用於製造和分離半導體器件的方法
2023-09-16 04:34:45 1
專利名稱：用於製造和分離半導體器件的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製造和分離半導體器件的方法。具體地， 本發明描述了免切割或劃片的半導體器件的分離，尤其涉及一種制 造用於光電應用的半導體器件的方法。
背景技術：
用於製造和分離半導體器件的傳統技術包括在晶片襯底上沉 積多層來形成多個半導體器件，然後使用機械方法來分離各個器 件。通常通過對襯底進行切割或劃片來分離各個器件以執行分離。 通常通過金剛石鋸、金剛石劃片器或雷射器進行切割，這是由非常 昂貴的機器所執行的耗時處理。傳統技術存在一 些眾所周知的問 題，包括工藝產量問題、器件性能問題、以及工藝成本問題。
圖1A至圖1C示出了根據現有技術的傳統半導體分離技術。 圖1A示出了利用機械切割的分離技術。圖1B示出了利用機械劃片 的分離技術。圖1C示出了利用雷射劃片的分離技術。
1. 工藝產量問題
根據傳統的機械器件分離方法(例如，切割和劃片方法、以及 雷射劃片方法)，利用所選方法通過沿著器件之間的柵格線或晶片 間隔線進行切割來分離每個單獨的器件。由於一次只切割一條晶片 間隔線，並且進行順序切割，所以這是比較慢的工藝。
對於具有硬襯底材料(例如，藍寶石上的GaN或SiC材料上 的GaN)的半導體器件，工藝產量問題變得更加顯著。此外，分離 產量受到由襯底研磨和拋光引起的任何裂紋或缺損的嚴重影響。如 果切割線穿過缺損區域，則結果是非常低的器件分離產量。
因此，眾所周知，器件分離是整個半導體器件製造工藝中最緩 慢且低產量的工藝。實際上，所知的基於GaN的半導體製造的後端 工藝產量^f氐至小於50%,而前端製造工藝產量一^1在90%以上的範 圍內。
2. 器件性能問題
由於切割和劃片的物理磨損動作，器件分離之後的器件性能可 能顯著劣化。例如，發光的LED器件側壁可能由於器件分離期間 的磨損切割動作而損壞，這是器件分離之後光輸出減少的主要原因。
在雷射劃片的情況下，通過以高強度雷射束熔化襯底材料來實 現器件分離。結果，熔化的襯底材料經常累積在器件的側壁上，這 也導致降^f氐LED器件的光輸出。
3. 工藝成本問題
通過傳統的分離方法，用於具有每晶片約10,000 ~ 12,000個器 件的GaN/藍寶石LED器件的平均管芯分離處理時間大約為40分鐘 至1個小時。這意味著如果機器一天運行24個小時，則一臺器件 分離機器一天只能處理24 36個晶片(700 ~ 1,000個晶片/月)。為 了實現商業上需要的製造輸出，需要許多機器和大量的資金設備投 資。
此夕卜，用於切割機的金剛石切割輪和用於劃片機的金剛石針尖 是非常昂貴的消耗部件，因此，傳統的管芯分離工藝涉及相當大的 耗才才成本。
在雷射劃片的情況下，主要的消材是雷射源。為了維持恆定的 雷射束能量，必須定期對雷射源氣體進行再裝載。雷射源是雷射劃 片系統中最昂貴的部件之一。
需要可靠的、經濟的且始終提高器件特性的用於製造以及然後 分離器件的改進技術。
發明內容
本發明提供了 一種用於製造以及然後分離半導體器件的改進 技術，特別地，提供了製造光電和電子半導體器件的方法。
製造和分離半導體結構的示例性方法包括步驟(a)局部 (partially )地形成附著至支撐結構的半導體結構，局部形成半導體 結構包括多個局部形成器件，其中，多個局部形成器件通過至少一 個連接層相互連接；(b)在多個局部形成器件的至少一部分上形成 局部掩模層；(c)蝕刻連接層以分離器件；以及(d)去除局部掩 模層。
製造和分離半導體結構的另一示例性方法包括步驟(a)局部 地形成附著至支撐結構的半導體結構，局部形成半導體結構包括多 個局部形成器件；(b)在局部形成半導體結構的表面上形成局部掩 模層；以柵格圖樣形成的掩模層在期望形成每個器件的位置留出開 口； (c)在表面沒有被掩模層覆蓋的開口中的局部形成半導體結構 上沉積金屬層；(d)完成形成半導體結構；(e)去除掩模層；以及 (f)在最接近去除掩模層的位置處分離器件。
本發明的優點包括比傳統技術更高的產量。此外，不是很昂貴 的設備可用於分離器件。結果獲得了每單位時間以及每單位金錢的 更高的器件產量。
本發明包4舌以下伊乙點
1. 工藝產量。新的器件分離工藝不需要任何物理磨損動作或加 熱以去除材料，來分離互相連接的器件。通過將多個堆疊的晶片浸 入處理化學物中， 一次可以分離多個晶片。因此，對將一皮處理的晶 片數量沒有限制。可獲得高達95%的器件分離工藝產量。
2. 器件性能。由於新工藝是化學工藝，所以在器件分離之後不 存在器件劣化。本發明還減小了在化學退火的幹蝕刻工藝期間所累 積、的應力。
3. 成本。本發明不需要昂貴的資金設備投資，僅需要廉價的剝 離或蝕刻化學物以及廉價的化學槽。通過使用這種新的管芯分離方 法，與傳統方法相比生產量可以加倍，並且與傳統方法相比，估計 每晶片的工藝成本只是其 一部分。
參照以下附圖描述本發明。
圖1A至圖1C示出了根據現有技術的傳統器件分離技術； 圖2示出了用於執行根據本發明實施例的方法步驟的流程圖； 圖3示
延晶片的局部形成半導體結構；
圖4示出了根據本發明實施例的其上沉積有金屬層的局部形成
半導體結構；
圖5示出了根據本發明實施例的附著至多孔晶片載體的局部形 成半導體結構；
圖6示出了才艮據本發明實施例的用於執行雷射剝離以從局部形 成半導體結構去除藍寶石襯底的技術；
圖7示出了根據本發明實施例的用於執行雷射剝離以從局部形 成半導體結構去除藍寶石襯底的技術，並且還示出了在雷射剝離之
後滴落在GaN表面上的Ga;
圖8示出了^4居本發明實施例的用於處理局部形成半導體結構 的GaNLED層的技術；
圖9示出了才艮據本發明實施例的局部形成半導體結構；
圖10示出了才艮據本發明實施例的附著有4妄觸焊盤的局部形成 半導體結構；
圖11示出了才艮據本發明實施例的用於局部形成半導體結構的 器件隔離的技術；
圖12示出了#4居本發明實施例的用於局部形成半導體結構的 鈍化沉積的技術；
圖13示出了衝艮據本發明實施例的用於局部形成半導體結構的 光刻膠掩模的技術；
圖14示出了根據本發明實施例的用於分離器件和將器件支撐 在支撐帶上的技術；
圖15示出了根據本發明實施例的多個分離器件；
圖16示出了4艮據本發明實施例的完成的最終器件；
圖17示出了用於#1行#4居本發明實施例的方法步驟的流程圖18示出了才艮據本發明實施例的用於局部形成半導體結構的 掩模層；
圖19示出了包括生長在藍寶石襯底上的外延晶片以及根據本 發明的實施例圖樣化的掩模層的局部形成半導體結構；
圖20示出了^4居本發明實施例的沉積有金屬層的局部形成半 導體結構；
圖21示出了根據本發明實施例的附著至多孔晶片載體的局部 形成半導體結構；
圖22示出了根據本發明實施例的用於執行雷射剝離以從局部 形成半導體結構去除藍寶石襯底的技術；
圖23示出了根據本發明實施例的用於執行雷射剝離以從局部 形成半導體結構去除藍寶石襯底的技術，並且還示出了在雷射剝離 之後滴落在GaN表面上的Ga;
圖24示出了才艮據本發明實施例的用於處理局部形成半導體結 構的GaN LED層的技術； 圖25示出了根據本發明實施例的局部形成半導體結構；
圖26示出了4艮據本發明實施例的附著有4妄觸焊盤的局部形成 半導體結構；
圖27示出了根據本發明實施例的用於局部形成半導體結構的 器件隔離的技術；
圖28示出了根據本發明實施例的用於局部形成半導體結構的 ^/f匕沉積的糹支術；
圖29示出了才艮據本發明實施例的用於局部形成半導體結構的 Au中間層蝕刻的4支術；
圖30示出了根據本發明實施例的用於分離器件和將器件支撐 在支撐帶上的技術；
圖31示出了根據本發明實施例的多個完成的器件；以及
圖32示出了^^艮據本發明實施例的完成的器件。
具體實施例方式
參照具體器件結構和實施例描述本發明。本領域才支術人員會i人 識到，描述是為了示例性的目的，並提供了實現本發明的最佳才莫式。 為了提供最佳模式，描述了多個工藝參數，同時預期這些參數的變 化會^艮好地工作。例如，雖然示例性實施例描述了形成光電半導體 器件，但本發明還可應用於形成其它半導體器件。作為進一步地實 例，本文詳細描述了兩種方法。這些方法共有i午多/厶共步驟，並且 在其它步驟上不同。第一實施例的描述提供了可等同應用於第二實 施例的製造細節。
附圖示出了使用形成用於機械支撐並且導電的金屬襯底的金
屬沉積工藝以及使用去除原始襯底的雷射剝離(LLO)工藝，來制 造垂直結構的基於GaN的LED的過程。本文描述的製造方法不限 於LED,而是還可以應用於<壬4可器4牛結構，4爭別是可以應用於包括-生長在絕緣或半導電襯底上的基於GaN的外延薄膜的器件結構，例 如，雷射二才及管(LD)、異質結雙極型電晶體(HBT)、高電子遷移 率電晶體(HEMT)。
圖2示出了用於執行根據本發明實施例的方法步驟的流程圖。 該處理包括遮蔽局部形成半導體結構，鍍該結構，然後去除掩才莫以 分離器件。參照圖3至圖16詳細描述了此處的步驟。
圖3示出了根據本發明實施例的包括生長在藍寶石襯底502上 的外延晶片的局部形成半導體結構。如圖3所示，通過適當的外延 生長裝置(例如，有一幾金屬化學汽相沉積(MOCVD)、分子束外延 (MBE)或汽相外延(VPE)等)在藍寶石4t底502上生長基於 GaN的LED結構504。本發明預期在製造該結構的過程中採用附加 的緩沖層。
在外延生長之後，使用諸如電子束蒸發或濺射的薄膜沉積方法 來沉積p型接觸金屬506的薄層。p型接觸金屬可包括以下的一種 或多種Ni/Au、 Pd/Ni/Au、 Ni/Pd/Au、 Pd/Ir/Au、或Pd/Pt/Au。薄 膜金屬層的示例性厚度分別為對於Ni/Au為10 nm的Ni和20 nm 的Au,對於Pd/Ni/Au為10 nm Pd、 20 nm的Ni和30 nm的Au， 乂十於Pd/Ir/Au為10 nm的Pd、 20 nm的Ir和30 nm的Au,只于于 Ni/Pd/Au為20 nm的Ni、 20 nm的Pd和100 nm的Au,以及只于于 Pd/Pt/Au為10 nm的Pd、 20 nm的Pt和30 nm的Au。 乂于于包含Ni 的接觸，所有p型接觸金屬在500'C的熔爐中進行退火2分鐘，其 中對於包含鎳的接觸金屬在氧環境中進行退火，而對於不包含鎳的 接觸金屬在氮環境中進行退火。
為了增強p型接觸金屬薄膜和Au中間層510之間的粘附性， 還沉積有粘附層508。通過電子束蒸發器使用沉積在p型接觸金屬 薄膜上的原位Ti或Cr產生粘附層。膜厚大約為30~50 nm。為了 利用厚且柔軟的金屬膜支撐(~ 50 jmi)製造具有非常薄、硬的GaN 外延層(小於5 pm)的垂直結構器件，在這兩個層之間形成中間層 來減小在GaN外延層和金屬層之間的界面處所累積的壓應力是很 有用的。使用電子束蒸發器在Ti或Cr表面上連續沉積大約0.7 ~ 1 iam厚的金(Au)薄膜，而不用從真空室去除晶片。原位連續層沉 積對防止氧化或汙染是有用的，這對於Ti或Cr和Au層之間良好 的薄膜粘附是有用的。
圖4示出了才艮據本發明實施例的沉積有金屬層的局部形成半導 體結構。通過電鍍或無電鍍沉積厚金屬支撐層512和514。 4吏用電 鍍或無電鍍是因為它們與其它沉積方法相比是較快且廉價的沉積 方法。這對於考慮到成本效率的垂直光器件的批量生產尤其有用。 金屬支撐層的主要功能是其為不僅為具有薄GaN外延層提供良好 的剛性機械支撐的連接層，而且提供良好的導電性和散熱的支撐 層。為了滿足這些要求，在Au/Cr或Au/Ti粘附層上沉積分級 (graded) Cu合金層。
參照圖4，在本發明的一個方面中，為了^^是高薄真空蒸發的Au 層和Cu合金層之間良好的粘附性，沉積兩個Cu層，其中包括Cu 合金層之前的Cu走滑層(strike layer )。首先，鍍基於石克酸鹽的軟 銅層，以逐漸軟化由於厚金屬層沉積所累積的應力。將初始l欠Cu 層的厚度"i殳置為直到~ 10 pm。鍍速率i殳為3 ~ 5 iam/小時，以形成 密集和均勻的Cu鍍層。選擇較慢鍍速率的另一個原因是防止在將 晶片從支撐晶片載體拆離之後晶片彎曲。由於在GaN外延層504 和銅層512之間的界面處所產生的壓應力，在將晶片從支撐載體拆 離之後晶片易於彎曲。除較慢的鍍速率之外，在電鍍液中添加有機
石鹹(organic-base )添力口劑，並l吏用基於石黃酸鹽的電鍍液。此夕卜，在 低溫(5°C )下執行電鍍，以使累積的應力最小。
在一個方面中，緊接軟Cu層，鍍硬Cu層以提供結構硬度。硬 Cu鍍層的鍍速率約為15 fim/小時。對於Cu合金鍍，包含錫(Sn) 和鐵(Fe)的金屬合金鍍液與Cu石克酸鹽溶液混合，以提高Cu支撐 層的機械強度和導電性。Cu合金支撐層的總厚度為50~60nm。在 Cu合金鍍的末尾，電鍍0.3 pm厚的Au層514，以防止Cu合金層 氧化。該Au保護層514對於提高各個管芯和在用於封裝垂直器件 的晶片焊接和絲焊期間使用的金屬基環氧樹脂之間較好的粘附是
有用的。
在通過電鍍形成厚Cu金屬支撐之後，處理藍寶石表面。這包 括才幾4成拋光以 -使藍寶石表面的相4造度一致。藍寶石表面啦4造度對於 控制雷射束能量密度和雷射剝離GaN表面的最終表面形態是有用 的。雷射束能量密度強烈依賴於藍寶石表面的粗糙度。如果將粗糙 的藍寶石表面用於雷射剝離(LLO)工藝，則使用較低的雷射束能 量。然而，如果表面比4交粗糙，則由於在雷射剝離之後表面形態復 制到GaN表面，所以雷射剝離後的表面看起來比4交並:M造。另 一方面， 如果使用拋光的表面，則使用較高的雷射束能量。雷射剝離後的 GaN表面的表面形態類似於拋光的藍寶石表面的表面形態。然而， 較高的雷射束能量通常由於過高的雷射束能量而導致裂紋生成。為 了獲得良好的雷射剝離結果和GaN表面形態，將藍寶石表面的表面 粗糙度選4奪為RMS (均方根)值大約為10 ~ 20埃。
圖5示出了才艮據本發明實施例的附著至多孔晶片載體516的局 部形成半導體結構。在一個方面中，利用具有小孔的不鏽鋼構造多 孔晶片載體516。使用金屬晶片載體具有兩個原因。首先，由於附 著至厚金屬襯底的非常薄的外延層在藍寶石襯底去除之後會彎曲 (這給雷射剝離後的晶片的連續處理(例如，掩才莫對準、幹蝕刻、
薄膜沉積、以及晶片探查)造成巨大的困難)，所以在雷射剝離之
後維持GaN外延晶片的平坦性是有用的。其次，在晶片探查和管芯 隔離蝕刻工藝期間提供了良好的導電和導熱性。通過使用金屬晶片 載體，對於後續的處理，不需要從載體中去除晶片。此外，多孔晶 片載體提供了無氣泡的晶片結合，這是因為在結合處理期間可以通 過孔容易地釋》文氣泡。由於在剝離處理期間溶劑可以容易地穿過 孔，因此還促進了藍寶石/GaN/Cu/Au晶片和晶片載體之間的易於剝 離處理。通過使用多孔晶片載體，整個工藝容易且可靠，這產生了 製造垂直器件的高製造產量。在一個實例中，晶片載體516的厚度 是1/16英寸，直徑為2.5英寸。孔的總數為21個，並且通孔直徑 為20/1000英寸。晶片載體表面被電拋光，以生成鏡子似的平坦表 面，以用於與結合劑的均勻結合以及用於維持晶片的平坦性。
載體。導電結合劑用於為晶片探查和管芯隔離蝕刻工藝提供良好的 導電和導熱性。在示例性實施例中，使用基於銀的導電(conductive, 導熱)的熱塑性環氧樹脂結合劑。眾所周知，熱塑性環氧樹脂具有 優良的結合強度和良好的耐熱性。熱塑性環氧樹脂結合劑的另 一個 優點是其可以在溶劑(例如，丙酮)中溶解，這對於剝離工藝是有 用的。
在該實施例中，使用片狀熱塑性環氧樹脂，這是因為片狀熱塑 性環氧樹脂的厚度比基於液體的結合劑更加均勻，基於液體的結合 劑經常導致不均勻的厚度一致性，並且在先前的結合工藝中形成氣 泡，這是因為基於液體的結合劑的旋塗通常導致在晶片的邊緣側比 晶片的中心區域形成更厚的膜。這對於通過多次旋轉獲得厚粘附層 的基於液體的結合劑是非常普通的現象。對於熱塑性環氧樹脂的結 合，在厚金屬支撐512、 514和多孔晶片載體516之間夾置127 jam 厚的片狀熱塑性環氧樹脂。在熱等靜壓中，將壓力設置為10-15
psi,以及將溫度維持在200。C以下。結合時間少於l分鐘。這種較 短的結合時間具有優於基於液體的結合劑(其通常需要多於6小時 的固化時間以使結合劑完全固化)的優點。這種較短的結合處理時 間還極大地增強了垂直器件製造的生產率。
參照圖6, 248 nm的KrF紫外線(UV )準分子雷射器(38 ns 的脈衝持續時間)用於雷射剝離。選擇該波長的原因在於雷射應該 有利地透過藍寶石，而在GaN外延層中被吸收，以在GaN/藍寶石 的界面處將GaN分解為金屬性的Ga和氣態的氮(N2 )。雷射束的 大小被選擇為7 mmx7 mm的正方形光束，並具有600 ~ 1,200 mJ/cm2的光束能量密度。雷射束能量密度還依賴於藍寶石襯底表面 的表面粗糙度。為了在雷射剝離之後獲得平滑的GaN,對RMS (均 方才艮M直為10 ~ 20埃的機械拋光的藍寶石襯底應用高於800 mJ/cm2 的光束能量。
藍寶石襯底的表面粗糙度是用於在雷射剝離之後獲得平滑 GaN表面的重要工藝參數。如果在雷射剝離期間使用未拋光的藍寶 石表面，貝'J GaN表面很粗糙，這會由於在形成最終的器件之後粗糙 表面較差的反射性而導致LED器件較差的光輸出。然而，如果使 用拋光的表面，則可以獲得光滑的GaN表面，因此，可以獲得4交高 的光llr出。然而，由於雷射束定位在拋光的藍寶石表面上，所以與 具有較小雷射束能量的區域相比，以較高的雷射束的能量照射的區 域可導致GaN表面上的裂紋。因此，選擇藍寶石晶片的最佳表面粗 糙度以獲得較高產量的雷射剝離工藝以及同時獲得較好的器件性 能是有用的。根據傳統技術，通常使用噴砂來獲得拋光的藍寶石表 面上的均勻雷射束分布，然而，噴砂是不可靠且不可重複的，因此 不能總是獲得相同表面粗糙度。在本發明中，在雷射束和藍寶石襯 底之間;改置由對248 nm的UV雷射透明的材料構成的漫射介質 552，以在藍寶石表面上獲得均勻的雷射束能量分布，因此，增強 了雷射束剝離工藝的產量。將漫射介質的RMS (均方根)表面粗糙 度設置為小於30pm,並將藍寶石用於漫射體。
參照圖7，在雷射剝離之後，由雷射剝離期間的GaN分解產生 過量Ga滴503,利用HCI溶液(HCI: H20=1:1，在室溫下)清潔， 或者使用HCI蒸氣汽4t ( boiled ) 30秒。由於Ga在室溫下熔4匕， 所以在S敫光剝離期間形成'液態的Ga,因》匕，可以利用基於氯的酸 性溶液進^f於清潔。
圖8示出了在雷射剝離之後的局部形成半導體結構。為了露出 n型GaN外延層，通過幹蝕刻去除任何緩沖層(例如，GaN、 A1N、 InN、 InGaN、和AlGaN)，有利地z使用感應壽禺合等離子活'性離子々蟲 凌寸(ICPRIE)。露出的n型GaN表面又^L進一步蝕刻，以製成原子 平坦表面。還對n型GaN表面執行ICP拋光。獲得平滑和平坦的n 型GaN表面對於形成低電阻金屬接觸尤其有用。需要注意，ICP RIE 工藝中的基於氯的氣體混合物對產生平坦的n型GaN表面形態尤其 有效。用於這種表面平滑工藝的ICP蝕刻條件如下
* 總流速100 sccm
* f茲場強度15高期^ 參^HV^^顯I: 70°C
*氣體混合物100% Cl2 *功率/偏壓600W/-300V 才喿4乍壓力30mTorr
ICP拋光之後的最終表面粗糙度小於RMS值的10埃。
參照圖9，在GaN表面平滑之後，在本發明的一個方面，GaN 表面^皮進一步蝕刻，以形成J求形透4竟狀表面形態。由於GaN與空氣 之間反射率的不同，如果GaN表面是平的，則由GaN半導體有源
(active )層生成的光子反射回半導體材料。這種內部反射造成較差 的光提取，並且即使在半導體有源層中產生大量的光子也會減少器 件的光輸出。因此，為了通過斯內爾定律減小光子的逃逸角
(escaping angle ),製造具有粗4造(textured )的表面形態的GaN表 面是有利的。已知球形透鏡狀比起其他表面粗糙形態是最有效的。 通過調節蝕刻條件，ICP RIE ^皮有效地用於製造GaN表面的球形透 鏡。在ICP蝕刻之後，球形透鏡的特徵尺寸的直徑約為1 ~5 pm。 用於表面粗糙工藝的ICP蝕刻條件如下
* 總流速100 sccm
* ^茲場強度15高斯 *襯底溫度70°C
*氣體混合物30%BCl3/60%Cl2/10%Ar *功率/偏壓600W/-300V 參才喿作壓力30mTorr
應該在表面粗糙蝕刻工藝期間保護n型GaN表面的接觸區域 更加有用，以維持平坦的n型GaN表面，來形成良好的金屬接觸。 6pm厚的光刻膠(PR)膜用於在ICP蝕刻之前掩蔽n型接觸區。在 ICP蝕刻之後利用PR去除劑或丙酮去除PR掩才莫。
參照圖10，為了改善垂直器件的電流擴散，在n型GaN LED 表面504上形成n型ITO透明接觸530。該圖示出了與ITO層交界的波狀GaN層。ITO的組成是10 wt。/。的SnO2/90 wt。/。的ln203，並 且在室溫下使用電子束蒸發器或濺射系統沉積大約75 ~ 200 nm厚 的ITCH莫的層。在ITO膜沉積之後，在具有N2環境的管式爐中執 行退火5分鐘。退火的溫度在30CTC至500。C的範圍內變化。在N2 環境中350。C的退火溫度下，ITO膜的最小電阻率大約4氐至 l(T4Qcm。在相同的退火溫度下，460nm處的透射率大於95%。
在形成ITO透明接觸之後，在n型ITO表面上形成包括Ti和 Al的n型4妄觸540 。由於形成多個4妄觸，所以4奪它們稱作540a 、 540b 、 540c等。注意，金屬接觸形成在器件的角部，而不是器件的中心處。 通常，在垂直結構器件的情況下，在中心處形成金屬接觸，這是因 為其對稱位置而使中心接觸是最有效的電流通路。然而，與傳統垂
直結構器件相反，在這種新的垂直結構器件中，可以在器件的角部 形成接觸，這是因為已經在n型金屬接觸下方形成了 ITO透明接觸。 通過在角部設置金屬接觸，在器件封裝之後不會有由焊盤和接合線 所引起的陰影效應，這種效應是當不透明金屬接觸位於器件中心處 時的所發生的情況。因此，通過這種新的器件設計，可以獲得更高 的光l餘出。n型4妄觸540包4舌Ti和Al。 n型4妄觸的厚度分別為5 nm 的Ti和200 nm的Al。為了使n型接觸金屬層和焊盤金屬之間較好 的結合，在Al的頂部沉積20 nm的Cr作為粘附層。對於焊盤金屬 :沉積，在不阻斷真空的電子束蒸發室中在Cr的頂部連續J4沉積1 Hm厚的金。為了形成歐姆接觸，在N2環境的氣氛中，在250。C的 熔爐中對n型4妄觸金屬退火IO分鐘。
圖11示出了用於器件隔離的技術。在GaN表面清潔之後，利 用MICP U茲感應耦合等離子體)幹蝕刻技術隔離各個器件。與其 ^也幹蝕刻方法相比，MICP可以加速蝕刻速率。這對於防止蝕刻工 藝期間的光刻膠燃燒尤其有用。與傳統的ICP相比，MICP提供了 大約兩倍的蝕刻速率。提供快速的蝕刻速率用於處理具有金屬支撐
的垂直器件，這是因為金屬襯底會受到用於去除金屬或氧化物掩模 的化學物的侵蝕。因此，為了使用用於管芯隔離蝕刻的光刻膠掩模，
快速的蝕刻4支術是有用的。該隔離溝槽尺寸為30 pm寬、3.5 pm深。 用於器件隔離的MICP幹蝕刻條件如下
參總、；充速100 sccm
*石茲場強度15高期-
參4於底溫度70°C
氣體〉'昆合物40% BCl3/40% Cl2/20% Ar *功率/偏壓600W/-300V 參才喿4乍壓力30mTorr 參々蟲刻5罙度3.5 jam
*蝕刻掩模光刻膠(AZ9262)(厚度24 jim )
圖12示出了才艮據本發明實施例的用於局部形成半導體結構的 鈍化沉積的4支術。為了〗呆護器件不受外部危險環境的影響以及通過 調節鈍化層和GaN之間的反射率來增加光輸出，而沉積鈍化層536。 在一個方面，通過Si02薄膜鈍化垂直器件。在250。C的溫度下通過 PECVD (等離子體輔助化學氣相沉積)沉積該膜。為了最佳的光學 反射率和透明度，將膜厚度維持在80 nm。
如圖13所示，將通過蝕刻方法分離的器件進一步用Si024屯化 層536上的光刻月交(PR )膜538來保護。進一步用PR保護器件的 原因是用於分離器件的基於氯的Cu蝕刻劑通常會侵蝕Si02鈍化層
和ITO層，這將導致器件分離之後器件的劣化。使用的PR厚度為 6pm。在利用BOE (Si02蝕凌'J劑)溶液的Au焊盤開口化學工藝期 間該PR層也不^皮影響。
如圖14所示，在鈍化層沉積和PR塗覆之後，使用溶劑將多孔 支撐晶片載體從GaN/金屬支撐晶片上去除。通過將GaN/金屬晶片 在丙酮中浸泡0.5 ~1小時以溶解來自多孔支撐晶片載體的導電粘 附層，來執行剝離工藝。在超聲波清潔器中利用異丙醇進一步浸泡 和清潔分離的GaN/金屬晶片。使用清洗液和乾燥劑通過DI水進一 步清潔GaN器件表面。將剝離的晶片粘附至安裝在剛性耐腐蝕金屬 或塑料環上的聚合物基支撐膜550,以執行掩才莫剝離或蝕刻工藝。 在一個方面中，在本發明中使用標準藍色支撐帶(blue support tape ) 或UV支撐膜。
圖15示出了根據本發明實施例的多個完成器件。
圖16示出了^f艮據本發明實施例的完成器件。
圖17是示出用於執行根據本發明實施例的方法步驟的流程圖。 一詢殳;也，可通過在;冗積之後遮蔽金屬層來執4於該實施例。在這種情 況下，步驟包括局部地形成粘附至支撐結構的半導體結構，局部形 成的半導體結構包括多個局部形成器件。在局部形成半導體結構上 沉積金屬層。完成形成半導體結構。在金屬層的表面上形成掩才莫層， 以多個矩形形成的掩模層在期望每個器件彼此分離的位置處留出 路徑。去除路徑所位於的金屬層，掩模層保護矩形下的金屬層。接 近於去除金屬層的位置分離器件。並且，從器件上去除掩模層。該 方法還可以包括在工藝的特定步驟之間將金屬層固定至晶片載體 的步驟。參照圖18至圖32詳細描述這裡所闡述的步驟。圖17的 流禾呈圖示出了與圖2的流禾呈圖相同的步艱《，因此，將上述描述應用 於在圖17的流^E圖中所闡述的多個步驟。
圖18示出了根據本發明實施例的用於局部形成半導體結構的 局部掩模層520。示例性圖樣是露出將成為半導體器件的區域的一 系列柵格線或晶片間隔線(路徑)。在構造器件時掩模層用於器件 之間的分離，使得在構造之後可將它們分離。
圖19示出了根據本發明的實施例的包括生長在藍寶石襯底上 的外延晶片的局部形成半導體結構。對於通過預圖樣化分離方法而 進行分離的半導體器件，如圖19所示，在Au中間層沉積之後，在 Au表面上形成掩模圖樣。以柵格圖樣形成的掩模層留出期望形成 每個器件的開口。在一個方面，通過在整個表面上設置均勻的掩模 層，然後曝光並洗掉不想要的掩模部分來製備掩模。與傳統的旋塗 薄膜光刻膠平版印刷方法(50 mm )以在GaN/p型金屬/Cr或Ti/Au層下形成厚金屬 支撐膜(>50 mm)。利用熱和壓力將厚膜光刻膠層壓物置於Au中 間層表面。使用具有50 pm寬的器件晶片間隔寬度來執行照相平版 印刷工藝。在圖樣化和顯影之後，在Au表面上形成網孔結構光刻 膠厚膜的網絡。該工藝可覆蓋具有器件間隙和器件高度(小至30 |im 寬和30]am高)的器件。厚膜光刻膠保持到器件製造工藝的結束。
圖20示出了才艮據本發明實施例的沉積有金屬層的局部形成半 導體結構。其製造步驟類似於參照圖4描述的步驟。
圖21示出了根據本發明實施例的附著至多孔晶片載體的局部 形成半導體結構。其製造步驟類似於參照圖5描述的步驟。
圖22示出了根據本發明實施例的用於執行雷射剝離以從局部 形成半導體結構去除藍寶石襯底的技術。其製造步驟類似於參照圖 6描述的步驟。
圖23示出了根據本發明實施例的用於執行雷射剝離以從局部 形成半導體結構去除藍寶石襯底的技術，並且還示出了在雷射剝離 之後滴落在GaN表面上的Ga。其製造步驟類似於參照圖7描述的步驟。
圖24示出了4艮據本發明實施例的用於處理局部形成半導體結 構的GaNLED層的技術。其製造步驟類似於參照圖8描述的步驟。
圖25示出了才艮據本發明實施例的局部形成半導體結構。其制 造步驟類似於參照圖9描述的步驟。
圖26示出了#4居本發明實施例的附著有《1妄觸焊盤的局部形成 半導體結構。其製造步驟類似於參照圖IO描述的步驟。
圖27示出了4艮據本發明實施例的用於局部形成半導體結構的 器件隔離的4支術。其製造步驟類似於參照圖ll描述的步驟。
圖28示出了才艮據本發明實施例的用於局部形成半導體結構的 4屯化沉積的才支術。其製造步驟類似於參照圖12描述的步驟。
圖才羊方法不包^"蝕刻方法的如圖13所示的沉積光刻月交層的步 驟。這是因為在圖樣方法中闡述的器件分離步驟包括去除器件之間 的圖才羊520，而不是蝕刻金屬層510、 512、 514。
圖29示出了衝艮據本發明實施例的用於局部形成半導體結構的 Au中間層蝕刻。在器件隔離蝕刻期間或使用諸如氯化鉀的特定金 蝕刻4匕學物來去除Au中間層510。 一旦沿著晶片間隔去除了 Au中 間層，然後就可通過洗掉殘留的掩模520來分離器件。
圖30示出了才艮據本發明實施例的用於分離器件以及將器件支 撐在支撐帶上的技術。該圖示出了從留出多個矩形金屬部分的金屬
層中剝離或去除原始光刻膠掩模520,其中，矩形金屬部分是在去 除原始光刻膠掩模之後在支撐帶上支撐的各個器件。支撐帶對於剝 離化學物是惰性的。結果是容易地分離器件，而較少損壞器件或不 會損壞器件。
圖31示出了根據本發明實施例的多個完成的器件。
圖32示出了根據本發明實施例的完成的器件。
本發明的優點包括比傳統技術更高的產量。此外，可以使用較 廉價的設備來分離器件，結果是每單位時間和金錢更高的器件生產率。
已經公開了示例性實施例和最佳模式，可以對公開的實施例進 行修改和變化，而都應該落在由以下權利要求所限定的本發明的主 題禾口4青^申內。
權利要求
1.一種製造和分離半導體結構的方法，包括以下步驟(a)局部地形成附著至支撐結構的半導體結構，所述局部形成半導體結構包括多個局部形成器件，其中，所述多個局部形成器件通過至少一個連接層相互連接；(b)在所述多個局部形成器件的至少一部分上形成局部掩模層；(c)蝕刻所述連接層以分離所述多個器件；以及(d)去除所述局部掩模層。
2. 根據權利要求1所述的方法，進一步在所述步驟(a)和所述 步驟(b)之間包括以下步驟在所述多個局部形成器件的至 少一部分上沉積氧化物4屯化層。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述步驟(a)包括以下 步驟在所述多個器件上形成器件掩模層，局部蝕刻所述多個 器件之間的所述半導體結構直到所述至少一個連接層並去除 所述器件掩模。
4. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟處理所述 多個器件的GaN層以在其上產生波狀。
5. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟將所述多 個器件單獨安裝在對基本蝕刻化學物為惰性並適合於管芯擴 展和連續封裝工藝的聚合物基本支撐膜上。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中，在化學蝕刻之前利用化學 惰性氧化物層和聚合物層保護所述半導體器件。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中，所述氧化物層保留在所述 器件表面上，而所述聚合物保護層在器件分離工藝之後^皮剝離。
8. 根據權利要求5所述的方法，其中，所述蝕刻化學物是包含氯 的溶液。
9. 根據權利要求6所述的方法，其中，蝕刻方法是化學噴射或浸 入々蟲刻;容、液中。
10. 根據權利要求6所述的方法，其中，利用諸如氯酸鉀的金蝕刻 劑蝕刻掉Au層。
11. 一種製造半導體器件的方法，包括以下步驟(a) 局部地形成附著至支撐結構的半導體結構，所述局 部形成半導體結構包括多個局部形成器件；(b) 在所述多個局部形成器件上沉積金屬層；(c) 完成形成所述半導體結構；(d) 在所述金屬層的表面上形成掩模層，以多個矩形形 成的所述掩模層在期望所述多個器件中的每個彼此分離的位 置處留出路徑；(e) 去除所述路徑位於的所述金屬層，所述掩模層保護 所述矩形下的所述金屬層；(f) 接近於去除所述金屬層的位置分離所述多個器件；以及(g)從所述多個器件上去除所述掩模層。
12. 根據權利要求11所述的方法，進一步在所述步驟(b)和所述 步驟(c)之間包括以下步驟將所述金屬層固定至晶片載體； 以及在所述步驟(c)和所述步驟(d)之間包括以下步驟從 所述晶片載體上去除所述金屬層。
13. —種製造和分離半導體結構的方法，包括以下步驟(a) 局部地形成附著至支撐結構的半導體結構，所述局 部形成半導體結構包括多個局部形成器件；(b) 在所述多個局部形成器件的至少一部分上形成局部 掩模層；以柵格圖樣形成的所述局部掩才莫層在期望形成所述多 個器件中的每個的位置處留出開口 ；(c) 在表面沒有被所述局部掩模層覆蓋的開口中的所述 局部形成半導體結構上沉積金屬層；(d) 完成形成所述半導體結構；(e) 去除所述局部掩才莫層；以及(f) 接近於去除了所述局部掩模層的位置分離所述多個器件。
14. 才艮據片又利要求13所述的方法，進一步在所述步驟(c )和所述 步驟(d)之間包括以下步驟將所述金屬層固定至晶片載體； 以及在所述步驟(d)和所述步驟(e)之間包括以下步驟從 所述晶片載體上去除所述金屬層。
15. 才艮據4又利要求13所述的方法，進一步在所述步驟(d )和所述 步艱《(e)之間包4舌以下步驟在所述多個局部形成器件的至 少 一部分上沉積氧化物4屯化層。
16. 根據權利要求13所述的方法，其中，所述步驟(d)包括以下 步驟在所述多個器件上形成器件掩模層，局部蝕刻所述多個 器件之間的所述半導體結構直至所述局部掩模層並去除所述 器件掩模。
17. #4居鬥又利要求13所述的方法，進一步包4舌以下步驟處5裡所 述器件的GaN層以在其上產生波狀。
18. 根據權利要求13所述的方法，進一步包括以下步驟將所述 多個器件單獨安裝在對基本剝離化學物為惰性並適合於管芯 擴展和連續封裝工藝的聚合物基本支撐膜上。
19. 才艮據4又利要求17所述的方法，其中，在化學蝕刻之前利用化 學惰性氧化物層保護所述半導體器件。
20. 根據權利要求17所述的方法，所述剝離化合物是包括氯基酸 性化學物的溶液，例如，包含(OH)—的化學物。
21. 才艮據4又利要求18所述的方法，蝕刻方法是化學噴射或浸入蝕 刻;容液中。
22. 根據權利要求18所述的方法，其中，利用諸如氯酸鉀的金蝕 刻劑蝕刻掉Au層。
23. —種根據權利要求1所述的方法製造的半導體器件。
24. —種根據權利要求11所述的方法製造的半導體器件。
25. —種根據權利要求13所述的方法製造的半導體器件。
26. —種4艮據包括以下步驟的方法所製造的半導體器件 (a) 局部地形成附著至支撐結構的半導體結構，所述局 部形成半導體結構包括多個局部形成器件，其中，所述多個局 部形成器件通過至少一個連4妄層相互連4妄；(b) 在所述多個局部形成器件的至少一部分上形成局部 掩模層；(c) 蝕刻所述連接層以分離所述器件；以及(d) 去除所述局部掩^t層。
27. —種才艮據包括以下步艱《的方法所製造的半導體器件(a) 局部地形成附著至支撐結構的半導體結構，所述局 部形成半導體結構包括多個局部形成器件；(b) 在所述多個局部形成器件的至少一部分上形成局部 掩模層，以柵格圖樣形成的所述局部掩模層在期望形成所述多 個器件的每個的位置處留出開口； (c) 在表面沒有被所述局部掩模層覆蓋的開口中的所述 局部形成半導體結構上沉積金屬層；(d) 完成形成所述半導體結構；(e) 去除所述局部掩模層；以及(f) 接近於去除了所述局部掩模層的位置分離所述多個器件。
全文摘要
一種製造和分離半導體結構的方法，包括以下步驟(a)局部地形成附著至支撐結構(550)的半導體結構(514)，局部形成半導體結構包括多個局部形成器件，其中，多個局部形成器件(500a，500b，500c)通過至少一個連接層相互連接；(b)在多個局部形成器件的至少一部分上形成局部掩模層；(c)蝕刻連接層以分離器件；以及(d)去除局部掩模層。本發明的優點包括比傳統技術更高的產量。此外，可以使用更廉價的設備來分離器件。結果是每單位時間和金錢更高的器件生產率。
文檔編號H01L21/30GK101371338SQ200580046250
公開日2009年2月18日 申請日期2005年11月15日 優先權日2004年11月15日
發明者劉明哲 申請人:沃提科爾公司