TWI387004B - 形成有圖案之基板的製造方法 - Google Patents

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形成有圖案之基板的製造方法
本發明是有關於一種半導體裝置之基板(substrate)及其製造方法，且特別是有關於一種形成有多個圖案(patterns)以便用以製造高功率發光二極體(light emitting diode,LED)之基板，及其製造方法。
發光二極體(LED)市場已經因例如行動電話、小型家電的袖珍鍵盤(keypad)、或液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)的背光模組(backlight unit)之可攜式通訊裝置所使用的低功率發光二極體(LEDs)而成長。最近，對於室內照明、戶外照明、車輛的內部及外部空間、以及大型液晶顯示器(LCD)的背光模組所使用的高功率及高效率光源之需求增加，所以發光二極體(LED)市場已經把高功率產品當作目標。
發光二極體(LEDs)的最大問題是低發光效率。一般而言，發光效率藉由產生光的效率(內部量子效率(quantum efficiency))、光放射到裝置的外部空間的效率(外部光萃取效率)、以及磷光體(phosphor)轉換光的效率予以測定。考慮到內部量子效率而改善主動層(active layer)的特性，以便生產高功率發光二極體(LEDs)是重要的。然而，增加實際上產生的光的外部光萃取效率更是非常重要的。
當光放射到發光二極體(LED)的外部空間時所發生的最大障礙是發光二極體的各層之間的折射率(refractive indexes)差異，導致內部全反射(total reflection)。由於發光二極體(LED)的各層之間的折射率差異，因此所產生的光的大約20%被放射到發光二極體(LED)的各層之間的介面的一外部空間。並且，未放射到發光二極體(LED)的各層之間的介面的所述外部空間之光，在發光二極體(LED)內移動且變成熱。結果，發光效率偏低且裝置所產生的熱量增加，因而降低發光二極體(LED)的壽命。
為了改善外部光萃取效率，已經有人提出一種增加P型氮化鎵(p-GaN)表面或N型氮化鎵(n-GaN)表面的粗糙程度之方法、一種使作為裝置底部的基板表面變粗糙之方法、或一種形成彎曲的圖案之方法。
圖1是在形成有圖案12之基板10上所形成的發光二極體(LED)14的橫截面圖，而圖2則是形成有圖案12之基板10的示意圖。尤其，當利用例如藍寶石基板(sapphire substrate)之不同基板在發光二極體(LED)14的基板10上形成圖案12時，將改善外部光萃取效率。
在藍寶石基板的表面上所形成的圖案被算出將增加外部光萃取效率達100%或更多。韓國專利申請案第2004-0021801號及第2004-0049329號揭露在藍寶石基板的表面上所形成的圖案的形狀或此圖案。一種利用蝕刻(etching)來形成圖案之方法已經被普遍使用。在利用蝕刻來形成圖案之方法中，為了在藍寶石基板上形成半球狀圖案，因此將圖案化具有幾十微米厚度的厚層抗蝕劑，然後藉由乾式蝕刻(dry etching)同時地蝕刻抗蝕劑與藍寶石基 板。
在利用蝕刻來形成圖案之方法中，圖案的高度受到抗蝕劑與基板之間的蝕刻選擇性限制，且由於圖案化厚層抗蝕劑的製程與乾式蝕刻製程之低度一致性，因此最後形成的圖案的一致性偏低。首先，發生於乾式蝕刻之污染是最大的問題。由於在蝕刻期間局部產生的熱，使得抗蝕劑與用於蝕刻之氣體的反應物將留在藍寶石基板的表面上，因而即使進行清洗處理也未必完全予以移除。此外，由於用於蝕刻之高能氣體粒子，使得損害可能發生於基板的表面(Silicon processing for the VLSI era，第1卷，process technology，第574頁至第582頁)。當此種污染發生時，若進行作為下一個製程之氮化鎵(GaN)磊晶成長(epitaxial growth)，則由於污染使得缺陷可能發生於氮化物磊晶層。由於以上的缺點，因此當藉由利用蝕刻製程來圖案化的藍寶石基板製造裝置時，非常低的良率(yield)是可預期的。
在上述乾式蝕刻製程中，為了放射在強制蝕刻藍寶石時所產生的過量的熱，應該使用具有冷卻功能的高價蝕刻設備。為了改善光萃取效率，應該進行縮減利用例如步進機(stepper)之高價照相設備來蝕刻的圖案的大小之製程。因此，當進行上述乾式蝕刻製程時成本將增加。此外，在使用例如步進機之照相設備之製程中，將因製程複雜而不易增加生產量。
本發明提供一種形成有圖案之基板的製造方法，藉此 方法可使利用蝕刻製程來圖案化基板之損害不發生於基板的晶體，或裝置特性不因殘留物而變差且圖案的一致性可大為增加。
本發明提供一種形成有圖案之基板的製造方法，此方法包括：在基板上要形成氧化物珠圖案(oxide bead patterns)之位置中形成具有選擇性內聚力(cohesion)之第一黏合劑圖案(bonding agent patterns)；將與第一黏合劑的內聚力大於與基板的內聚力之第二黏合劑塗佈在多個氧化物珠(oxide beads)上；將塗佈第二黏合劑之氧化物珠鋪到基板且在第一黏合劑圖案上形成塗佈第二黏合劑之氧化物珠；以及熱處理基板。
本發明再提供一種形成有圖案之基板的製造方法，此方法包括：在基板上要形成氧化物珠圖案之位置以外的區域中形成具有選擇性內聚力之第一黏合劑圖案；將與第一黏合劑的內聚力小於與基板的內聚力之第二黏合劑塗佈在多個氧化物珠上；將塗佈第二黏合劑之氧化物珠鋪到基板且在暴露基板表面的區域中形成塗佈第二黏合劑之氧化物珠；以及熱處理基板。
基於上述，本發明可在基板上圖案化多個低價的氧化物珠來獲得想要的形狀，能夠避免乾式蝕刻期間基板損害之發生，並且不進行蝕刻製程以不降低裝置的良率並增進裝置的大量生產。此外，因不需要乾式蝕刻之高價設備，而使基板的製造方法合乎經濟且達成在短時間內製造大量的基板之高生產力。
現在將參考附圖更完整地說明本發明，其中繪示本發明的實施例。然而，本發明可能以許多不同的形式來實施，因此不應視為侷限於在此所述之實施例；相反地，提供這些實施例將使本發明的揭露更完全，且將更完整地傳達本發明的觀念給任何所屬技術領域中具有通常知識者。
本發明提供一種基板的製造方法以便製造半導體裝置，藉此方法可利用選擇性內聚力在基板上形成氧化物珠圖案。
圖3是依照本發明之一實施例之一種利用選擇性內聚力來形成有圖案之基板的製造方法的流程圖，而圖4至圖6則是圖3所示之形成有圖案之基板的製造方法的橫截面圖。
參照圖3至圖6，首先，如圖4所示，在基板310上要形成氧化物珠圖案340之位置形成具有選擇性內聚力之第一黏合劑圖案320(S210)。所述基板310可由藍寶石、鋁酸鋰(LiAlO2 )以及氧化鎂(MgO)其中之一構成。每一個氧化物珠330的折射率是1.2至2.0，並且每一個氧化物珠330是選自由二氧化矽(SiO2 )、三氧化二鋁(Al2 O3 )、二氧化鈦(TiO2 )、二氧化鋯(ZrO2 )、三氧化二釔-二氧化鋯(Y2 O3 -ZrO2 )、氧化銅(CuO)、氧化亞銅(Cu2 O)、五氧化二鉭(Ta2 O5 )、鋯鈦酸鉛(PZT(Pb(Zr,Ti)O3 ))、五氧化二鈮(Nb2 O5 )、四氧化三鐵(Fe3 O4 )、三氧化二鐵(Fe2 O3 )以及二氧化鍺(GeO2 )組成的群組中的至少一種所構成的。所述氧化 物珠330可以是球狀，並且每一個氧化物珠330的直徑是0.1微米(μm)至10微米。每一個第一黏合劑圖案320的密度及大小可利用模擬，予以調整成最大化光輸出(light output)之數值。形成第一黏合劑圖案320之方法可利用微影製程(photolithography process)或奈米壓印製程(nano-imprint process)來進行。
一種利用微影製程來進行形成第一黏合劑圖案320之方法予以說明如下。首先，在基板310上形成第一黏合劑及抗蝕劑層(resist layer)。然後，利用儲存與形成氧化物珠圖案340有關的資訊之光罩(photomask)來對第一黏合劑及抗蝕劑層曝光及顯影。最後，藉由蝕刻製程形成第一黏合劑圖案320。
一種利用奈米壓印製程來進行形成第一黏合劑圖案320之方法則予以說明如下。在要形成氧化物珠圖案340之位置中製造奈米壓印光罩(nano-imprint mask)之後，把第一黏合劑敷在奈米壓印光罩。在基板310上印刷已敷有第一黏合劑之奈米壓印光罩，藉以形成第一黏合劑圖案320。
接著，將與第一黏合劑的內聚力大於與基板310的內聚力之第二黏合劑塗佈在氧化物珠330上(S220)。將塗佈第二黏合劑之氧化物珠330鋪到基板310(S230)。塗佈第二黏合劑之氧化物珠330可利用例如旋轉塗佈法(spin coating method)之方法予以鋪到基板310。在氧化物珠330上塗佈與第一黏合劑的內聚力大於與基板310的內聚力之第二黏合劑是將氧化物珠330只放置於第一黏合劑圖案 320上，如圖5所示。在這種情況下，為了使內聚力的差異變大，因此第二黏合劑與基板310之間的內聚力可以是較小的，並且第二黏合劑與第一黏合劑之間的內聚力可以是較大的。當在氧化物珠330上塗佈具有選擇性內聚力之第二黏合劑時，鋪到暴露基板310的表面的部分之氧化物珠330由於內聚力差異，將易於與第一黏合劑圖案320分離。鋪到所形成的第一黏合劑圖案320的一部分之氧化物珠330，由於塗佈在氧化物珠330上的第二黏合劑與第一黏合劑之間的內聚力，而未與第一黏合劑圖案320分離，並且留在第一黏合劑圖案320上。
當塗佈第二黏合劑之氧化物珠330與第一黏合劑圖案320的側面黏合時，氧化物珠330將形成於基板310的暴露表面的部分，亦即不想要的部分。因此，氧化物珠330必須避免與第一黏合劑圖案320的側面黏合。因此，第一黏合劑圖案320距離基板310的高度可小於每一個球狀氧化物珠330的半徑，以便第一黏合劑圖案320的側面不會與每一個氧化物珠330互相黏合。為了使第一黏合劑圖案320距離基板310的高度小於每一個球狀氧化物珠330的半徑，因此降低了氧化物珠330與第一黏合劑圖案320的側面黏合之可能性。
然後熱處理基板310，藉以黏合氧化物珠330與基板310(S240)。在500℃與1400℃之間熱處理基板310，並且可在800℃與1200℃之間熱處理。若以這種方式熱處理基板310，則將移除形成於基板310上的第一黏合劑圖案320 與塗佈在氧化物珠330上的第二黏合劑。因此，如圖6所示，氧化物珠330將與基板310黏合，藉以製造形成圖案化氧化物珠340之基板310。
若利用圖3所示之方法來製造基板310，則可製造具有良好的光萃取效率之基板310。
圖7是依照本發明之另一實施例之利用選擇性內聚力來形成有圖案之基板的製造方法的流程圖，而圖8至圖10則是圖7所示之形成有圖案之基板的製造方法的橫截面圖。與圖3之基板的製造方法相反，圖7是一種將與基板的內聚力大且與第一黏合劑的內聚力小之第二黏合劑塗佈在多個氧化物珠上之基板的製造方法，氧化物珠將鋪在第一黏合劑圖案之間且形成圖案化氧化物珠。
參照圖7至圖10，首先，在基板510上要形成氧化物珠圖案540之位置以外的區域中形成第一黏合劑圖案520(S410)。如同圖3所示之基板的製造方法，基板510可由藍寶石、鋁酸鋰(LiAlO2 )以及氧化鎂(MgO)其中之一所構成。每一個氧化物珠530的折射率是1.2至2.0，並且每一個氧化物珠530是選自由二氧化矽(SiO2 )、三氧化二鋁(Al2 O3 )、二氧化鈦(TiO2 )、二氧化鋯(ZrO2 )、三氧化二釔-二氧化鋯(Y2 O3 -ZrO2 )、氧化銅(CuO)、氧化亞銅(Cu2 O)、五氧化二鉭(Ta2 O5 )、鋯鈦酸鉛(PZT(Pb(Zr,Ti)O3 ))、五氧化二鈮(Nb2 O5 )、四氧化三鐵(Fe3 O4 )、三氧化二鐵(Fe2 O3 )以及二氧化鍺(GeO2 )組成的群組中的至少一種所構成的。氧化物珠530可以是球狀，並且每一個氧化物珠530的直徑是 0.1微米至10微米。每一個第一黏合劑圖案520的密度及大小可利用模擬，予以調整成最大化光輸出之數值。形成第一黏合劑圖案520之方法可利用微影製程或奈米壓印製程來進行。微影製程或奈米壓印製程之進行方式如同圖3所示之基板的製造方法。
其次，將與第一黏合劑的內聚力小於與基板510的內聚力之第二黏合劑塗佈在氧化物珠530上(S420)。將塗佈第二黏合劑之氧化物珠530鋪到基板510(S430)。若將與第一黏合劑的內聚力小於與基板510的內聚力之第二黏合劑塗佈在氧化物珠530上且塗佈在基板510上，與圖3所示之基板的製造方法相反，則鋪到第一黏合劑圖案520的氧化物珠530將易於與氧化物珠圖案540分離。另一方面，鋪到基板510的氧化物珠530則不與氧化物珠圖案540分離而留在基板510上，如圖9所示。
然後熱處理基板510，藉以黏合氧化物珠530與基板510(S440)。在500℃與1400℃之間熱處理基板510，並且可在800℃與1200℃之間熱處理。若以這種方式熱處理基板510，則將移除形成於基板510上的第一黏合劑圖案520與塗佈在氧化物珠530上的第二黏合劑。因此，如圖10所示，氧化物珠530將與基板510黏合，藉以製造形成圖案化氧化物珠540之基板510。
若利用圖7所示之方法來製造基板510，如同圖3所示之方法，則可製造具有良好的光萃取效率(light extracting efficiency)之基板510。
綜上所述，本發明之基板的製造方法可在基板上圖案化多個低價的氧化物珠來獲得想要的形狀，能夠避免乾式蝕刻期間基板損害之發生，並且不進行蝕刻製程，以便不降低裝置的良率又增進裝置的大量生產。此外，因不需要乾式蝕刻之高價設備而使基板的製造方法合乎經濟，且達成在短時間內製造大量的基板之高生產力。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、310、510‧‧‧基板
12‧‧‧圖案
14‧‧‧發光二極體(LED)
320、520‧‧‧第一黏合劑圖案
330、530‧‧‧氧化物珠
340、540‧‧‧氧化物珠圖案
S210、S220、S230、S240、S410、S420、S430、S440‧‧‧步驟
圖1是在形成有圖案之基板上所形成的發光二極體(LED)的橫截面圖。
圖2是形成有圖案之基板的示意圖。
圖3是依照本發明之一實施例之一種利用選擇性內聚力來形成有圖案之基板的製造方法的流程圖。
圖4至圖6是圖3所示之形成有圖案之基板的製造方法的橫截面圖。
圖7是依照本發明之另一實施例之利用選擇性內聚力來形成有圖案之基板的製造方法的流程圖。
圖8至圖10是圖7所示之形成有圖案之基板的製造方法的橫截面圖。
S210、S220、S230、S240‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種形成有圖案之基板的製造方法，所述方法包括：在一基板上要形成多個氧化物珠圖案之一位置中形成具有選擇性內聚力之多個第一黏合劑圖案；將與所述第一黏合劑的內聚力大於與所述基板的內聚力之一第二黏合劑塗佈在多個氧化物珠上；將塗佈所述第二黏合劑之所述氧化物珠鋪到所述基板上，且在所述第一黏合劑圖案上形成塗佈所述第二黏合劑之所述氧化物珠；以及熱處理所述基板。
  2. 一種形成有圖案之基板的製造方法，所述方法包括：在一基板上要形成多個氧化物珠圖案之一位置以外的一區域中形成具有選擇性內聚力之多個第一黏合劑圖案；將與所述第一黏合劑的內聚力小於與所述基板的內聚力之一第二黏合劑塗佈在多個氧化物珠上；將塗佈所述第二黏合劑之所述氧化物珠鋪到所述基板上，且在暴露所述基板的表面的一區域中形成塗佈所述第二黏合劑之所述氧化物珠；以及熱處理所述基板。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之形成有圖案之基板的製造方法，其中所述基板是由藍寶石、鋁酸鋰(LiAlO2 )以及氧化鎂(MgO)之一所構成的。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之形成有圖案 之基板的製造方法，其中每一個所述氧化物珠的折射率是1.2至2.0。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之形成有圖案之基板的製造方法，其中每一個所述氧化物珠是選自由二氧化矽(SiO2 )、三氧化二鋁(Al2 O3 )、二氧化鈦(TiO2 )、二氧化鋯(ZrO2 )、三氧化二釔-二氧化鋯(Y2 O3 -ZrO2 )、氧化銅(CuO)、氧化亞銅(Cu2 O)、五氧化二鉭(Ta2 O5 )、鋯鈦酸鉛(PZT(Pb(Zr,Ti)O3 ))、五氧化二鈮(Nb2 O5 )、四氧化三鐵(Fe3 O4 )、三氧化二鐵(Fe2 O3 )以及二氧化鍺(GeO2 )所組成的群組中的至少一種所構成的。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之形成有圖案之基板的製造方法，其中所述氧化物珠是球狀。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之形成有圖案之基板的製造方法，其中每一個所述氧化物珠的直徑是0.1微米(μm)至10微米。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之形成有圖案之基板的製造方法，其中所述基板的所述熱處理步驟是在500℃至1400℃之間進行的。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之形成有圖案之基板的製造方法，其中所述第一黏合劑圖案的所述形成步驟是利用微影製程與奈米壓印製程其中之一來進行的。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之形成有圖案之基板的製造方法，其中所述氧化物珠是球狀，以及其中所述第一黏合劑圖案距離所述基板的高度小於每一個所述氧化物珠的半徑。
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