止点与停止点间之距离后，可以获得在标准范围内之变异值。当然，本实施例中之停止点之图形可以是圆形、三角形、矩形或其它几何图形。
根据本发明的一种应用，图4-图12揭示了另一实施例中，其是一种制造薄膜半导体发光装置之方法，该方法包含以下步骤：(a)提供一第一物质，用于形成一第一层410；(b)提供一半导体材料之第二物质，用于在该第一层之一面上形成一做为活性区(active region)之第二层230；(如图4中所示)(c)蚀刻该第二层，用于产生复数个露出该第一层的表面之沟槽510；(如图5中所示)(d)覆盖一层介质620；(e)填充一硬度大于该第一物质及该第二物质之第三物质610于该等沟槽中形成复数个抛光停止点；(如图6中所示)(f)提供一第四物质，用于在该第二层之表面上形成一第一电极层710；(如图7中所示)(g)黏接该第一电极层至一电导式载体810上；(如图8中所示)(h)移除该第一层露出复数个抛光停止点910；(如图9中所示)以及(i)在移除该第一层后之该第二物质之表面上形成复数个第二电极1110。(如图11中所示)。本实施例中进一步包含如图10A在活性区表面粗糙化1010或图10B在活性区表面形成2维光子晶体1020之步骤。最后如图12A或12B所示再对发光装置进行切割。上述之实施例中，该第一物质可以为蓝宝石、该第二物质可以为氮化镓或氮化铟镓、该第二物质可以为III-V族或II-VI之半导体材料、(c)步骤中之蚀刻可以是感应耦合电浆蚀刻、其中该第三物质可以是钻石薄膜或类金刚石薄膜、(h)步骤中之移除可以是使用机械研磨或化学机械抛光、该第一电极层可以是P型以及该第二电极层可以是N型。本发明之一实施例，钻石肩发光二极管如符号1210所示。
依本发明之一实施例所制作之半导体装置结构包含：一电导性载体；一半导体材料层；一超硬材料，其中该超硬材料至少有一表面相邻于该半导体材料层；一第一电极层，其位于该半导体材料层之一表面上；以及一第二电极层，其相对于该第一电极层位于该半导体材料层之另一表面上。其中该半导体材料层包含氮化铝镓铟(AlInGaN)、磷化铝镓铟(AlInGaP)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化砷镓(GaAsP)或磷化砷镓铟；该超硬材料包含钻石、类钻膜(DLC)、氮化钛类(TiNx)或钛钨合金类(TiWx)以及该电导性载体包含铜、硅、碳化硅或砷化镓。

Claims (15)

1.一种在半导体制程中制作超平坦平面之方法，该方法包含以下步骤：
(a)提供一第一物质，用于形成一第一层；
(b)提供一第二物质，用于在该第一层之一面上形成一第二层；
(c)蚀刻该第二层，用于产生复数个露出该第一层的表面之沟槽；
(d)填充一硬度大于该第一物质及该第二物质之第三物质于该等沟槽中形成复数个抛光停止点；
(e)移除该等沟槽外之该第三物质，而暴露出该第二层之表面；
(f)把第二层之表面粘附于一导电之第四物质上；以及
(g)用机械或化学机械方法磨除第一物质暴露出第二层物质。
2.根据权利要求1的方法，其中(c)步骤中之蚀刻是感应耦合电浆蚀刻。
3.根据权利要求1的方法，其中该第三物质是钻石薄膜、类钻膜、氮化钛类(TiNx)或钛钨合金类(TiWx)。
4.根据权利要求1的方法，其中(e)步骤中之移除是使用氧气气氛之电浆刻蚀，并且其中(g)步骤中之磨除是采用机械研磨或化学机械抛光。
5.一种制造薄膜半导体发光装置之方法，该方法包含以下步骤：
(a)提供一第一物质，用于形成一第一层；
(b)提供一半导体材料之第二物质，用于在该第一层之一面上形成一做为活性区(active region)之第二层；
(c)蚀刻该第二层，用于产生复数个露出该第一层的表面之沟槽；
(d)覆盖一层介质；
(e)填充一硬度大于该第一物质及该第二物质之第三物质于该等沟槽中形成复数个抛光停止点；
(f)提供一第四物质，用于在该第二层之表面上形成一第一电极层；
(g)黏接该第一电极层至一电导式载体上；
(h)移除该第一层；以及
(i)在移除该第一层后之该第二物质之表面上形成复数个第二电极。
6.根据权利要求5的方法，其中该第一物质为蓝宝石。
7.根据权利要求5的方法，其中该第二物质为氮化镓，氮化铟，氮化铝镓铟(AlInGaN)、磷化铝镓铟(AlInGaP)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化砷镓(GaAsP)或磷化砷镓铟，或由上述材料组成之多层结构。
8.根据权利要求5的方法，其中该第三物质是钻石薄膜、类钻膜、氮化钛类(TiNx)或钛钨合金类(TiWx)，或其它超硬材料，其硬度大于第一物质之硬度。
9.根据权利要求5的方法，其中该第四物质为III-V族或II-VI族之半导体材料。
10.根据权利要求5的方法，进一步包含在抛光后之表面上进行表皮粗化的步骤或形成2维光子晶体的步骤。
11.根据权利要求5的方法，其中(c)步骤中之蚀刻是感应耦合电浆蚀刻。
12.根据权利要求5的方法，其中(h)步骤中之移除是使用机械研磨或化学机械抛光。
13.根据权利要求5的方法，其中该第一电极层是P型。
14.根据权利要求5的方法，其中该第二电极是N型。
15.根据权利要求7的方法，其中该多层结构是半导体发光结构。
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