TWI458127B - 圖案基板的製造方法及其成品 - Google Patents

Description

圖案基板的製造方法及其成品

本發明是有關於一種基板的製造方法及其成品，特別是指一種圖案基板(PS，pattern substrate)的製造方法及其成品。

一般來說，提昇發光二極體的整體出光亮度的方式主要有改善內部量子效率和加強光取出率二種，在改善內部量子效率上，最有效且直接的方式是提昇發光層(active layer)的磊晶品質，而用於磊晶成長的磊晶面優劣，則是磊晶品質的關鍵因素之一；就加強光取出率而言，目前多是使用圖案基板以反射向基板方向行進的光而提高正向出光量，以達到提昇發光二極出光亮度的目的，但，由於粗糙化時往往會造成磊晶面的損傷，而影響後續的磊晶製程，因此，如何改善圖案基板的製作以兼顧後續的磊晶成長和光的取出，是目前相關業者努力的方向。

參閱圖1，現有的圖案基板1包含一底面11、一相反於底面11的粗化面12、一自該粗化面12向底面11方向延伸的連接面13，及一連接該連接面13的磊晶面14，該粗化面12、連接面13和磊晶面14配合構成凹、凸態樣分佈的圖案，其中，該粗化面12的粗糙度約在0.05nm~1.5μm，而可同時配合圖案的態樣進一步地提高光的反射，該磊晶面14的粗糙度極小、晶格完整，而可向上磊晶成長出高品質的磊晶薄膜。

配合參閱圖2，此種圖案基板1是依序進行一平片加工步驟150、一圖案化步驟160，及一粗糙化步驟170而製得。

該平片加工步驟150是將晶棒依照一般業界所習知的標準流程及規格製作，包括鋸割分離處理151、平整加工處理152、硬拋處理153、退火處理154、粗拋處理155、精拋處理156，及微浸蝕處理157等標準製程切片分離而得到多數半成品基板。其中，鋸割分離處理151是將晶棒藉由線鋸的方式以垂直晶棒軸向的方向切割出一定厚度且獨立的多數晶圓；平整加工處理152則是對每一片晶圓進行機械式研磨、圓邊切削等而使得每一片晶圓具有更為均一、精準的厚度，並將鋸割分離時所造成的表面損傷去除；硬拋處理153、粗拋處理155、精拋處理156等則是以化學研磨的方式逐漸減小每一片晶圓的表面粗糙度至0.05nm~0.30nm；該微浸蝕處理157是利用酸液對晶圓表面做浸蝕，使每一片晶圓表面更加圓滑、潔淨，酸蝕厚度一般小於1μm而最終得到表面平整、適於磊晶的半成品基板；退火處理154則是以高溫回火消除半成品基板在前述處理過程中的應力殘留。通常，該退火處理154的順序如流程所示是在該硬拋處理153之後，但也可依各種不同的製法而安排於在導致應力產生較多的製程之後，由於此等處理為標準製程而為現今業界所周知，故不在此多加贅述。

該圖案化步驟160則是利用遮罩(mask)進行蝕刻，而使得該等半成品基板分別形成由剩餘的表面、連接面13、和磊晶面14構成的圖案。

最後進行該粗糙化步驟170，對經過該圖案化步驟160得到的半成品基板的剩餘的表面再利用例如蝕刻、研磨等粗化製程而成該粗化面12，即製得到目前的圖案基板1。

由上述的說明可知，這樣的製作方法存在有先於平片加工步驟150中以硬拋處理153、粗拋處理155、精拋處理156、微浸蝕處理157製作出表面平整的半成品基板後，卻又於粗糙化步驟170中再將部分表面粗糙化的重複施作問題，加上蝕刻等半導體技術等連串步驟，而使得製程成本居高。

另外，實施粗糙化步驟170粗化得到該粗化面12時，若是以類似台灣096150755專利申請案所揭示的研磨技術直接進行時，雖然可以簡化製程，但會對於該圖案化步驟160即已成型的該連接面13、磊晶面14造成損傷，而影響後續的磊晶品質，而且依然存在重複施作表面粗糙化的問題。

所以，目前圖案基板的製作仍需要改善，以降低生產成本，同時也能確保製作出的圖案基板的磊晶適用性。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以降低製程成本、並可確保製作出的圖案基板的磊晶適用性的製造方法及其成品。

於是，本發明圖案基板的製造方法包含一平片加工步驟，及一圖案化步驟。

該平片加工步驟是將晶棒切片分離成多數晶圓後進行修整，而製得多數分別具有一原始切面的半成品基板。

該圖案化步驟是自每一半成品基板的原始切面的預定部分移除該半成品基板的部分結構而形成一自該剩餘的原始切面向下延伸的連接面，及一連接該連接面底緣的磊晶面，使得該原始切面的剩餘部分、該連接面，與該磊晶面相配合地構成預定的圖案而製得該圖案基板。

較佳地，該平片加工步驟是將晶棒切片分離成多數晶圓後進行修整，包括鋸割分離處理、平整加工處理、浸蝕處理，及退火處理，而使製得的每一半成品基板的該原始切面的粗糙度是0.5μm~1.5μm。

較佳地，該平片加工步驟是將晶棒切片分離成多數晶圓後進行修整，包括鋸割分離處理、平整加工處理、浸蝕處理、拋光處理，及退火處理，而使製得的每一半成品基板的該原始切面的粗糙度是0.05nm~30nm。

較佳地，該浸蝕處理是對每一晶圓表面進行蝕刻厚度不小於10μm的表面清洗。

較佳地，該圖案化步驟中所形成的磊晶面粗糙度不大於0.30nm而適於進行高品質的磊晶。

較佳地，該圖案化步驟是先在該原始切面上依序形成一第一遮罩層與一具有預定圖案的第二遮罩層，接著進行蝕刻而由該原始切面表面向下移除部分結構以製造出預定形狀的圖案構造而製得該圖案基板。

較佳地，該第一遮罩層是由二氧化矽所構成，該第二遮罩層材料是選自以下所成的群組：光阻、苯環四酸酐，及有機材料。

較佳地，該圖案化步驟是先在該原始切面上形成具有預定圖案的遮罩層後，對該原始切面進行蝕刻而由該原始切面表面向下移除部分結構以製造出預定形狀的圖案構造而製得該圖案基板。

較佳地，該遮罩層材料是選自以下所成的群組：光阻、苯環四酸酐，及有機材料。

另外，本發明一種圖案基板包含一底面、一剩餘切面、一連接面，及一磊晶面。

該剩餘切面相反於該底面，且是由晶棒切片後修整的原始切面再經過蝕刻移除部分預定結構後而得。

該連接面則自該剩餘切面的邊緣向該底面方向延伸，且該底緣連接於該磊晶面，使得該磊晶面、連接面，及剩餘切面共同構成預定的圖案。

較佳地，該剩餘切面是將晶棒進行切片修整，包括鋸割分離處理、平整加工處理、浸蝕處理，及退火處理，最後得到該粗糙度是0.5μm~1.5μm的原始切面再經過蝕刻移除部分預定結構後而得。

較佳地，該剩餘切面是晶棒進行切片修整，包括鋸割分離處理、平整加工處理、拋光處理、退火處理，及浸蝕處理後，得到該粗糙度是0.05nm~30nm的原始切面再經過蝕刻移除部分預定結構後而得。

較佳地，該磊晶面具有不大於0.30nm的粗糙度而能讓之後形成於上的發光元件的半導體磊晶有較佳的品質本發明之功效在於：提供一種簡易、穩定且低成本的製造方法製作可以磊晶出高品質磊晶薄膜的圖案基板。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之兩個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖3，本發明圖案基板的製作方法之一第一較佳實施例，是可製作出如圖4所示的圖案基板。

先請參閱圖4，該圖案基板包含一底面31、一相反於底面31的剩餘切面32、一自該剩餘切面32向該底面31延伸的連接面33，及一連接該連接面33底緣的磊晶面34，該剩餘切面32、連接面33、磊晶面34構成凹、凸態樣的圖案，其中，該剩餘切面32是先由晶棒切片修整後得到的半成品基板，並從該半成品基板的原始切面移除部分預定結構後的剩餘部份而形成，並保有原始切面的高粗糙度，而可同時配合圖案的態樣進一步地提高光的反射，該磊晶面34的粗糙度小(不大於0.30nm)、晶格完整，而可向上磊晶成長出高品質的磊晶薄膜。

上述的圖案基板在透過以下本發明圖案基板的製作方法之第一較佳實施例的說明後，當可更加清楚的明白。

參閱圖3，本發明圖案基板的製作方法之第一較佳實施例依序包括一平片加工步驟21，與一圖案化步驟22。

配合參閱圖5，首先進行該平片加工步驟21，將晶棒40實施以下製程，包括鋸割分離處理211、平整加工處理212、浸蝕處理213，和退火處理215以進行切片分離修整而得到多數半成品基板42。

其中，鋸割分離處理211是將晶棒40藉由線鋸方式以垂直晶棒40軸向的方向切割出一定厚度且獨立的多數晶圓41；參閱附件1，附件1是原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope;AFM)影像及相關量測數據，由附件1可知，此時得到的晶圓表面平均粗糙度約為0.5μm。

平整加工處理212則是對每一片晶圓41進行機械式研磨、圓邊切削等而使得每一片晶圓41具有更為均一、精準的厚度，並將晶圓41邊緣研磨切削形成倒角圓邊，以除去鋸割分離處理211時的表面損傷、避免特性裂化的現象發生，更詳細地說，一般還會再配合例如沖刷、清洗等清除晶圓41的表面碎屑、研磨液的殘留物以利後續製程進行；參閱附件2，附件2同樣是原子力顯微鏡影像及相關量測數據，由附件2可知，經過平整加工處理212後的晶圓表面平均粗糙度約為1.0μm，粗糙度範圍約在0.5μm~1.5μm間。

特別值得一提的是，該浸蝕處理213是以蝕刻能力較強的製程以對該晶圓表面進行改善，對於晶圓表面的蝕刻厚度大於10μm，而不同於現有製程的微浸蝕處理，本發明中的浸蝕處理213是利用較高的製程溫度以及較長的製程時間進行酸蝕，而能更有效地去除表面缺陷，令後續磊晶薄膜的品質更佳。

退火處理215則是以高溫回火消除前述處理過程中的應力殘留而製得半成品基板42，一般來說，此製程會在平片加工步驟21中應力較大的製程後進行，而此部分為本領域通常知識者所周知，故不細述；此時，得到的該半成品基板42具有粗糙度約是0.5μm~1.5μm的原始切面421。

參閱圖3、圖6，接著進行該圖案化步驟22，自每一半成品基板42的原始切面421的預定部分移除該半成品基板42的部分結構而形成該自該原始切面421的剩餘部分(即該剩餘切面32)向下延伸的連接面33，及該銜接連接面33底緣的磊晶面34，使得該剩餘切面32、該連接面33，與該磊晶面34相配合地構成圖案，即製得該圖案基板。

更詳細地說，本例的圖案化步驟22具體實施方式是先在該半成品基板42的原始切面421上形成一層例如由二氧化矽(SiO₂ )構成的第一遮罩層61，然後在該第一遮罩層61上形成一具對應圖案的第二遮罩層62，其中，該第二遮罩層62的構成材料可以是例如光阻、苯環四酸酐(pyromellitic dianhydride；PDMA)，或其他有機材料等。接著，配合該等遮罩層61、62的對該半成品基板42的原始切面421開始進行蝕刻，而由該原始切面421向下移除部分結構，而在該半成品基板42的原始切面421上製造出預定形狀的圖案構造以製得該圖案基板。

參閱圖7，另外，本發明亦在此提供另一種圖案化步驟22的具體實施方式，則是直接在該半成品基板42的原始切面421上以例如光阻、苯環四酸酐，或其他有機材料形成一具預定圖案的遮罩層63，接著進行蝕刻配合該遮罩層63圖案移除該半成品基板42的預定結構而在該半成品基板42的原始切面421上製造出預定形狀的圖案構造，即製得該圖案基板。

由上述說明可知，本發明的第一較佳實施例是直接保留於平片加工步驟21中以鋸割分離處理211、平整加工處理212、浸蝕處理213和退火處理215後得到的半成品基板42的原始切面421的粗糙度，再以該圖案化步驟22直接於半成品基板42的原始切面421形成出用於進一步加強光反射的圖案而製作出本發明的圖案基板，不但達到提昇以此圖案基板所成的例如發光二極體的正向出光量的目的，同時也大幅簡化現有的圖案基板的製作過程而降低製程成本。

另外特別補充說明的是，本製作方法製作出的圖案基板的磊晶面34所受到的後續製程步驟相對較少，所以不但可以較精確地控制在粗糙度範圍不大於0.30nm的適宜磊晶的表面，同時也因為不再受如先前技術所提的粗糙化步驟中的後續蝕刻、化學液等製程影響而保有較佳的晶格完整度，而適於磊晶製作高品質的磊晶薄膜。

參閱圖8，本發明圖案基板的製程方法的一第二較佳實施例，與該第一較佳實施例方法類似，其不同之處僅在於該平片加工步驟21是將晶棒4實施以下製程，包括鋸割分離處理211、平整加工處理212、浸蝕處理213、拋光處理214和退火處理215進行切片分離修整而得到多數半成品基板42，其中，該拋光處理214是利用化學研磨方式使得製得的半成品基板42的原始切面421的表面粗糙度調整為所需求的程度，通常是以可降低粗糙度至0.5nm~30nm的硬拋研磨，及/或再搭配更精細的研磨製程使得粗糙度再降低到客製化要求，而得到具有預定的粗糙度、且粗糙度更均勻一致的原始切面421，進而在不重複施作增加製程成本的前提下，達到令製作出的圖案基板具有高光取出率的目的。

參閱附件3，附件3是原子力顯微鏡影像及相關量測數據，由附件3可知，經過本第二較佳實施例中拋光處理214後的晶圓表面粗糙度約為7.64nm，且原始切面421的粗糙度更為均勻一致以利後續製程的品質控制。

綜上所述，本發明圖案基板藉由刪減晶圓切片時的多道拋光程序而保留該平片加工步驟21中的粗糙表面，因而不需再以另外的製程進行表面粗糙化，不僅大幅地簡化製程方法，且改善因粗糙化製程中的蝕刻、研磨等對基板所造成的表面損傷，或是晶格內部缺陷、應力的形成。因此，本發明圖案基板在降低了製程成本之外仍然可保有後續發光元件的磊晶品質及光取出率的效果，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

21．．．平片加工步驟

211．．．鋸割分離處理

212．．．平整加工處理

213．．．浸蝕處理

214．．．拋光處理

215．．．退火處理

22．．．圖案化步驟

31．．．底面

32．．．剩餘切面

33．．．連接面

34．．．磊晶面

40．．．晶棒

41．．．切片晶圓

42．．．半成品基板

421．．．原始切面

61．．．第一遮罩層

62．．．第二遮罩層

63．．．遮罩層

圖1是一剖面示意圖，說明目前的圖案基板構造；

圖2是一步驟流程圖，說明目前的圖案基板製造方法；

圖3是一步驟流程圖，說明本發明之一第一較佳實施例的製造方法；

圖4是一剖面示意圖，說明該第一較佳實施例的圖案基板構造；

圖5是一流程示意圖，說明該第一較佳實施例的製造方法中的平片加工步驟；

圖6是一流程示意圖，說明該第一較佳實施例的製造方法中的圖案化步驟；

圖7是一流程示意圖，說明該第一較佳實施例的製造方法中的另一種圖案化步驟；

圖8是一步驟流程圖，說明本發明之一第二較佳實施例的製造方法。

【 附件簡單說明】

附件1是一顯微影像圖，說明一經該鋸割處理後的原始切面表面粗糙度；

附件2是一顯微影像圖，說明一經該第一較佳實施例中平整加工處理後的原始切面表面粗糙度；

附件3是一顯微影像圖，說明一經該第二較佳實施例中拋光處理後的原始切面表面粗糙度。

21．．．平片加工步驟

211．．．鋸割分離處理

212．．．平整加工處理

213．．．浸蝕處理

215．．．退火處理

22．．．圖案化步驟

Claims (13)

1. 一種圖案基板的製造方法，包含：一平片加工步驟，將晶棒切片分離成多數晶圓後進行修整，而製得多數分別具有一原始切面的半成品基板；及一圖案化步驟，自每一半成品基板的原始切面的預定部分移除該半成品基板的部分結構而形成一自該剩餘的原始切面向下延伸的連接面，及一連接該連接面底緣的磊晶面，使得該原始切面的剩餘部分、該連接面，與該磊晶面相配合地構成預定的圖案而製得該圖案基板。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之圖案基板的製造方法，其中，該平片加工步驟是將晶棒切片分離成多數晶圓後進行修整，包括鋸割分離處理、平整加工處理、浸蝕處理，及退火處理，而使製得的每一半成品基板的該原始切面的粗糙度是0.5μm~1.5μm。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之圖案基板的製造方法，其中，該平片加工步驟是將晶棒切片分離成多數晶圓後進行修整，包括鋸割分離處理、平整加工處理、浸蝕處理、拋光處理，及退火處理，而使製得的每一半成品基板的該原始切面的粗糙度是0.05nm~30nm。
4. 根據申請專利範圍第2或3項所述之圖案基板的製造方法，其中，該浸蝕處理是對每一晶圓表面進行蝕刻厚度不小於10μm的表面清洗。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之圖案基板的製造方法，其中，該圖案化步驟中所形成的磊晶面粗糙度不大於0.30nm。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之圖案基板的製造方法，其中，該圖案化步驟是先在該原始切面上依序形成一第一遮罩層與一具有預定圖案的第二遮罩層，接著進行蝕刻而由該原始切面表面向下移除部分結構以製造出預定形狀的圖案構造而製得該圖案基板。
7. 根據申請專利範圍第6項所述之圖案基板的製造方法，其中，該第一遮罩層是由二氧化矽所構成，該第二遮罩層材料是選自以下所成的群組：光阻、苯環四酸酐，及有機材料。
8. 根據申請專利範圍第5項所述之圖案基板的製造方法，其中，該圖案化步驟是先在該原始切面上形成具有預定圖案的遮罩層後，對該原始切面進行蝕刻而由該原始切面表面向下移除部分結構以製造出預定形狀的圖案構造而製得該圖案基板。
9. 根據申請專利範圍第8項所述之圖案基板的製造方法，其中，該遮罩層材料是選自以下所成的群組：光阻、苯環四酸酐，及有機材料。
10. 一種圖案基板，包含：一底面；一剩餘切面，相反於該底面，且是由晶棒切片後修整的原始切面再經過蝕刻移除部分預定結構後而得；一連接面，自該剩餘切面向該底面方向延伸；及一磊晶面，連接該連接面底緣並與該連接面、剩餘切面構成預定的圖案。
11. 根據申請專利範圍第10項所述之圖案基板，其中，該剩餘切面是將晶棒進行切片修整，包括鋸割分離處理、平整加工處理、浸蝕處理，及退火處理，最後得到該粗糙度是0.5μm~1.5μm的原始切面再經過蝕刻移除部分預定結構後而得。
12. 根據申請專利範圍第10項所述之圖案基板，其中，該剩餘切面是晶棒進行切片修整，包括鋸割分離處理、平整加工處理、拋光處理、退火處理，及浸蝕處理後，得到該粗糙度是0.05nm~30nm的原始切面再經過蝕刻移除部分預定結構後而得。
13. 根據申請專利範圍第10項所述之圖案基板，其中，該磊晶面的粗糙度不大於0.30nm。