專利名稱：半導體結構及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體結構，尤其涉及一種抗翹曲的半導體結構及其制造方法。
背景技術：
在進行發(fā)光二極管(LED)磊晶時，例如在藍寶石晶圓(sapphirewafer)上磊晶形成發(fā)光二極管堆疊結構時，由于彼此之間的熱膨脹系數(shù)與晶格常數(shù)均不同，故，在高低變溫的磊晶過程中，極易造成發(fā)光二極管晶片翹曲變形，造成元件波長不均一，在晶粒制程 (chipping process)中出現(xiàn)對位誤差，產生良率損失。尤其未來在大尺寸(彡3”)藍寶石晶圓上磊晶成長發(fā)光二極管所造成的晶圓翹曲(wafer bowing)將更顯嚴重。目前，解決晶圓翹曲的方法包括在磊晶前直接在藍寶石晶圓表面或其背面進行蝕刻或沉積制程，以制作出凹槽或凸出物，之后，再進行磊晶，以減少晶圓翹曲。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一實施例，提供一種半導體結構，包括一基板；一個或多個半導體元件層，形成于該基板上；以及一個或多個晶格破壞區(qū)，形成于該基板表面，位于該等半導體元件層之間。本發(fā)明的一實施例，提供一種半導體結構的制造方法，包括提供一基板；形成一個或多個第一罩幕于該基板上；對該基板進行一表面處理程序，以于該基板表面形成一個或多個晶格破壞區(qū)；移除該等第一罩幕；以及形成一個或多個半導體元件層于該基板上， 位于該等晶格破壞區(qū)之間。本發(fā)明利用離子布植(ion implantation)或熱擴散(thermaldiffusion)等方式并配合圖案化罩幕對例如藍寶石(Al2O3)的基板進行表面處理，破壞其晶格鍵結。當基板的表面晶格鍵結遭破壞后，即可進行磊晶。值得注意的是，該斷鍵處無法進行磊晶，而未經處理的表面區(qū)域則可進行磊晶。如此，可有效減少磊晶片在磊晶成長半導體元件層過程中所產生的應力。此外，利用此表面處理方式也可形成不同形狀的半導體元件層。本發(fā)明應用在大尺寸(》3”)晶圓上的磊晶時，尤其可減少應力形變，致增加半導體元件例如發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光波長均一性，達到增加良率產出的目的。為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合附圖作詳細說明如下


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實施例，示出一種半導體結構。圖2A 2B是根據(jù)本發(fā)明的一實施例，示出一種半導體結構的制造方法。圖3A ;3B是根據(jù)本發(fā)明的一實施例，示出一種半導體結構的制造方法。圖4A 4B是根據(jù)本發(fā)明的一實施例，示出一種半導體結構的制造方法。圖5A 5B是根據(jù)本發(fā)明的一實施例，示出一種半導體結構的制造方法。
圖6A 6B是根據(jù)本發(fā)明的一實施例，示出一種半導體結構的制造方法。主要元件符號說明10 半導體結構；12 基板；13 第一罩幕；13’ 第二罩幕；14 半導體元件層；16、16， 晶格破壞區(qū)；18 N-型半導體層；20 主動層；22 P-型半導體層；24 表面處理程序。
具體實施例方式請參閱圖1，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，說明一種半導體結構。半導體結構10包括一基板12、一個或多個半導體元件層14以及一個或多個晶格破壞區(qū)16。半導體元件層14形成于基板12上。晶格破壞區(qū)16形成于基板12表面，位于半導體元件層14之間?；?2可為一藍寶石(sapphire)基板。半導體元件層14可包括發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)或雷射二極管 (laser diode, LD)結構層，其結構例如可由一 N-型半導體層18、一主動層20與一 P-型半導體層22所構成，如第1圖所示。半導體元件層14可包括各種形狀，例如多邊形，六邊形。晶格破壞區(qū)16可定義為一晶格鍵結斷裂的區(qū)域。在一實施例中，當基板12選用一藍寶石(Al2O3)基板時，其部分表面的鋁-氧(Al-O)鍵經表面處理致斷裂后，該部分表面即形成所謂的晶格破壞區(qū)16。晶格破壞區(qū)16的寬度大體介于5 40 μ m。半導體結構10還包括一個或多個緩沖層(未示出)，形成于半導體元件層14與基板12之間。上述緩沖層可包括氮化鋁(AlN)或氮化鎵鋁(AlxGa1^xN) (0 < χ < 1)。請參閱圖2Α 2Β，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，說明一種半導體結構的制造方法。首先，如圖2Α所示，提供一基板12。接著，形成一個或多個第一罩幕13于基板12上。之后， 對基板12進行一表面處理程序24，以于基板12表面形成一個或多個晶格破壞區(qū)16。待移除第一罩幕13后，形成一個或多個半導體元件層14于基板12上，位于晶格破壞區(qū)16之間， 如圖2Β所示?；?2可為一藍寶石(sapphire)基板。第一罩幕13的寬度大體介于5 40 μ m。第一罩幕可為介電層、金屬層或光阻層。表面處理程序M可包括離子布植(ion implantation)制程，例如電漿浸沒 (plasma immersion)離子布植制程，或熱擴散(thermal diffusion)制程。在一實施例中， 離子布植制程的能量可小于或等于5kV。晶格破壞區(qū)16可定義為一晶格鍵結斷裂的區(qū)域。在一實施例中，當基板12選用一藍寶石(Al2O3)基板時，其部分表面的鋁-氧(A1-0)鍵經表面處理(例如離子布植制程) 致斷裂后，該部分表面即形成所謂的晶格破壞區(qū)16。晶格破壞區(qū)16的寬度大體介于5 40m。在一實施例中，當離子布植制程所提供的能量較小時，例如小于或等于5kV，則在進行表面處理程序M時，其上覆蓋有第一罩幕13的基板12表面會因該具有足夠厚度的第一罩幕13而使其表面晶格排列不致遭受破壞而利于后續(xù)半導體元件層14磊晶形成于其上，反之，未覆蓋有第一罩幕13的基板12表面則因其表面晶格排列遭受破壞而形成所謂的晶格破壞區(qū)16，如圖2A所示。半導體元件層14可包括發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)或雷射二極管 (laser diode，LD)，其結構例如可由一 N-型半導體層18、一主動層20與一 P-型半導體層 22所構成，如圖2B所示。半導體元件層14可包括各種形狀，例如多邊形。本發(fā)明半導體結構的制造方法還包括藉由例如磊晶法形成一個或多個緩沖層 (未示出)于半導體元件層14與基板12之間。上述緩沖層可包括氮化鋁或氮化鎵鋁。請參閱圖3A 3B，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，說明一種半導體結構的制造方法。首先，如圖3A所示，提供一基板12。接著，形成一個或多個第一罩幕13于基板12上。之后， 對基板12進行一表面處理程序24，以于基板12表面形成一個或多個晶格破壞區(qū)16。待移除第一罩幕13后，形成一個或多個半導體元件層14于基板12上，位于晶格破壞區(qū)16之間， 如圖3B所示。基板12可為一藍寶石(sapphire)基板。第一罩幕13的寬度大體介于5 40 μ m。第一罩幕可為介電層、金屬層或光阻層。表面處理程序M可包括離子布植(ion implantation)制程，例如電漿浸沒 (plasma immersion)離子布植制程，或熱擴散(thermal diffusion)制程。在一實施例中， 離子布植制程的能量可大于或等于15kV。晶格破壞區(qū)16可定義為一晶格鍵結斷裂的區(qū)域。在一實施例中，當基板12選用一藍寶石(Al2O3)基板時，其部分表面的鋁-氧(A1-0)鍵經表面處理(例如離子布植制程) 致斷裂后，該部分表面即形成所謂的晶格破壞區(qū)16。晶格破壞區(qū)16的寬度大體介于5 40 μ m。在一實施例中，當離子布植制程所提供的能量較大時，例如大于或等于15kV，則在進行表面處理程序M時，未覆蓋有第一罩幕13的基板12表面，由于離子布植制程提供較大能量，穿過基板12表面，于基板12中某一特定深度形成一個或多個晶格破壞區(qū)16’，因此， 該處基板12表面的晶格排列不致遭受破壞而利于后續(xù)半導體元件層14磊晶形成于其上， 反之，其上覆蓋有第一罩幕13的基板12表面，則因該具有適當厚度的第一罩幕13致其表面晶格排列遭受破壞而形成所謂的晶格破壞區(qū)16，如圖3A所示。半導體元件層14可包括發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)或雷射二極管 (laser diode，LD)，其結構例如可由一 N-型半導體層18、一主動層20與一 P-型半導體層 22所構成，如圖:3B所示。半導體元件層14可包括各種形狀，例如多邊形。本發(fā)明半導體結構的制造方法還包括藉由例如磊晶法形成一個或多個緩沖層 (未示出)于半導體元件層14與基板12之間。上述緩沖層可包括氮化鋁或氮化鎵鋁。請參閱圖4A 4B，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，說明一種半導體結構的制造方法。首先，如圖4A圖所示，提供一基板12。接著，形成一個或多個第一罩幕13于基板12上。之后，對基板12進行一表面處理程序M，以于基板12表面形成一個或多個晶格破壞區(qū)16。待移除第一罩幕13后，形成一個或多個半導體元件層14于基板12上，位于晶格破壞區(qū)16之間，如圖4B所示。
基板12可為一藍寶石(sapphire)基板。第一罩幕13的寬度大體介于5 40 μ m。第一罩幕可為介電層、金屬層或光阻層。仍請參閱圖4A，在一實施例中，本發(fā)明于進行表面處理程序M之前，還包括形成一個或多個第二罩幕13’于基板12上，位于第一罩幕13之間。第二罩幕13’與第一罩幕 13可為不同材質。在一實施例中，當?shù)诙帜?3’與第一罩幕13為不同材質時，例如第二罩幕13’為金屬(例如鎳、鈦、鎢、鉬或其他適合的金屬材質)，第一罩幕13為氧化硅或氮化硅，則第二罩幕13’的厚度可小于第一罩幕13的厚度，如圖4A所示。表面處理程序M可包括離子布植(ion implantation)制程，例如電漿浸沒 (plasma immersion)離子布植制程，或熱擴散(thermal diffusion)制程。在一實施例中， 離子布植制程的能量可大于或等于15kV。晶格破壞區(qū)16可定義為一晶格鍵結斷裂的區(qū)域。在一實施例中，當基板12選用一藍寶石(Al2O3)基板時，其部分表面的鋁-氧(Al-O)鍵經表面處理(例如離子布植(ion implantation)制程)致斷裂后，該部分表面即形成所謂的晶格破壞區(qū)16。晶格破壞區(qū)16 的寬度大體介于5-40 μ m。在一實施例中，當離子布植制程所提供的能量較大時，例如大于或等于15kV，則在進行表面處理程序M時，其上覆蓋有第二罩幕13’的基板12表面，由于具有金屬材質的第二罩幕13’可阻擋離子布植制程所提供的能量，因此，該處基板12表面的晶格排列不致遭受破壞而利于后續(xù)半導體元件層14磊晶形成于其上，反之，其上覆蓋有第一罩幕13的基板12表面，則因該具有適當厚度的第一罩幕13致其表面晶格排列遭受破壞而形成所謂的晶格破壞區(qū)16，如圖4A所示。半導體元件層14可包括發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)或雷射二極管 (laser diode，LD)，其結構例如可由一 N-型半導體層18、一主動層20與一 P-型半導體層 22所構成，如圖4B所示。半導體元件層14可包括各種形狀，例如多邊形、六邊形。本發(fā)明半導體結構的制造方法還包括藉由例如磊晶法形成一個或多個緩沖層 (未示出)于半導體元件層14與基板12之間。上述緩沖層可包括氮化鋁或氮化鎵鋁。請參閱圖5A 5B，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，說明一種半導體結構的制造方法。首先，如圖5A所示，提供一基板12。接著，形成一個或多個第一罩幕13于基板12上。之后， 對基板12進行一表面處理程序24，以于基板12表面形成一個或多個晶格破壞區(qū)16。待移除第一罩幕13后，形成一個或多個半導體元件層14于基板12上，位于晶格破壞區(qū)16之間， 如第圖5B所示?；?2可為一藍寶石(sapphire)基板。第一罩幕13的寬度大體介于5 40 μ m。第一罩幕可為介電層、金屬層或光阻層。仍請參閱圖5A，在一實施例中，本發(fā)明于進行表面處理程序M之前，還包括形成一個或多個第二罩幕13’于基板12上，位于一個或復數(shù)第一罩幕13之間。第二罩幕13’ 與第一罩幕13可為相同材質。在一實施例中，當?shù)诙帜?3’與第一罩幕13為相同材質時，例如第二罩幕13’與第一罩幕13均為氧化硅或氮化硅，則第二罩幕13’的厚度可小于第一罩幕13的厚度，如圖5A所示。表面處理程序M可包括離子布植(ion implantation)制程，例如電漿浸沒 (plasma immersion)離子布植制程，或熱擴散(thermal diffusion)制程。在一實施例中， 離子布植制程的能量可大于或等于15kV。
晶格破壞區(qū)16可定義為一晶格鍵結斷裂的區(qū)域。在一實施例中，當基板12選用一藍寶石(Al2O3)基板時，其部分表面的鋁-氧(Al-O)鍵經表面處理(例如離子布植(ion implantation)制程)致斷裂后，該部分表面即形成所謂的晶格破壞區(qū)16。晶格破壞區(qū)16 的寬度大體介于5 40 μ m。在一實施例中，當離子布植制程所提供的能量較大時，例如大于或等于15kV，則在進行表面處理程序M時，其上覆蓋有第二罩幕13’的基板12表面，由于第二罩幕13’的厚度較薄，離子布植制程所提供的能量會穿過基板12表面而于基板12 中某一特定深度形成一個或多個晶格破壞區(qū)16’，因此，該處基板12表面的晶格排列不致遭受破壞而利于后續(xù)半導體元件層14磊晶形成于其上，反之，其上覆蓋有第一罩幕13的基板12表面，則因該具有適當厚度的第一罩幕13致其表面晶格排列遭受破壞而形成所謂的晶格破壞區(qū)16，如圖5A所示。半導體元件層14可包括發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)或雷射二極管 (laser diode，LD)，其結構例如可由一 N-型半導體層18、一主動層20與一 P-型半導體層 22所構成，如圖5B所示。半導體元件層14可包括各種形狀，例如多邊形，六邊形。本發(fā)明半導體結構的制造方法還包括藉由例如磊晶法形成一個或多個緩沖層 (未圖示)于半導體元件層14與基板12之間。上述緩沖層可包括氮化鋁或氮化鎵鋁。請參閱圖6A 6B，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，說明一種半導體結構的制造方法。首先，如圖6A所示，提供一基板12。接著，形成一個或多個第一罩幕13于基板12上。之后， 對基板12進行一表面處理程序24，以于基板12表面形成一個或多個晶格破壞區(qū)16。待移除第一罩幕13后，形成一個或多個半導體元件層14于基板12上，位于晶格破壞區(qū)16之間， 如圖6B所示?；?2可為一藍寶石(sapphire)基板。第一罩幕13的寬度大體介于5-40 μ m。第一罩幕可為介電層、金屬層或光阻層。仍請參閱圖6A，在一實施例中，本發(fā)明于進行表面處理程序M之前，還包括形成一個或多個第二罩幕13’于基板12上，位于第一罩幕13之間。第二罩幕13’與第一罩幕 13可為相同材質。在一實施例中，當?shù)诙帜?3’與第一罩幕13為相同材質時，例如第二罩幕13’與第一罩幕13均為氧化硅或氮化硅，則第二罩幕13’的厚度可大于第一罩幕13 的厚度，如圖6A所示。表面處理程序M可包括離子布植(ion implantation)制程，例如電漿浸沒 (plasma immersion)離子布植制程，或熱擴散(thermal diffusion)制程。在一實施例中， 離子布植制程的能量可大于或等于15kV。晶格破壞區(qū)16可定義為一晶格鍵結斷裂的區(qū)域。在一實施例中，當基板12選用一藍寶石(Al2O3)基板時，其部分表面的鋁-氧(A1-0)鍵經表面處理(例如離子布植(ion implantation)制程)致斷裂后，該部分表面即形成所謂的晶格破壞區(qū)16。晶格破壞區(qū)16 的寬度大體介于5 40 μ m。在一實施例中，當離子布植制程所提供的能量較大時，例如大于或等于15kV，則在進行表面處理程序M時，其上覆蓋有第二罩幕13’的基板12表面，由于第二罩幕13’的厚度較厚可阻擋離子布植制程所提供的能量，因此，該處基板12表面的晶格排列不致遭受破壞而利于后續(xù)半導體元件層14磊晶形成于其上，反之，其上覆蓋有第一罩幕13的基板12表面，則因該具有適當厚度的第一罩幕13致其表面晶格排列遭受破壞而形成所謂的晶格破壞區(qū)16，如圖6A所示。
半導體元件層14可包括發(fā)光二極管(light emitting diode,LED)或雷射二極管 (laser diode，LD)，其結構例如可由一 N-型半導體層18、一主動層20與一 P-型半導體層 22所構成，如第6B圖所示。半導體元件層14可包括各種形狀，例如多邊形、六邊形。本發(fā)明半導體結構的制造方法還包括藉由例如磊晶法形成一個或多個緩沖層 (未示出)于半導體元件層14與基板12之間。上述緩沖層可包括氮化鋁或氮化鎵鋁。本發(fā)明利用離子布植(ion implantation)或熱擴散(thermaldiffusion)等方式并配合圖案化罩幕對例如藍寶石(Al2O3)的基板進行表面處理，破壞其晶格鍵結。當基板的表面晶格鍵結遭破壞后，即可進行磊晶。值得注意的是，該斷鍵處無法進行磊晶，而未經處理的表面區(qū)域則可進行磊晶。如此，可有效減少磊晶片在磊晶成長半導體元件層過程中所產生的應力。此外，利用此表面處理方式亦可形成不同形狀的半導體元件層。本發(fā)明應用在大尺寸(≥3”)晶圓上的磊晶時，尤其可減少應力形變，致增加半導體元件例如發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光波長均一性，達到增加良率產出的目的。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領域普通技術人員，當可作更動與潤飾，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種半導體結構，包括 一基板；一個或多個半導體元件層，形成于該基板上；以及一個或多個晶格破壞區(qū)，形成于該基板表面，位于該等半導體元件層之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體結構，其中該基板為一藍寶石基板。
3.根據(jù)權利要求1所述的半導體結構，其中該半導體元件層包括發(fā)光二極管或雷射二極管。
4.根據(jù)權利要求1所述的半導體結構，其中該半導體元件層為多邊形。
5.根據(jù)權利要求1所述的半導體結構，其中該晶格破壞區(qū)為一晶格鍵結斷裂的區(qū)域。
6.根據(jù)權利要求1所述的半導體結構，其中該晶格破壞區(qū)的寬度介于5 40μ m。
7.根據(jù)權利要求1所述的半導體結構，還包括一個或多個緩沖層，形成于該等半導體元件層與該基板之間。
8.根據(jù)權利要求7所述的半導體結構，其中該緩沖層包括氮化鋁(AlN)或氮化鎵鋁 (AlxGa1^xN) (0 < χ < 1)。
9.一種半導體結構的制造方法，包括 提供一基板；形成一個或多個第一罩幕于該基板上；對該基板進行一表面處理程序，以于該基板表面形成一個或多個晶格破壞區(qū)； 移除該等第一罩幕；以及形成一個或多個半導體元件層于該基板上，位于該等晶格破壞區(qū)之間。
10.根據(jù)權利要求9所述的半導體結構的制造方法，其中該基板為一藍寶石基板。
11.根據(jù)權利要求9所述的半導體結構的制造方法，其中該第一罩幕的寬度介于5 40 μ m0
12.根據(jù)權利要求9所述的半導體結構的制造方法，其中該表面處理程序包括離子布植制程或熱擴散制程。
13.根據(jù)權利要求12所述的半導體結構的制造方法，其中該離子布植制程包括電漿浸沒(plasma immersion)離子布植制程。
14.根據(jù)權利要求12所述的半導體結構的制造方法，其中該離子布植制程的能量小于或等于^V。
15.根據(jù)權利要求12所述的半導體結構的制造方法，其中該離子布植制程的能量大于或等于15kV。
16.根據(jù)權利要求9所述的半導體結構的制造方法，其中該晶格破壞區(qū)為一晶格鍵結斷裂的區(qū)域。
17.根據(jù)權利要求9所述的半導體結構的制造方法，其中該晶格破壞區(qū)的寬度介于5 40 μ m0
18.根據(jù)權利要求9所述的半導體結構的制造方法，其中該半導體元件層包括發(fā)光二極管或雷射二極管。
19.根據(jù)權利要求9所述的半導體結構的制造方法，其中該半導體元件層為多邊形。
20.根據(jù)權利要求9所述的半導體結構的制造方法，還包括形成一個或多個緩沖層于該等半導體元件層與該基板之間。
21.根據(jù)權利要求20所述的半導體結構的制造方法，其中該緩沖層包括氮化鋁(AlN) 或氮化鎵鋁(AlxGa1^xN) (0 < χ < 1)。
22.根據(jù)權利要求15所述的半導體結構的制造方法，于進行該表面處理程序之前，還包括形成一個或多個第二罩幕于該基板上，位于該等第一罩幕之間。
23.根據(jù)權利要求22所述的半導體結構的制造方法，其中該第二罩幕包括金屬。
24.根據(jù)權利要求22所述的半導體結構的制造方法，其中該第二罩幕與該第一罩幕具有相同材質。
25.根據(jù)權利要求M所述的半導體結構的制造方法，其中該第二罩幕的厚度大于該第一罩幕的厚度。
26.根據(jù)權利要求M所述的半導體結構的制造方法，其中該第二罩幕的厚度小于該第一罩幕的厚度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導體結構，包括一基板；一個或多個半導體元件層，形成于該基板上；以及一個或多個晶格破壞區(qū)，形成于該基板表面，位于該等半導體元件層之間。本發(fā)明另提供一種半導體結構的制造方法。本發(fā)明可減少應力形變，致增加半導體元件例如發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光波長均一性，達到增加良率產出的目的。
文檔編號H01L33/02GK102569365SQ20111003770
公開日2012年7月11日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權日2010年12月30日
發(fā)明者方國龍, 郭奇文, 郭政達 申請人:隆達電子股份有限公司