TWI451480B - 三族氮化物半導體之製造方法 - Google Patents

Description

三族氮化物半導體之製造方法

本發明係關於一種三族氮化物半導體的製作方法。

三族氮化物半導體已被廣泛的應用在紫外光和藍綠光的發光二極體和短波長雷射二極體上，對於高電子流動元件也是非常重要的材料。三族氮化物半導體通常是一磊晶製程形成的薄膜或薄層，其中最常被使用製造方法是氣相合成法，例如有機金屬化學氣相沉積法(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)、鹵素氣相磊晶法(hydride vapor-phase epitaxy,HVPE)、分子束磊晶法(molecular beam epitaxy,MBE)和金屬有機氯化物(metal-organic chloride,MOC)等方法。由於缺乏大面積的三族氮化物半導體作為磊晶基板，所以三族氮化物半導體層通常以異質磊晶(hetero-epitaxy)生長的方式形成於不同的磊晶基板上，例如：藍寶石基板、碳化矽基板和矽基板。因為上述基板和磊晶層的晶格常數和熱膨脹係數不匹配，使得磊晶層生長時產生許多晶格缺陷(defect)，當磊晶層作為其他電子元件設置的基板時，這些缺陷的存在會影響電子元件的性能，所以如何減少磊晶層的缺陷密度是非常重要的。由應用的觀點來看，用於生長三族氮化物半導體層的磊晶基板可能含有一些不好的特質，會嚴重影響元件的應用或大量製造，例如：低熱傳導係數、不導電和不易劈裂(cleave)等等。因此在製造過程中，如何將生長好的三族氮化物半導體或元件從磊晶基板上分離是很重要的。

在所有三族氮化物半導體材料中，氮化鎵最廣為被應用於半導體領域。在許多提升氮化鎵層品質的磊晶方法中，磊晶側向成長法(epitaxial lateral overgrowth technique,ELOG)係最被廣為使用，其係將具有特定晶體方向的條狀二氧化矽沉積在氮化鎵磊晶表面，然後才進行磊晶製程，以將氮化鎵生長於其上。其中，氮化鎵在二氧化矽上方區域的晶體缺陷密度明顯較低，然而在窗口區(無二氧化矽的區域)和氮化鎵接合(coalescent)邊界處的穿晶缺陷(threading dislocation)仍然很高。低缺陷密度的氮化鎵面積係由二氧化矽的面積決定，其中條狀二氧化矽的寬度不能太大，通常只有幾毫米，否則氮化鎵磊晶再生長時很難完全覆蓋整個二氧化矽的表面。

有很多方法可以將磊晶生長後的氮化鎵及藍寶石磊晶基板分離，包含機械式研磨法、雷射剝離法(由界面分離)或化學蝕刻法。然而，機械式研磨過程不但費時且為了達到大面積的均一性更需要小心地處理。而雷射剝離法則為一連續的過程且每次只能剝離一小面積，不僅費時且需要昂貴的雷射設備。至於化學蝕刻法，則因為藍寶石基板在化學上為相對惰性材料，故無論是濕式或乾式化學蝕刻皆為一困難且緩慢的過程。

因此，如何提供一種低缺陷密度的三族氮化物半導體製造方法，已成為一重要課題。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種三族氮化物半導體製造方法，藉由再次磊晶生長三族氮化物半導體層，以得到較低缺陷密度的三族氮化物半導體層。

為達上述目的，依據本發明之一種三族氮化物半導體製造方法，包含下列步驟：形成一第一圖案化遮罩層於一磊晶基板，第一圖案化遮罩層具有複數第一開口；磊晶生長三族氮化物半導體層於磊晶基板之上並覆蓋至少部份第一圖案化遮罩層；以及蝕刻三族氮化物半導體層以形成複數第二開口，該等第二開口係實質上至少部份對位於該等第一開口；以及再次磊晶生長三族氮化物半導體層。

在本發明之一實施例中，磊晶基板之材質包含藍寶石、三族氮化物、碳化矽、矽、砷化鎵、或氧化鋅至少其中之一。

在本發明之一實施例中，第一圖案化遮罩層之材質包含氮化矽、氧化矽、氧化鈦、氧化鉭、氧化鉿、氧化鎂或氟化鎂。

在本發明之一實施例中，三族氮化物半導體層之材質包含氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、氮化鋁鎵、氮化鎵銦、氮化鋁銦、或氮化銦鎵鋁。

在本發明之一實施例中，更包含形成犧牲層於該等第一開口中。

在本發明之一實施例中，第一圖案化遮罩層具有複數第一部分及複數第二部分，各第一部分之尺寸係大於各第二部分之尺寸。

在本發明之一實施例中，三族氮化物半導體製造方法更包含移除第一圖案化遮罩層。

在本發明之一實施例中，形成該等第二開口之步驟，係以濕蝕刻或乾蝕刻製程進行。

在本發明之一實施例中，蝕刻三族氮化物半導體層步驟係蝕刻至三族氮化物半導體層與磊晶基板不連接。

在本發明之一實施例中，再次磊晶生長之三族氮化物半導體層係至少填補部分該等第二開口。

在本發明之一實施例中，三族氮化物半導體製造方法更包含黏合一轉印基板至再次磊晶生長後之三族氮化物半導體層。

在本發明之一實施例中，三族氮化物半導體製造方法更包含形成一犧牲層於複數第一開口，其中犧牲層之材質為三族氮化物，且具有比三族氮化物半導體層小的帶隙能量。犧牲層之材質為三族氮化物，且具有比三族氮化物半導體層小的帶隙能量。

在本發明之一實施例中，三族氮化物半導體製造方法更包含移除犧牲層。

在本發明之一實施例中，三族氮化物半導體製造方法更包含形成一第二圖案化遮罩層於三族氮化物半導體層。

在本發明之一實施例中，第二圖案化遮罩層具有複數第三部分及複數第四部分，各第三部分之尺寸係大於各第四部分之尺寸。

在本發明之一實施例中，三族氮化物半導體製造方法更包含移除第二圖案化遮罩層。

在本發明之一實施例中，再次磊晶生長之三族氮化物半導體層係包覆至少部分第二圖案化遮罩層。

在本發明之一實施例中，三族氮化物半導體製造方法更包含設置一第三圖案化遮罩層於磊晶基板，並位於該等第一開口中。

承上所述，依據本發明提供之一種三族氮化物半導體製造方法，藉由第一圖案化遮罩層來作為遮罩，進而控制三族氮化物半導體層生長在磊晶基板的位置，再配合後續蝕刻及再次磊晶生長三族氮化物半導體層之步驟，以得到較低缺陷密度的三族氮化物半導體。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之三族氮化物半導體製造方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

請參閱圖1，其係為本發明第一實施例之三族氮化物半導體製造方法之流程示意圖，三族氮化物半導體製造方法包含下列步驟：形成一第一圖案化遮罩層於一磊晶基板，第一圖案化遮罩層具有複數第一開口(S10)；磊晶生長一三族氮化物半導體層於磊晶基板之上並覆蓋至少部分第一圖案化遮罩層(S30)，蝕刻三族氮化物半導體層以形成複數第二開口，該等第二開口係實質上至少部分對位於該等第一開口(S50)以及再次磊晶生長三族氮化物半導體層(S70)。

本發明之三族氮化物半導體製造方法，係以製造氮化鎵半導體為例，但此方法還可應用於製造其他材質的三族氮化物半導體，舉例而言像是二元化合物的三族氮化物半導體，例如：氮化鎵、氮化鋁、氮化銦；三元化合物的三族氮化物半導體，例如：氮化鋁鎵、氮化鎵銦、氮化鋁銦；以及四元化合物的三族氮化物半導體，例如：氮化銦鎵鋁。

請同時參閱圖1及圖2A，以說明本發明第一實施例之三族氮化物半導體製造方法。於步驟S10中，係利用電漿輔助化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)將遮罩層的材料沉積於磊晶基板12，再利用黃光製程將形成於磊晶基板12上的遮罩層材料圖案化，而形成第一圖案化遮罩層11。在此實施例中，第一圖案化遮罩層11的材質可包含氧化矽(包含二氧化矽以及非結晶的氧化矽)、氮化矽、氧化鈦、氧化鉭、氧化鉿、氧化鎂、氟化鎂或非結晶材料，於此係以二氧化矽為例。可作為生長三族氮化物半導體之磊晶基板12材質包含藍寶石、三族氮化物、碳化矽、矽、砷化鎵或氧化鋅至少其中之一，於此磊晶基板12的材質係以藍寶石基板為例。而第一圖案化遮罩層11，在磊晶基板12的表面121上則具有複數個第一開口13。其中，該等開口13並不限制其形狀，可為任何設計的圖案，而開口也可為穿孔或凹槽。

請同時參閱圖1及圖2B，於步驟S30中，係進行磊晶生長製程，以將三族氮化物半導體層14a設置於磊晶基板12之上並覆蓋至少部分第一圖案化遮罩層11。藉由適當控制三族氮化物半導體層14a的磊晶生長條件，三族氮化物半導體層14a可以生長於磊晶基板12曝露出的表面121和該等第一開口13中，而不會生長在第一圖案化遮罩層11所覆蓋的接合面111。也就是說，第一圖案化遮罩層11可以作為遮罩(mask)進而控制三族氮化物半導體層14a生長在磊晶基板12的位置。其中，三族氮化物半導體層14a係利用有機化學氣相沉積(MOCVD)法，使三族氮化物半導體層14a覆蓋至少部份第一圖案化遮罩層11並生長於第一開口13中。三族氮化物半導體層14a由磊晶基板12曝露出的表面121開始生長，垂直生長填滿第一開口13後，即側向生長以覆蓋第一圖案化遮罩層11，進而形成一均勻的三族氮化物半導體層14a。

在三族氮化物半導體生長過程中，相較於側向生長的部分而言，垂直生長的部分有較高的缺陷度。為了移除三族氮化物半導體層14a高缺陷度的部分，於步驟S50中係採用缺陷選擇性蝕刻(defect selective etching)，而將三族氮化物半導體層14a浸入可選擇性蝕刻的濕蝕刻液，例如含水或液相(liquid phase)化學液氫氧化鉀、硫酸、磷酸、鹽酸或其組合。當然，也可以利用乾蝕刻製程選擇性蝕刻得到第二開口C。其中，有一特例為高溫(>250度)且高濃度之液相(熔融)氫氧化鉀溶液。請參閱圖2C所示，由於在三族氮化物半導體層14a與磊晶基板12之接合面16附近之缺陷密度較高，而且穿透差排缺陷(threading dislocation defects)常會垂直延伸至三族氮化物半導體層14a上表面，故進行選擇性蝕刻製程時，三族氮化物半導體層14a與接面16之間會形成複數個第二開口C，該等第二開口C係實質上至少部分對位於該等第一開口13，也就是各第一開口13之區域中，至少有一第二開口C，而且位於第一開口13中較高缺陷密度之三族氮化物半導體層14a，係大部分被蝕刻掉，而第一圖案化遮罩層11以上的部分為低缺陷密度，則只稍微被蝕刻，故造成三族氮化物半導體層14a幾乎不與磊晶基板12連接。值得一提的是，第二開口C可為穿孔或為凹槽。

請參閱圖2D所示，於步驟S70中，係再次利用有機化學氣相沉積法，於磊晶基板12再次磊晶生成三族氮化物半導體層14b，並藉由調整磊晶製程參數促使磊晶側向生長填滿由缺陷選擇蝕刻造成的第二開口C及填平蝕刻表面，而形成晶圓結構1。值得注意的是，若三族氮化物半導體層14a(圖2B)在第一次磊晶時並沒有完全覆蓋第一圖案化遮罩層11而遺留少許空隙，只要空隙不會太大，皆可藉由此再次磊晶生長製程來填補。另外，再生後的三族氮化物半導體層14b下表面(朝向磊晶基板12之表面)未必為一平坦表面，例如再生三族氮化物半導體層14b應用作為LED基板時，此不平坦表面有助於光萃取。此外，再生的三族氮化物半導體層14b厚度或形狀係取決於最終的產品應用，在本發明中並無限制。

本實施例中，三族氮化物半導體層之製造方法更可包含：黏合一轉印基板至再次磊晶生長後之三族氮化物半導體層(S85)以及移除第一圖案化遮罩層(S90)。在移除第一圖案化遮罩層11前，由於再生的三族氮化物半導體層14b之厚度較薄，為了後續製程的操作方便，請參閱圖2E和圖2F所示，於步驟S85及S90中，可在再生的氮化鎵層上表面141黏合一轉印基板17，再用濕蝕刻製程將第一圖案化遮罩層11從磊晶基板12移除，此轉移過程使再生三族氮化物半導體層14b由磊晶基板12轉移到轉印基板17上，以進行後續製程的操作。本實施例中，轉印基板17還可為導熱材料，例如矽或金屬，以幫助元件散熱。

在後續的製程中，可進一步將元件的結構生長於再生的三族氮化物半導體層14b上，例如：發光二極體之發光層或雷射二極體(laser diode)。請參閱圖3所示，此為上述再生的三族氮化物半導體層14b應用於LED元件，作為LED基板之示意圖，LED基板上已設置有發光層等結構，LED晶粒係黏合於一印刷電路板P上。經磊晶製程於再生的三族氮化物半導體層14b生長發光層後，LED晶粒係接合到印刷電路板P，當LED晶粒黏合到印刷式電路板P上，即可移除轉印基板17，以進行打線製程。其中，一條導線26被連結到再生的三族氮化物半導體層14b的接點上，另外一條導線26則連結到與LED晶粒電極相連的印刷電路板P。如上所述，再生三族氮化物半導體層14b的不平坦表面，反而有助於提升LED晶粒的光萃取效率。

請同時參閱圖4A、圖4B和圖4C，其中圖4C係為本發明第二實施例之三族氮化物半導體製造方法之流程示意圖。與第一實施例不同的是，三族氮化物半導體製造方法更可包含形成一犧牲層於該等第一開口(S40)以及移除犧牲層(S80)。於步驟S40中，係待第一圖案化遮罩層11形成於磊晶基板12後，再形成犧牲層15在該等第一開口13，當然，也可以是先形成犧牲層15再形成第一圖案化遮罩層11。接著，再進行生長三族氮化物半導體層14c於第一圖案化遮罩層11及犧牲層15上。其中，犧牲層15之材質可為與三族氮化物半導體層不相同的另一種三族氮化物材料，於此係以氮化銦鎵為例，以配合後續的能帶選擇性蝕刻製程，其中犧牲層15可具有比三族氮化物半導體層小的帶隙能量或比三族氮化物半導體層較易蝕刻的特性。進行能帶選擇性蝕刻製程時，係將晶圓結構1a沉浸入氫氧離子水溶液中，例如氫氧化鉀溶液，並接受光線照射。由於光線的光子能量高於犧牲層15的帶隙能量但低於氮化鎵層14c的帶隙能量，故於照光過程中，光線只會被犧牲層15吸收，故於步驟S80中，可經由照光製程而移除犧牲層15，但三族氮化物半導體層14c仍被保留。此外，不同種類的三族氮化物材料可以是具有不同摻雜物(dopant)的三族氮化物，例如：在光照下，n型摻雜氮化鎵(n-type doped GaN)，可以在氫氣化鉀水溶液中，選擇性地被蝕刻移除。相對於先前磊晶在磊晶基板上之三族氮化物半導體層材料，選擇有較佳選擇性蝕刻特性之不同種類的三族氮化物半導體層，尤其是有較易蝕刻特性之三族半導體層做為犧牲層15，有助於增加蝕刻製程過程之掌握度。在此實施例中，作為犧牲層15之氮化銦鎵可完全被蝕刻掉，經選擇性蝕刻製程後，可得到如圖2D所示之第一圖案化遮罩層11及三族氮化物半導體層14b，其中側向生長於第一圖案化遮罩層11上之三族氮化物半導體層14b有較低的缺陷度。

請參照圖5A至圖5F所示，其係本發明第三實施例中另一種三族氮化物半導體製造方法之結構及流程示意圖。本發明第三實施例係揭露另一種選擇性移除位於磊晶基板曝露表面上的三族氮化物半導體層。與第一實施例不同的是，本發明第三實施例之三族氮化物半導體製造方法更包含：形成一第二圖案化遮罩層於三族氮化物半導體層(S45)、移除第二圖案化遮罩層(S55)以及設置一第三圖案化遮罩層於磊晶基板，並位於該等第一開口中(S60)。

如圖5A及圖5F所示，於步驟S45中，係先於磊晶基板12上形成第一圖案化遮罩層11並磊晶生長三族氮化物半導體層14d後，才形成第二圖案化遮罩層21。其中，第二圖案化遮罩層21係與第一圖案化遮罩層11對位設置，而位於三族氮化物半導體層14d之上表面131。而第二圖案化遮罩層21係具有複數第二開口23，該等第二開口23也與該等第一開口13對應設置，而位於該等第一開口13之正上方。接著，如圖5B所示，藉由第二圖案化遮罩層21作為遮罩，三族氮化物半導體層14d於第二開口23之曝露部分經步驟S50之選擇性蝕刻至碰到磊晶基板表面121，且三族氮化物半導體層14d不再與第一圖案化遮罩層11連結，且形成複數開口13a。於此，蝕刻步驟可例如為利用感應耦合電漿蝕刻(ICP-RIE)。當然，其他圖案化的蝕刻方法也可以被利用，例如：使用其他光阻材料當作感應耦合電漿蝕刻之遮罩。請參照圖5C，於步驟S55中，係可利用感應耦合電漿進行蝕刻，以移除第二圖案化遮罩層21。接著，利用另一種有機金屬化學氣相沉積法再次磊晶生長，以形成圖5E中的三族氮化物半導體層14e。

請參閱圖5D，為了避免再磊晶生長製程中三族氮化物半導體14e生長於磊晶基板表面121的開口13a而與磊晶基板12連結，進而不利於後續的分離步驟，故於步驟S60中，藉由沉積方式設置一第三圖案化遮罩層11a於磊晶基板12以作為一遮罩，防止圖5E中的三族氮化物半導體層14e生長於基板表面121。當然，若製程參數控制得宜，使得三族氮化物半導體14e不會生長於基板表面121，則步驟S60可跳過。如圖5E所示，再次磊晶生長是為了促使三族氮化物半導體材料側向生長以封閉開口13a，但不會在磊晶基板12表面形成三族氮化物半導體，相互接合的三族氮化物半導體層14e形成一晶圓結構2。由於晶圓結構2中之第一圖案化遮罩層11不會與磊晶基板12連結，故後續只需利用濕蝕刻製程將第一圖案化遮罩層11移除，例如是將晶圓結構2浸置於氧化物蝕刻緩衝液(BOE)，即可移除以二氧化矽為材料的第一圖案化遮罩層11，而獲得三族氮化物半導體層14e。

前述轉移過程，使再生三族氮化物半導體層14e由磊晶基板12轉移到前述的轉印基板(如圖2E及圖2F)上，以進行後續製程的操作，亦可用於此。

請參照圖6A至圖6C，其係本發明第四實施例之三族氮化物半導體層製作方法的結構與流程示意圖，其中圖6B為沿圖6C A-A剖面線之剖面示意圖。與前述第一實施例不同的地方在於，本實施例中，設置在磊晶基板22上的第一圖案化遮罩層31具有不同尺寸的複數第一部分31a及複數第二部分31b，第一部分31a之尺寸較第二部分31b大，故側向生長的三族氮化物半導體層24不會在第一部分31a上接合，而形成一開口或凹槽23；第二部分31b之尺寸較小，故側向生長的三族氮化物半導體層24會在第二部分31b上接合。如此一來，可以藉由具有較大尺寸的第一部分31a設置位置來決定形成之三族氮化物半導體層24的尺寸或形狀，進而可以得到適當尺寸且不需切割的三族氮化物半導體層24。於圖6C中，虛線圓圈表示三族氮化物半導體層24與磊晶基板22之間的空隙Gp，而開口或凹槽23則表示再次磊晶生長後依然無法接合的三族氮化物半導體層24，使三族氮化物半導體層24形成複數分離的三族氮化物半導體基板S。故只要適當設計第一圖案化遮罩層31，任何形狀或尺寸的三族氮化物半導體基板S都可以預先設計。

請參照圖7A至圖7F所示，係本發明第五實施例中另一種三族氮化物半導體層製造方法的結構與流程示意圖。本實施例係提供另一種可預先決定三族氮化物半導體尺寸及形狀的方法，與第一實施例不同的是，於步驟S10中，第一圖案化遮罩層31係具有不同尺寸的複數第一部分31a及複數第二部分31b。另外，三族氮化物半導體製造方法更可包含：形成一第二圖案化遮罩層於三族氮化物半導體層(S45)。

三族氮化物半導體層34除了在第一部分31a無法接合，可側向磊晶於開口33並同時接合於第二部分31b上。第一部分31a之尺寸較第二部分31b大，故側向生長的三族氮化物半導體層24不會在第一部分31a上接合，而形成一開口或凹槽33；第二部分31b之尺寸較小，故側向生長的三族氮化物半導體層34會在第二部分31b上接合。接著，於步驟S45中，形成具有不同尺寸的第二圖案化遮罩層35於三族氮化物半導體層34。如圖7B所示，第二圖案化遮罩層35沉積於三族氮化物半導體層34表面及第一部分31a。第二圖案化遮罩層35具有較大的複數個第三部分35a及較小的複數個第四部分35b，分別對位於第一部分31a和第二部分31b。

請參閱圖7C所示，於步驟S50中，蝕刻三族氮化物半導體時，第二圖案化遮罩層35可作為一遮罩，防止遮罩層覆蓋處被蝕刻。經蝕刻製程，出現開口33a在磊晶基板表面321，且圖案化三族氮化物半導體層34a係設置於第一圖案化遮罩層31和第二圖案化遮罩層35之間。請參閱圖7D所示，再生的三族氮化物半導體側向及垂直地包覆(wrap)部分第二圖案化遮罩層35，且形成三族氮化物半導體層34b於第一圖案化遮罩層31上。由於第二圖案化遮罩層35之第三部分35a的尺寸係比第四部分35b大，故三族氮化物半導體層34b係包覆第四部分35b但無法完全包覆第三部分35a，即三族氮化物半導體層34b僅包覆部分第二圖案化遮罩層35。此外，可於再生三族氮化物半導體層34b前，利用圖5A至圖5C的步驟(S55)，蝕刻移除第二圖案化遮罩層35，但本實施例中並未依圖5A至圖5C之步驟移除第二圖案化遮罩層35。如圖7E所示，為了分離三族氮化物半導體層34b與磊晶基板32，將三族氮化物半導體層34b接合至轉印基板37，再利用濕蝕刻製程移除第一圖案化遮罩層31(S90)和第二圖案化遮罩層35中較大的第三部分35a。如此一來，即可獲得具有部分第二圖案化遮罩層35包覆於其中的三族氮化物半導體層34c。

請參照圖8A至圖8I所示，其係本發明第六實施例中另一種三族氮化物半導體層製造方法的結構與流程示意圖。與前述第五實施例不同的是，於步驟S10中之磊晶基板，係具有複數層材料，於此係以氮化鎵基板G及藍寶石基板421作為一磊晶基板42。另外，三族氮化物半導體製造方法更可包含：設置一第三圖案化遮罩層於磊晶基板，並位於該等第一開口中(S60)以及移除第二圖案化遮罩層(S55)。

請參閱圖8A所示，氮化鎵基板G係設置於藍寶石基板421表面，第一圖案化遮罩層41係部分沉積於氮化鎵基板G，並形成複數第一開口43。其中，氮化鎵基板G可為磊晶於藍寶石基板421上之半導體基板或是獨立的基板產品。請參閱圖8B所示，透過磊晶側向成長法，形成三族氮化物半導體層44且側向及垂直地包覆第一圖案化遮罩層41。請參閱圖8C所示，形成一第二圖案化遮罩層45於三族氮化物半導體層44a，第二圖案化遮罩層45係對位於第一圖案化遮罩層41，第二圖案化遮罩層45係用來遮蔽部分三族氮化物半導體層44a，因此在經過三族氮化物半導體蝕刻步驟(S50)後，磊晶生長的三族氮化物半導體層44a不會與原本的氮化鎵基板G連接，甚至部分氮化鎵基板G會被移除，並於氮化鎵基板G形成開口43a。如此一來，三族氮化物半導體層44a則夾置於第一圖案化遮罩層41與第二圖案化遮罩層45之間。

接著，請參閱圖8D所示，於步驟S60中，係形成一第三圖案化遮罩層48於磊晶基板並填補開口43a。接著請參閱圖8E所示，可利用感應耦合電漿進行蝕刻，以移除第二圖案化遮罩層45。請參閱8F所示，再生三族氮化物半導體層44b側向及垂直地磊晶形成於第一圖案化遮罩層41上，其中，第三圖案化遮罩層48可防止再生的三族氮化物半導體層44b連結到原本的氮化鎵基板G。接著請參閱圖8G及圖8H所示，將轉印基板47接合至再生的三族氮化物半導體層44b，再利用濕蝕刻製程將第一圖案化遮罩層41與第三圖案化遮罩層48移除。其中，接合轉印基板47之再生三族氮化物半導體層44b比較好進行後續製程的操作。值得注意的是，步驟S55與步驟S60之前後順序並非固定，也可先進行S55再進行S60。此外，與三族氮化物半導體層44b分離之氮化鎵基板G還可以重覆利用，以降低材料成本。

承上所述，依據本發明提供之一種三族氮化物半導體製造方法，藉由第一圖案化遮罩層作為遮罩，進而控制三族氮化物半導體層生長在磊晶基板的位置，再配合後續蝕刻及再次磊晶生長三族氮化物半導體層，以得到較低缺陷密度的三族氮化物半導體。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1、1a、2．．．晶圓結構

11、31、41．．．第一圖案化遮罩層

11a、48．．．第三圖案化遮罩層

111、16．．．接合面

12、22、32、42．．．磊晶基板

121、131、141、321．．．表面

13、33、43．．．第一開口

13a、33a、43a．．．開口

14a、14b、14c、14d、14e、24、34、34a、34b、34c、44、44a、44b．．．三族氮化物半導體層

15．．．犧牲層

17、37、47．．．轉印基板

21、35、45．．．第二圖案化遮罩層

23、C．．．第二開口

26．．．導線

31a．．．第一部份

31b．．．第二部份

35a．．．第三部份

35b．．．第四部份

421．．．藍寶石基板

A-A．．．剖面線

G．．．氮化鎵基板

Gp．．．空隙

P．．．電路板

S．．．三族氮化物半導體基板

S10~S90．．．步驟

圖1為本發明第一實施例之一種三族氮化物半導體製造方法的流程圖；

圖2A至圖2F為本發明第一實施例之一種三族氮化物半導體製造方法的示意圖；

圖3為一再生的三族氮化物半導體層應用於LED基板的示意圖；

圖4A至圖4C為本發明第二實施例之另一種三族氮化物半導體製造方法的示意圖與流程圖；

圖5A至圖5F為本發明第三實施例之一種三族氮化物半導體製造方法的示意圖與流程圖；

圖6A至圖6C為本發明第四實施例之一種三族氮化物半導體製造方法的示意圖與流程圖；

圖7A至圖7F為本發明第五實施例之之一種三族氮化物半導體製造方法的示意圖與流程圖；以及

圖8A至圖8I為本發明第六實施例之一種三族氮化物半導體製造方法的示意圖與流程圖。

S10、S30、S50、S70、S85、S90．．．步驟

Claims (18)

1. 一種三族氮化物半導體製造方法，包含下列步驟：形成一第一圖案化遮罩層於一磊晶基板，該第一圖案化遮罩層具有複數第一開口；磊晶生長一三族氮化物半導體層於該磊晶基板之上並覆蓋至少部分該第一圖案化遮罩層；蝕刻該三族氮化物半導體層以形成複數第二開口，該等第二開口係實質上至少部分對位於該等第一開口；以及再次磊晶生長該三族氮化物半導體層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造方法，其中該磊晶基板之材質包含藍寶石、三族氮化物、碳化矽、矽、砷化鎵、或氧化鋅至少其中之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造方法，其中該第一圖案化遮罩層之材質包含氮化矽、氧化矽、氧化鈦、氧化鉭、氧化鉿、氧化鎂、氟化鎂或非結晶材料。
4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造方法，其中該三族氮化物半導體層之材質包含氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、氮化鋁鎵、氮化鎵銦、氮化鋁銦、或氮化銦鎵鋁。
5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造方法，更包含：形成一犧牲層於該等第一開口。
6. 如申請專利範圍第5項所述之半導體製造方法，其中該犧牲層之材質為三族氮化物，且具有比該三族氮化物半導體層小的帶隙能量或比該三族氮化物半導體層較易蝕刻的特性。
7. 如申請專利範圍第5項所述之半導體製造方法，更包含：移除該犧牲層。
8. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造方法，其中該形成該等第二開口之步驟，係以濕蝕刻或乾蝕刻製程進行。
9. 如申請專利範圍第1項所述之半導體層製造方法，其中該蝕刻三族氮化物半導體層步驟係蝕刻至該三族氮化物半導體層與該磊晶基板不連接。
10. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造方法，更包含：黏合一轉印基板至該再次磊晶生長後之該三族氮化物半導體層。
11. 如申請專利範圍第1項或第10項所述之半導體製造方法，更包含：移除該第一圖案化遮罩層。
12. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造方法，其中該第一圖案化遮罩層具有複數第一部分及複數第二部分，各該第一部分之尺寸係大於各該第二部分之尺寸。
13. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造方法，更包含：形成一第二圖案化遮罩層於該三族氮化物半導體層。
14. 如申請專利範圍第13項所述之半導體製造方法，更包含：移除該第二圖案化遮罩層。
15. 如申請專利範圍第13項所述之半導體製造方法，其中該第二圖案化遮罩層具有複數第三部分及複數第四部分，各該第三部分之尺寸係大於各該第四部分之尺寸。
16. 如申請專利範圍第13項所述之半導體製造方法，其中該再次磊晶生長之該三族氮化物半導體層係包覆至少部分該第二圖案化遮罩層。
17. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造方法，其中該再次磊晶生長之該三族氮化物半導體層係至少填補部分該等第二開口。
18. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製造方法，更包含：設置一第三圖案化遮罩層於該磊晶基板，並位於該等第一開口中。