专利名称：衬底构造体及其移除方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制造方法；尤其涉及一种移除衬底构造体的方法。
背景技术：
现有技术不乏有揭示如何移除衬底的。举例而言，美国专利第6648996 号以及第7169227号分别揭示一种氮化镓芯片的制造方法，其衬底材料为铝 酸锂(LiA102)。此铝酸锂衬底的厚度约为430 mm，以湿蚀刻(Wet Etch)的方 式进行移除，但需要约数天才能移除完毕(一般室温下酸蚀刻铝酸锂的速率约 为每分钟15~35 mn)，效率不高。此外，单纯以湿ti刻方式进行衬底移除， 会有不均匀的问题。
另外，美国专利第6218280号曾提到以机械力量剥开(peds off)铝酸锂衬 底，此种方法合格率不高、易碎裂。同篇专利也曾提到单纯以湿蚀刻方式进 行衬底移除，然而也会有衬底移除效率不高且不均匀等问题。
此外，美国专利公开第2007/0141814号揭示的^"底移除方法，有单纯的 湿蚀刻、干蚀刻、机械抛光、化学机械抛光等。这些方法都会有移除效率不 高、不均匀、或易裂等缺点。美国专利第6740604号提到一种垂直式的发光 元件，其以激光打在衬底和元件间的界面上，以分离衬底。如此的分离方式 设备昂贵，且外延层厚度过大会有翘曲问题。
美国专利第6071795号揭示一种利用激光分离^f底与氮化镓层的方法， 其在衬底和氮化镓层之间形成低温缓冲层，以吸收^f底和氮化镓层间的不匹 配。当激光打在衬底上时，低温缓冲层因为最脆弱，故会从低温缓冲层裂开， 而分离衬底与氮化镓层。如此的分离方式设备昂贵，且外延层厚度过大会有 翘曲问题。综上所述，有必要提出一种移除衬底构造体的方法，能改善上述 现有技术的缺点。
发明内容
本发明的目的之一，在于提出一种移除衬底构造体的方法，改善现有技 术的缺点。
本发明的另一目的，在于提出一种衬底构造体，其可用于实现上述移除 衬底构造体的方法。
为达上述目的，本发明揭示一种移除衬底构造体的方法，包括在衬底 上，以微影蚀刻方式，制作多个柱状体；在该多个柱状体上，成长三族氮化 物半导体层；以及以化学蚀刻方式，蚀刻该多个柱状体，使该三族氮化物半 导体层与该衬底分离。
在所述的移除衬底构造体的方法中，该三族氮化物半导体层的成长方 法，是氢化物气相外延法、金属有机化学气相沉积法、或分子束外延法。
在所述的移除衬底构造体的方法中，以化学蚀刻方式，蚀刻该多个柱状 体的步骤，是利用蚀刻液进行。
在所述的移除衬底构造体的方法中，该蚀刻液是含水硫酸、磷酸、盐酸 或其组合。
为达上述目的，本发明还揭示一种移除衬底构造体的方法，包括在衬底 上，以微影蚀刻方式，制作多个柱状体；在多个柱状体上，成长三族氮化物 半导体元件层；在三族氮化物半导体元件层上，形成金属镜面层；在金属镜 面层上，形成导电材料层；以化学蚀刻方式，蚀刻多个柱状体，使三族氮化 物半导体元件层与衬底分离，而得垂直式发光元件，其中垂直式发光元件包 括三族氮化物半导体元件层、金属镜面层以及导电材料层。
本发明利用多个柱状体间的空隙可大幅增加蚀刻反应面积，因此本发明 提出的方法可加强蚀刻分离半导体层与衬底的效率，也可降低制造方法上的 花费。
本发明也提供一种衬底构造体，包括衬底以及多个柱状体。这些多个柱 状体，以微影蚀刻方式，制作在衬底上。这些多个柱状体上可成长三族氮化 物半导体层。
在所述的衬底构造体中，该三族氮化物半导体层的成长方法，是氢化物
气相外延法、金属有机化学气相沉积法、或分子束外延法。
在所述的衬底构造体中，衬底的材料是铝酸锂或镓酸锂。本发明还提供一种衬底构造体，包括衬底以及多个柱状体，以微影蚀 刻方式，制作在该衬底上，其中该多个柱状体上可成长三族氮化物半导体元 件层。
在所述的衬底构造体中，衬底的材料是铝酸锂或镓酸锂。 本发明蚀刻容易，且不需高温，可减少对三族氮化物半导体层的伤害。
图1为根据本发明第一优选实施例， 一种移除净寸底构造体的方法流程示 意图2为根据本发明第二优选实施例， 一种移除净寸底构造体的方法流程示 意图3为图1流程进行时各剖面结构的示意图4为图2流程进行时各剖面结构的示意图；以及 图5为图4下， 一种垂直式发光元件发光示意图。
其中，附图标记说明如下
303、 304、 308、 309步骤 403、 405、 406、 407、 410、 408、 101衬底 103柱状体
105三族氮化物半导体元件层 106金属镜面层
409步骤 102掩模
104三》矣氮化物半导体层 107导电材料层
具体实施例方式
本发明在此所探讨的方向为一种半导体制造方 去。为了能彻底地了解本 发明，将在下列的描述中提出详尽的结构元件。显然地，本发明的施行并未 限定光源模块的技术人员所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的元件并 未描述在细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的优选实施例会 详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其 他的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以随后的权力要求为准。
6图1为根据本发明第一优选实施例， 一种移除^f底构造体的方法流程示
意图。图3为图1流程进行时，各剖面结构的示意图。请参阅图3箭头以上 及图1，在步骤303，在衬底101上，以微影蚀刻方式，制作多个柱状体103。 这也是一种将衬底101图案化的步骤。关于柱状体，仅是举例而已，任何可 以在衬底101上增加表面积的几何形状，皆不脱离本发明的精神与范围。衬 底101的材料，可以是铝酸锂(LiA102)或镓酸锂(LiGa02)。
请参阅图3箭头以上，依上述光掩模，所制得的掩模(mask)102，位于衬 底101上。在进行上述蚀刻之后，会留下多个柱状体103。随后，会移除掩 模102。
请一并参阅图1及图3箭头以下，在步骤304，在多个柱状体103上， 成长三族氮化物半导体层104。此三族氮化物半导体层104，可以是氮化镓 层、氮化铝层、氮化铟层或氮化铝镓铟等。三族氮化物半导体层104的成长 方法，可以是氢化物气相外延法(HVPE)、金属有机化学气相沉积法 (MOCVD)、或分子束外延法(MBE)。
在步骤308，以化学蚀刻方式，蚀刻多个柱状体103，使三族氮化物半 导体层104与衬底101分离，而得独立三族氮化物半导体层104，见步骤309。 所谓化学蚀刻方式，可以是将衬底101、多个柱状体103以及三族氮化物半 导体层104整个结构，浸泡在蚀刻液a中。该蚀刻液a可以是含水硫酸、磷 酸、盐酸或其组合(例如磷酸加含水硫酸)。此时，由于湿式蚀刻是一种各向 异性蚀刻，蚀刻液a会横向地流入多个柱状体103之间的空隙。在蚀刻过程 中，由于柱状体103很细，因此会从多个柱状体103处开始被蚀断，以分离 三族氮化物半导体层104与衬底101。此时，被蚀刻后的多个柱状体103可 能残留于三族氮化物半导体层104与衬底101上。
如果没有多个柱状体103，而只在衬底101上成长三族氮化物半导体层 104，则随后利用蚀刻液进行蚀刻时，如果要使衬底101完全离开三族氮化 物半导体层104，会需要很长的蚀刻时间。
本发明利用多个柱状体间的空隙，大幅增加蚀刻反应面积。因此，本发 明提出的方法，可提高蚀刻分离半导体层与衬底的效率，也可降低制造方法 上的花费，完成三族氮化物材料独立衬底。
图2为根据本发明第二优选实施例， 一种移除^f底构造体的方法流程示意图。图4为图2流程进行时，各剖面结构的示意图。请参阅图4箭头以上 及图2，在步骤403，在衬底101上，以微影蚀刻方式，制作多个柱状体103。 这也是一种将衬底101图案化的步骤。关于柱状体，^l是举例而已，任何可 以在衬底101上增加表面积的几何形状，皆不脱离本发明之精神与范围。衬 底101的材料，可以是铝酸锂(LiA102)或镓酸锂(LiGa02)。
请参阅图4箭头以上，依上述光掩模，所制得的掩模102，位于衬底101 上。在进行上述蚀刻之后，会留下多个柱状体103。随后，会移除掩模102。
请一并参阅图2及图4箭头以下，在步骤405，在多个柱状体103上， 成长三族氮化物半导体元件层105。此三族氮化物半导体元件层105，可包 括N层、量子阱层(quantumwelllayer)、 P层。
在步骤406，在三族氮化物半导体元件层105上，形成金属镜面层106。 在步骤407，在金属镜面层106上，形成导电材料层107。导电材料层107 的形成方法，可以是沉积、化镀、电镀、接合(bonding)等方法。
在步骤408，以化学蚀刻方式，蚀刻多个柱状体103，使三族氮化物半 导体元件层105与衬底101分离，而得垂直式发光元件，见步骤409。
所谓化学蚀刻方式，可以是将衬底101、多个柱状体103、三族氮化物 半导体元件层105、金属镜面层106及导电材料层107整个结构，浸泡在蚀 刻液a中。该蚀刻液a可以是含水硫酸、磷酸、盐酸或其组合(例如磷酸加含 水硫酸)。此时，由于湿式蚀刻是一种各向异性蚀刻，蚀刻液a会横向地流入 多个柱状体103之间的空隙。在蚀刻过程中，由于柱状体103很细，因此会 从多个柱状体103处开始被蚀断，以分离三族氮化tl半导体元件层105与衬 底101。此时，被蚀刻后的多个柱状体103可能残留于三族氮化物半导体元 件层105与衬底101上。
如果没有多个柱状体103，而只在衬底101上成长三族氮化物半导体元 件层105、金属镜面层106及导电材料层107，则随后利用蚀刻液进行蚀刻 时，如果要使衬底101完全离开三族氮化物半导体元件层105，会需要很长
本发明利用多个柱状体间的空隙，大幅增加蚀刻反应面积。因此，本发 明提出的方法，可提高蚀刻分离半导体层与衬底的^[率，也可降低制造方法 上的花费。
8图5为根据本发明图4箭头以下， 一种垂直式发光元件发光示意图。将
上述三族氮化物半导体元件层105倒过来看，并参阅图5及图4最下，垂直 式发光元件由上而下，可包括三族氮化物半导体元件层105、金属镜面层106、 及导电材料层107。
请参阅图4箭头以下及图2，在蚀刻多个柱状{本103之前，可在导电材 料层107夕卜，形成蚀刻保护层，见步骤410。不过，这个步骤也可以省略， 因为柱状体103相对于导电材料层而言，前者是很S危弱的。只要是遇到有水 气的环境，柱状体103就可能被蚀刻，这种情形就是一种受潮的现象。
以铝酸锂做为柱状体103的材料为例，它的氧原子很容易跟水结合，使 得其原本的键结被切断。应注意的是， 一般而言，t虫刻液都含有水，所以很 容易对柱状体103进行蚀刻。据此，即使没有保护层，随后所得到的垂直式 发光元件，最多也只会被少许蚀刻(可能是数微米而已)，不会伤害到发光元 件内的量子阱层(quantum well layer),由于导电材料层107的厚度相对较厚， 被蚀刻的厚度亦相对较薄。
相对而言，柱状体103的厚度可以只有约3-4微米，而且柱状体103之 间存在有空隙，蚀刻液a可流入多个柱状体103之间的空隙，其只需要几分 钟，多个柱状体103就会从三族氮化物半导体元件层105下被完全分离。
本发明可以有至少下列优点
1. 本发明利用多个柱状体间的空隙可大幅增加fefi刻反应面积，因此本发 明提出的方法可加强蚀刻分离半导体层与衬底的效率，也可降低制造方法上 的花费。
2. 衬底分离速率快，且均匀程度高，无须后续 旭光制造方法(CMP)或过 度蚀刻(Over Etching)制造方法。
3. 无需昂贵激光分离设备，且衬底可回收再利用，节省成本。
4. 本发明蚀刻容易，且不需高温，可减少对三族氮化物半导体层的伤害。 应注意的是，室温下一般酸蚀刻速率约为30nm/min。以厚度约为430 um的 衬底而言，现有技术需要蚀刻数天才能蚀刻完全。如果增加温度来提高蚀刻 率，会伤害三族氮化物半导体层，并不足采纳。
虽然本发明已经以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明。 任何本领域的技术人员，所作各种更动或修正，仍属本发明的精神和范围。本发明的保护范围，视所附的权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种移除衬底构造体的方法，包括在衬底上，以微影蚀刻方式，制作多个柱状体；在该多个柱状体上，成长三族氮化物半导体层；以及以化学蚀刻方式，蚀刻该多个柱状体，使该三族氮化物半导体层与该衬底分离。
2. 如权利要求1所述的移除衬底构造体的方法，其中该三族氮化物半导 体层的成长方法，是氢化物气相外延法、金属有机化学气相沉积法、或分子 束外延法。
3. 如权利要求1所述的移除衬底构造体的方法，其中以化学蚀刻方式， 蚀刻该多个柱状体的步骤，是利用蚀刻液进行。
4. 如权利要求3所述的移除衬底构造体的方法，其中该蚀刻液是含水硫 酸、磷酸、盐酸或其组合。
5. —种移除衬底构造体的方法，包括 在衬底上，以微影蚀刻方式，制作多个柱状体； 在该多个柱状体上，成长三族氮化物半导体元件层； 在该三族氮化物半导体元件层上，形成金属镜面层； 该金属镜面层上，形成导电材料层；以及以化学蚀刻方式，蚀刻该多个柱状体，使该三族氮化物半导体元件层与 该衬底分离，而得垂直式发光元件。
6. 如权利要求5所述的移除衬底构造体的方法，其中该垂直式发光元件 包括该三族氮化物半导体元件层、该金属镜面层以及该导电材料层。
7. —种衬底构造体，包括 衬底；以及多个柱状体，以微影蚀刻方式，制作在该衬底上，其中该多个柱状体上 可成长三族氮化物半导体层。
8. 如权利要求7所述的衬底构造体，其中该三族氮化物半导体层的成长 方法，是氢化物气相外延法、金属有机化学气相沉积法、或分子束外延法。
9. 如权利要求7所述的衬底构造体，其中衬底的材料是铝酸锂或镓酸锂。
10. —种衬底构造体，包括 衬底；以及多个柱状体，以微影蚀刻方式，制作在该衬底上，其中该多个柱状体上 可成长三族氮化物半导体元件层。
11. 如权利要求IO所述的衬底构造体，其中衬底的材料是铝酸锂或镓酸锂。
全文摘要
一种衬底构造体及移除衬底构造体的方法，是在衬底上，以微影蚀刻方式，制作多个柱状体。在多个柱状体上，成长三族氮化物半导体层。以化学蚀刻方式，蚀刻多个柱状体，使该三族氮化物半导体层与该衬底分离。通过多个柱状体间的空隙可大幅增加蚀刻反应面积，可加强蚀刻分离半导体层与衬底的效率，降低制造方法上的花费。
文档编号H01L21/00GK101635250SQ20081013452
公开日2010年1月27日 申请日期2008年7月25日 优先权日2008年7月25日
发明者涂博闵, 詹世雄, 黄世晟 申请人:先进开发光电股份有限公司