CN102479887A

CN102479887A - 磊晶元件的制作方法

Info

Publication number: CN102479887A
Application number: CN2010105589828A
Authority: CN
Inventors: 武东星; 洪瑞华
Original assignee: XIAO JIEFU
Current assignee: XIAO JIEFU
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: CN102479887B

Abstract

一种磊晶元件的制作方法：先在磊晶用基板上形成牺牲膜；再将牺牲膜定义出牺牲结构，并在移除牺牲膜的部分结构时使基板裸露出的区域具有多个彼此相连接的凸部与凹部；接着在牺牲结构与凸部向上磊晶形成底面与所述凹部形成间隙的磊晶层体；然后自磊晶层体上形成导电基材，之后将导电基材、磊晶层体定义出多个磊晶元件的图样流道；最后经图样流道与间隙蚀刻移除牺牲结构并让磊晶元件与基板分离，得到多个磊晶元件。

Description

磊晶元件的制作方法

技术领域

本发明涉及一种半导体元件的制造方法，特别是涉及一种磊晶元件的制作方法。

背景技术

参阅图1，目前主要以磊晶制程所成的磊晶元件构成的元件装置众多，以垂直导通式发光二极管为例，元件装置1包含一具有一导电基块11和一设置于该导电基块11上的磊晶膜12所成的磊晶元件10，及一设置在该磊晶元件10的磊晶膜12上的电极13，该磊晶元件10的磊晶膜12以磊晶制程构成，该导电基块11与该电极13相配合对该磊晶膜12提供电能，使该磊晶膜12接受电能时将电能转换而产生光。

在制作上述元件装置1(垂直导通式发光二极管)时，先选用晶格匹配度较佳、并为晶圆态样的蓝宝石(Al₂O₃)作为磊晶用基板，在磊晶用基板上磊晶成长由氮化镓系半导体材料构成的磊晶层体，然后在磊晶层体上形成一层与磊晶层体电连接并预定作为永久基板使用的导电基材；接着自磊晶层体与磊晶用基板连接处使二者相分离；再于磊晶层体与磊晶用基板相分离后的表面上形成多个与磊晶层体电连接的电极13，最后对应所述电极13将磊晶层体、导电基材切割成多个分别具有磊晶膜12、导电基块11的磊晶元件10，即制得多个分别由电极13与磊晶元件10所构成的元件装置1。

在上述的制造过程中，使磊晶层体与磊晶用基板自彼此连接处使二者相分离的过程，通常是以激光剥离技术或机械研磨方式进行，但是，激光剥离技术的制程成本较高，机械研磨方式移除磊晶用基板后，会有应力残留而破坏磊晶层体的隐患。

因此，如何设计、提出生产元件装置的制造方法，进而省时、低成本地制造元件装置，同时在制造的各步骤过程中不会造成既有结构受损，进而兼顾到制作的元件装置的发光亮度与发光效能，而供业界量产采用，仍是学界不断努力的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的磊晶元件的制作方法，可以省时且低成本地制作出磊晶元件。

本发明磊晶元件的制作方法包含以下五个步骤。

(一)首先在一磊晶用基板向上形成一牺牲膜。

(二)接着以微影制程将该牺牲膜定义形成一使该磊晶用基板对应区域裸露的牺牲结构，并在移除该牺牲膜的预定结构而使该磊晶用基板对应的区域裸露时，使该磊晶用基板裸露的区域具有多个高度远低于该牺牲结构的凸部，与多个连结所述凸部的凹部。

(三)再自该牺牲结构与所述凸部向上磊晶形成一底面与所述凹部形成间隙的磊晶层体。

(四)然后，自该磊晶层体向上形成一与该磊晶层体电连接的导电基材，及一自该导电基材向该磊晶用基板方向形成并将该导电基材、磊晶层体定义出多个磊晶元件的图样流道。

(五)最后经由该图样流道与所述间隙蚀刻移除该牺牲结构并使所述磊晶元件与该磊晶用基板分离，得到多个磊晶元件。

较佳地，该步骤(二)是以蚀刻方式移除该牺牲膜的预定结构而成该牺牲结构，并在蚀刻时一并粗化该磊晶用基板裸露出的区域而形成所述凸部与凹部。

较佳地，该步骤(一)在形成该牺牲膜前，先粗化该磊晶用基板，而使得进行该步骤(二)以蚀刻方式移除该牺牲膜的预定结构而成该牺牲结构后，使该磊晶用基板裸露的区域形成所述凸部与凹部。

较佳地，该步骤(二)是以蚀刻方式移除该牺牲膜的预定结构而成该牺牲结构，同时，在蚀刻形成该牺牲结构时，使该磊晶用基板预定裸露出的区域上留下多个独立且高度远低于该牺牲结构的牺牲膜的残留结构而成所述凸部，同时，该磊晶用基板裸露出的区域形成所述凹部。

较佳地，该步骤(四)是先在该磊晶层体上形成一将该磊晶层体定义出多个磊晶膜的屏蔽层，再自每一磊晶膜向上形成与每一磊晶膜电连接的导电基块，并由所述导电基块构成该导电基材。

较佳地，该步骤(四)是先移除该屏蔽层后继续移除该磊晶层体对应于该屏蔽层图样的层体结构而形成该图样流道。

较佳地，所述的磊晶元件的制作方法还包含一步骤(六)，是在分离该磊晶用基板后的所述磊晶元件上形成与该磊晶层体电连接的电极，制得至少一个经电极与导电基材配合自外界提供电能而作动的元件装置。

较佳地，该步骤(四)是先以具有高反射率的导电材料自该磊晶层体形成一反射层后，再于该反射层上以导电材料向上形成一结构层而构成该导电基材。

本发明的有益效果在于：通过图样流道以蚀刻方式简单定义出多个磊晶元件并分离磊晶用基板，而可降低制程成本并避免应力残留的问题，进而简单、快速、低成本，且不须进行切割过程地制作磊晶元件。

附图说明

图1是目前的垂直导通式发光二极管的一立体图；

图2是一流程图，说明本发明磊晶元件的制作方法的一第一较佳实施例；

图3是一立体图，说明以本发明磊晶元件的制作方法的第一较佳实施例制作出的磊晶元件；

图4是一示意图，辅助说明本发明磊晶元件的制作方法的第一较佳实施例的一步骤21；

图5是一示意图，辅助说明本发明磊晶元件的制作方法的第一较佳实施例的一步骤22；

图6是一示意图，辅助说明本发明磊晶元件的制作方法的第一较佳实施例的一步骤23；

图7是一立体图，辅助说明本发明磊晶元件的制作方法的第一较佳实施例的一步骤24；

图8是一立体图，与图7共同辅助说明本发明磊晶元件的制作方法的第一较佳实施例的步骤24；

图9是一立体图，说明本发明磊晶元件的制作方法的第一较佳实施例的步骤24实施时，用一反射层与一结构层构成导电基材；

图10是一立体图，辅助说明本发明磊晶元件的制作方法的第一较佳实施例的一步骤25；

图11是一示意图，补充说明实施本发明磊晶元件的制作方法的第一较佳实施例的步骤22时，预留部分牺牲膜结构而成凸部，并配合磊晶用基板裸露出的区域形成凹部；

图12是一立体图，补充说明实施本发明磊晶元件的制作方法的第一较佳实施例时，还可以因屏蔽层的态样而让导电基材54形成导电基块31时还有桥接段543彼此连接，进而得到彼此仍相互连接的整片的多个磊晶元件3；

图13是一立体图，辅助说明本发明磊晶元件的制作方法的一第二较佳实施例的一步骤24；

图14是一立体图，与图13共同辅助说明本发明磊晶元件的制作方法的第二较佳实施例的步骤24；

图15是一流程图，说明本发明磊晶元件的制作方法的一第三较佳实施例；

图16是一显微照片图，辅助说明本发明磊晶组件的制作方法的第一较佳实施例实施步骤23时，底面与所述凹部形成间隙的磊晶层体；

图17是一显微照片图，辅助说明图16的实际结构。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图2、3，本发明一种磊晶元件的制作方法的一第一较佳实施例是制作出如图3所示的磊晶元件3，且该磊晶元件3再制作电极40(图中以假想线所绘制)后即可得到类似于图1所示的元件装置4。

由于本发明的制作方法在先了解制作出的产品结构后，当可更加清楚的明白，所以先请参阅图3，该元件装置4包含一主要以磊晶制程所制作的磊晶元件3，及一设置于磊晶元件3上的电极40，该磊晶元件3具有一可导电的导电基块31，及一设置于该导电基块31上的磊晶膜32。

该磊晶膜32与该导电基块31电连接，并在接受电能时将电能转换而产生光；该电极40与该磊晶膜32电连接，并配合该导电基块31经外界对该磊晶膜32提供电能，使该磊晶膜32产生光。

参阅图2、4，以本发明磊晶元件的制作方法的第一较佳实施例制作出如图3所示的磊晶元件3时，先进行步骤21，于一呈晶圆态样的蓝宝石(Sapphire，化学式为Al₂O₃)磊晶用基板51上，沉积形成一层由氧化硅(SiO_x)构成的牺牲膜52。

参阅图2、5，接着进行步骤22，以微影制程将该牺牲膜52定义出一使该磊晶用基板51对应区域裸露的牺牲结构521，并在移除该牺牲膜52的预定结构而使该磊晶用基板51对应的区域裸露时，使该磊晶用基板51裸露的区域具有多个高度远低于该牺牲结构521的凸部512，与多个连结所述凸部512的凹部513；在本实施例中，该牺牲结构521包括多个彼此相间隔的长条结构，且所述凹部513与凸部512是在蚀刻移除牺牲膜52的预定结构而成该牺牲结构521，而使得该磊晶用基板51对应区域的顶面露出后，再以感应式电浆耦合(Inductively Coupled Plasma，ICP)进行蚀刻粗化而成的。

参阅图2、6，而后进行步骤23，于该牺牲结构521和该磊晶用基板51裸露出的区域的多个凸部512以横向磊晶(lateral epitaxialgrowth)方式磊晶成长一层由氮化镓系半导体材料所构成，且底面与所述凹部513形成间隙531的磊晶层体53；本步骤23实际实施的态样如图16、图17所示，其中，图16的框示处即为间隙513，图17则是框示处放大倍率后的影像；间隙531的存在可大幅减少磊晶层体53与磊晶用基板51实质的接触面积与连结强度，而在后续分离磊晶层体53与磊晶用基板51时可以减少所需的蚀刻时间，此部分请容后再详叙。

参阅图2、7、8，接着进行步骤24，自该磊晶层体53向上形成一与该磊晶层体53电连接的导电基材54，及一自该导电基材54向该磊晶用基板51方向形成并将该导电基材54、磊晶层体53定义出多个磊晶元件3的图样流道56；详细地说，本步骤24是在形成导电基材54后，以黄光微影制程形成一层具预定图样的屏蔽层55，其中，该屏蔽层55遮覆该导电基材54的部分顶面区域而可将该导电基材54、磊晶层体53定义成分别具有导电基块31、磊晶膜32的磊晶元件3，之后，以该屏蔽层55保护不欲被蚀刻移除的结构，而自导电基材54朝向该磊晶用基板51方向以干式蚀刻方式移除其他结构至该磊晶用基板51而形成图样流道56，之后移除该屏蔽层55即可使得该磊晶层体53、该导电基材54被该图样流道56定义出多个磊晶元件3。

参阅图9，在此要补充说明的是，导电基材54可以是导电材料所成的单一层体结构，也可以先选用例如金属，或是合金，或是介电材料等先在该磊晶层体53顶面形成至少由一层体结构所构成而具有高光反射率的反射层541，再继续增厚形成结构层542而成，以同时起到反射光与配合电极40提供电能的作用。

参阅图2、图10，最后进行步骤25，经由该图样流道56与间隙531蚀刻移除该牺牲结构521并使所述磊晶元件3与该磊晶用基板51分离，即制得多个磊晶元件3；详细地说，本步骤25是以湿蚀刻方式让蚀刻剂经由该图样流道56及该牺牲结构521周缘蚀刻移除该牺牲结构521，同时，蚀刻剂也会经由间隙531进入破坏该磊晶层体53与该磊晶用基板51的连结处，从而快速、简单地使所述磊晶元件3与该磊晶用基板51分离而制得多个磊晶元件3。

另外，上述第一较佳实施例是以在进行步骤22中，形成牺牲结构521时一并粗化磊晶用基板51裸露出的区域而形成多个凹部513与凸部512作说明，事实上，可以在形成该牺牲膜前即先行粗化该磊晶用基板51，而使得进行步骤22形成该牺牲结构521时，即让该磊晶用基板51裸露的区域具有所述凸部512与凹部513，也可以更进一步地再粗化已粗化过的磊晶用基板51而形成高、低落差更大的凸部512与凹部513，以形成更大空间的间隙531而利于后续步骤；或是，如图11所示，也可以在进行步骤22中，在蚀刻形成该牺牲结构521时，使该磊晶用基板51预定裸露出的区域上留下多个独立且高度远低于该牺牲结构521的牺牲膜52的残留结构而成所述凸部512，同时，该磊晶用基板51裸露出的区域形成所述凹部513，或是上述的组合运用。当然，实施方式也不仅限于感应式耦合电浆蚀刻，其他例如湿蚀刻、反应性离子蚀刻(RIE)等也都可以适用，在此不多加赘述。

参阅图12，再者，基于实际实施的便利性，屏蔽层(图未示)也可以是形成彼此桥接的态样，而让导电基材54形成的导电基块31彼此间还有桥接段543彼此连接，进而在分离磊晶用基板51后，得到彼此仍相互连接的整片的多个磊晶元件3，再视实际需要进行后续切割、制作电极40等步骤，制得各式元件装置4。

由上述说明可知，本发明磊晶元件的制作方法主要是通过牺牲结构521增加后续蚀刻分离磊晶用基板51的移除速率，并且，以该磊晶用基板51对应牺牲结构521裸露处形成凸部512与凹部513，而可在磊晶形成磊晶层体53时让磊晶层体53与磊晶用基板51的连结处相配合形成间隙531，进而可配合经过定义出磊晶元件3的图样流道56而快速地使所述磊晶元件3与该磊晶用基板51相分离，而简单地制得多个的磊晶元件3。

本发明借助间隙531的形成不但使该磊晶层体53与该磊晶用基板51连结处的接触面积减少、连结强度弱化，并且在进行蚀刻时可增加蚀刻剂的接触面积与速度，进一步加快分离速率，因而能更快速地使所述磊晶元件3自该磊晶用基板51分离；并且，由于整个制作过程并没有切割或是研磨等潜藏有应力残留隐患的过程，所以可以确保制得的磊晶元件3的结构完整，进而使得以本发明制作的磊晶元件3构成的元件装置4具有更高工作表现。

参阅图13、图14，本发明磊晶元件的制作方法的一第二较佳实施例与该第一较佳实施例相类似，其不同处仅在于本第二较佳实施例在进行步骤24时，是如图13所示，先在该磊晶层体53上形成一层较厚且预定将该磊晶层体53定义出多个磊晶膜32的屏蔽层55，在图示中以多个呈垂直交错排列的光阻条构成的屏蔽层55作说明；然后，如图14所示，即自每一磊晶膜32顶面向上形成因屏蔽层55而彼此独立的与每一磊晶膜32电连接的导电基块31；最后，再蚀刻移除屏蔽层55，并继续向下蚀刻即形成类似于图8所示的图样流道56。

与该第一较佳实施例相比，本实施例是直接借着屏蔽层55简单成型出彼此独立的导电基块31，并利用移除屏蔽层55后导电基块31彼此间的间隔，配合采用导电基块31本身作为遮阻，而简单、并精确地继续向下蚀刻而把磊晶层体53定义成多个磊晶膜32，从而制作磊晶元件3。

参阅图15，本发明磊晶元件的制作方法的一第三较佳实施例是与上述二较佳实施例相类似，所不同的是该第三较佳实施例更进一步地包含步骤26，在磊晶元件3上形成与该磊晶层体53电连接的电极40，而制得至少一经电极40与导电基块31配合自外界提供电能而作动的元件装置4。

综上所述，本发明提供一种全新且完整的磊晶元件的制作方法，通过图样流道简单定义出多个磊晶元件，并配合牺牲膜经微影蚀刻所成的牺牲结构，和磊晶用基板与磊晶层体相配合形成的间隙，而加速分离磊晶用基板的速率，进而达到省时、低成本，且无应力残留隐患地制作磊晶元件的目的，而确实达成本发明的创作宗旨。

Claims

1.一种磊晶元件的制作方法；其特征在于：该磊晶元件的制作方法包含：(一)在一磊晶用基板向上形成一牺牲膜；(二)以微影制程将该牺牲膜定义形成一使该磊晶用基板对应区域裸露的牺牲结构，并在移除该牺牲膜的预定结构而使该磊晶用基板对应的区域裸露时，使该磊晶用基板裸露的区域具有多个高度远低于该牺牲结构的凸部，与多个连结所述凸部的凹部；(三)自该牺牲结构与所述凸部向上磊晶形成一底面与所述凹部形成间隙的磊晶层体；(四)自该磊晶层体向上形成一与该磊晶层体电连接的导电基材，及一自该导电基材向该磊晶用基板方向形成并将该导电基材、磊晶层体定义出多个磊晶元件的图样流道；(五)经由该图样流道与所述间隙蚀刻移除该牺牲结构并使所述磊晶元件与该磊晶用基板分离，得到多个磊晶元件。

2.根据权利要求1所述的磊晶元件的制作方法，其特征在于：该步骤(二)是以蚀刻方式移除该牺牲膜的预定结构而成该牺牲结构，并在蚀刻时一并粗化该磊晶用基板裸露出的区域而形成所述凸部与凹部。

3.根据权利要求1或2所述的磊晶元件的制作方法，其特征在于：该步骤(一)在形成该牺牲膜前，先粗化该磊晶用基板，而使得进行该步骤(二)以蚀刻方式移除该牺牲膜的预定结构而成该牺牲结构后，使该磊晶用基板裸露的区域形成所述凸部与凹部。

4.根据权利要求1所述的磊晶元件的制作方法，其特征在于：该步骤(二)是以蚀刻方式移除该牺牲膜的预定结构而成该牺牲结构，同时，在蚀刻形成该牺牲结构时，使该磊晶用基板预定裸露出的区域上留下多个独立且高度远低于该牺牲结构的牺牲膜的残留结构而成所述凸部，同时，该磊晶用基板裸露出的区域形成所述凹部。

5.根据权利要求1所述的磊晶元件的制作方法，其特征在于：该步骤(四)是先在该磊晶层体上形成一将该磊晶层体定义出多个磊晶膜的屏蔽层，再自每一磊晶膜向上形成与每一磊晶膜电连接的导电基块，并由所述导电基块构成该导电基材。

6.根据权利要求5所述的磊晶元件的制作方法，其特征在于：该步骤(四)是先移除该屏蔽层后继续移除该磊晶层体对应于该屏蔽层图样的层体结构而形成该图样流道。

7.根据权利要求1所述的磊晶元件的制作方法，其特征在于：所述的磊晶元件的制作方法还包含一步骤(六)，是在分离该磊晶用基板后的所述磊晶元件上形成与该磊晶层体电连接的电极，制得至少一个经电极与导电基材配合自外界提供电能而作动的元件装置。

8.根据权利要求1所述的磊晶元件的制作方法，其特征在于：该步骤(四)是先以具有高反射率的导电材料自该磊晶层体形成一反射层后，再于该反射层上以导电材料向上形成一结构层而构成该导电基材。