TW201338019A - 分離基板的半導體結構及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本揭露揭示一種分離基板的半導體結構，包含一臨時基板；具有複數個奈米等級凸起物的一第一半導體層，設置於該臨時基板之上；一介電層，圍繞該複數個奈米等級凸起物，並設置於該第一半導體層上；以及一第二半導體層，設置於該介電層之上，其中該複數個奈米等級凸起物的頂部表面與該第二半導體層的底部相接。該半導體結構經由一蝕刻步驟分離該第一半導體層與該第二半導體層，將該第二半導體層與該臨時基板分離，並移置到一永久基板上。

Description

分離基板的半導體結構及其製造方法

本揭露係關於一種分離基板的半導體結構以及一種製備該半導體結構的方法，特別係關於一種圖案化的半導體結構，其於一化學蝕刻中改善該基板與該半導體結構的其他部分分離。

由於近期發光效率的突破，高能量三族氮化物發光元件有可能提早進入一般照明應用領域。高能發光元件能夠符合一般照明的流明每美元(dollar per lumen)的要求是因為它能用較少的發光元件提供一般照明單位面積相同的照度，因此節省了發光元件製程及封裝的費用。然而，磊晶基板的選擇仍為產品設計的關鍵。一個晶格常數相當於磊晶材料晶格常數的基板將增進磊晶層的品質，而一個具有高溫度係數的基板將提高磊晶層的發光效率。

將兩個電極設置在發光元件同側的設計，將不可避免地受電流推擠效應的影響；而垂直式的發光元件，亦即將兩個電極設置在發光元件相對兩側的設計，因為具有較短的電流路徑，可以有效避免電流推擠效應的發生。更甚，藉由運用具有高溫度係數的基板(通常為金屬)，垂直式的發光元件不僅能夠有效率地散熱以提供較低的接點溫度(junction temperature)，此種元件設計也能夠保持較大的發光面積。

具有高磊晶品質、高溫度係數基板、以及垂直式設計 的高能發光元件被視為現今市場上極有潛力的產品。為達到上述目標，許多先前技術嘗試將習知的藍寶石基板與磊晶層分離，並用一新的金屬基板取代。這些分離的步驟可略分為雷射掀離製程(LLO)與化學掀離製程(CLO)。

美國專利US 6,071,795 "Separation of Thin Film from Transparent Substrate by Selective Optical Processing"揭露一種LLO。如圖1所示，一氮化鎵磊晶層15以及藍寶石基板19由覆晶鍵合的方式藉樹脂13與一載體基板11相連。一KrF準分子雷射脈衝12由透明的藍寶石基板19頂部照射，而在該氮化鎵磊晶層15的淺表面被吸收，並於該界面形成一分離區17。瞬間的高溫造成該界面被局部加熱，然而只有微米等級的的溫度擴散長度避免該異質結構的有源區受熱損，並且能夠達到將該氮化鎵磊晶層15掀離的目的。該分離區17中，溫度超過攝氏1000僅要幾奈秒就可以引發界面的氮化鎵解構成鎵金屬以及氮氮，且不會造成磊晶層立即性的脫落。縱使解構反應僅發生在有限的深度，且不會影響到重要的有源區，該界面(藍寶石基板與氮化鎵界面)瞬間的溫度上升仍然生成高密度的貫穿差排，由於該界面兩邊的材料具有差異甚大的膨脹係數。高密度貫穿差排的產生將造成嚴重的晶圓破裂以及應力存留於薄膜中，降低磊晶品質。更嚴重的情況，該熱應力將會引起該結構側壁的保護層脫離，破壞整體發光元件的品質。

相較之下，CLO對於界面熱應力的影響則小得多，選擇性濕式蝕刻可以提供快速又經濟的發光元件基板分離工 具。Jun-Seok Ha及其他作者於IEEE Photonics Technology Letters,Volume 20,No.3,February 2008共同發表了一篇學術論文"The Fabrication of Vertical Light-Emitting Diodes Using Chemical Lift-off Process"，提出使用CrN犧牲層22(見圖2)以分離氮化鎵層與藍寶石基板21。一氮化鎵磊晶層，包含一n型氮化鎵層23、一有源層24、以及一p型氮化鎵層25，成長在設置於該藍寶石基板21上的該CrN犧牲層22。一個p型氮化鎵電極26設置於該p型氮化鎵25之上，一金屬基板27設置於該p型氮化鎵電極26上。這種設計產生兩個問題：1.氮化鎵磊晶品質降低，因為作為磊晶模版的CrN犧牲層並不為一單晶結構；以及2.當使用大尺寸晶圓時，無法僅以單一犧牲層達成掀離效果。

另一篇由Ray-Hua Horng以及其他作者共同發表於Electrochemical and Solid-State Letters Vol.14,Issue 7,H281-H284(2011)的學術論文"Transferring Thin Film Gallium Nitride LED Epi-Structure to the Copper Substrate by Chemical Lift-Off Technology"揭露一種結合氧化圖案犧牲層(oxide-patterned sacrificial layer,OPS)與磊晶側向成長(epitaxial lateral overgrowth,ELOG)的方法，用以形成一自體掀離於藍寶石基板的薄膜。如圖3所示，一OPS層33設置於一藍寶石基板31上。一氮化鎵磊晶層35繼而利用ELOG技術沉積於其上，一反射鏡面層37以及一銅金 屬層39分別沉積與電鍍於該氮化鎵磊晶層35上。氫氟酸(HF)用以移除該OPS層33，且造成一高應力場集中於蝕刻後的界面，該界面位於該藍寶石基板31以及該氮化鎵磊晶層35之間。使用此種方法，磊晶薄膜將輕易地與其下的藍寶石基板31分離並轉移到該銅金屬層39上。應力集中效應有助於薄膜分離，但是ELOG製程需要高度成熟的磊晶成長技術。縱然低缺陷密度存在於合併前沿(coalescence front)被視為使用ELOG的一種優勢，但真正能夠達到品質標準的磊晶區域並非連續，並且只佔整個晶圓表面的五分之一。

Ke Yan Zang及其他作者於Nanoscale Research Letters Vol.5,1051-1056(2010)共同發表一篇學術論文"A New Method For Lift-Off of III-Nitride Semiconductor For Heterogeneous Integration"，揭露了一種適用CLO的結構如圖4所示。一緩衝氮化鎵層43先沉積於一藍寶石基板41上，一層二氧化矽繼而沉積於該緩衝氮化鎵層43上。該結構使用一陽極處理氧化鋁(anodized alumina,AAO)的方式形成一奈米等級氧化圖案45於該緩衝氮化鎵層43之上。一奈米等級的磊晶側向成長(nano-epitaxial lateral overgrowth,NELO)用以形成一氮化鎵薄膜47，接續著一氫氟酸濕式蝕刻。在二氧化矽層被氫氟酸蝕刻後，該氮化鎵薄膜47由於位在該蝕刻角落巨大的應力場而能夠自體掀離。用於此方法中的NELO技術遠比習知的ELOG技術成熟，因為使用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)作為磊晶工具時，保持先 行物與反應物的層狀平流供應攸關磊晶品質甚鉅。MOCVD最適合使用於一沒有障礙的平面，因為該種平面能夠提供平坦且開放的成長平台。它種平面將會增加磊晶的困難度。使用MOCVD於一具有奈米等級圖案的平面上將使得製造良率降低。Chia-Feng Lin及其他作者共同於Applied Physics Express Vol.3,092101,(2010)發表一篇學術論文"Chemical Lift-Off Process for Blue Light-Emitting Diodes"揭露另一種適用CLO的結構，結合一犧牲層、一選擇性磊晶成長、以及對於不同晶面的選擇性濕式蝕刻。參見圖5，該結構包含具有三角溝槽圖案的藍寶石基板51、一氮化鋁緩衝/犧牲層58、一n型氮化鎵層53、一多重量子井有源層54、一p型氮化鎵層55、以及一透明的電極層56。由於熱硫酸及磷酸的選擇性蝕刻，兩個不同的晶面{102}以及{105}組成三角溝槽圖案的兩邊。蝕刻液經由一通道57進入三角溝槽，該通道57由一雷射切割步驟達成。該等氣孔52的存在一方面是因為三角溝槽圖案在藍寶石基板51上，另一方面是因為n型氮化鎵層53的選擇性成長。熱氫氧化鉀溶液由該通道57注入，對該n型氮化鎵層53進行不同晶面的選擇性蝕刻，並對該氮化鋁緩衝/犧牲層58進行側向蝕刻。傾斜的氮化鎵晶面{10}做為一蝕刻阻擋層，避免破壞有源層的結構。當氮化鋁緩衝/犧牲層58的側向蝕刻完成，薄膜將被掀離。此種技術進一步於該n型氮化鎵層53上產生一粗糙化的蝕刻後表面，此種結構普遍用於光學元件以增加發光效率。簡易的蝕刻步驟為該方法的優勢，然而，除了複雜的結 構之外，磊晶品質的降低亦不能避免，因為氮化鎵與氮化鋁之間仍存在晶格不匹配的問題。

國際專利申請案PCT/GB2007/001011"Growth Method Using Nanostructure Compliant Layers and HVPE for Producing High Quality Compound Semiconductor Materials"揭露了一種成熟的混成氣相沉積磊晶(Hybrid Vapor Phase Epitaxy,HVPE)技術，如圖6所示，該技術用以成長一高品質的半導體層69於一具有奈米列65的模版之上。此篇揭露顯示一極度成熟的磊晶成長技術，以形成一高品質ELOG於一具有奈米等級結構的模版之上。接著進行一分離步驟，將該高品質的半導體層69與該奈米等級結構的模版分開。本揭露與該國際專利申請與該等運用ELOG及NELO的先前技術最大的不同在於當作ELOG模版層的材料使用。該國際專利申請中奈米列65使用化合物半導體，而另外兩個使用ELOG及NELO的先前技術則使用條狀氧化矽圖案當作ELOG模版。參見圖6，ELOG進行時，奈米列65側壁也將進行一側向成長，導致一個隨時間改變的ELOG模版位於成長中的該高品質半導體層69之下。

有鑑於所述的先前技術，本揭露一實施例中的發光元件基板分離半導體結構包含：1.使用一陣列結構，有助於蝕刻液穿透，以促進有效的CLO製程；以及2.使用一準平面磊晶平臺，有效降低磊晶成長的難度並增加產品良率。

本揭露提供一種分離基板的半導體結構，用於一垂直式發光元件中。該半導體結構包含：一臨時基板；具有複數個奈米等級凸起物一第一半導體層，設置於該臨時基板上；一介電層，圍繞該複數個奈米等級凸起物，且配置於該第一半導體層上；以及一第二半導體層，設置於該介電層上。其中該複數個奈米等級凸起物與該第二半導體層底部相接。該第二半導體層包含一n型導電層，設置於該介電層之上、一發光有源層，設置於該n型導電層之上、以及一p型導電層，設置於該發光有源層之上。上述的該半導體結構另包含一永久基板，設置於該第二半導體層之上，以及一反射層，設置於該永久基板與該第二半導體層之間。

本揭露另提供一種分離基板的半導體結構的製造方法，包含以下步驟：形成一第一半導體層於一臨時基板上，該第一半導體層具有複數個奈米等級凸起物；形成一介電層於該第一半導體層上，其中組成該介電層的介電材料填補各奈米等級突出物之間的空隙，以及該介電材料的高度大於該奈米等級凸起物的高度；拋光該介電層，直至暴露該奈米等級凸起物的頂部表面；形成一第二半導體層於該介電層之上；形成一導電層於該第二半導體層之上；進行一第一蝕刻步驟以移除該介電層；以及進行一第二蝕刻步驟以分離該第一半導體層以及該第二半導體層。

上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾 使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。

本揭露提出一個新的基板分離半導體結構，應用於垂直式發光元件的製造過程中，本揭露之另一目的在於揭露一方法關於製備該基板分離半導體結構。為了清楚描述本揭露，一實施例的製造步驟由附圖中展示的各個中間產物加以說明。

如圖7所示，一2微米的氮化鎵薄膜73磊晶成長於一藍寶石基板71的一表面上。在本揭露其它實施例中，矽、碳化矽、鑽石、鋁酸鋰(LAO)、鎵酸鋰(LGO)、氧化鋅、砷化鎵、磷化鎵、或其複合材料，都可以作為該結構的基板。該氮化鎵薄膜73可以經磊晶成長於具有不同基板而擁有不同的晶向，例如{0001}、{100}、{110}、{112}、{101}、以及{201}。本揭露一實施例中，有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)製程被使用於磊晶成長。如圖8所示，一奈米等級圖案呈現於該氮化鎵薄膜73上。該奈米等級圖案由奈米壓印微影蝕 刻(nanoimprint lithography,NIL)製程，以及一感應耦合電漿活性離子蝕刻(inductively coupled plasma reactive ion etch,ICP-RIE)製程作用於該氮化鎵薄膜73上。該奈米等級圖案的實施步驟包含：使用電漿增強式化學氣相沉積(plasma enhanced CVD,PECVD)系統沉積一層二氧化矽，接下來，一奈米等級的圓形陣列圖案藉由一NIL以及一ICP-RIE步驟轉印到該二氧化矽層上，並使用四氟化碳(CF4)當作反應氣體，經由另一ICP-RIE步驟將該奈米等級的圓形陣列圖案再轉移到該氮化鎵薄膜73上，形成複數個奈米柱75。位於各個奈米柱75之間的一分隔距離80，在本揭露某些實施例中，該分隔距離80介於一範圍1nm至1000nm之間，而該些奈米等級圖案可為多面體、條紋、交叉條紋、以及其組合。蝕刻時間可以調整，致使該等奈米柱75形成於該氮化鎵薄膜73的上半部，抑或形成於該藍寶石基板71上。本揭露一實施例中，該氮化鎵薄膜73的下半部保持一平坦的氮化鎵薄膜73'，該薄膜73'存在於該複數個奈米柱75與該藍寶石基板71之間，因此，該複數個奈米柱75以及該平坦的氮化鎵薄膜73'為一塊連續的材料。本揭露另一實施例中，因為蝕刻時間較久，因此不存在該平坦的氮化鎵薄膜73'，該複數個奈米柱75直接形成於該藍寶石基板71之上。本揭露一實施例中，該複數個奈米柱75的高度小於1000nm。如圖9所示，一層介電材料，例如旋塗玻璃(spin-on-glass,SOG)77，旋塗於該複數個奈米柱75之上，而獲得適當程度的填充效果。該介電材料包含SOG、氧化矽、氮化矽、 以及氮氧化矽。本實施例中的SOG77可為倍半矽氧烷的聚合物，例如氫基倍半矽氧烷(Hydrogen silsequioxane,HSQ)或甲基倍半矽氧烷(methylsequioxane,MSQ)。該SOG77的厚度大於各奈米柱75的高度，以承受下一乾烤步驟所造成的任何結構變異。接下來，另一個ICP-RIE步驟實施於該SOG77上以減薄該SOG77層至一指定厚度，該指定厚度將暴露各奈米柱75的頂部表面。如圖10所示，被修剪的SOG77'具有一新的厚度，實質上等同於或小於各奈米柱75的高度，其中各奈米柱75之側壁完全被修剪過的SOG77'包圍，而各奈米柱75之間的空間被修剪過的SOG77'填滿。一濕式蝕刻、一乾式蝕刻、或一化學機械式拋光步驟可用於形成該修剪過的SOG77'。

下一步驟包含形成一再成長磊晶層於該奈米柱75以及該修剪過的SOG77'之上。因為再成長磊晶層的底部模版相當於一個平坦且開放的平臺，由MOCVD形成的再成長磊晶層將會有非常高的結晶品質。該磊晶成長起始於該奈米柱75暴露出來的頂部表面，適當的五三族比將有助於氮化鎵磊晶層的側向過生長(epitaxial lateral overgrowth,ELOG)。如圖11所示，一氮化鎵再成長磊晶層79包含一n型導電層79a，一發光有源層79b，以及一p型導電層79c，相同於一般習知發光元件的p-i-n結構。本揭露一實施例中，該n型導電層79a為一摻雜矽的導電層，該p型導電層79c為一摻雜鎂的導電層，而該發光有源層79b為一多重量子井的結構。

該再生長氮化鎵磊晶層79形成後，如圖12所示，一反射層70經由電鍍或濺鍍形成於該p型導電層79c上。本揭露一實施例中，該反射層70包含金屬鋁、金屬銀、及其合金。參見圖13，一永久基板72藉由電鍍或晶圓鍵合至該反射層70上。相對於藍寶石臨時基板，金屬銅因為具有高熱傳導係數及高導電度，被當成本揭露一實施例之永久基板。

該垂直式發光元件結構準備藉由一CLO步驟而完成基板轉移。如圖14所示，該修剪過的SOG77'經由一第一蝕刻步驟被移除，該第一蝕刻步驟可為一緩衝氧化物蝕刻(buffered oxide etch,BOE)。其中蝕刻反應停止於該異質介面並暴露出該奈米柱75的側壁。一般而言，用來移除SOG的蝕刻液可為BOE或其它具有氫氟酸的溶液。蝕刻的結果使得該奈米柱75陣列具有一半開放結構，以利於接下來的蝕刻步驟。如圖15所示，該氮化鎵奈米柱75以及該氮化鎵再成長磊晶層79藉由一第二蝕刻步驟被部分移除，該第二蝕刻步驟可為利用加熱至70℃的氫氧化鉀、硫酸溶液、磷酸溶液、醋酸溶液、或草酸溶液。該等蝕刻溶液被加熱至一溫度介於50℃至150℃之間，較佳地介於90℃至120℃之間。

圖15顯示正在經歷KOH蝕刻的半導體結構。因為對於不同的結晶方向會有不同的蝕刻速率，三個不同的晶面可被分辨出來。本揭露一實施例中，一c平面151對應於氮化鎵的{0001}晶面、一m平面153對應於氮化鎵的{100}晶面、一p平面155對應於氮化鎵的{110}晶面、一s平面157的形成對 應於一較快縱向蝕刻以及一較慢側向蝕刻的綜合結果。

本揭露一實施例中，如圖16所示，一完整的發光結構轉移到一永久基板72上。該氮化鎵再成長磊晶層79如同一半導體疊層，該疊層具有一第一表面靠近該基板72，以及一第二表面遠離該基板72。該氮化鎵再成長磊晶層79與該氮化鎵奈米柱75分離後，一第一電極74被置放於該氮化鎵再成長磊晶層79的第二表面上。本揭露另一實施例中，一第二電極(未顯示)與該n型導電層79c相接，並與該第一電極74被置放於該基板72的相同側。

圖17為一掃瞄式電子顯微鏡照片，顯示圖15中具有不同晶面的半導體結構的側向剖面圖。晶面161、163、165、以及167分別相對應於c平面、a平面、m平面、以及s平面。基於晶面選擇性蝕刻或極性選擇性蝕刻的現象，各個奈米柱的間距以及直徑取決於該等蝕刻的特性。在奈米柱被較慢的側向蝕刻侵蝕完之前，被具有側向及縱向的綜合蝕刻效應侵蝕的該氮化鎵再成長磊晶層79必須已形成相交的傾斜晶面157，該傾斜晶面157等同於有效的蝕刻阻障層，防制侵蝕延伸到該發光有源層。本揭露一實施例中，各個奈米柱的間距具有一範圍介於10奈米至1000奈米之間，較佳地為750奈米；各個奈米柱的直徑具有一範圍介於50奈米至1000奈米之間，較佳地為350奈米；而各個奈米柱的高度小於1000奈米，較佳地為800奈米。

在分離基板的最終階段，一鍵結選擇性蝕刻步驟接續該極性蝕刻步驟。如圖15所示，由於ELOG步驟造成應力集 中以及高差排密度，該奈米柱75與該氮化鎵再成長磊晶層79的介面具有較弱的結構完整度。加熱的氫氧化鉀較易經由此介面攻擊該奈米柱75，因此，一部份的該氮化鎵再成長磊晶層79由此介面斷裂。留存於分離後的該氮化鎵再成長磊晶層79的傾斜晶面157自動形成一粗化表面，加強該發光元件的取光效率。

圖18A為該奈米柱75掃瞄式電子顯微鏡照片俯視圖。圖18B為該氮化鎵再成長磊晶層79的第二表面，歷經所有蝕刻步驟後的掃瞄式電子顯微鏡照片俯視圖，其中該氮化鎵再成長磊晶層79的第二表面為在最後一個蝕刻步驟中分離的表面。該氮化鎵再成長磊晶層79藉由一側向磊晶再成長(ELOG)沉積而成，其第二表面具有複數個奈米等級圖案。圖18B由圓圈標示的一六角形圖案排列對應於其下奈米柱(如圖18A所示)的六角形圖案排列。此電子顯微鏡照片顯示該氮化鎵再成長是由暴露的該奈米柱頂部表面開始，並繼續向側向生長。該重疊於圖18照片上圓圈是為了顯示圖18A及圖18B之間的六角形圖案排列對應關係。該側向生長停止於合併前沿與鄰近的單晶粒碰觸，複數個柱狀的氮化鎵單晶構成該再成長氮化鎵薄膜。

本揭露一實施例中，圍繞該複數個奈米柱75的該SOG77'提供一平坦且開放的平臺以利接下來的磊晶再成長。經由BOE移除SOG77'後，原本由SOG佔據的空間形成一連續的網絡，一高度有利蝕刻液穿透的環境使加熱的氫氧化鉀輕易進入並移除氮化鎵材料。該暴露奈米柱的結構歷 經多次浸泡在加熱的氫氧化鉀溶液10秒鐘並接著用去離子水清洗的週期。若欲達到晶片等級面積的分離，反覆上述週期多次是一個重要的步驟。本揭露一實施例中，一個300平方微米的基板，運用上述結構及步驟成功被分離。

圖19為本揭露之分離基板半導體結構製作流程圖。在步驟181(S181)中，一第一半導體層被沉積在一臨時基板上，其中該第一半導體層為三族氮化物，而該臨時基板包含藍寶石(Al2O3)、矽、碳化矽、鑽石、鋁酸鋰(LAO)、鎵酸鋰(LGO)、氧化鋅、砷化鎵、磷化鎵、或其複合材料。該磊晶成長可藉由MOCVD系統、分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy,MBE)、或HVPE系統達成。

在步驟182(S182)中，該第一半導體層被圖案化以形成複數個奈米等級凸起物，其中該奈米等級凸起物可由直接磊晶成長，或圖案轉移如NIL，爾後經歷一ICP-RIE等方式製備。本揭露一實施例中，藉由PECVD形成的二氧化矽層沉積於該第一半導體層上，而後一光阻層被旋塗於該二氧化矽層之上。一NIL步驟軟壓該光阻並轉移該奈米等級圖案至該二氧化矽層上以利後續蝕刻。本實施例中，該奈米等級圖案為一圓形陣列，但其它圖案如多角柱、條紋、或交叉條紋都可以使用於發明。圖案化的該二氧化矽層接著被當成一光罩使用於該第一半導體層的蝕刻。本揭露一實施例中，奈米等級的凸起物為圓形陣列圖案。該圖案的尺寸介於一範圍50nm至1000nm之間；各奈米等級的凸起物的間距80介於一範圍50nm至1000nm之間；而該奈米等級的凸 起物的高度介於一範圍300nm至1000nm之間。

在步驟183(S183)中，一氧化矽層形成於該圖案化的第一半導體層上。該氧化矽層可由CVD、PVD、或SOG等方式形成，而該氧化矽層的厚度高於該奈米等級的凸起物的高度，換句話說，該奈米等級的凸起物被埋於該氧化矽層內。本揭露一實施例中，使用一SOG製程以及一選擇性的爐管乾烤步驟以去除SOG中的溶劑。在步驟184(S184)中，進行一拋光步驟以移除部分該氧化矽層，直到該奈米等級凸起物的頂部表面暴露出來。本揭露一實施例使用一ICP-RIE步驟以減薄該SOG層的厚度直到暴露該奈米等級凸起物的頂部表面。

在步驟185(S185)中，一第二半導體層沉積於該氧化矽與該奈米等級凸起物之上。該磊晶成長可藉由MOCVD系統、MBE系統、或HVPE系統達成。由於下層的磊晶模版具有異質結構，ELOG成長會伴隨發生。該第二半導體層可具有與第一半導體層相同或相異的三族氮化物材料，然而，一n型半導體層、一發光有源層、以及一p型半導體層只在該第二半導體層中伴隨著摻雜物矽或鎂出現。單一或多重量子井結構形成該無摻雜的有源層，而使用於該量子井中的材料可為半導體的三元或四元合金。

在步驟186(S186)中，一反射金屬層濺鍍於該第二半導體層的p型導電層上。該反射金屬層包含金屬銀、金屬鋁、金屬鎳、金、白金、金屬鉻、金屬鈀、及其合金。在步驟187(S187)中，一導電層沉積於該反射金屬層上當作永 久基板，其中沉積方法包含一濺鍍製程、一晶圓鍵合製程、或一電鍍製程。該永久基板最終將成為該發光元件的一電極，因此導電及導熱的材料如銅、矽、鎳、錫、以及鉬都可以作為該永久基板的材料。

在步驟188(S188)中，進行一第二蝕刻步驟以移除環繞於該奈米等級凸起物周圍的氧化層。本揭露一實施例使用BOE以移除SOG。其它含有氫氟酸的蝕刻液亦可以取代BOE。在步驟189(S189)中，進行一第三蝕刻步驟以分離該第一半導體層以及該第二半導體層。本揭露一實施例利用加熱過的氫氧化鉀當作濕式蝕刻液。其他濕式蝕刻液例如硫酸溶液、磷酸溶液、醋酸溶液、以及草酸溶液都可以用來移除三族氮化物材料。本揭露一實施例中，一極性選擇性蝕刻以及一鍵結選擇性蝕刻可於該第三蝕刻步驟中分辨出來。該極性選擇性蝕刻的作用在於形成該傾斜晶面以及側向侵蝕該奈米柱的側壁；該鍵結選擇性蝕刻的作用在於最終分離該奈米柱以及該第二半導體層。

本揭露揭露的分離基板半導體結構具有以下優點：1.一滲濾網絡加強蝕刻液對於該結構的穿透並提升CLO之效果；2.一準平面磊晶平臺有效地降低磊晶難度，並增加磊晶薄膜的結晶品質；3.整合一低溫的化學掀離(CLO)製程及一廉價的旋塗玻璃製程；以及4.該CLO製程能夠完成一晶片等級(相當於300平方 微米以上)的基板分離。

本揭露之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本揭露之教示及揭示而作種種不背離本揭露精神之替換及修飾。因此，本揭露之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本揭露之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

此外，本案之權利範圍並不侷限於上文揭示之特定實施例的製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，基於本揭露教示及揭示製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟，無論現在已存在或日後開發者，其與本案實施例揭示者係以實質相同的方式執行實質相同的功能，而達到實質相同的結果，亦可使用於本揭露。因此，以下之申請專利範圍係用以涵蓋用以此類製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。

11‧‧‧載體基板

12‧‧‧脈衝雷射

13‧‧‧樹脂

15‧‧‧氮化鎵磊晶層

17‧‧‧分離區域

19‧‧‧藍寶石基板

21‧‧‧藍寶石基板

22‧‧‧犧牲層

23‧‧‧n型氮化鎵層

24‧‧‧有源層

25‧‧‧p型氮化鎵層

26‧‧‧電極

27‧‧‧金屬基板

31‧‧‧藍寶石基板

33‧‧‧犧牲層

35‧‧‧氮化鎵磊晶層

37‧‧‧反射鏡面層

39‧‧‧銅金屬層

41‧‧‧藍寶石基板

43‧‧‧氮化鎵緩衝層

45‧‧‧氧化圖案層

47‧‧‧氮化鎵層

51‧‧‧藍寶石基板

52‧‧‧氣孔

53‧‧‧n型氮化鎵層

54‧‧‧多重量子井有源層

55‧‧‧p型氮化鎵層

56‧‧‧透明電極層

57‧‧‧通道

58‧‧‧犧牲氮化鋁層

65‧‧‧奈米列

69‧‧‧高品質半導體層

70‧‧‧反射層

71‧‧‧藍寶石基板

72‧‧‧永久基板

73‧‧‧氮化鎵層

73'‧‧‧平坦部氮化鎵層

74‧‧‧電極

75‧‧‧奈米柱

77‧‧‧旋塗玻璃

77'‧‧‧齊平的旋塗玻璃

79‧‧‧氮化鎵再成長磊晶層

79a‧‧‧n型導電層

79b‧‧‧發光有源層

79c‧‧‧p型導電層

80‧‧‧間距

151‧‧‧c平面

153‧‧‧m平面

155‧‧‧a平面

157‧‧‧s平面

161、163、165、167‧‧‧面

S181-S189‧‧‧步驟

藉由參照前述說明及下列圖式，本揭露之技術特徵及優點得以獲得完全瞭解。

圖1顯示一美國專利6,071,795所揭露的分離基板的半導體結構剖面圖，該結構使用雷射掀離(LLO)製程；圖2顯示一先前技術所揭露的分離基板的半導體結構剖面圖，該結構藉由一犧牲層分離一基板以及一發光元件； 圖3顯示一先前技術所揭露的分離基板的半導體結構剖面圖，該結構藉由氧化矽條紋圖案將一發光元件磊晶層由原基板移至另一新基板上；圖4顯示一先前技術所揭露的分離基板的半導體結構剖面圖，該結構的III族氮化物半導體於一化學掀離(CLO)步驟中將自動分離；圖5顯示顯示一先前技術所揭露的分離基板的半導體結構剖面圖，該結構的三角溝槽圖案有助於一CLO步驟；圖6顯示一PTC專利申請PCT/GB2007/001011所揭露的半導體結構剖面圖，該結構用於成長高品質的半導體材料；圖7-15為本揭露一實施例之半導體結構剖面圖，該等剖面圖係顯示製造該實施例之流程；圖16顯示本揭露一實施例之完整發光結構，該發光結構已被移置到一永久基板上；圖17顯示本揭露一實施例之發光結構的掃瞄式電子顯微相片，該相片顯示該結構於一第二蝕刻步驟時之剖面，該結構中不同的面係由一極性選擇性蝕刻造成；圖18A顯示本揭露一實施例之奈米柱的掃瞄式電子顯微相片，該相片顯示該結構該等奈米柱之俯視圖；圖18B顯示本揭露一實施例之發光結構的掃瞄式電子顯微相片，該相片顯示該實施例之第二半導體層經過所有蝕刻步驟後的表面結構，其中該第二半導體層的表面結構具有與於圖18A奈米柱一樣的排列；以及 圖19顯示本揭露一實施例之製程流程圖。

70‧‧‧反射層

71‧‧‧藍寶石基板

72‧‧‧永久基板

73‧‧‧氮化鎵層

73'‧‧‧平坦部氮化鎵層

75‧‧‧奈米柱

79‧‧‧氮化鎵再成長層

79a‧‧‧n型導電層

79b‧‧‧發光有源層

79c‧‧‧p型導電層

Claims (21)

1. 一種半導體結構，包含：一臨時基板；一半導體層，設置於該臨時基板上；複數個奈米等級凸起物，設置於該半導體層上；以及一介電層，圍繞該複數個奈米等級凸起物，且配置於該半導體層上；其中該介電層之厚度等於或小於該複數個奈米等級凸起物之高度，以及該奈米等級凸起物之頂部並沒有被該介電層包覆。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體結構，其中該複數個奈米等級凸起物以及該半導體層由同一種材料組成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體結構，其中該複數個奈米等級凸起物以一種連續或一種半連續的方式列。
4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體結構，其中該複數個奈米等級凸起物的表面形貌係選自以下群組：奈米柱、多面體、條紋、交叉條紋、以及其組合。
5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體結構，其中該介電層包含旋塗式玻璃、氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽。
6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體結構，其中該複數個奈米等級凸起物的高度小於1000奈米。
7. 如申請專利範圍第1項所述之半導體結構，其中該複數個奈米等級凸起物彼此之間的距離介於一範圍10奈米至1000奈米之間。
8. 一種發光結構，包含： 一導電基板；一半導體疊層，具有一第一表面以及一第二表面，該第一表面與該導電基板相接，該第二表面不與該導電基板相接，其中該第二表面的表面形貌具有複數個奈米等級凸起物；以及一電極，設置於該半導體疊層的第二表面之上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光結構，其中各奈米等級凸起物具有一中心，兩相鄰該中心之間的距離介於一範圍10奈米至1000奈米之間。
10. 如申請專利範圍第8項所述之發光結構，其中該半導體疊層包含一p型導電層、一發光有源層，設置於該p型導電層之上、以及一n型導電層，設置於該發光有源層之上。
11. 如申請專利範圍第8項所述之發光結構，進一步包含一反射層，設置於該基板與該半導體疊層之間。
12. 一種半導體結構的製造方法，包含以下步驟：形成一第一半導體層於一臨時基板上，該第一半導體層具有複數個奈米等級凸起物；形成一介電層於該第一半導體層上，其中組成該介電層的介電材料填補各奈米等級凸起物之間的空隙，以及該介電材料的高度大於該奈米等級凸起物的高度；拋光該介電層，直至暴露該奈米等級凸起物的頂部表面；形成一第二半導體層於該介電層之上；形成一導電層於該第二半導體層之上；進行一第一蝕刻步驟以移除該介電層；以及 進行一第二蝕刻步驟以分離該第一半導體層以及該第二半導體層。
13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中形成該複數個奈米等級凸起物之步驟包含以下次步驟：形成一光罩圖案層於該第一半導體層之上；以及蝕刻該第一半導體層以形成複數個奈米等級凸起物。
14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中形成該介電層之步驟包含一旋塗玻璃製程、一化學氣相沉積製程、或一物理氣相沉積製程。
15. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該介電層之材料包含氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽。
16. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中形成該導電層之步驟包含一濺鍍製程、一晶圓鍵合製程、或一電鍍製程。
17. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該第二半導體層包含一n型導電層，設置於介電層之上、一發光有源層，設置於該n型導電層之上、以及一p型導電層，設置於該發光有源層之上。
18. 如申請專利範圍第12項所述之方法，進一步包含形成一反射金屬層，該反射金屬層設置於該p型導電層以及該導電層之間。
19. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該拋光步驟包含一濕式蝕刻製程、一乾式蝕刻製程、或一化學機械拋光製程。
20. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該第一蝕刻步驟以及該第二蝕刻步驟分別包含一濕式蝕刻製程。
21. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該第二蝕刻步驟包含一極性選擇性蝕刻以及一鍵結選擇性蝕刻。