TWI575589B - Method (1) - Google Patents

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TWI575589B TW102109470A TW102109470A TWI575589B TW I575589 B TWI575589 B TW I575589B TW 102109470 A TW102109470 A TW 102109470A TW 102109470 A TW102109470 A TW 102109470A TW I575589 B TWI575589 B TW I575589B
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Description

舉離方法(一) 發明領域
本發明是有關於一種將於藍寶石基板或碳化矽等磊晶基板之表面藉由緩衝層而積層有光元件層之光元件晶圓之光元件層移轉至移設基板的舉離方法。
發明背景
在光元件製程中，於約略圓板狀之藍寶石基板或碳化矽等磊晶基板之表面藉由緩衝層積層由GaN(氮化鎵)或INGaP(磷化銦鎵)或者ALGaN(氮化鋁鎵)構成之n型半導體層及p型半導體層構成之光元件層且以形成格子狀之複數切割道劃分之複數區域形成發光二極體、雷射二極體等光元件而構成光元件晶圓。然後，藉將光元件晶圓沿著切割道分割，而製造諸個光元件(例如參照專利文獻1)。
又，作為使光元件之亮度提高之技術、稱為舉離之製造方法揭示於下述專利文獻2，該舉離是於構成光元件晶圓之藍寶石基板或碳化矽等磊晶基板之表面將藉由緩衝層而積層之由n型半導體層及p型半導體層構成之光元件層藉由AuSu(金錫)等接合金屬層接合，從磊晶基板之背面側照射可穿透磊晶基板而在緩衝層吸收之波長(例如248nm) 之雷射光線，破壞緩衝層，將磊晶基板從光元件層剝離，藉此，將光元件層移轉至移設基板。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1 日本專利公開公報平10-305420號
專利文獻2 日本專利公開公報2004-72052號
發明概要
於是，當從磊晶基板之背面側將聚光點定位於緩衝層而照射雷射光線時，藉構成緩衝層之GaN或INGaP或者ALGaN分解成Ga與N2等氣體，可破壞緩衝層，當有磊晶基板之厚度偏差、緩衝層之厚度偏差時，存在GaN或INGaP或者ALGaN分解成Ga與N2等氣體之區域與不分解之區域，而有於緩衝層之破壞產生不均而無法適當地剝離磊晶基板之問題。
又，為使光元件之品質提高，而於磊晶基板之表面形成有凹凸時，雷射光線為凹凸之壁所遮蔽，抑制緩衝層之破壞，而有磊晶基板之剝離不易之問題。
本發明是鑑於上述情況而發明者，其主要之技術課題是提供可均一地破壞緩衝層而確實地剝離磊晶基板之舉離方法。
為解決上述主要之技術課題，根據本發明，提供 一種舉離方法，是將於磊晶基板之表面藉由由含有Ga之Ga化合物構成之緩衝層而積層有光元件層之光元件晶圓的光元件層移轉至移設基板之方法，其特徵在於包含有移設基板接合步驟、緩衝層破壞步驟、及光元件層移設步驟，該移設基板接合步驟是藉由接合金屬層將移設基板接合於光元件晶圓之光元件層之表面者；該緩衝層破壞步驟是從接合有移設基板之光元件晶圓之磊晶基板之背面側將對磊晶基板具穿透性且對緩衝層具吸收性之波長的脈衝雷射光線照射於緩衝層，以破壞緩衝層；該光元件層移設步驟是於實施該緩衝層破壞步驟後，將磊晶基板從光元件層剝離，而將光元件層移設至移設基板；該緩衝層破壞步驟具有Ga層形成步驟及氣體層形成步驟，該Ga層形成步驟是照射具有第1輸出之脈衝雷射光線而從Ga化合物使Ga析出至磊晶基板與緩衝層之交界面，形成Ga層；該氣體層形成步驟是照射具有高於該第1輸出之第2輸出之脈衝雷射光線，破壞Ga層之正下方之Ga化合物，而於Ga層與磊晶基板間形成氣體層。
具有該第1輸出之脈衝雷射光線設定成能量密度為0.125~0.5J/cm2，具有該第2輸出之脈衝雷射光線設定成能量密度為0.55~1.0J/cm2。
本發明之舉離方法由於從磊晶基板之背面側將對磊晶基板具穿透性且對緩衝層具吸收性之波長的脈衝雷射光線照射於緩衝層以破壞緩衝層的緩衝層破壞步驟具有 Ga層形成步驟及氣體層形成步驟，該Ga層形成步驟是照射具有第1輸出之脈衝雷射光線而從Ga化合物使Ga析出至磊晶基板與緩衝層之交界面，形成Ga層；該氣體層形成步驟是照射具有高於該第1輸出之第2輸出之脈衝雷射光線，破壞Ga層之正下方之Ga化合物，而於Ga層與磊晶基板間形成氣體層，故於Ga層與磊晶基板間均一地形成有氣體層，而緩衝層所作之磊晶基板與光元件層之結合功能完全喪失。因此，藉將磊晶基板從移設基板往背離之方向舉起，可易將磊晶基板從光元件層剝離。因而，即使於磊晶基板之表面形成有凹凸時，緩衝層所作之磊晶基板與光元件層的結合功能亦可因形成於Ga層與磊晶基板間之氣體層而完全喪失，故可易將磊晶基板從光元件層剝離。
2‧‧‧光元件晶圓
3‧‧‧移設基板
3a‧‧‧表面
4‧‧‧接合金屬層
5‧‧‧雷射加工裝置
21‧‧‧磊晶基板
21a‧‧‧表面
21b‧‧‧背面
22‧‧‧光元件層
22a‧‧‧表面
23‧‧‧緩衝層
51‧‧‧夾頭台
52‧‧‧雷射光線照射機構
200‧‧‧複合基板
221‧‧‧n型氮化鎵半導體層
222‧‧‧p型氮化鎵半導體層
223‧‧‧切割道
224‧‧‧光元件
231‧‧‧Ga層
232‧‧‧氣體層
521‧‧‧殼體
522‧‧‧聚光器
X，Y‧‧‧箭號
圖1(a)、圖1(b)是形成有以本發明之舉離方法移轉至移設基板之光元件層之光元件晶圓的立體圖及主要部份放大截面圖。
圖2(a)-圖2(c)是將移設基板接合於圖1所示之光元件晶圓之光元件層之表面之移設基板接合步驟的說明圖。
圖3是用以實施本發明之舉離方法之緩衝層破壞步驟之雷射加工裝置的立體圖。
圖4(a)-圖4(c)是顯示本發明之舉離方法之緩衝層破壞步驟之Ga層形成步驟的說明圖。
圖5是將業經實施圖4所示之Ga層形成步驟之光元件晶圓之主要部份放大而顯示的截面圖。
圖6是將業經實施本發明舉離方法之緩衝層破壞步驟之氣體層形成步驟之光元件晶圓之主要部份放大而顯示的截面圖。
圖7是顯示本發明舉離方法之光元件層移設步驟的說明圖。
用以實施發明之形態
以下，就本發明之舉離方法之較佳實施形態，參照附加圖式而詳細地說明。
於圖1(a)及圖1(b)顯示形成有以本發明舉離方法而移轉至移設基板之光元件層之光元件晶圓的立體圖及主要部份放大截面圖。
圖1(a)及圖1(b)所示之光元件晶圓2是於由為直徑50mm且厚度600μm之圓板狀藍寶石基板構成的磊晶基板21之表面21a以磊晶成長法形成由n型氮化鎵半導體層221及p型氮化鎵半導體層222構成的光元件層22。此外，於磊晶基板21之表面以磊晶成長法積層由n型氮化鎵半導體層221及p型氮化鎵半導體層222構成的光元件層22之際，於磊晶基板21之表面21a與形成光元件層22之n型氮化鎵半導體層221之間形成由氮化鎵(GaN)構成之厚度1μm的緩衝層23。如此構成之光元件晶圓2在圖中所示之實施形態中，光元件層22之厚度形成10μm。此外，光元件層22如圖1(a)所示，於以形成格子狀之複數切割道223劃分之複數區域形成有光元件224。
如上述，為將光元件晶圓2之磊晶基板21從光元件層22剝離而移轉至移設基板，乃實施將移設基板接合於光元件層22之表面22a之移設基板接合步驟。即，如圖2(a)、圖2(b)、及圖2(c)所示，於形成於構成光元件晶圓2之磊晶基板21之表面21a之光元件層22的表面22a藉由金錫(AuSu)構成之接合金屬層4接合由厚度1mm之銅基板構成的移設基板3。此外，可使用鉬(Mo)、矽(Si)等作為移設基板3，可使用金(Au)、鉑(Pt)、鉻(Cr)、銦(In)、鈀(Pd)等作為形成接合金屬層4之接合金屬。此移設基板接合步驟是將上述接合金屬蒸氣沉積於形成於磊晶基板21之表面21a之光元件層22的表面22a或移設基板3之表面3a上，形成厚度3μm左右之接合金屬層4，使此接合金屬層4與移設基板3之表面3a或光元件層22之表面22a面對面壓合，藉此，藉由接合金屬層4將移設基板3之表面3a接合於構成光元件晶圓2之光元件層22之表面22a，而形成複合基板200。
如上述，若藉由接合金屬層4將移設基板3之表面3a接合於構成光元件晶圓2之光元件層22之表面22a，形成複合基板200後，實施緩衝層破壞步驟，該緩衝層破壞步驟是從磊晶基板21之背面側將對磊晶基板21具穿透性且對緩衝層23具吸收性之波長的脈衝雷射光線照射於緩衝層23，破壞緩衝層。此緩衝層破壞步驟在本發明中具有Ga層形成步驟及氣體層形成步驟，該Ga層形成步驟照射具有第1輸出之脈衝雷射光線，從Ga化合物使Ga析出至磊晶基板與緩衝層之交界面，該氣體層形成步驟是照射具有高於該第1輸出 之第2輸出之脈衝雷射光線，破壞Ga層之正下方之Ga化合物，而於Ga層與磊晶基板之間形成氣體層。
上述Ga層形成步驟及氣體層形成步驟是使用圖3所示之雷射加工裝置來實施。圖3所示之雷射加工裝置5具有保持被加工物之夾頭台51、將雷射光線照射於保持在該夾頭台51上之被加工物之雷射光線照射機構52。夾頭台51構造成吸引保持被加工物，且以圖中未示之加工進給機構，使其於在圖3中以箭號X所示之加工進給方向移動，同時，以圖中未示之分度進給機構，使其於在圖3中以箭號Y所示之分度進給方向移動。
上述雷射光線照射機構52實質上具有配置成水平之圓筒形殼體521。於殼體521內配設有具有圖中未示之脈衝雷射光線振盪器或重複頻率設定機構之脈衝雷射光線振盪機構。於上述殼體521之前端部裝設有用以將從脈衝雷射光線振盪機構振盪之脈衝雷射光線之聚光器522。此外，雷射光線照射機構52具有用以調整以聚光器522聚光之脈衝雷射光線之聚光點位置的聚光點位置調整機構(圖中未示)。
使用上述雷射加工裝置5，先實施Ga層形成步驟。要實施Ga層形成步驟，如圖3所示，將上述複合基板200之移設基板3側載置於夾頭台51之上面(保持面)。然後，以圖中未示之吸引機構將複合基板200吸附保持於夾頭台51上(晶圓保持步驟)。因而，保持於夾頭台51上之複合基板200是構成光元件晶圓2之磊晶基板21的背面21b形成為上側。 如此，當將複合基板200吸引保持於夾頭台51上後，實施Ga層形成步驟，該Ga層形成步驟是使圖中未示之加工進給機構作動，將夾頭台51移動至雷射光線照射機構52之聚光器522所在之雷射光線照射區域，從上述磊晶基板21之背面21b(上面)側以對藍寶石具穿透性且對氮化鎵(GaN)具吸收性之波長將具有第1輸出(例如能量密度為0.125~0.5J/cm2)之脈衝雷射光線照射於緩衝層23，從Ga化合物使Ga析出至磊晶基板21與緩衝層23之交界面，形成Ga層。此Ga層形成步驟如圖4(a)所示，將夾頭台51移動至雷射光線照射機構52之聚光器522所在之雷射光線照射區域，將一端(在圖4(a)中為左端)定位於雷射光線照射機構52之聚光器522之正下方。然後，使雷射光線照射機構52作動，一面從聚光器522照射脈衝雷射光線，一面使夾頭台51於在圖4(a)中以箭號X1所示之方向以預定加工進給速度移動。然後，如圖4(c)所示，當磊晶基板21之另一端(在圖4(c)中為右端)到達雷射光線照射機構52之聚光器522之照射位置後，停止脈衝雷射光線之照射，同時，停止夾頭台51之移動。於對應於緩衝層23整面之區域實施此雷射光線照射步驟。
此外，上述Ga層形成步驟亦可將聚光器522定位於磊晶基板21之最外周，一面使夾頭台51旋轉，一面使聚光器522朝中心移動，藉此，將脈衝雷射光線照射於緩衝層23整面。
使用準分子雷射來實施上述Ga層形成步驟之加工條件如下設定。
光源：準分子雷射
波長：193nm或248nm
重複頻率：50Hz
平均輸出：0.01~0.04W
脈衝寬度：10ns
點形狀：400μm
加工進給速度：20mm/秒
藉以上述加工條件，實施Ga層形成步驟，如圖5所示，於磊晶基板21與緩衝層23之交界面從構成緩衝層23之氮化鎵(GaN)析出Ga而形成Ga層231。此時，照射於緩衝層23之脈衝雷射光線之第1輸出是能量密度設定成0.125~0.5J/cm2為重要。即，當照射於緩衝層23之脈衝雷射光線之能量密度低於0.125J/cm2時，無法從構成緩衝層23之氮化鎵(GaN)析出Ga，另一方面，當照射於緩衝層23之脈衝雷射光線之能量密度高於0.5時，無法破壞構成緩衝層23之氮化鎵(GaN)，從氮化鎵(GaN)析出Ga，均一地形成Ga層。因而，在Ga層形成步驟，照射於緩衝層23之脈衝雷射光線之第1輸出是能量密度設定成0.125~0.5J/cm2為重要。
當實施上述Ga層形成步驟後，實施氣體層形成步驟，該氣體層形成步驟是照射具有高於上述第1輸出之第2輸出(例如能量密度0.55~1.0J/cm2)之脈衝雷射光線，破壞Ga層231之正下方之Ga化合物，而於Ga層231與磊晶基板21之間形成氣體層。此外，氣體層形成步驟可與上述圖2所示之Ga層形成步驟同樣地實施。又，氣體層形成步驟亦可將聚光器522定位於磊晶基板21之最外周，一面使夾頭台51旋 轉，一面使聚光器522朝中心移動，藉此，將脈衝雷射光線照射於Ga層231之正下方之緩衝層23之整面。
使用準分子雷射來實施上述氣體層形成步驟之加工條件可如下設定。
光源：準分子雷射
波長：193nm或248nm
重複頻率：50Hz
平均輸出：0.044~0.08W
脈衝寬度：10ns
點形狀：400μm
加工進給速度：20mm/秒
藉以上述加工條件，實施氣體層形成步驟，如圖6所示，破壞Ga層231之正下方之Ga化合物而於Ga層231與磊晶基板21之間形成氣體層232。此時，照射於Ga層231之正下方之緩衝層23之脈衝雷射光線的第2輸出是能量密度設定成0.55~1.0J/cm2為重要。即，當照射於Ga層231之正下方之緩衝層23之脈衝雷射光線的能量密度低於0.55J/cm2時，無法破壞構成緩衝層23之氮化鎵(GaN)，而產生足夠之氣體，另一方面，當照射於緩衝層23之脈衝雷射光線之能量密度高於1.0時，構成緩衝層23之氮化鎵(GaN)之破壞激烈，而無法於Ga層231與磊晶基板21間均一地形成氣體層232。因而，在氣體層形成步驟中照射於Ga層231之正下方之緩衝層23之脈衝雷射光線的第1輸出是能量密度設定成0.55~1.0J/cm2為重要。
接著，就Ga層形成步驟及氣體層形成步驟之其他實施形態作說明。
在上述Ga層形成步驟及氣體層形成步驟中，顯示使用準分子雷射作為脈衝雷射光線之光源的例，在以下所述之實施形態中，就使用YAG雷射作為脈衝雷射光線之光源之Ga層形成步驟及氣體層形成步驟的加工條件作說明。
使用YAG雷射來實施Ga層形成步驟之加工條件如下設定。
光源：YAG雷射
波長：257nm或266nm
重複頻率：200kHz
平均輸出：0.3W
脈衝寬度：10ns
點徑：Φ30μm
加工進給速度：100mm/秒
藉以上述加工條件實施Ga層形成步驟，如上述圖5所示，於磊晶基板21與緩衝層23之交界面從構成緩衝層23之氮化鎵(GaN)析出Ga，而形成Ga層231。此時，照射於緩衝層23之脈衝雷射光線之第1輸出根據與上述實施形態同樣之理由，能量密度設定成0.125~0.5J/cm2係屬重要。
使用YAG雷射來實施氣體層形成步驟之加工條件如下設定。
光源：YAG雷射
波長：257nm或266nm
重複頻率：200kHz
平均輸出：1.2W
脈衝寬度：10ns
點徑：Φ30μm
加工進給速度：20mm/秒
藉以上述加工條件實施氣體層形成步驟，如圖6所示，可破壞Ga層231之正下方之Ga化合物，於Ga層231與磊晶基板21之間均一地形成氣體層232。此時，照射於Ga層231之正下方之緩衝層23之脈衝雷射光線的第2輸出根據與上述實施形態同樣之理由，能量密度設定成0.55~1.0J/cm2係屬重要。
當實施具有上述Ga層形成步驟及氣體層形成步驟之緩衝層破壞步驟後，實施光元件層移設步驟，該光元件層移設步驟是將磊晶基板21從光元件層22剝離，將光元件層22移設至移設基板3。
如圖7所示，此光元件層移設步驟藉將磊晶基板21從移設基板3往背離之方向舉起，可易將磊晶基板21從光元件層22剝離。即，由於藉實施上述Ga層形成步驟及氣體層形成步驟，可於Ga層231與磊晶基板21之間均一地形成有氣體層232，故緩衝層23所作之磊晶基板21與光元件層22之結合功能完全地喪失。因此，藉將磊晶基板21從移設基板3往背離之方向舉起，可易將磊晶基板21從光元件層22剝離。因而，即使於磊晶基板21之表面形成有凹凸時，緩衝層23所作之磊晶基板21與光元件層22之結合功能因形成於Ga層231與磊晶基板21間之氣體層232而完全喪失，故可易將磊晶基板21從光元件層22剝離。
2‧‧‧光元件晶圓
3‧‧‧移設基板
21‧‧‧磊晶基板
21b‧‧‧背面
232‧‧‧氣體層

Claims (2)

  1. 一種舉離方法，是將於磊晶基板之表面藉由由含有Ga之Ga化合物構成之緩衝層而積層有光元件層之光元件晶圓的光元件層移轉至移設基板之方法，其特徵在於包含有：移設基板接合步驟，是藉由接合金屬層將移設基板接合於光元件晶圓之光元件層之表面；緩衝層破壞步驟，是從接合有移設基板之光元件晶圓之磊晶基板之背面側將對磊晶基板具穿透性且對緩衝層具吸收性之波長的脈衝雷射光線照射於緩衝層，以破壞緩衝層；及光元件層移設步驟，是於實施該緩衝層破壞步驟後，將磊晶基板從光元件層剝離，而將光元件層移設至移設基板；該緩衝層破壞步驟具有：Ga層形成步驟，是照射具有第1輸出之脈衝雷射光線而從Ga化合物使Ga析出至磊晶基板與緩衝層之交界面，形成Ga層；氣體層形成步驟，是照射具有高於該第1輸出之第2輸出之脈衝雷射光線，破壞Ga層之正下方之Ga化合物，而於Ga層與磊晶基板間形成氣體層。
  2. 如申請專利範圍第1項之舉離方法，其中具有該第1輸出之脈衝雷射光線設定成能量密度為0.125~0.5J/cm2，具有該第2輸出之脈衝雷射光線設定成能量密度為0.55~1.0J/cm2。
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