專利名稱：超平坦化學機械拋光技術之方法及使用該方法制造的半導體組件的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及半導體領域，在半導體之制作過程中涉 及使用化學機械拋光技術來制作平坦表面之方法，其主要是一種在半導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：
傳統用于制造 一 覆晶發光二極管組件之方法中，沉積多個 磊晶層于一藍寶石成長基板上以產生一磊芯片。在該磊芯片上 制造復數個發光二極管組件。切割該磊芯片以產生一組件晶粒。 覆晶接合該組件晶粒至一安裝臺。該覆晶接合包括藉由接合該 組件晶粒之至少 一 電極至該安裝臺之至少 一 焊墊來固定該組件 晶粒于該安裝臺上。繼該覆晶接合之后，經由應用激光來移除 該組件晶粒之該成長基板。目前出現一種取代覆晶發光二極管組件之薄膜發光二極管 組件，與覆晶發光二極管組件相比薄膜氮化鎵(GaN)發光二極管 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 之優點。薄膜發光二極管組件直接將磊芯片黏接至一電導性載 體基板。接著使用準分子激光(excimer laser)分解氮化鎵，藉此 移除藍寶石基板而只保留活性區。上述移除藍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 激光剝離是唯一實現薄膜氮化鎵(GaN)發光二極管組件之方法， 但是激光剝離不兼容于舊制程，所以具有設備昂貴以及激光會 產生損害之缺點。若是使用傳統之化學機械拋光技術(CMP)取代激光剝離 (laser lift-off)，該技術相較于激光剝離，因不需增加激光設備以 及使用激光剝離技術而達到降低成本以及實施方便之優點。不 過由于實施傳統之化學機械拋光技術時，若欲拋光之平面過大， 將造成平面兩側與中心位置之變異值過大，無法達到大量制造 半導體裝置時要求平面必須平坦之標準，將使得制造半導體裝 置之良率降低。于是本發明提供一種超平坦化學機械拋光技術 (Super Flat Chemical Mechanical Polishing (SF-CMP))之方法，該 方法克服了傳統之化學機械拋光技術(CMP)之平面兩側與中心 位置之變異值過大之缺點，所以同時具有降低成本、實施方便 以及提高良率之優點。發明內容本發明在于提供一種超平坦化學機械拋光技術(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，先植入復數個拋光停止點后再進行拋 光。其特征在于該等拋光停止點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， 用于形成一第一層；(b)提供一第二物質，用于在該第一層之一 面上形成一第二層；(c)蝕刻該第二層，用于產生復數個露出該 第一層的表面之溝槽；(d)填充一硬度大于該第一物質及該第二 物質之第三物質于該等溝槽中形成復數個拋光停止點；以及(e)移除該等溝槽外之該第三物質，而暴露出該第二層之表面；(f) 把第二層之表面粘附于一導電之第四物質上；以及(g)用機械或 化學機械方法磨除第一物質暴露出第二層物質。其中蝕刻之步 驟是感應耦合電漿、該第三物質是鉆石薄膜或類金剛石薄膜以 及移除是使用機械研磨或化學機械拋光。本發明也提供一種制作薄膜發光二極管組件之方法，該方 法包含以下步驟 一種制造半導體發光裝置之方法，該方法包含以下步驟(a)提供一第一物質，用于形成一第一層；(b)提 供一半導體材料之第二物質，用于在該第一層之一面上形成一做為活性區(active region)之第二層；(c)蝕刻該第二層，用于 產生復數個露出該第一層的表面之溝槽；(d)覆蓋一層介質；(e) 填充一硬度大于該第一物質及該第二物質之第三物質于該等溝 槽中形成復數個拋光停止點；(f)提供一第四物質，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 該第二物質之表面上形成復數個第二電極。其中該第一物質為 藍寶石、該第二物質為氮化鎵或氮化銦鎵或m-v族或H-VI之半 導體材料、該第三物質是鉆石薄膜或類金剛石薄膜、(c)步驟中 之蝕刻是感應耦合電漿蝕刻、(h)步驟中之移除是使用機械研磨 或化學機械拋光、該第一電極層是P型以及該第二電極層是N 型。上述方法進一步包含在拋光后之表面上進行表皮粗糙化的 步驟或形成2維光子晶體的步驟。由于本發明之一實施例是在發光二極管之活性區(active region)植入鉆石材料，以做為復數個拋光停止點。于是本發明 稱其為 一 種鉆石肩(diamond shoulder)發光二極管結構。在本發明之一實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光裝置中的好處是可以幫助熱耗散。且在本 發明之之一實施例中，在活性區的周圍植入鉆石膜以防止活性 區在移除活性區之頂層材料或底層材料之步驟中被移除掉。更 細部而言，在一制作薄膜發光二極管組件之一實施例中，所有 半導體制程之步驟是有關制作薄膜發光二極管組件，而拋光停 止點是用于移除藍寶石層之輔助方法。


圖1描繪了實施傳統化學機械拋光技術后之平面。圖2描繪了實施超平坦化學機械拋光技術后之平面。 圖3描繪了根據本發明一實施例應用之停止點分布圖之剖 面圖。圖4描繪了根據本發明一實施例應用之初始樣本之剖面圖。 圖5描繪了根據本發明一實施例應用之蝕刻初始樣本后之 剖面圖。圖6描繪了根據本發明一實施例應用之涂敷鉆石膜后之剖 面圖。圖7描繪了根據本發明一實施例應用之形成第一電極層后 之剖面圖。圖8描繪了根據本發明一實施例應用之黏接電導性載體后 之剖面圖。圖9描繪了根據本發明一實施例應用之實施機械研磨或化 學機械拋光后之剖面圖。圖10A描繪了根據本發明一實施例應用之在活性區表面粗 糙化后之剖面圖。圖10B描繪了根據本發明一實施例應用之在活性區表面形成2維光子晶體后之剖面圖。圖11A描繪了根據本發明 第二電極之剖面圖。圖11B描繪了根據本發明 第二電極之剖面圖。圖12A描繪了根據本發明 光裝置之剖面圖。圖12B描繪了根據本發明 光裝置之剖面圖。
具體實施方式
圖l顯示了一種傳統半導體架構，其包含活性區130、電極 層140以及載體150。當實施傳統之化學機械拋光技術時，若欲 拋光之平面兩側距離L110過大，將造成平面兩側與中心位置之 變異值V120過大，所以平面兩側距離L與變異值V成正比。圖2顯示了一種具有停止點260之半導體架構，其包含欲拋 光之平面兩側距離L210、變異值V220、活性區230、電極層240 載體250以及停止點寬度a270。也是本發明在實施超平坦化學 機械拋光技術后的一個實施例，若在植入復數個拋光停止點260 后，則整個平面之變異值V將可以控制在半導體制程所要求的 標準中。該方法包含以下步驟(a)提供一第一物質，用于形成 一第一層；(b)提供一第二物質，用于在該第一層之一面上形成 一第二層；(c)蝕刻該第二層，用于產生復數個露出該第一層的 表面之溝槽；(d)填充一硬度大于該第一物質及該第二物質之第 三物質于該等溝槽中形成復數個拋光停止點；以及(e)移除該等 溝槽外之該第三物質，而暴露出該第二層之表面。進一步而言，一實施例應用之在圖IOA中形成 一實施例應用之在圖IOB中形成 一實施例應用之切割圖IIA之發 一實施例應用之切割圖IIB之發本實施例仍可以類似步驟移除該第一物質且可以控制變異值V
在半導體制程所要求的標準中。
圖3顯示了根據本發明一實施例應用之停止點分布圖之剖 面圖。由于如上所述之遇拋光平面的兩側之距離與變異值成正 比。于是在控制了停止點之大小以及停止點與停止點間之距離 后，可以獲得在標準范圍內之變異值。當然，本實施例中之停 止點之圖形可以是圓形、三角形、矩形或其它幾何圖形。
根據本發明的一種應用，圖4-圖12揭示了另一實施例中，其
是一種制造薄膜半導體發光裝置之方法，該方法包含以下步驟 (a)提供一第一物質，用于形成一 第一層410; (b)提供一半導 體材料之第二物質，用于在該第一層之一面上形成一做為活性 區(active region)之第二M 230;(如圖4中所示)(c)蝕刻該第二 層，用于產生復數個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620; (e)填充一硬度大于該第一物 質及該第二物質之第三物質610于該等溝槽中形成復數個拋光 停止點；(如圖6中所示)(f)提供 一 第四物質，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 一電極層至一電導式載體810上；(如圖8中所示)(h)移除該第 一層露出復數個拋光停止點910;(如圖9中所示)以及(i)在移
除該第一層后之該第二物質之表面上形成復數個第二電極
1110。(如圖11中所示)。本實施例中進一步包含如圖IOA在活 性區表面粗糙化1010或圖10B在活性區表面形成2維光子晶體 1020之步驟。最后如圖12A或12B所示再對發光裝置進行切害U。
上述之實施例中，該第一物質可以為藍寶石、該第二物質可以為 氮化鎵或氮化銦鎵、該第二物質可以為lll-V族或ll-VI之半導體材料、 (c)步驟中之蝕刻可以是感應耦合電漿蝕刻、其中該第三物質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 械研磨或化學機械拋光、該第一電極層可以是P型以及該第二
電極層可以是N型。本發明之一實施例，鉆石肩發光二極管如 符號1210所示。
依本發明之一實施例所制作之半導體裝置結構包含 一電導 性載體； 一半導體材料層； 一超硬材料，其中該超硬材料至少
有一表面相鄰于該半導體材料層； 一第一電極層，其位于該半 導體材料層之一表面上；以及一第二電極層，其相對于該第一 電極層位于該半導體材料層之另一表面上。其中該半導體材料 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 電導性載體包含銅、硅、碳化硅或砷化鎵。
權利要求
1. 一種在半導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，用于形成一第一層；(b)提供一第二物質，用于在該第一層之一面上形成一第二層；(c)蝕刻該第二層，用于產生復數個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及該第二物質之第三物質于該等溝槽中形成復數個拋光停止點；(e)移除該等溝槽外之該第三物質，而暴露出該第二層之表面；(f)把第二層之表面粘附于一導電之第四物質上；以及(g)用機械或化學機械方法磨除第一物質暴露出第二層物質。
2. 根據權利要求1的方法，其中(c)步驟中之蝕刻是感應耦合 電漿蝕刻。
3. 根據權利要求l的方法，其中該第三物質是鉆石薄膜、類 鉆石膜(DLC)、氮化鈦類(TiNx)或鈦鎢合金類(TiWx)。
4. 根據權利要求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。根據權利要求l的方法，其中(g)步驟中之移除是使用氧氣氣 氛之電漿刻蝕機械研磨或化學機械拋光。
5. —種制造薄膜半導體發光裝置之方法，該方法包含以下步驟(a) 提供一第一物質，用于形成一第一層；(b) 提供一半導體材料之第二物質，用于在該第一層之一面 上形成一做為活性區(active region)之第二層；(c) 蝕刻該第二層，用于產生復數個露出該第一層的表面之(d) 覆蓋一層介質；(e) 填充一硬度大于該第一物質及該第二物質之第三物質于 該等溝槽中形成復數個拋光停止點；(f) 提供一第四物質，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之表面上形成復數個第 二電極。
6. 根據權利要求5的方法，其中該第一物質為藍寶石。
7. 根據權利要求5的方法，其中該第二物質為氮化鎵，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 之多層結構。
8. 根據權利要求5的方法，其中該第三物質是鉆石薄膜、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之硬度。
9. 根據權利要求5的方法，其中該第四物質為lll-V族或ll-VI族之半導體材料。
10. 根據權利要求5的方法，進一步包含在拋光后之表面上 進行表皮粗化的步驟或形成2維光子晶體的步驟。
11. 根據權利要求5的方法， 合電漿蝕刻。
12. 根據權利要求5的方法， 械研磨或化學機械拋光。
13. 根據權利要求5的方法，
14. 根據權利要求5的方法，
15. 根據權利要求7的方法， 結構。其中(c)步驟中之蝕刻是感應耦其中(h)步驟中之移除是使用機其中該第一電極層是P型。 其中該第二電極層是N型。其中該多層結構是半導體發光
16. —種制造半導體發光裝置之方法，該方法包含以下步驟(a) 提供具有磊晶之復數個相連之孤立凸型平臺；(b) 覆蓋一層介質；(c) 形成拋光停止點于復數個相連之孤立凸型平臺間之溝(d) 形成一第一電極層于已形成拋光停止點之該等相連之孤立凸型平臺上；(e) 壓焊一電導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之底部所形成之一基板；(g) 形成復數個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. 根據權利要求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)蝕刻該磊晶用于產生復數個露出該基板之表面之溝槽。
18. 根據權利要求16的方法，其中形成拋光停止點之步驟是 填充一硬度大于該等相連之孤立凸型平臺之材料于該等相連之 孤立凸型平臺間之溝槽。
19. 根據權利要求17的方法， 合電漿蝕刻。
20. 根據權利要求18的方法， 立凸型平臺之材料是鉆石薄膜、 或鈦鎢合金類(TiWx)。
21. 根據權利要求16的方法， 械研磨或化學機械拋光。其中(j)步驟中之蝕刻是感應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
22. 根據權利要求16的方法，其中該第一電極層是P型。
23. 根據權利要求16的方法，其中該第二電極層是N型。
24. —種鉆石肩發光二極管結構，其在活性區(active region) 植入鉆石材料做為復數個拋光停止點。
25. —種根據權利要求5或16的方法所制作的半導體發光裝 置。
26. —種半導體裝置之結構，該結構包含一電導性載體； 一半導體材料層；一超硬材料，其中該超硬材料至少有一表面相鄰于該半導體 材料層；一第一電極層，其位于該半導體材料層之一表面上；以及 一第二電極層，其相對于該第一電極層位于該半導體材料層 之另一表面上。
27. 根據權利要求25的方法，其中該半導體材料層包含氮化 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. 根據權利要求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之硬度。
29.根據權利要求26的方法，其中該電導性載體包含銅、銀、 金、硅、碳化硅或砷化鎵。
全文摘要
本發明提供一種超平坦化學機械拋光技術(Super FlatChemical Mechanical Polishing(SF-CMP))之方法，其主要是一種在半導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，先植入復數個拋光停止點后再進行拋光。其特征在于該等拋光停止點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的情形下獲得超平坦的拋光表面。
文檔編號B24B29/00GK101244533SQ20071008028
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月16日 優先權日2007年2月16日
發明者勇 蔡, 褚宏深 申請人:香港應用科技研究院有限公司