TW454357B - Method to produce several Ga(In, Al)N-luminescence-diode chip - Google Patents

Description

454357 A7 B7 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 五、發明説明/( I ) 本發明傣關於一種製造複數値鎵（絪，鋁）氪—發光二 極體晶Η之方法，其俗依據申請專利範圍第1項之前言 部份來進行。 此種方法例如在ΕΡ 0 599 224 Α1中己為人所知。此 處描述一種方法，其中複數艏InxGai-x Ν -層以磊晶方 式沈積在基板上。這些Inx Gai-x N-層形成一種發光二 極體（LED) -層序列，其在整館晶圓上方延伸。在沈積此 種LED-層序列之後（其結構化是藉由蝕刻和一些接觸金 颶層之施加來達成），則晶圓須切割成許多各別之二極 體晶H,其中此晶圓在接觸金靥層之間例如是藉由切鋸 來進行切割。 在沈積（Ja(In,Al)N -發光二極體結構時，會發生氮化 物之晶格常數與其所對應之基板者有極大不同此種特殊 問題，且這和基板材料無關。另一困難性是所使用之基 板材料（例如，Μ賫石或SiC)和系統α8(Ιη,Α1)«分別具 有極不相同之熱膨脹傜數。這樣所引起之不同之熱膨脹 會在晶圓由生長溫度冷卻至室溫時在晶圓中産生一些由 熱所引起之拉力。這會在半導體結構中造成缺陷，卽| "裂縫”，孔等等，這對組件之待性（例如，ESD -穩定性， 壽命等）有不利之影鬱。 其它在Ga(In,Al)H-發光二極體結構中所産生之問題 是：此種材料条統在化學上是很穩定的。此種待性在组 件結構化時會産生很大之問題。晶圖上之Ga(IntAl)N-層序列之結構化只有藉由技術上很昂貴之方法（例如， 本紙張尺度速用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210'乂297公釐） I 襄------11------.^ (請先鬩讀背面之注意事項再壤寫本頁) A7 454357 __B7 五、發明説明（> ) 乾式蝕刻法或UV -促進之濕式化學鈾刻法）才有可能。 此外，籃寶石和SiC以及GaH由於其硬度大而只能以較 大之技術上之費用來切鋸。 本發明之目的是發展一種方法方法以製成“（In, A 1)N-發光二極體結構，藉此方法可使半導體結構中之晶體缺 陷（imperfection)降低&此方法中可使用一些技術上較 簡易之方式使Gax (Iny Alu )ι-χ K -層序列（其中 xSl, 0Sy£l)之結構化。 此種目的是以申請專利範圍第1項之特擻中所述之方 法來達成 在此種方法中首先在基板晶圓上施加一種遮罩層，此 種遮罩層随後例如藉由撤影術而設置許多遮罩開口（視 窗），基板晶圓之主面裸露於這些視窗中。然後使此 Gafin,ΑΠΗ-發光二極體結構之 Gax (Iny /Ui-y ) i-x H-半導體層序列在此視窗中沈積於基體晶圓之主面上。 為了將這樣所産生之晶圓切割成各別之發光二極體晶 H,則只須對發光二極體結構之間的遮罩層，基板晶圓 以及須要時對一種沈積在背面（基板晶圓之由發光二極 醱結構遠離之此一主面）上之接觸金屬層進行切割。 在將晶圓切割成發光二極體晶Η之前，若情況需要或 對發光二極體晶Η有利時，則可去除此種存在於發光二 極體结構之間的遮罩層，使互相隔離之各別之發光二極 體結構仍可保留在基板上。然後只須對基板晶圓以及須 要時對一種在發光二極體結構之間在基板晶圓之背面上 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） I I1Τ------il (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___B7_ 五、發明説明（々） 之接觸金屬層進行切割。 氣化矽或氮化矽可有利地用作遮罩層且上述之視窗例 如可藉由一種等向性之濕式化學蝕刻方法（例如，利用 傳統之光蝕刻溶液）來製成，此種蝕刻方法相對於基板 材料和光遮罩材料而言是有選擇性的。 在沈積上述之發光二極體結構之後選擇性地去除該遮 罩層例如是籍由濕式化學蝕刻方法來進行，其中這些發 光二極體結構根本不會被去除或只在很小之範圍中被去 除。 上述各種方法之優點一方面是在於：稍後所形成之發 光二極體晶Η之形式和大小在Gax (Iny N- 半導體序列進行磊晶過程之前即可被界定，這樣在製造 發光二極體晶Η時就可較習知之方法節省很多步驟。 另一方面是這些方法可有利地在預先界定之視窗中沈 積一些強力拉緊之結構。所沈積之晶體因此具有在三_ 空間方向中擴張之可能性且因此可使體積中可能存在之 拉力能量消除而不會形成相對應之偏移。 此外，有利的是在晶體中只會形成很少之缺陷，這是 因為在生長期間上述之拉力可在結晶層中被去除。 在上述其它習知之平面式磊晶層（不具備遮罩）之情況 中在晶體中會産生一些缺陷以便去除可能存在之拉力能 量。這些缺陷會不利地損廣稍後之組件，使壽命縮短及 /或ESD -穩定性大大地降低。藉由本發明之方法來降低 缺陷即表示可直接改良這些組件之特性。 本紙張尺度遑用中國國家棹準（CNS ) Α4規格（210Χ2ί»7公釐） —¾.------ΐτ------.41 (請先閲讀背面之注意事項再填霉本頁) 經濟財產局W工消費合作社印製 45435 7 A7 __B7 五、發明説明（▲) 本方法之主要特歡是可在遮罩開口（視窗）中選擇性地 沈積Ga(Iii,/U)N -發光二極體結構。須選取此種遮箪層 ，使其上不會發生磊晶式（卽，單晶式）Ga(In,Al)N -材 料之沈積。 本方法可用在藍寶石或SiC, Si, GaAs等作為生長-基 板材料用之這些材料上。所有之困難性（其在晶圓折斷 或蝕刻時産生，晶_是藉由平面式磊晶層來形成且可用 來製成各種不同形式之發光二極體）都可利用本方法來 克服。 本方法有利之其它形式敘述在申諳專利範圍第2至第 10項中。 在本方法之較佳實施形式中在施加上述遮罩層之前須 在生長-基板晶圓上生長一種Gax (Iny AU-，N-緩衝層，在此種緩衝層上在随後之步驟中沈積上述之遮 罩層以及發光二極體結構用之Gax (lux Ali-y )ι-χ Κ-半導體層序列。這樣可額外地改良(InyAU-yh-xN-半.導體層序列所需之生長條件。 本方法以下將依據二個輿第1至第7圖有關之實施例 來詳述。圖式簡單說明： 第1至第6圖 本實施例之各步驟之圖解。 第7圖一種發光二極體晶H,其依據第二實施例而 製成。 首先在一種較桂是由SiC所構成之生長-基板晶圓3之 主而5上例如藉由M0VPE(金匾有機物氣相磊晶法）而沈 -6 " 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4规格（210X297公釐） [t.------ΐτ------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 45435， Α7 Β7 五、發明説明u ) 積一種導電性之半導體層6(例如，緩衝層），其例如是 由GaN及/或AlGaN所構成。然後在此種生長-基板3和 半導體層6所構成之基板晶圓19上施加一種遮罩層4(其 例如是由氣化矽或氮化矽所構成），其上又沈積一種光 阻層17。以此種方式所製成之晶圓顯示在第1圖中。 在光阻層17上以傳統方式進行光技術上之結構後之後 .遮罩靥4例如以一種習知之技藝和方式藉由等向性之 濕式化學蝕刻（例如，光-蝕刻溶液）或藉由乾式化學蝕刻 方法12(第2 _)(其較佳是可選擇性地對該半導體層6之 材料來進行）而設置很多遮罩開口 視窗），使半導髏層 8之由此生長·基板3遠離之主面9裸露在遮罩開口 10 中（第3圖）。 在隨後之步驟中例如藉由金屬有機物氣相磊晶法（M0VPE) 13(第3圖）而在半導體層6之裸露在視窗10中之主面9 上蘧擇性磊晶式地沈積一種Gax Utiy N-半 導體層序列（18)(第4圖），其是由許多Gax (Inz 層（OSx^l 且 OSyS 1)所構成。”選擇性 磊晶式”之意義是：發光二極體結構之半導體材料以磊晶 方式（PJ1,單晶方式）只沈積在半導體層6之主面9上而 不沈積在遮罩層4上。在遮罩層4上情況需要時只進行 一種多晶之生長。

Ga X (In y Α1 υ ) !·χ N-半導體層序列18例如具有一 種配置在η -摻雜之外罩層21和P -摻雜之Gax /Ui-yN (0¾ x运1)-外罩層22之間的發光活性層23,其是由η-摻 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） .^1Τ------^ (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 45435 7 a7 __B7_ 五、發明説明（) 雜之 Inx Gat-x H(0< x< 1)所構成。 發光二掻體晶Ml用之GaxUnyAU^h-xN·^^ 體序列18之各層之組成，層厚度，摻雜度等等在半導體 技術中已為人所知，因此這裡不再詳述。同樣情況亦適 用於氣化矽和氮化矽之等向性和非等向性所用之蝕刻方 法。 在Gax (Iny AIk 半導體序列18之選擇性磊 晶過程之後（如第4圖所示）.遮罩層4藉由一種可選擇 性地對Gax (ΙηχΑΙκΗ-χΝ-半導體序列18來進行之 濕式化學蝕刻或乾式化學蝕刻14而由目前之晶圓24(正確 地說，由半導體層6之主面9)中去除，使裸露之發光二 極體結構2保存在基板晶圓19上（第5圖）。 為了接觸這些發光二極體結構2,則如第5圖所示須 在這些結構2上施加一種前Μ -接觸金屬層15。此步驟 可有利地在遮罩層4去除之前例如藉由徹影術和金屬化 來達成。此時又可使用一種在半導體技術中傳統之金屬 化方法。 基板晶圖3之此種由發光二極體結構2遠離之側面同 樣在處理此發光二極體結構2之前或之後須設置一種背 而接觸金屬層16。 然後在發光二極體結構2之間對此種具有背面接觸金 臑層1 6之基板晶圓1 9進行切割，以便産生各別之發光二 極體晶片1 (第6圖）。 在本發明之方法中，不一定要在遮罩層4胞加之前在 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） I------1Τ------^ (請先閱讀背面之注意事項再填鳥本頁) 454357 A7 ____B7 _五、發明説明（7 ) 生長-基板3上沈積一種半導體層6。反之，遮罩靥4可 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上 5 面 主 之 3 板 基 長 生 可視 2(成 構形 結中 體 4 極層 二罩 光遮 發在 C 是 19程 長圓過 生 晶晶 在板磊 積基性 沈此擇 接成選 直構之 行 進 上 5 面 主 之 3 板 基 I 長 生 在 圓發之刻 發用發符 獨層樣 單衝同 3緩後 板有之 基含10 能窗 晶使 2 在，構 4 除結 層去體 罩須極 遮不二 ， 前光 中之發 法 1 了 方 Η 除 種晶示 一 體所 另極圖40 之二 7 層 述光第罩 所發如遮 例之 1 之 施別 Η 述 實各晶上 種成體有 二割搔設 第切二亦 在24光外 蝕 個 一 省 節 地 利 有 可 JAV 樣 這 本可)Η 將亦Α1 只上η, 非本(I 並基Ga 然法它 當方其 述之之 描明間 之發不 法本示 方，所 之之中 明反例 發。施 本中實 之例本 。 例施和件 施實些組 實本一體明 C 本於造極說 驟據限製二之 步依明來光號 2 3 4 ο 11 5 層 片構 驟gi 觴 晶結 步Μ 體體纟 刻 U 板 觸 極極 層蝕 一一二-ί層 體性 1 光光長罩面導擇側 發發生遮主半選前 9 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再^^本頁) -裝· -訂_ 線 454357 A7 B7 五、發明説明（方） 1 6… ...背面 -接觸金屬層 18... …Ga X (Iny Alu ) i-x N -半導髏層序列 19... ...基板 晶圓 24… …晶圓 I---------装------,π------線 (請先閱讀背面之注意事項再^r本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 454357 Αδ 月>?曰修正/更正/補冬 「、申請專利範圍 第88 1 14536號「製造複數個鎵（銦，鋁）氮-發光二極體晶片 之方法」專利案 （90年6月修正） Λ申請專利範圍： 1· 一種製造複數個Ga(In，Al)N-發光二極體晶片（1)之方 法’其須在基板晶圓（19)之主面上沈積複數個 GaJInyAVyhi N-層（18)，OSx芸 1 且 O^ySi，此種方 法之特徵爲： -在基板晶圓（19)上施加一種遮罩層（4)， -遮罩層（4)設有複數個視窗（10)，基板晶圓（19)之主面 (9) 裸露於視窗（1〇)中， -GaJInyAl^h., N-半導體序列（18)沈積在基板晶圓（19) 之此種裸露於視窗（10)中之主面（9>上，以便在視窗 (10) 中產生Ga(In，Al)N-發光二極體結構（2)， -這樣所製成之晶圓（24)在Ga(In，Al)N-發光二極體結 構（3)之間被切割。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中基板晶圓（19)具 有至少一層磊晶沈積之半導體層（6)，在半導體層（6)上 於視窗（10)中沈積該Gax(InyAll-y)l-x N-半導體層序列 (18)。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中使用氧 化矽層或氮化矽層作爲遮罩層（4)。 4. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中基板晶 圓（19)具有一種生長-基板（3)，其基本上是由藍寶石SiC, Si或GaAs所構成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------- 必|---訂--！！*線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製_ 454357 h D8 六、申請專利範圍 5. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該半導體層（6)基 本上是由InxGal-x N-(OSxSl)所構成。 6. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中視窗（1〇)是 藉由一種選擇性蝕刻步驟（12)而形成。 7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中爲了形成該視窗 (10)須使用一種非等向性之乾式蝕刻方法。 8_如申請專利範圍第1項之方法，萁中在切割晶圓（24) 之前須去除該遮罩層（4)。 9.如申請專利範圍第8項之方法，其中該遮罩層（4)在沈 積該二極體結構（2)之後藉由選擇性蝕刻步驟（14)而去 除11 10-如申請專利範圍第8或第9項之方法，其中爲了在 沈積該二極體結構（2)之後去除該遮罩層（4)，須使用一 種等向性之濕式化學蝕刻法方法。 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印4,,π 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]0 X 297公釐）