用于改进半导体器件的视觉检查的图案的制作方法

专利名称：用于改进半导体器件的视觉检查的图案的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的制造。特别地，本发明涉及发光二极管(LED)以及例如用氮化硅和相关宽能带隙材料所形成的激光二极管这样的相关器件。
氮化硅是用于特定半导体器件、电路和器件前体的优选材料。氮化硅具有多个良好的物理和电子特性，使其用于希望或需要相对较大的能带隙的器件。由于其相对较宽的能带隙和最近在器件质量晶体、晶片、基片和外延层方面的较大可用性，氮化硅已经形成用于大大地增加发出可见光谱的蓝光部分的LED的制造、销售和使用的有效性。另外，由于其他宽能带隙材料更加适用于发光二极管的使用，特别是族III氮化物，碳化硅已经被证明是用于族III氮化物基发光二极管的优选基片材料。
除了适当的晶体结构与许多族III氮化物相匹配之外，碳化硅的一个优点是导电地掺杂碳化硅的能力。由于氮化硅可以被导电地掺杂，因此一个氮化硅基片可以作为发光二极管的载流部分的一部分。结果，碳化硅可以形成一个“垂直的”发光二极管的一部分；即，电阻接头位于该器件的顶部和底部(即，相对端)的部分，因此把光产生的电流线性地流过该器件。如熟悉其他不导电的基片材料(例如，蓝宝石)的技术人员所公知，一个垂直几何器件不能够用绝缘或半绝缘的基片来形成。而是，各个电阻接头必须在该器件上以横向关系设置而不是以垂直方向设置。在大多数情况中，该垂直方向提供多个优点，包括按比例的更小尺寸，通常更加容易包含到电路和封装中，并且导致更低的成本。
给定一个发光二极管的所需功能，该器件的结构应当增强而不是妨碍该发光功能。另外，LED通常根据在给定电流(例如，毫安，mA)下的光输出(例如以微瓦μM为单位的亮度)来标定。相应地，当与氮化硅基片进行电阻接触时，它们被按照使得它们所覆盖的基片量最小化的方式而添加，以尽可能地避免由该二极管所产生的光线通过该基片在其他方向上传送。
另外，为了产生与氮化硅的电阻接触，该优选技术和结构包括几层金属。例如，在上文所述的发光二极管和激光器中，通常通过淀积第一镍层(Ni)然后用(例如)一个或多个附加层或钛(Ti)和金(Au)或者钛、铂(Pt)和金的选择组合或合金覆盖该镍层而形成背侧(例如，基片)的电阻接头。
在可以从本发明的受让人获得的LED中，Ni和Ti/Au金属化层被形成在类似于字母“X”的一个图案上，以使得被覆盖的表面区域最小化。在其他设备中(例如，电源设备)，较大的电阻接头是有利的，但是在一个LED中，希望避免用金属覆盖整个侧面(正面或背面)，因为电阻金属吸收光，并且减小总的光输出，因此减小该器件的效率。
如半导体领域的普通技术人员所公知，商用器件通常大量地形成在半导体材料的圆形晶片上。在此所用的术语“晶片”通常是指与基本上平行的大表面区域相比具有较小的厚度的物体。该术语“晶片”可以包括单晶基片、具有外延层的基片或者承载大量(通常是相同的)器件或电路的基片。在此的讨论中，该术语“晶片”通常用于表示从在一个具有与每个器件的电阻接触的基片上的掺杂外延层形成的大量相同光电器件(通常为LED)的晶片。
在一个半导体晶片上制造器件之后，该晶片被切割(“分割”)为各个芯片，每个芯片包含单个器件。在封装之前，每个晶片应当被检查，以保证适当的金属化层已经被淀积在该芯片的背面上。如果没有该Ni或Ti/Au层，则不能够执行与该半导体基片的良好电阻连接。另外，即使执行电阻接触，不良形成的层面可能导致长期稳定性的问题。
目前，手动地执行基于SiC的LED的这种检查，并且需要大量的时间和专用设备。该检查还对该制造工艺增加额外、分离、不整合的步骤。结果，该检查处理可能是低效率和不精确的。另外，由于该检查处理是手动的，因此不能够按照增加该处理的整体效率的方式容易地与其他制造步骤相组合。
然而，在早期阶段识别具有缺陷的器件可以避免以后更大的损失。换句话说，在晶片阶段识别和抛弃有缺陷的LED比继续增加附加成本来制造包含有在以后被识别的缺陷的完整封装的器件的情况更加节省费用。相应地，早期识别在碳化硅基片的背面上缺少适当的金属层是重要的。
另外，氮化硅晶片相对比较昂贵。相应地，即使当它们破损时，如果它们包含可以使用的电路片，则需要进行检查并且如果可能的话把独立的电路片或器件包含到该制造流程中。如熟悉半导体制造的专业人员所公知，增加在晶片上的高质量器件的比例是增加利润的一种最基本的方式。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种器件、检查该器件的方法，这增强制造工艺的质量控制和效率。
本发明利用增强器件的质量控制检查的半导体结构来实现该目的。该结构包括具有至少一个平面的基片、在该平面上上并且以第一预定几何图案覆盖所述平面的一些部分但不是全部的第一金属层、以及在所述平面上并且以不同于第一几何图案的第二预定几何图案覆盖所述平面的一些部分但不是全部的第二金属层。
在本发明的另一个方面是一种用于制造半导体器件的质量控制方法。该方法包括以第一预定图案把第一金属层置于一个器件的半导体表面上；以及以不同于第一图案的第二预定几何图案把第二金属层置于该器件上与第一层相同的表面上，然后检查该器件以识别在该表面上是否存在或不存在该图案之一或两者。
从下文结合附图的详细描述中本发明的上述和其他目的和优点将变得更加清楚


图1为一种常规的发光二极管的底视图；图2为沿着线2-2截取的图1的二极管的截面视图；图3为具有主和副平直边的半导体晶片的顶视图；图4为图3的晶片的一部分的放大视图；图5为根据本发明的半导体器件的底视图；图6为根据本发明的一个半导体器件的另一个底视图；图7为根据本发明的半导体器件的另一个底视图；图8为根据本发明的器件的不同实施例的底视图；图9为根据本发明的半导体器件的另一个底视图；图10为根据本发明的半导体器件的另一个底视图；以及图11为用于检查根据本发明的晶片的系统的示意图。
具体实施例方式
如在此所述，本发明特别涉及发光二极管(“LED”)，但是还可以应用于其他半导体技术。示例的器件包括可以从作为本发明的受让人的美国北卡罗来纳州Durham市的Cree公司获得的器件，并且包括在碳化硅基片上包含族III氮化物活性层的G-SiC技术的“超蓝”和“超亮”LED。示例器件(和用于制造该器件的方法)还在共同受让的美国专利No.5,416,342、5,338,944、5,604,135、5,523,589、5,592,501、5,838,706、5,631,190、5,912,477和5,739,554中描述。在这些和其他专利中给出可用的背景技术，在此将不详细描述特定LED结构和制造技术的细节，本领域的普通技术人员应当知道可以使用这些和其他可用的资源来执行本发明而不需要创造性的劳动。
但是，还应当知道，尽管本发明在此是以氮化硅族III氮化物器件来描述的，但是本发明不限于这些具体的半导体。
在第一实施例中，本发明是一个标记的半导体材料。图1是常规半导体器件的底视图。该器件总体上被指定标号10，并且包括表面11。该器件10的表面11包括一个常规金属图案12，其在图1中以一个交叉图案或字母X的形式示出。这种图案也可以被称为“十字形”，并且任何这些术语是对该特定图案的适当描述。
图2为沿着图1的线2-2截取的截面视图。图2示出这种器件通常包括一个外延层13以及通常有几个外延层，其中的两个形成一个pn结。如熟悉这些器件的技术人员所公知，在该pn结上注入电流(载流子)驱动该LED发光。在大多数器件中，该外延层13被生长在一个基片14上，并且特别生长在基片14的顶表面15上，一组金属触点形成在与基片14的顶表面15相反的相反表面16上。
用于适当的SiC基片的示意生长技术在美国专利4,866,005及其重新公告RE34,861；以及在No.6,045,613中。
图2还示出当用碳化硅形成该器件时，在图1中所示的金属层12最好由金属的组合所形成。应当知道，用于电阻接头的金属的选择取决于半导体材料及其掺杂的属性。电阻接头的理论和性能方面在半导体领域中是众所周知的。示例的讨论还可以在Sze，半导体器件的物理学，John Wiley & Sons，Inc.(1981)的第五章以第245页为开始的“金属半导体触点”中找到。图2示出在碳化硅中形成的半导体器件，例如参照本发明讨论，该电阻接头最好由第一金属层17和第二金属层20所形成，该第一金属层对于碳化硅来说一般为镍，并且该第二金属层对于碳化硅来说一般由钛和金的合金或者钛、铂(Pt)和金的合金所形成。
用于获得与碳化硅的电阻接头的示例技术以及所获得的电阻接头结构在共同受让的美国专利No.5,323,02和5,409,859中给出，以及在上文所引用的几个LED专利中给出。
为了进一步说明本发明，图3为由21所表示的一个半导体晶片的顶视图。晶片的属性、制造和处理是半导体领域中所公知的，并且除了说明本发明的需要之外，在此不详细描述。该晶片21通常为圆形的，但是一般包括至少一个主平直边22以及最好还包括一个副平直边23。如熟悉晶片的处理的技术人员所公知，该主和副平直边22、23允许该晶片被设置为与在该晶片上的器件相对齐，因为该器件按照与主和副平直边22、23的预定关系形成在该晶片上。
图4为晶片21的一个放大部分。应当知道在图4中所示尺寸不一定是按照比例的，而是一般地说明典型半导体晶片的构成。特别地，图4示出即使晶片21的一小部分也会携带多个独立的器件10。反过来，在大多数实施例中，在任何给定的晶片上，该器件是互为相同的，包括在图1和2中所示的金属层12。
以图1、2、3和4作为总的框架和背景，图5至11示出本发明的具体特点。
相应地，图5示出一个标记的半导体材料24，其在优选实施例中是一个器件10的一部分，也是在一个晶片21上的许多这样的器件10之一。该半导体材料24包括在表面25上承载的标号为26的一个表面部分25。特别地，该第一金属层26被形成在器件10的一部分上，而不是形成在整个表面25上。该第一金属层26形成具有Cn的旋转对称性的图案，其中n至少为2。如上文所述，该第一金属层26形成与半导体材料的电阻接头，并且当该半导体材料包括碳化硅时(如在优选实施例中)，该金属层一般选自镍、钛、金、铂、钒、铝、及其合金以及叠层。
如在此所用，旋转对称性标号Cn表示其通常和一般的公知数学含义；即，当一个图案旋转350度除以整数n所得的一个角度时，旋转后的图案与原图案相同。因此，当n为2时，把该图案旋转180度时，将回到或产生与原始图案相同的图案。相应地，图5示出在半导体材料24的表面上的第一金属层，其例如对应于图2中的镍层17。
图6示出在优选实施例中，或者在需要2个金属层的实施例中，本发明进一步包括在半导体材料24的一部分上但不是在所有表面25上的第二金属层27，第二金属层27形成与第一金属层26不同的图案，但是第二图案27也具有Cn的旋转对称性，其中n至少为2。
如在此对本发明的方法方面的讨论，由于C2旋转对称性，当从器件或基片的上方或下方观察时，该图案看起来相同。结果，在各种情况中，该器件可以根据需要从上方或下方检查。
转到更加详细的图5和6，第一金属层26由两个交叉条纹30和31所形成，并且第二金属层27类似的由两个条纹32和33所形成。对于该条纹，为了对金属层26提供C2对称性，条纹30包括一个突出部34和突出部35，而形成该金属层26的其他条纹31不包括任何这样的突出部。因此，存在或不存在第一金属层26可以由存在或不存在突出部34和35来识别。
按照类似的方式，在第二金属层27中，该条纹类似地包括突出部36和37。因此，存在或不存在第二金属层27可以通过该突出部36和37的存在或不存在情况而视觉的识别。
在优选实施例中，层面27和27的部分相互重叠，以产生在图7中所示的整体图案。由于该金属层和条纹在图7中相互重叠，它们不被独立地标记，而是在图7中标记各个突出部34、35、36和37。应当注意，当金属层26和27相互重叠时，所获得图案具有C4对称性，这意味着他可以旋转90度并且仍然看起来相同。如图5、6和7中所示，每个第一和第二金属层26、27形成上述X或交叉图案，并且分别为34、35、36和37的突出部与它们所附加的各个条纹30和33相垂直。在此将讨论其他实施例和图案，并且即使没有在此具体讨论，其他图案也是可能的；例如，同心圆圈可以被按照与在这些图中所示的具有突出部的交叉图案相同的方式而被使用。因此，应当知道用于在此所示的金属的图案是本发明的示例，而不是对它的限制，并且可以选择具有适当的对称性的任何数目的图案，由于下述原因，该对称性是重要的。但是，如上文所述，具有交叉图案的目的是使得在光电器件上的金属量最小化，其中光的输出是重要的，并且金属的使用最少，以便于当器件被封装和使用时，从该器件发出的光最大化。
图8、9和10示出本发明的第二实施例。在这些图中，具有Cn图案的标记的半导体金属部分包括线性连续电镀和非电镀的部分；即，在该条纹中的空白部分，而不是在图5、6和7中所示的突出部分。
相应地，图8示出另一个第一金属层40，其由交叉条纹41和42所形成。与上述实施例相同，该条纹41和42在半导体材料24的表面25上。在该实施例中，该图案的区别特是非金属部分43和44。
按照类似的方式，图9示出第二金属层，一般由45所表示，其由各个条纹46和47所形成。在该第二层45中，该图案的识别部分是在各个条纹47和46中的各个间隙50和51。
图10示出当金属层40和45被适当地放置，在该交叉图案中没有间隙，因此通过视觉确认第一层40及其覆盖的第二层45是否位置正确。
本发明的结构可以被适当地用于多个不同的设备，例如包括结型二极管、双极型晶体管、可控硅元件、MESFET、JFET、MOSFET和光电检测器。如上文中讨论，该金属层优选地形成与该器件的电阻接头，并且在该优选实施例中，该器件由各个基片(例如，在图1中的14)和外延层(例如在图1中的13)所形成，与由碳化硅所形成的其他外延层相组合。当碳化硅是该半导体基片时，用于电阻接头的金属层最好选自镍、钛、金及其合金和分层的组合。在该最优选实施例中，器件10是发光二极管或激光二极管，其中包括一个pn结并且具有与SiC基片的电阻接头，其包括由一层钛-金合金所覆盖。
在一个更加优选的实施例中，本发明包括一个半导体晶片，例如在图3中所示的21，其具有各个主和副正交平直边22、23以及各个正反平面。在晶片21上的每个器件10具有在一个平面上的第一金属层，其以第一预定几何图案覆盖每个器件的部分平面但不是整个平面，并且在优选实施例中，每个器件具有在该平面上的第二金属层，并且以不同于第一几何图案的第二预定几何图案覆盖所述平面的一些部分但不是全部的第二金属层。应当知道该图案不一定完全互不相同，而是对于本发明的识别的目的来说是不同的。为了便于检查，在晶片21上的器件10与该平直边以预定的关系对齐。
在另一个方面中，本发明是用于制造一个或多个半导体器件的质量控制方法。该方法包括把第一金属层以第一预定几何图案置于一个器件、一个晶片、一个独立器件或者甚至一个器件的前体的半导体表面上；然后以在一些或所有方面与第一几何图案不同的第二预定几何图案把第二金属层置于该器件上与第一层相同的面上，该图案部分地相互覆盖。
在这一方面，本发明进一步包括检查该器件以识别在该表面上是否存在或不存在一个或两个图案。在优选实施例中，该方法还包括当没有一个或两个预定图案时抛弃该器件。如在此所用，该术语“抛弃”采用字面上和比喻的方式，应当知道在许多情况中，该器件被墨水所标记，或者被识别，而不是实际上从晶片上除去。在最优选的实施例中，该方法包括通过用机器检查系统照亮该金属化表面并且扫描该金属化表面而检查该器件。为了促进该操作，与对于本发明的产品方面的讨论相同，在优选实施例中，该方法包括放置具有Cn旋转对称性的图案，其中n至少为2，然后检查每个器件的步骤包括检查该器件的表面，以识别是否存在或不存在Cn图案。
在这一方面，并且尽管本发明特别适用于在透明器件上的金属图案，应当知道如果该基片或器件对于在可见光谱内的频率是不透明的，其他频率(例如，红外线)可以被用于照亮各个表面并且识别是否存在该特性的图案。
图11示出该器件的一些方法。在图11中，具有各个器件和金属层的各个晶片(未示出)被置于一个透明晶片载体52上，其接着被承载于一个透明台53上。该晶片然后使用正光源54或背光源55来照亮，并且由摄像机56示意地代表的一个机器检查系统所检查。该机器检查系统的属性和操作是半导体领域中所公知的。一个示意系统是来自美国明尼苏达州布卢明顿市的August Technology公司的NSX系列自动检查设备。这种系统可以检查0.5微米(μ)这样小的缺陷，可以包含自动处理功能，并且被用于与检查软件相结合，其可以被配置为检查各种设备、封装和晶片。该专利文献还提供多个用于半导体器件和晶片的检查系统的例子，并且同时引用多个这样的图案。与大多数这样的系统相同，来自摄像机或者类似的光学设备56的信号被转发到一个处理器57，可以用各种格式显示或产生来自该处理器的信息，包括在显示监视器60上的信息。
如对于本发明的产品方面所给出，使用具有至少一个平直边并且最好有两个主和副平直边的晶片，使得该晶片被预测地在晶片载体52上对齐，使得当该晶片被照亮时，该识别图案与该机器检查系统(摄像机56)形成预定和预测的关系，从而可以由该检查系统立即识别是否存在区别图案。
还应当知道，尽管本发明提供用于机器检查系统的优点，其也为手动检查提供类似的优点。
通过参照特定的优选实施例，本发明已经被详细地公开，以使得读者能够实现本发明而不需要创造性的劳动。本领域的普通技术人员应当认识到许多部件和参数可以在一定程度上改变或修改，而不脱离本发明的范围和精神。另外，标题、副标题等等被提供用于增进对本文的理解并且不应当被认为是对本发明的范围的限制。
权利要求
1.一种标记的半导体材料，其中包括半导体材料的表面；以及在所述表面的部分上但不是在全部表面上的第一金属层；所述金属层形成具有Cn的旋转对称性的图案，其中n至少为2。
2.根据权利要求1所述的标记的半导体，其中进一步包括在所述半导体材料的一部分但不是全部表面上的第二金属层；所述第二金属层形成与所述第一金属层图案不同的图案；以及所述第二图案具有Cn的旋转对称性，其中n至少为2。
3.根据权利要求2所述的标记的半导体，其中所述第一和第二图案中的每个图案形成一个X图案。
4.根据权利要求3所述的标记的半导体，其中每个X图案进一步包括与所述X图案的至少一个臂相垂直的突出部。
5.根据权利要求1所述的标记的半导体，其中所述Cn图案包括成直线相继的金属化和非金属化部分。
6.一种半导体结构，其中包括具有至少一个平面的基片；在所述平面上并且以第一预定几何图案覆盖所述平面的一些部分但不是全部的第一金属层；以及在所述平面上并且以不同于第一几何图案的第二预定几何图案覆盖所述平面的一些部分但不是全部的第二金属层。
7.根据权利要求2或6所述的半导体结构，其中所述第二金属层的部分覆盖所述第一金属层。
8.根据权利要求6所述的半导体结构，其中其中进一步包括在所述基片上与所述平面和所述金属层相对的侧面上的外延层。
9.根据权利要求8所述的标记的半导体，其中所述基片和所述外延层包括选自结型二极管、双极型晶体管、可控硅元件、MESFET、JFET、MOSFET和光电检测器的半导体器件。
10.根据权利要求1或9所述的半导体结构，其中所述金属层形成电阻接头。
11.根据权利要求6所述的半导体结构，其中所述第一和第二几何图案具有Cn旋转对称性，其中n至少为2。
12.一种半导体晶片，其中包括各个主和副正交平直边；各个正和背平面；在所述晶片上的多个器件；每个所述器件具有在所述平面上的第一金属层，并且以第一预定几何图案覆盖所述平面的一些部分但不是全部；以及每个所述器件具有在所述平面上的第二金属层，并且以不同于所述第一几何图案的第二几何图案覆盖所述平面的一些部分但不是全部。
13.根据权利要求12所述的半导体结构，其中在所述晶片上的器件互为相同并且以预定的关系与所述平直边相对齐。
14.根据权利要求12所述的半导体结构，其中所述第一和第二图案具有Cn旋转对称性，其中n至少为2。
15.根据权利要求12所述的半导体结构，其中所述金属层形成与所述器件的各自的电阻接头。
16.根据权利要求12所述的半导体结构，其中所述器件选自结型二极管、双极型晶体管、可控硅元件、MESFET、JFET、MOSFET和光电检测器。
17.一种用于制造半导体器件的质量控制方法，其中包括以第一预定图案把第一金属层置于一个器件的半导体表面上；以及以不同于第一图案的第二预定几何图案把第二金属层置于该器件上与第一层相同的表面上。
18.根据权利要求17的质量控制方法，其中进一步包括检查该器件以识别在该表面上是否存在或不存在该图案之一或两者。
19.根据权利要求18所述的质量控制方法，其中进一步包括当缺少该预定图案之一或两者时抛弃该器件。
20.一种用于制造其上具有多个半导体器件的晶片的质量控制方法，该方法包括以第一预定几何图案把第一金属层置于每个器件的半导体表面上；以及以不同于第一几何图案的第二预定几何图案把第二金属层置于每个器件上与所述第一层相同的表面上。检查每个器件的表面，以识别在每个器件上是否存在或不存在该图案之一或两者；以及抛弃缺少该图案之一或两者的器件。
21.根据权利要求18或20所述的质量控制方法，其中检查每个器件的表面的步骤包括用一个机器检查系统评估每个器件的步骤。
22.根据权利要求18或20所述的质量控制方法，其中放置该金属层的步骤包括放置具有Cn的旋转对称性的图案，其中n至少为2；以及检查每个器件的步骤包括检查该器件的任一表面以识别是否存在Cn图案。
23.根据权利要求20所述的质量控制方法，其中包括把该金属层置于包括至少一个平直边的晶片上；把该金属层以预定关系与该平直边相对齐；把该晶片的平直边与机器检查系统相对齐；以及在此之后用该机器检查系统评估每个器件。
24.根据权利要求18或21所述的质量控制方法，其中检查该系统的步骤包括通过照亮与该金属层相反的晶片表面并且用一个机器检查系统扫描被照亮的表面而检查一个透明器件。
全文摘要
一种半导体结构公开增强器件的质量控制检查。该结构包括具有至少一个平面的基片、在该平面上上并且以第一预定几何图案覆盖所述平面的一些部分但不是全部的第一金属层、以及在所述平面上并且以不同于第一几何图案的第二预定几何图案覆盖所述平面的一些部分但不是全部的第二金属层。还公开一种用于制造半导体器件的质量控制方法。该方法包括以第一预定图案把第一金属层置于一个器件的半导体表面上；以及以不同于第一图案的第二预定几何图案把第二金属层置于该器件上与第一层相同的表面上，然后检查该器件以识别在该表面上是否存在或不存在该图案之一或两者。
文档编号H01L23/482GK1575521SQ02821128
公开日2005年2月2日 申请日期2002年10月10日 优先权日2001年10月23日
发明者拉尔夫·C.·塔特尔, 克里斯托弗·S.·普伦吉特, 小戴维·B.·斯雷特, 杰拉尔德·H.·尼格里, 托马斯·P.·施尼德 申请人:克里公司