專利名稱：制備半導(dǎo)體基板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體基板的制造方法，特別是指一種屬于磊晶成長方式的 高品質(zhì)半導(dǎo)體基板的制造方法。
背景技術(shù)：
參閱圖l，目前用于磊晶成長以氮化鎵為主(gallium nitride-based)材料的發(fā) 光二極管元件所用的半導(dǎo)體基板13，是以磊晶成長并配合激光剝離(Laser Lift-Off) 技術(shù)(參見期刊論文Appl. Phys. Lett" 72(5)， Februaiy, 1998中)所制備。
該半導(dǎo)體基板13的制備過程是先選用碳化硅(SiC)或藍(lán)寶石(a-A1203)為 材料所構(gòu)成的基板作為磊晶基板11，接著利用有機金屬化學(xué)氣相沉積法 (MOCVD)在其上磊晶成長2~10 y m的氮化鎵薄膜12，然后再以氫化物氣相累 積成長方式(HVPE)累積增厚氮化鎵薄膜至預(yù)定厚度(通常是100um以上)而 成該半導(dǎo)體g^反13，最后，禾U用高能量的激光作用在磊晶^^反11與半導(dǎo)體基板 13連結(jié)的界面(如圖中箭號所示)，打斷界面的鍵結(jié)使磊晶基板11與半導(dǎo)體 13相分離，即制得所需的半導(dǎo)體基板13。
上述制備半導(dǎo)體^^反13方法的優(yōu)點在于可以重復(fù)回收使用磊晶基板11，只要 對其施予適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，即可重?fù)使用高成本的碳化硅或藍(lán)寶石基板；但是此 等方法的缺點一來在于磊晶基板11的晶格缺陷會直接向上延伸至所成的半導(dǎo)體基 板13，缺陷密度高達(dá)1011 1012111^2，進而影響以此半導(dǎo)體基板13制備形成的發(fā) 光二極管元件的品質(zhì)，二來，也由于磊晶基板11與半導(dǎo)體基板13連結(jié)界面的鍵 結(jié)能力并不完全均勻一致，所以當(dāng)以激光作用在磊晶SI反U與半導(dǎo)體 13連 結(jié)的界面打斷鍵結(jié)時，同時也#^成界面的損傷，不但降低了半導(dǎo)體基板13的制 程良率，也同時會影響到后續(xù)以此半導(dǎo)體基板13成長制作發(fā)光二極管元件的品質(zhì)。
所以，目前半導(dǎo)體基板B，特別是氮化鎵系半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體基板13的制 造方法，需要加以改善
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在提供一種低成本、高制程良率，并可得到高品質(zhì)的半導(dǎo)體基 板的制造方法。于是，本發(fā)明制備半導(dǎo)體基板的方法，包括一個凸±央形成步驟、一 個橫向磊晶步驟、 一個增厚步驟，及一個分離步驟。
該凸±央形成步驟是自 一塊磊晶 向上形成多數(shù)個呈現(xiàn)間隔散布的凸塊，該每 一個凸塊具有一自該磊晶基板向上形成的墩部，及一自該墩部向上形成的端部。
該橫向磊晶步驟是以橫向磊晶方式，自該多數(shù)個凸塊的端部形成一層連接該多 數(shù)個凸±央端部，并與該磊晶基板、多數(shù)個凸塊的墩部共同界定一個空間的基礎(chǔ)層。
該增厚步驟是累積增厚該基礎(chǔ)層至預(yù)定厚度而成該塊半導(dǎo)體基板。
該分離步驟是自該空間破壞該多數(shù)個凸塊的墩部，使該±央磊晶基板與該塊半導(dǎo) 體基板分離，而制得該半導(dǎo)體基板。
本發(fā)明的功效在于該i央磊晶基板與半導(dǎo)體M之間，僅以多數(shù)墩部相連接并 具有一個空間，而可借此空間以低成本、易控制且在商業(yè)上大量被使用的濕蝕刻技 術(shù)來破壞多數(shù)個墩部，進而分離制得無損傷的半導(dǎo)體基板，或者，利用激光來破壞 多數(shù)個墩部時，也會因需破壞的鍵結(jié)處僅對應(yīng)在該等墩部上，不但在成本上較現(xiàn)有 的激光剝離來得低且良率較高。


圖1是一流程圖，說明現(xiàn)有禾傭激光剝離技術(shù)制備半導(dǎo)體基板的方法；
圖2是一剖視示意圖，說明本發(fā)明制備半導(dǎo)體基板的方法的一第一較佳實施例
中，在一±央磊晶基板上形成一層晶種層；
圖3是一剖視示意圖，說明本發(fā)明制備半導(dǎo)體基板的方法的一第一較佳實施例 中，在一層晶種層上形成多數(shù)個個島狀凸塊；
圖4是一剖視示意圖，說明本發(fā)明制備半導(dǎo)體基板的方法的一第一較佳實施例 中，在多數(shù)個島狀凸塊上形成一層包覆該等凸塊的阻障層；
圖5是一剖視示意圖，說明本發(fā)明制備半導(dǎo)體^^反的方法的一第一較佳實施例 中，自包覆于島狀凸塊的阻障層進行橫向磊晶成長而形成一層基礎(chǔ)層；
圖6是一剖視示意圖，說明本發(fā)明制備半導(dǎo)體基板的方法的一第一較佳實施例 中，累積增厚該層基礎(chǔ)層成一塊半導(dǎo)體基板；
圖7是一剖視示意圖，說明本發(fā)明制備半導(dǎo)體基板的方法的一第一較佳實施例 中，分離該塊磊晶基板而審幌該塊半導(dǎo)體基板；圖8是一剖視示意圖，說明本發(fā)明制備半導(dǎo)體S^反的方法的一第二較佳實施例 中，在一塊磊晶基板上形成一層低溫層后，酉S合改變氣氛與溫度而將該層低溫層轉(zhuǎn) 形成多數(shù)個島狀凸塊；圖9是一剖視示意圖，說明本發(fā)明制備半導(dǎo)體基板的方法的一第二較佳實施例中，在多數(shù)個島狀凸塊上形成一層包覆該等凸塊的阻障層；圖IO是一剖視示意圖，說明本發(fā)明制備半導(dǎo)體基板的方法的一第二較佳實施例 中，自包覆于島狀凸塊的阻障層進行橫向磊晶成長成一層基礎(chǔ)層；圖11是一剖視示意圖，說明本發(fā)明制備半導(dǎo)體基板的方法的一第二較佳實施例 中，累積增厚該層基礎(chǔ)層成一塊半導(dǎo)體基板；圖12是一剖視示意圖，說明本發(fā)明制備半導(dǎo)體基板的方法的一第二較佳實施例 中，分離該±央磊晶基板而得到該塊半導(dǎo)體基板。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進fiH^細(xì)說明本發(fā)明制備半導(dǎo)體基板47的方法的一第一較佳實施例，特別適用制備用于磊晶成長以氮化鎵為主的材料的發(fā)光二極管元件所用的半導(dǎo)體基板47。參閱圖2，首先將一藍(lán)寶石(a-Al203)材料構(gòu)成的磊晶基板41置入一反應(yīng)器的 承載盤(圖未示)，接著加熱承載盤至60(TC，繼而于反應(yīng)器中通入硅烷(SiH4，流 量為40sccm)和氨氣(NH3，流量為40slm)，使硅烷與氨經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)在該磊晶 基板41表面生成一層厚度大于lA的氮化硅晶種層42 (seed layer)，然后，通入氫 氣并升高溫度至1100°C，進行該塊磊晶基板41和晶種層42的高溫退火處理 (annealing)。參閱圖3，接著降溫至80(TC的成長溫度，以流量50 sccm通入三甲基鎵 (Trimethylgallium， TMGa(g)，即含有鎵的有機金屬氣體)與分壓20 slm的氨氣， 并同時以流量0.5 sccm通入硅烷，而在該層晶種層42上成長多數(shù)個成間隔分布的島 狀氮化鎵凸塊43 ，該每一凸塊43具有一 自該晶種層42向上磊晶形成的墩部431 ， 及一自該墩部431更向上形成的端部432。需說明的是，若此步驟進行中未通入硅烷 時，仍可生成該等凸塊43，但生成的凸塊43的高寬比會斷氐。參閱圖4，然后再于反應(yīng)器中以流量40sccm通入硅烷，并維持氨氣的供應(yīng)，使 硅烷與氨在該等凸塊43表面形成一層厚度大于1A的氮化硅的阻障層44，而使得該多數(shù)個島狀凸塊43被該氮化硅的阻障層44所包覆。參閱圖5，接著在約100(TC的溫度下，以流量120sccm通入三甲基鎵與分壓20 slm的氨氣，自上述包覆于島狀凸塊43的阻障層44對應(yīng)于凸塊43端部432的區(qū)±或， 如圖中所示的箭頭方向進行橫向磊晶成長，而形成一層將該多數(shù)個凸塊43端部432 連接起來并與該嘉晶基板41 、多數(shù)個凸塊43的墩部431共同界定一個空間46的基 礎(chǔ)層45，并持續(xù)成長該基礎(chǔ)層45厚度至3阿以上，使該磊晶新生成的基礎(chǔ)層45 具有足夠的結(jié)構(gòu)強度。參閱圖6，繼續(xù)磊晶增厚該基礎(chǔ)層45至預(yù)定厚度(通常大于lOO)tim)，即制得 可實際進行后續(xù)運用的半導(dǎo)體基板47。由于自凸塊43端部432進行橫向磊晶成長時，可以降低自該磊晶基板41或晶 種層42的晶格缺陷直接向上延伸至該基礎(chǔ)層45，因此所成的基礎(chǔ)層45以及增厚成 的半導(dǎo)體 47，其缺陷密度約僅為106^108 pm—2，因而可大幅提升以此半導(dǎo)體基 板47所制備形成的發(fā)光二極管元件的品質(zhì)。參閱圖7，最后，破壞該多數(shù)個凸塊43的墩部431使該磊晶基板41與該半導(dǎo)體 ^!反47分離，艮卩制得該半導(dǎo)體^t反47。較佳地，此步驟可以濕蝕刻方式來破壞該等 墩部431而使該磊晶SI反41與該半導(dǎo)體鎌47分離，因為蝕刻液可快速地自空間 46中滲入，進而蝕亥幡除該等墩部431，而適用的蝕刻液有氫氧化鉀溶液、鹽酸溶 液、磷酸溶液或王水等，且，當(dāng)以濕蝕刻方式移除該等墩部431時，界面自然會因 蝕刻而形成奈米級粗糙面，便于進行后續(xù)其它元件的成長過程。另外，此步驟也可以應(yīng)用激光剝離技術(shù)來破壞該等墩部431而使該磊晶基板41 與半導(dǎo)體 47相分離，而由于需破壞的界面ft^應(yīng)在于該等墩部431，因此不但 在施作成本上較現(xiàn)有來得低，同時因為需要破壞的鍵結(jié)相對減少而可進一步提升施 作良率，進而獲得較高品質(zhì)的半導(dǎo)體Sfe47。需要另外說明的是，在本例中，形成該晶種層42的步驟以及形成該阻障層的步 驟均可省略，并不會對所制備出的半導(dǎo)體基板47產(chǎn)生重大的品質(zhì)影響，借以簡化制 程、降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明帝恪半導(dǎo)體基板的方法的一第二較佳實施例，是與上例相似，用于制備 半導(dǎo)體基板47。參閱圖8，首先選用藍(lán)寶石為磊晶基板41，并在反應(yīng)器中以60(TC的成長^it和 氨氣分壓20 slm下，于其表面覆蓋式地成長一層由氮化鎵系材料所成的低溫層48，接著升高^u^至95(TC，且控制NH3氣體分壓在6 slm，使成長的低溫層48因為氣 氛轉(zhuǎn)變與溫度改變而改變型態(tài)，進而形成多數(shù)個間隔散布的島狀凸塊43,且類似地， 該每一凸塊43具有一與磊晶基板41表面連接的墩部431，及一自該墩部431更向上 形成的端部432。參閱圖9，繼而于反應(yīng)器中通入硅烷(流量為40sccm)，同時維持氨氣的供應(yīng)， 而在該等凸塊43上及二凸塊43間的基豐反41上形成一層厚度大于1A并包覆該等凸 塊43的氮化硅的阻障層44。參閱圖10，然后在100(TC的溫度下，通入流量120 sccm的三甲基鎵與分壓20 slm 的氨氣，自上述包覆于島狀凸塊43的阻障層44對應(yīng)于凸塊43端部432的區(qū)域，如 圖中所示的箭頭方向進行橫向磊晶成長，而形成一將該多數(shù)個凸塊43端部432連接 起來并與該磊晶基板41、多數(shù)個凸塊43的墩部432共同界定一空間46的基礎(chǔ)層45， 并持續(xù)成長該基礎(chǔ)層45厚度至3 ,以上，使該磊晶新生成的基礎(chǔ)層45具有足夠的 結(jié)構(gòu)強度。參閱圖11，再繼續(xù)磊晶增厚該基礎(chǔ)層45至預(yù)定厚度(通常大于100,)，而 制得可實際進行后續(xù)運用的半導(dǎo)體基板47。參閱圖12，最后破壞該多數(shù)個凸塊43的墩部432使該磊晶基板41與該半導(dǎo)體 基板47分離，即制得該半導(dǎo)體基板47;類似地，此步驟可以濕蝕刻方式或是以激光 剝離技術(shù)進行，由于過程皆與上例所述類似，在此不再重復(fù)贅述。而需要說明的是，在本例中，也可以在磊晶基板41上先形成一層晶種層后再形 成島狀凸塊43。且類似地，形成該阻障層44的步驟也可省略，借以簡化制程、降低 生產(chǎn)成本。歸納上述，本發(fā)明制備半導(dǎo)體基板47的方法，主要是在磊晶基板41上形成多 數(shù)個島狀凸塊43，再利用橫向磊晶成長的方式形成基礎(chǔ)層45，然后增厚該基礎(chǔ)層45 至足夠厚度成半導(dǎo)體繊47后，即可禾,激光剝離或濕蝕亥仿式破壞該等凸塊43 以分離磊晶基板41 ，制得半導(dǎo)體基板47，由于自凸塊43以橫向磊晶成長方式形成 基礎(chǔ)層45時，可以降低來自于該磊晶基板41或晶種層42的晶格缺陷直接向上延伸 的機率，因此可以大幅斷氐所成的半導(dǎo)體翻47的缺陷密度至約106 108 Mm'2，因 而可大幅提升以此半導(dǎo)體基板47所帝ij備形成的發(fā)光二極管元件的品質(zhì)。再者，由于基于此等以多數(shù)個凸塊43及其中空間46的層體，因此在以現(xiàn)有激 光剝離方式破壞該等凸塊43 ，使該磊晶基板41與該半導(dǎo)體基板47分離而取得該半導(dǎo)體基板47時，由于需破壞的界面!觀應(yīng)在于該等凸塊43，因此不但在施作成本上 較現(xiàn)有來得低，同時因為需要破壞的鍵結(jié)相對減少而可進一步提升施作良率，獲得
較高品質(zhì)的半導(dǎo)體 47;此外，亦可以用業(yè)界熟悉的濕蝕刻方式，行，不但在 施作成本上可以大幅斷氏，同時也可以使制得的半導(dǎo)體基板47界面因蝕刻而形成自 然的奈米級粗糙面，便于進行后續(xù)例如其它元件的磊晶成長制程，確實達(dá)到本發(fā)明 的創(chuàng)作目的。
權(quán)利要求
1.一種制備半導(dǎo)體基板的方法，其特征在于該方法包括一個凸塊形成步驟，是自一塊磊晶基板向上形成多數(shù)個呈現(xiàn)間隔散布的凸塊，且該每一凸塊具有一自該磊晶基板向上形成的墩部，及一自該墩部向上形成的端部；一個橫向磊晶步驟，是以橫向磊晶方式自該多數(shù)個凸塊的端部形成一層連接該多數(shù)個凸塊端部并與該磊晶基板、多數(shù)個凸塊的墩部共同界定一個空間的基礎(chǔ)層；一個增厚步驟，是累積增厚該層基礎(chǔ)層至預(yù)定厚度而成該半導(dǎo)體基板；及一個分離步驟，是破壞該多數(shù)個凸塊的墩部使該磊晶基板與該半導(dǎo)體基板分離，制得該半導(dǎo)體基板。
2. 如權(quán)禾崾求l所述的制備半導(dǎo)體基板的方法，其特征在于該凸塊形成步驟是先 在該磊晶基板表面形成一層晶格常數(shù)同時與該磊晶基板與該凸塊不相匹配的晶 種層，再自該晶種層向上形成該多數(shù)個呈現(xiàn)間隔散布的凸塊。
3. 如權(quán)利要^2所述的制備半導(dǎo)體基板的方法，其特征在于該凸塊形成步驟在形成該多數(shù)個呈現(xiàn)間隔散布的凸塊后，于該每一凸i央表面形成一層晶格常數(shù)與該多數(shù)個凸塊不相匹配的阻障層。
4. 如權(quán)利要彩所述的制備半導(dǎo)體基板的方法，其特征在于該磊晶基板的材料是 選自于藍(lán)寶石、碳化硅、氧化鋅、氮化鋁，或硅，且該凸塊、基礎(chǔ)層是以氮化鎵 系列為主的材料所構(gòu)成，其中，該氮化鎵系列為主的材料的化學(xué)式是AlxInyGai.x.yN， x^0， y^0， l-x-y>0，同時，該緩沖層與該阻障層是分別由氮化 硅為材料構(gòu)成。
5. 如權(quán)利要求4所述的制備半導(dǎo)體基板的方法，其特征在于構(gòu)成該緩沖層與阻障 層的氮化硅是以硅烷與氨氣反應(yīng)生成。
6. 如權(quán)利要求1跑所述的制備半導(dǎo)體S^反的方法，其特征在于該凸±央形成步驟是 以有機金屬化學(xué)氣相沉積法以氨氣與含鎵的有機金屬氣體形成該多數(shù)個凸塊。
7. 如權(quán)利要求6所述的制備半導(dǎo)體基板的方法，其特征在于該凸塊形成步驟是先在50(TC 70(TC下生成一層以氮化鎵為材料構(gòu)成的低溫層，接著升高溫度至900 °C~1100°C，并控制氨氣的分壓低于生成該層低溫層時的氨氣分壓，而使該層低 溫層轉(zhuǎn)成該多數(shù)個凸塊。
8. 如權(quán)利要求l跑所述的制備半導(dǎo)體基板的方法，其特征在于該橫向磊晶步驟是在大于90(TC的溫度下，以氨氣以及含鎵的有機金屬氣體由該多數(shù)個凸塊的端部進行橫向磊晶。
9. 如權(quán)利要求l或4所述的制備半導(dǎo)體^l反的方法，其特征在于該增厚步驟是以氫化物氣相累積成長方式進行該基礎(chǔ)層的增厚。
10. 如權(quán)禾腰求l或4所述的制備半導(dǎo)體^l及的方法，其特征在于該分離步驟是以濕 蝕刻方式自該空間蝕刻移除該多數(shù)個墩部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備氮化鎵系半導(dǎo)體基板的方法，其步驟是先自磊晶基板向上形成多數(shù)個間隔散布的凸塊，然后以橫向磊晶方式自多數(shù)個凸塊端部形成連接該多數(shù)個凸塊端部并與磊晶基板、多數(shù)個凸塊墩部共同界定出空間的基礎(chǔ)層，接著累積增厚而成所需的半導(dǎo)體基板，最后破壞該多數(shù)個凸塊墩部，即可分離制得半導(dǎo)體基板，由于本發(fā)明借由多數(shù)個凸塊形成具有孔洞結(jié)構(gòu)的層體來制造半導(dǎo)體基板，因此可以避免磊晶基板的晶格缺陷延伸而獲得高品質(zhì)的半導(dǎo)體基板，同時可降低分離磊晶基板時的制程成本并增加整體制程良率。
文檔編號H01L33/00GK101308780SQ20071010179
公開日2008年11月19日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者陳政權(quán) 申請人:新世紀(jì)光電股份有限公司