專利名稱：襯底構造體及其移除方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體制造方法；尤其涉及一種移除襯底構造體的方法。
背景技術：
現(xiàn)有技術不乏有揭示如何移除襯底的。舉例而言，美國專利第6648996 號以及第7169227號分別揭示一種氮化鎵芯片的制造方法，其襯底材料為鋁 酸鋰(LiA102)。此鋁酸鋰襯底的厚度約為430 mm，以濕蝕刻(Wet Etch)的方 式進行移除，但需要約數(shù)天才能移除完畢(一般室溫下酸蝕刻鋁酸鋰的速率約 為每分鐘15~35 mn)，效率不高。此外，單純以濕ti刻方式進行襯底移除， 會有不均勻的問題。
另外，美國專利第6218280號曾提到以機械力量剝開(peds off)鋁酸鋰襯 底，此種方法合格率不高、易碎裂。同篇專利也曾提到單純以濕蝕刻方式進 行襯底移除，然而也會有襯底移除效率不高且不均勻等問題。
此外，美國專利公開第2007/0141814號揭示的^"底移除方法，有單純的 濕蝕刻、干蝕刻、機械拋光、化學機械拋光等。這些方法都會有移除效率不 高、不均勻、或易裂等缺點。美國專利第6740604號提到一種垂直式的發(fā)光 元件，其以激光打在襯底和元件間的界面上，以分離襯底。如此的分離方式 設備昂貴，且外延層厚度過大會有翹曲問題。
美國專利第6071795號揭示一種利用激光分離^f底與氮化鎵層的方法， 其在襯底和氮化鎵層之間形成低溫緩沖層，以吸收^f底和氮化鎵層間的不匹 配。當激光打在襯底上時，低溫緩沖層因為最脆弱，故會從低溫緩沖層裂開， 而分離襯底與氮化鎵層。如此的分離方式設備昂貴，且外延層厚度過大會有 翹曲問題。綜上所述，有必要提出一種移除襯底構造體的方法，能改善上述 現(xiàn)有技術的缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種移除襯底構造體的方法，改善現(xiàn)有技 術的缺點。
本發(fā)明的另一目的，在于提出一種襯底構造體，其可用于實現(xiàn)上述移除 襯底構造體的方法。
為達上述目的，本發(fā)明揭示一種移除襯底構造體的方法，包括在襯底 上，以微影蝕刻方式，制作多個柱狀體；在該多個柱狀體上，成長三族氮化 物半導體層；以及以化學蝕刻方式，蝕刻該多個柱狀體，使該三族氮化物半 導體層與該襯底分離。
在所述的移除襯底構造體的方法中，該三族氮化物半導體層的成長方 法，是氫化物氣相外延法、金屬有機化學氣相沉積法、或分子束外延法。
在所述的移除襯底構造體的方法中，以化學蝕刻方式，蝕刻該多個柱狀 體的步驟，是利用蝕刻液進行。
在所述的移除襯底構造體的方法中，該蝕刻液是含水硫酸、磷酸、鹽酸 或其組合。
為達上述目的，本發(fā)明還揭示一種移除襯底構造體的方法，包括在襯底 上，以微影蝕刻方式，制作多個柱狀體；在多個柱狀體上，成長三族氮化物 半導體元件層；在三族氮化物半導體元件層上，形成金屬鏡面層；在金屬鏡 面層上，形成導電材料層；以化學蝕刻方式，蝕刻多個柱狀體，使三族氮化 物半導體元件層與襯底分離，而得垂直式發(fā)光元件，其中垂直式發(fā)光元件包 括三族氮化物半導體元件層、金屬鏡面層以及導電材料層。
本發(fā)明利用多個柱狀體間的空隙可大幅增加蝕刻反應面積，因此本發(fā)明 提出的方法可加強蝕刻分離半導體層與襯底的效率，也可降低制造方法上的 花費。
本發(fā)明也提供一種襯底構造體，包括襯底以及多個柱狀體。這些多個柱 狀體，以微影蝕刻方式，制作在襯底上。這些多個柱狀體上可成長三族氮化 物半導體層。
在所述的襯底構造體中，該三族氮化物半導體層的成長方法，是氫化物
氣相外延法、金屬有機化學氣相沉積法、或分子束外延法。
在所述的襯底構造體中，襯底的材料是鋁酸鋰或鎵酸鋰。本發(fā)明還提供一種襯底構造體，包括襯底以及多個柱狀體，以微影蝕 刻方式，制作在該襯底上，其中該多個柱狀體上可成長三族氮化物半導體元 件層。
在所述的襯底構造體中，襯底的材料是鋁酸鋰或鎵酸鋰。 本發(fā)明蝕刻容易，且不需高溫，可減少對三族氮化物半導體層的傷害。


圖1為根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例， 一種移除凈寸底構造體的方法流程示 意圖2為根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例， 一種移除凈寸底構造體的方法流程示 意圖3為圖1流程進行時各剖面結構的示意圖4為圖2流程進行時各剖面結構的示意圖；以及 圖5為圖4下， 一種垂直式發(fā)光元件發(fā)光示意圖。
其中，附圖標記說明如下
303、 304、 308、 309步驟 403、 405、 406、 407、 410、 408、 101襯底 103柱狀體
105三族氮化物半導體元件層 106金屬鏡面層
409步驟 102掩模
104三》矣氮化物半導體層 107導電材料層
具體實施例方式
本發(fā)明在此所探討的方向為一種半導體制造方 去。為了能徹底地了解本 發(fā)明，將在下列的描述中提出詳盡的結構元件。顯然地，本發(fā)明的施行并未 限定光源模塊的技術人員所熟習的特殊細節(jié)。另一方面，眾所周知的元件并 未描述在細節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的優(yōu)選實施例會 詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其 他的實施例中，且本發(fā)明的范圍不受限定，其以隨后的權力要求為準。
6圖1為根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例， 一種移除^f底構造體的方法流程示
意圖。圖3為圖1流程進行時，各剖面結構的示意圖。請參閱圖3箭頭以上 及圖1，在步驟303，在襯底101上，以微影蝕刻方式，制作多個柱狀體103。 這也是一種將襯底101圖案化的步驟。關于柱狀體，僅是舉例而已，任何可 以在襯底101上增加表面積的幾何形狀，皆不脫離本發(fā)明的精神與范圍。襯 底101的材料，可以是鋁酸鋰(LiA102)或鎵酸鋰(LiGa02)。
請參閱圖3箭頭以上，依上述光掩模，所制得的掩模(mask)102，位于襯 底101上。在進行上述蝕刻之后，會留下多個柱狀體103。隨后，會移除掩 模102。
請一并參閱圖1及圖3箭頭以下，在步驟304，在多個柱狀體103上， 成長三族氮化物半導體層104。此三族氮化物半導體層104，可以是氮化鎵 層、氮化鋁層、氮化銦層或氮化鋁鎵銦等。三族氮化物半導體層104的成長 方法，可以是氫化物氣相外延法(HVPE)、金屬有機化學氣相沉積法 (MOCVD)、或分子束外延法(MBE)。
在步驟308，以化學蝕刻方式，蝕刻多個柱狀體103，使三族氮化物半 導體層104與襯底101分離，而得獨立三族氮化物半導體層104，見步驟309。 所謂化學蝕刻方式，可以是將襯底101、多個柱狀體103以及三族氮化物半 導體層104整個結構，浸泡在蝕刻液a中。該蝕刻液a可以是含水硫酸、磷 酸、鹽酸或其組合(例如磷酸加含水硫酸)。此時，由于濕式蝕刻是一種各向 異性蝕刻，蝕刻液a會橫向地流入多個柱狀體103之間的空隙。在蝕刻過程 中，由于柱狀體103很細，因此會從多個柱狀體103處開始被蝕斷，以分離 三族氮化物半導體層104與襯底101。此時，被蝕刻后的多個柱狀體103可 能殘留于三族氮化物半導體層104與襯底101上。
如果沒有多個柱狀體103，而只在襯底101上成長三族氮化物半導體層 104，則隨后利用蝕刻液進行蝕刻時，如果要使襯底101完全離開三族氮化 物半導體層104，會需要很長的蝕刻時間。
本發(fā)明利用多個柱狀體間的空隙，大幅增加蝕刻反應面積。因此，本發(fā) 明提出的方法，可提高蝕刻分離半導體層與襯底的效率，也可降低制造方法 上的花費，完成三族氮化物材料獨立襯底。
圖2為根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例， 一種移除^f底構造體的方法流程示意圖。圖4為圖2流程進行時，各剖面結構的示意圖。請參閱圖4箭頭以上 及圖2，在步驟403，在襯底101上，以微影蝕刻方式，制作多個柱狀體103。 這也是一種將襯底101圖案化的步驟。關于柱狀體，^l是舉例而已，任何可 以在襯底101上增加表面積的幾何形狀，皆不脫離本發(fā)明之精神與范圍。襯 底101的材料，可以是鋁酸鋰(LiA102)或鎵酸鋰(LiGa02)。
請參閱圖4箭頭以上，依上述光掩模，所制得的掩模102，位于襯底101 上。在進行上述蝕刻之后，會留下多個柱狀體103。隨后，會移除掩模102。
請一并參閱圖2及圖4箭頭以下，在步驟405，在多個柱狀體103上， 成長三族氮化物半導體元件層105。此三族氮化物半導體元件層105，可包 括N層、量子阱層(quantumwelllayer)、 P層。
在步驟406，在三族氮化物半導體元件層105上，形成金屬鏡面層106。 在步驟407，在金屬鏡面層106上，形成導電材料層107。導電材料層107 的形成方法，可以是沉積、化鍍、電鍍、接合(bonding)等方法。
在步驟408，以化學蝕刻方式，蝕刻多個柱狀體103，使三族氮化物半 導體元件層105與襯底101分離，而得垂直式發(fā)光元件，見步驟409。
所謂化學蝕刻方式，可以是將襯底101、多個柱狀體103、三族氮化物 半導體元件層105、金屬鏡面層106及導電材料層107整個結構，浸泡在蝕 刻液a中。該蝕刻液a可以是含水硫酸、磷酸、鹽酸或其組合(例如磷酸加含 水硫酸)。此時，由于濕式蝕刻是一種各向異性蝕刻，蝕刻液a會橫向地流入 多個柱狀體103之間的空隙。在蝕刻過程中，由于柱狀體103很細，因此會 從多個柱狀體103處開始被蝕斷，以分離三族氮化tl半導體元件層105與襯 底101。此時，被蝕刻后的多個柱狀體103可能殘留于三族氮化物半導體元 件層105與襯底101上。
如果沒有多個柱狀體103，而只在襯底101上成長三族氮化物半導體元 件層105、金屬鏡面層106及導電材料層107，則隨后利用蝕刻液進行蝕刻 時，如果要使襯底101完全離開三族氮化物半導體元件層105，會需要很長
本發(fā)明利用多個柱狀體間的空隙，大幅增加蝕刻反應面積。因此，本發(fā) 明提出的方法，可提高蝕刻分離半導體層與襯底的^[率，也可降低制造方法 上的花費。
8圖5為根據(jù)本發(fā)明圖4箭頭以下， 一種垂直式發(fā)光元件發(fā)光示意圖。將
上述三族氮化物半導體元件層105倒過來看，并參閱圖5及圖4最下，垂直 式發(fā)光元件由上而下，可包括三族氮化物半導體元件層105、金屬鏡面層106、 及導電材料層107。
請參閱圖4箭頭以下及圖2，在蝕刻多個柱狀{本103之前，可在導電材 料層107夕卜，形成蝕刻保護層，見步驟410。不過，這個步驟也可以省略， 因為柱狀體103相對于導電材料層而言，前者是很S危弱的。只要是遇到有水 氣的環(huán)境，柱狀體103就可能被蝕刻，這種情形就是一種受潮的現(xiàn)象。
以鋁酸鋰做為柱狀體103的材料為例，它的氧原子很容易跟水結合，使 得其原本的鍵結被切斷。應注意的是， 一般而言，t蟲刻液都含有水，所以很 容易對柱狀體103進行蝕刻。據(jù)此，即使沒有保護層，隨后所得到的垂直式 發(fā)光元件，最多也只會被少許蝕刻(可能是數(shù)微米而已)，不會傷害到發(fā)光元 件內的量子阱層(quantum well layer),由于導電材料層107的厚度相對較厚， 被蝕刻的厚度亦相對較薄。
相對而言，柱狀體103的厚度可以只有約3-4微米，而且柱狀體103之 間存在有空隙，蝕刻液a可流入多個柱狀體103之間的空隙，其只需要幾分 鐘，多個柱狀體103就會從三族氮化物半導體元件層105下被完全分離。
本發(fā)明可以有至少下列優(yōu)點
1. 本發(fā)明利用多個柱狀體間的空隙可大幅增加fefi刻反應面積，因此本發(fā) 明提出的方法可加強蝕刻分離半導體層與襯底的效率，也可降低制造方法上 的花費。
2. 襯底分離速率快，且均勻程度高，無須后續(xù) 旭光制造方法(CMP)或過 度蝕刻(Over Etching)制造方法。
3. 無需昂貴激光分離設備，且襯底可回收再利用，節(jié)省成本。
4. 本發(fā)明蝕刻容易，且不需高溫，可減少對三族氮化物半導體層的傷害。 應注意的是，室溫下一般酸蝕刻速率約為30nm/min。以厚度約為430 um的 襯底而言，現(xiàn)有技術需要蝕刻數(shù)天才能蝕刻完全。如果增加溫度來提高蝕刻 率，會傷害三族氮化物半導體層，并不足采納。
雖然本發(fā)明已經(jīng)以優(yōu)選實施例揭示如上，然而其并非用以限定本發(fā)明。 任何本領域的技術人員，所作各種更動或修正，仍屬本發(fā)明的精神和范圍。本發(fā)明的保護范圍，視所附的權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種移除襯底構造體的方法，包括在襯底上，以微影蝕刻方式，制作多個柱狀體；在該多個柱狀體上，成長三族氮化物半導體層；以及以化學蝕刻方式，蝕刻該多個柱狀體，使該三族氮化物半導體層與該襯底分離。
2. 如權利要求1所述的移除襯底構造體的方法，其中該三族氮化物半導 體層的成長方法，是氫化物氣相外延法、金屬有機化學氣相沉積法、或分子 束外延法。
3. 如權利要求1所述的移除襯底構造體的方法，其中以化學蝕刻方式， 蝕刻該多個柱狀體的步驟，是利用蝕刻液進行。
4. 如權利要求3所述的移除襯底構造體的方法，其中該蝕刻液是含水硫 酸、磷酸、鹽酸或其組合。
5. —種移除襯底構造體的方法，包括 在襯底上，以微影蝕刻方式，制作多個柱狀體； 在該多個柱狀體上，成長三族氮化物半導體元件層； 在該三族氮化物半導體元件層上，形成金屬鏡面層； 該金屬鏡面層上，形成導電材料層；以及以化學蝕刻方式，蝕刻該多個柱狀體，使該三族氮化物半導體元件層與 該襯底分離，而得垂直式發(fā)光元件。
6. 如權利要求5所述的移除襯底構造體的方法，其中該垂直式發(fā)光元件 包括該三族氮化物半導體元件層、該金屬鏡面層以及該導電材料層。
7. —種襯底構造體，包括 襯底；以及多個柱狀體，以微影蝕刻方式，制作在該襯底上，其中該多個柱狀體上 可成長三族氮化物半導體層。
8. 如權利要求7所述的襯底構造體，其中該三族氮化物半導體層的成長 方法，是氫化物氣相外延法、金屬有機化學氣相沉積法、或分子束外延法。
9. 如權利要求7所述的襯底構造體，其中襯底的材料是鋁酸鋰或鎵酸鋰。
10. —種襯底構造體，包括 襯底；以及多個柱狀體，以微影蝕刻方式，制作在該襯底上，其中該多個柱狀體上 可成長三族氮化物半導體元件層。
11. 如權利要求IO所述的襯底構造體，其中襯底的材料是鋁酸鋰或鎵酸鋰。
全文摘要
一種襯底構造體及移除襯底構造體的方法，是在襯底上，以微影蝕刻方式，制作多個柱狀體。在多個柱狀體上，成長三族氮化物半導體層。以化學蝕刻方式，蝕刻多個柱狀體，使該三族氮化物半導體層與該襯底分離。通過多個柱狀體間的空隙可大幅增加蝕刻反應面積，可加強蝕刻分離半導體層與襯底的效率，降低制造方法上的花費。
文檔編號H01L21/00GK101635250SQ20081013452
公開日2010年1月27日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權日2008年7月25日
發(fā)明者涂博閔, 詹世雄, 黃世晟 申請人:先進開發(fā)光電股份有限公司