專利名稱：超平坦化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)之方法及使用該方法制造的半導(dǎo)體組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，在半導(dǎo)體之制作過程中涉 及使用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)來制作平坦表面之方法，其主要是一種在半導(dǎo)體之制作過程中用以取代激光剝離(laser lift-off)之方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)用于制造 一 覆晶發(fā)光二極管組件之方法中，沉積多個(gè) 磊晶層于一藍(lán)寶石成長(zhǎng)基板上以產(chǎn)生一磊芯片。在該磊芯片上 制造復(fù)數(shù)個(gè)發(fā)光二極管組件。切割該磊芯片以產(chǎn)生一組件晶粒。 覆晶接合該組件晶粒至一安裝臺(tái)。該覆晶接合包括藉由接合該 組件晶粒之至少 一 電極至該安裝臺(tái)之至少 一 焊墊來固定該組件 晶粒于該安裝臺(tái)上。繼該覆晶接合之后，經(jīng)由應(yīng)用激光來移除 該組件晶粒之該成長(zhǎng)基板。目前出現(xiàn)一種取代覆晶發(fā)光二極管組件之薄膜發(fā)光二極管 組件，與覆晶發(fā)光二極管組件相比薄膜氮化鎵(GaN)發(fā)光二極管 組件具有低熱阻、在N型層與P型層具有均勻電流以及低成本 之優(yōu)點(diǎn)。薄膜發(fā)光二極管組件直接將磊芯片黏接至一電導(dǎo)性載 體基板。接著使用準(zhǔn)分子激光(excimer laser)分解氮化鎵，藉此 移除藍(lán)寶石基板而只保留活性區(qū)。上述移除藍(lán)寶石基板之方法稱為激光剝離(laser lift-off),該方法在美國專利6455340、 7001824以及7015117被揭露。目前 激光剝離是唯一實(shí)現(xiàn)薄膜氮化鎵(GaN)發(fā)光二極管組件之方法， 但是激光剝離不兼容于舊制程，所以具有設(shè)備昂貴以及激光會(huì) 產(chǎn)生損害之缺點(diǎn)。若是使用傳統(tǒng)之化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)(CMP)取代激光剝離 (laser lift-off)，該技術(shù)相較于激光剝離，因不需增加激光設(shè)備以 及使用激光剝離技術(shù)而達(dá)到降低成本以及實(shí)施方便之優(yōu)點(diǎn)。不 過由于實(shí)施傳統(tǒng)之化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)時(shí)，若欲拋光之平面過大， 將造成平面兩側(cè)與中心位置之變異值過大，無法達(dá)到大量制造 半導(dǎo)體裝置時(shí)要求平面必須平坦之標(biāo)準(zhǔn)，將使得制造半導(dǎo)體裝 置之良率降低。于是本發(fā)明提供一種超平坦化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù) (Super Flat Chemical Mechanical Polishing (SF-CMP))之方法，該 方法克服了傳統(tǒng)之化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)(CMP)之平面兩側(cè)與中心 位置之變異值過大之缺點(diǎn)，所以同時(shí)具有降低成本、實(shí)施方便 以及提高良率之優(yōu)點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明在于提供一種超平坦化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)(Super Flat Chemical Mechanical Polishing (SF-CMP))之方法，其主要步驟 是在想要拋光的表面上，先植入復(fù)數(shù)個(gè)拋光停止點(diǎn)后再進(jìn)行拋 光。其特征在于該等拋光停止點(diǎn)的材料之硬度大于該表面的材 料之硬度。此方法可以在不需移除拋光停止點(diǎn)的情形下獲得超 平坦的拋光表面。該方法包含以下步驟(a)提供一第一物質(zhì)， 用于形成一第一層；(b)提供一第二物質(zhì)，用于在該第一層之一 面上形成一第二層；(c)蝕刻該第二層，用于產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)露出該 第一層的表面之溝槽；(d)填充一硬度大于該第一物質(zhì)及該第二 物質(zhì)之第三物質(zhì)于該等溝槽中形成復(fù)數(shù)個(gè)拋光停止點(diǎn)；以及(e)移除該等溝槽外之該第三物質(zhì)，而暴露出該第二層之表面；(f) 把第二層之表面粘附于一導(dǎo)電之第四物質(zhì)上；以及(g)用機(jī)械或 化學(xué)機(jī)械方法磨除第一物質(zhì)暴露出第二層物質(zhì)。其中蝕刻之步 驟是感應(yīng)耦合電漿、該第三物質(zhì)是鉆石薄膜或類金剛石薄膜以 及移除是使用機(jī)械研磨或化學(xué)機(jī)械拋光。本發(fā)明也提供一種制作薄膜發(fā)光二極管組件之方法，該方 法包含以下步驟 一種制造半導(dǎo)體發(fā)光裝置之方法，該方法包含以下步驟(a)提供一第一物質(zhì)，用于形成一第一層；(b)提 供一半導(dǎo)體材料之第二物質(zhì)，用于在該第一層之一面上形成一做為活性區(qū)(active region)之第二層；(c)蝕刻該第二層，用于 產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)露出該第一層的表面之溝槽；(d)覆蓋一層介質(zhì)；(e) 填充一硬度大于該第一物質(zhì)及該第二物質(zhì)之第三物質(zhì)于該等溝 槽中形成復(fù)數(shù)個(gè)拋光停止點(diǎn)；(f)提供一第四物質(zhì)，用于在該第 二層之表面上形成一第一電極層；(g)黏接該第一電極層至一電 導(dǎo)式載體上；(h)移除該第一層；以及(i)在移除該第一層后之 該第二物質(zhì)之表面上形成復(fù)數(shù)個(gè)第二電極。其中該第一物質(zhì)為 藍(lán)寶石、該第二物質(zhì)為氮化鎵或氮化銦鎵或m-v族或H-VI之半 導(dǎo)體材料、該第三物質(zhì)是鉆石薄膜或類金剛石薄膜、(c)步驟中 之蝕刻是感應(yīng)耦合電漿蝕刻、(h)步驟中之移除是使用機(jī)械研磨 或化學(xué)機(jī)械拋光、該第一電極層是P型以及該第二電極層是N 型。上述方法進(jìn)一步包含在拋光后之表面上進(jìn)行表皮粗糙化的 步驟或形成2維光子晶體的步驟。由于本發(fā)明之一實(shí)施例是在發(fā)光二極管之活性區(qū)(active region)植入鉆石材料，以做為復(fù)數(shù)個(gè)拋光停止點(diǎn)。于是本發(fā)明 稱其為 一 種鉆石肩(diamond shoulder)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明之一實(shí)施例中是專注在移除薄膜裝置之基板，而且使用鉆石膜在發(fā)光裝置中的好處是可以幫助熱耗散。且在本 發(fā)明之之一實(shí)施例中，在活性區(qū)的周圍植入鉆石膜以防止活性 區(qū)在移除活性區(qū)之頂層材料或底層材料之步驟中被移除掉。更 細(xì)部而言，在一制作薄膜發(fā)光二極管組件之一實(shí)施例中，所有 半導(dǎo)體制程之步驟是有關(guān)制作薄膜發(fā)光二極管組件，而拋光停 止點(diǎn)是用于移除藍(lán)寶石層之輔助方法。


圖1描繪了實(shí)施傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)后之平面。圖2描繪了實(shí)施超平坦化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)后之平面。 圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例應(yīng)用之停止點(diǎn)分布圖之剖 面圖。圖4描繪了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例應(yīng)用之初始樣本之剖面圖。 圖5描繪了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例應(yīng)用之蝕刻初始樣本后之 剖面圖。圖6描繪了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例應(yīng)用之涂敷鉆石膜后之剖 面圖。圖7描繪了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例應(yīng)用之形成第一電極層后 之剖面圖。圖8描繪了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例應(yīng)用之黏接電導(dǎo)性載體后 之剖面圖。圖9描繪了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例應(yīng)用之實(shí)施機(jī)械研磨或化 學(xué)機(jī)械拋光后之剖面圖。圖10A描繪了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例應(yīng)用之在活性區(qū)表面粗 糙化后之剖面圖。圖10B描繪了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例應(yīng)用之在活性區(qū)表面形成2維光子晶體后之剖面圖。圖11A描繪了根據(jù)本發(fā)明 第二電極之剖面圖。圖11B描繪了根據(jù)本發(fā)明 第二電極之剖面圖。圖12A描繪了根據(jù)本發(fā)明 光裝置之剖面圖。圖12B描繪了根據(jù)本發(fā)明 光裝置之剖面圖。
具體實(shí)施方式
圖l顯示了一種傳統(tǒng)半導(dǎo)體架構(gòu)，其包含活性區(qū)130、電極 層140以及載體150。當(dāng)實(shí)施傳統(tǒng)之化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)時(shí)，若欲 拋光之平面兩側(cè)距離L110過大，將造成平面兩側(cè)與中心位置之 變異值V120過大，所以平面兩側(cè)距離L與變異值V成正比。圖2顯示了一種具有停止點(diǎn)260之半導(dǎo)體架構(gòu)，其包含欲拋 光之平面兩側(cè)距離L210、變異值V220、活性區(qū)230、電極層240 載體250以及停止點(diǎn)寬度a270。也是本發(fā)明在實(shí)施超平坦化學(xué) 機(jī)械拋光技術(shù)后的一個(gè)實(shí)施例，若在植入復(fù)數(shù)個(gè)拋光停止點(diǎn)260 后，則整個(gè)平面之變異值V將可以控制在半導(dǎo)體制程所要求的 標(biāo)準(zhǔn)中。該方法包含以下步驟(a)提供一第一物質(zhì)，用于形成 一第一層；(b)提供一第二物質(zhì)，用于在該第一層之一面上形成 一第二層；(c)蝕刻該第二層，用于產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)露出該第一層的 表面之溝槽；(d)填充一硬度大于該第一物質(zhì)及該第二物質(zhì)之第 三物質(zhì)于該等溝槽中形成復(fù)數(shù)個(gè)拋光停止點(diǎn)；以及(e)移除該等 溝槽外之該第三物質(zhì)，而暴露出該第二層之表面。進(jìn)一步而言，一實(shí)施例應(yīng)用之在圖IOA中形成 一實(shí)施例應(yīng)用之在圖IOB中形成 一實(shí)施例應(yīng)用之切割圖IIA之發(fā) 一實(shí)施例應(yīng)用之切割圖IIB之發(fā)本實(shí)施例仍可以類似步驟移除該第一物質(zhì)且可以控制變異值V
在半導(dǎo)體制程所要求的標(biāo)準(zhǔn)中。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例應(yīng)用之停止點(diǎn)分布圖之剖 面圖。由于如上所述之遇拋光平面的兩側(cè)之距離與變異值成正 比。于是在控制了停止點(diǎn)之大小以及停止點(diǎn)與停止點(diǎn)間之距離 后，可以獲得在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)之變異值。當(dāng)然，本實(shí)施例中之停 止點(diǎn)之圖形可以是圓形、三角形、矩形或其它幾何圖形。
根據(jù)本發(fā)明的一種應(yīng)用，圖4-圖12揭示了另一實(shí)施例中，其
是一種制造薄膜半導(dǎo)體發(fā)光裝置之方法，該方法包含以下步驟 (a)提供一第一物質(zhì)，用于形成一 第一層410; (b)提供一半導(dǎo) 體材料之第二物質(zhì)，用于在該第一層之一面上形成一做為活性 區(qū)(active region)之第二M 230;(如圖4中所示)(c)蝕刻該第二 層，用于產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)露出該第一層的表面之溝槽510;(如圖5 中所示)(d)覆蓋一層介質(zhì)620; (e)填充一硬度大于該第一物 質(zhì)及該第二物質(zhì)之第三物質(zhì)610于該等溝槽中形成復(fù)數(shù)個(gè)拋光 停止點(diǎn)；(如圖6中所示)(f)提供 一 第四物質(zhì)，用于在該第二層 之表面上形成一第一電極層710;(如圖7中所示)(g)黏接該第 一電極層至一電導(dǎo)式載體810上；(如圖8中所示)(h)移除該第 一層露出復(fù)數(shù)個(gè)拋光停止點(diǎn)910;(如圖9中所示)以及(i)在移
除該第一層后之該第二物質(zhì)之表面上形成復(fù)數(shù)個(gè)第二電極
1110。(如圖11中所示)。本實(shí)施例中進(jìn)一步包含如圖IOA在活 性區(qū)表面粗糙化1010或圖10B在活性區(qū)表面形成2維光子晶體 1020之步驟。最后如圖12A或12B所示再對(duì)發(fā)光裝置進(jìn)行切害U。
上述之實(shí)施例中，該第一物質(zhì)可以為藍(lán)寶石、該第二物質(zhì)可以為 氮化鎵或氮化銦鎵、該第二物質(zhì)可以為lll-V族或ll-VI之半導(dǎo)體材料、 (c)步驟中之蝕刻可以是感應(yīng)耦合電漿蝕刻、其中該第三物質(zhì)可以是鉆石薄膜或類金剛石薄膜、(h)步驟中之移除可以是使用機(jī) 械研磨或化學(xué)機(jī)械拋光、該第一電極層可以是P型以及該第二
電極層可以是N型。本發(fā)明之一實(shí)施例，鉆石肩發(fā)光二極管如 符號(hào)1210所示。
依本發(fā)明之一實(shí)施例所制作之半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)包含 一電導(dǎo) 性載體； 一半導(dǎo)體材料層； 一超硬材料，其中該超硬材料至少
有一表面相鄰于該半導(dǎo)體材料層； 一第一電極層，其位于該半 導(dǎo)體材料層之一表面上；以及一第二電極層，其相對(duì)于該第一 電極層位于該半導(dǎo)體材料層之另一表面上。其中該半導(dǎo)體材料 層包含氮化鋁鎵銦(AlInGaN)、磷化鋁鎵銦(AlInGaP)、砷化鋁鎵 (AlGaAs)、磷化砷鎵(GaAsP)或磷化砷鎵銦；該超硬材料包含鉆 石、類鉆膜(DLC)、氮化鈦類(TiNx)或鈦鎢合金類(TiWx)以及該 電導(dǎo)性載體包含銅、硅、碳化硅或砷化鎵。
權(quán)利要求
1. 一種在半導(dǎo)體制程中制作超平坦平面之方法，該方法包含以下步驟(a)提供一第一物質(zhì)，用于形成一第一層；(b)提供一第二物質(zhì)，用于在該第一層之一面上形成一第二層；(c)蝕刻該第二層，用于產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)露出該第一層的表面之溝槽；(d)填充一硬度大于該第一物質(zhì)及該第二物質(zhì)之第三物質(zhì)于該等溝槽中形成復(fù)數(shù)個(gè)拋光停止點(diǎn)；(e)移除該等溝槽外之該第三物質(zhì)，而暴露出該第二層之表面；(f)把第二層之表面粘附于一導(dǎo)電之第四物質(zhì)上；以及(g)用機(jī)械或化學(xué)機(jī)械方法磨除第一物質(zhì)暴露出第二層物質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中(c)步驟中之蝕刻是感應(yīng)耦合 電漿蝕刻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中該第三物質(zhì)是鉆石薄膜、類 鉆石膜(DLC)、氮化鈦類(TiNx)或鈦鎢合金類(TiWx)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中(e)步驟中之移除是使用氧氣氣氛之電漿刻蝕。根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中(g)步驟中之移除是使用氧氣氣 氛之電漿刻蝕機(jī)械研磨或化學(xué)機(jī)械拋光。
5. —種制造薄膜半導(dǎo)體發(fā)光裝置之方法，該方法包含以下步驟(a) 提供一第一物質(zhì)，用于形成一第一層；(b) 提供一半導(dǎo)體材料之第二物質(zhì)，用于在該第一層之一面 上形成一做為活性區(qū)(active region)之第二層；(c) 蝕刻該第二層，用于產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)露出該第一層的表面之(d) 覆蓋一層介質(zhì)；(e) 填充一硬度大于該第一物質(zhì)及該第二物質(zhì)之第三物質(zhì)于 該等溝槽中形成復(fù)數(shù)個(gè)拋光停止點(diǎn)；(f) 提供一第四物質(zhì)，用于在該第二層之表面上形成一第一 電極層；(g) 黏接該第一電極層至一電導(dǎo)式載體上；(h) 移除該第一層；以及(i) 在移除該第一層后之該第二物質(zhì)之表面上形成復(fù)數(shù)個(gè)第 二電極。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中該第一物質(zhì)為藍(lán)寶石。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中該第二物質(zhì)為氮化鎵，氮化銦 鎵氮，化鋁鎵銦(AlInGaN)、磷化鋁鎵銦(AlInGaP)、砷化鋁鎵 (AlGaAs)、磷化砷鎵(GaAsP)或磷化砷鎵銦，或由上述材料組成 之多層結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中該第三物質(zhì)是鉆石薄膜、類鉆膜(DLC)、氮化鈦類(TiNx)或鈦鎢合金類(TiWx)，或其它超硬 材料，其硬度大于第一物質(zhì)之硬度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中該第四物質(zhì)為lll-V族或ll-VI族之半導(dǎo)體材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包含在拋光后之表面上 進(jìn)行表皮粗化的步驟或形成2維光子晶體的步驟。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法， 合電漿蝕刻。
12. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法， 械研磨或化學(xué)機(jī)械拋光。
13. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，
14. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，
15. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法， 結(jié)構(gòu)。其中(c)步驟中之蝕刻是感應(yīng)耦其中(h)步驟中之移除是使用機(jī)其中該第一電極層是P型。 其中該第二電極層是N型。其中該多層結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體發(fā)光
16. —種制造半導(dǎo)體發(fā)光裝置之方法，該方法包含以下步驟(a) 提供具有磊晶之復(fù)數(shù)個(gè)相連之孤立凸型平臺(tái)；(b) 覆蓋一層介質(zhì)；(c) 形成拋光停止點(diǎn)于復(fù)數(shù)個(gè)相連之孤立凸型平臺(tái)間之溝(d) 形成一第一電極層于已形成拋光停止點(diǎn)之該等相連之孤立凸型平臺(tái)上；(e) 壓焊一電導(dǎo)性載體層于該第一電極層上；(f) 移除該等相連之孤立凸型平臺(tái)之底部所形成之一基板；(g) 形成復(fù)數(shù)個(gè)第二電極于暴露出表面之磊晶上；以及(h) 切割具有該等第二電極之磊晶。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中(a)步驟包含以下步驟-(h) 提供一基板；(i) 形成一磊晶于該基板上；以及G)蝕刻該磊晶用于產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)露出該基板之表面之溝槽。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中形成拋光停止點(diǎn)之步驟是 填充一硬度大于該等相連之孤立凸型平臺(tái)之材料于該等相連之 孤立凸型平臺(tái)間之溝槽。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法， 合電漿蝕刻。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法， 立凸型平臺(tái)之材料是鉆石薄膜、 或鈦鎢合金類(TiWx)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法， 械研磨或化學(xué)機(jī)械拋光。其中(j)步驟中之蝕刻是感應(yīng)耦其中該硬度大于該等相連之孤 類鉆膜(DLC)、氮化鈦類(TiNx)其中(e)步驟中之移除是使用機(jī)
22. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中該第一電極層是P型。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中該第二電極層是N型。
24. —種鉆石肩發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其在活性區(qū)(active region) 植入鉆石材料做為復(fù)數(shù)個(gè)拋光停止點(diǎn)。
25. —種根據(jù)權(quán)利要求5或16的方法所制作的半導(dǎo)體發(fā)光裝 置。
26. —種半導(dǎo)體裝置之結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含一電導(dǎo)性載體； 一半導(dǎo)體材料層；一超硬材料，其中該超硬材料至少有一表面相鄰于該半導(dǎo)體 材料層；一第一電極層，其位于該半導(dǎo)體材料層之一表面上；以及 一第二電極層，其相對(duì)于該第一電極層位于該半導(dǎo)體材料層 之另一表面上。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中該半導(dǎo)體材料層包含氮化 鋁鎵銦(AlInGaN)、磷化鋁鎵銦(AlInGaP)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、 磷化砷鎵(GaAsP)或磷化砷鎵銦。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中該超硬材料包含鉆石、類 鉆膜(DLC)、氮化鈦類(TiNx)或鈦鎢合金類(TiWx)，或其它超硬材料，其硬度大于第一物質(zhì)之硬度。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中該電導(dǎo)性載體包含銅、銀、 金、硅、碳化硅或砷化鎵。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超平坦化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)(Super FlatChemical Mechanical Polishing(SF-CMP))之方法，其主要是一種在半導(dǎo)體之制作過程中用以取代激光剝離(laser lift-off)之方法。SF-CMP主要步驟是在想要拋光的表面上，先植入復(fù)數(shù)個(gè)拋光停止點(diǎn)后再進(jìn)行拋光。其特征在于該等拋光停止點(diǎn)的材料之硬度大于該表面的材料之硬度。此方法可以在不需移除拋光停止點(diǎn)的情形下獲得超平坦的拋光表面。
文檔編號(hào)B24B29/00GK101244533SQ20071008028
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者勇 蔡, 褚宏深 申請(qǐng)人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司