[发明专利]用于制造和分离半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造和分离半导体器件的方法。具体地，本发明描述了免切割或划片的半导体器件的分离，尤其涉及一种制造用于光电应用的半导体器件的方法。

背景技术

用于制造和分离半导体器件的传统技术包括在晶片衬底上沉积多层来形成多个半导体器件，然后使用机械方法来分离各个器件。通常通过对衬底进行切割或划片来分离各个器件以执行分离。通常通过金刚石锯、金刚石划片器或激光器进行切割，这是由非常昂贵的机器所执行的耗时处理。传统技术存在一些众所周知的问题，包括工艺产量问题、器件性能问题、以及工艺成本问题。

图1A至图1C示出了根据现有技术的传统半导体分离技术。图1A示出了利用机械切割的分离技术。图1B示出了利用机械划片的分离技术。图1C示出了利用激光划片的分离技术。

1.工艺产量问题

根据传统的机械器件分离方法(例如，切割和划片方法、以及激光划片方法)，利用所选方法通过沿着器件之间的栅格线或芯片间隔线进行切割来分离每个单独的器件。由于一次只切割一条芯片间隔线，并且进行顺序切割，所以这是比较慢的工艺。

对于具有硬衬底材料(例如，蓝宝石上的GaN或SiC材料上的GaN)的半导体器件，工艺产量问题变得更加显著。此外，分离产量受到由衬底研磨和抛光引起的任何裂纹或缺损的严重影响。如果切割线穿过缺损区域，则结果是非常低的器件分离产量。

因此，众所周知，器件分离是整个半导体器件制造工艺中最缓慢且低产量的工艺。实际上，所知的基于GaN的半导体制造的后端工艺产量低至小于50％，而前端制造工艺产量一般在90％以上的范围内。

2.器件性能问题

由于切割和划片的物理磨损动作，器件分离之后的器件性能可能显著劣化。例如，发光的LED器件侧壁可能由于器件分离期间的磨损切割动作而损坏，这是器件分离之后光输出减少的主要原因。

在激光划片的情况下，通过以高强度激光束熔化衬底材料来实现器件分离。结果，熔化的衬底材料经常累积在器件的侧壁上，这也导致降低LED器件的光输出。

3.工艺成本问题

通过传统的分离方法，用于具有每晶片约10,000～12,000个器件的GaN/蓝宝石LED器件的平均管芯分离处理时间大约为40分钟至1个小时。这意味着如果机器一天运行24个小时，则一台器件分离机器一天只能处理24～36个晶片(700～1,000个晶片/月)。为了实现商业上需要的制造输出，需要许多机器和大量的资金设备投资。

此外，用于切割机的金刚石切割轮和用于划片机的金刚石针尖是非常昂贵的消耗部件，因此，传统的管芯分离工艺涉及相当大的耗材成本。

在激光划片的情况下，主要的消材是激光源。为了维持恒定的激光束能量，必须定期对激光源气体进行再装载。激光源是激光划片系统中最昂贵的部件之一。

需要可靠的、经济的且始终提高器件特性的用于制造以及然后分离器件的改进技术。

发明内容

本发明提供了一种用于制造以及然后分离半导体器件的改进技术，特别地，提供了制造光电和电子半导体器件的方法。

制造和分离半导体结构的示例性方法包括步骤：(a)局部(partially)地形成附着至支撑结构的半导体结构，局部形成半导体结构包括多个局部形成器件，其中，多个局部形成器件通过至少一个连接层相互连接；(b)在多个局部形成器件的至少一部分上形成局部掩模层；(c)蚀刻连接层以分离器件；以及(d)去除局部掩模层。

制造和分离半导体结构的另一示例性方法包括步骤：(a)局部地形成附着至支撑结构的半导体结构，局部形成半导体结构包括多个局部形成器件；(b)在局部形成半导体结构的表面上形成局部掩模层；以栅格图样形成的掩模层在期望形成每个器件的位置留出开口；(c)在表面没有被掩模层覆盖的开口中的局部形成半导体结构上沉积金属层；(d)完成形成半导体结构；(e)去除掩模层；以及(f)在最接近去除掩模层的位置处分离器件。

本发明的优点包括比传统技术更高的产量。此外，不是很昂贵的设备可用于分离器件。结果获得了每单位时间以及每单位金钱的更高的器件产量。

本发明包括以下优点：

1.工艺产量。新的器件分离工艺不需要任何物理磨损动作或加热以去除材料，来分离互相连接的器件。通过将多个堆叠的晶片浸入处理化学物中，一次可以分离多个晶片。因此，对将被处理的晶片数量没有限制。可获得高达95％的器件分离工艺产量。

2.器件性能。由于新工艺是化学工艺，所以在器件分离之后不存在器件劣化。本发明还减小了在化学退火的干蚀刻工艺期间所累积的应力。