TW387155B - A manufacturing method for semiconductor light-emitting element - Google Patents

Description

A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費I社印製 五 '發明説明（1 ) 發明背景 本發明係關於在晶圓狀基板上，層積含有P形層K及η 形層的半導體層之後，由晶圓切斷分離出各晶片的半導體 發光元件的製法。更詳细地說，係關於例如在藍寶石 (sapphire)基板上被層積氮化鎵的藍色系半導體發光元件 ，從晶画切斷分雛出各晶片時，可K使得基板分割不易的 場合之分割更加容易進行的半導體發光元件的製法。 從前，發出藍色系的光的半導體發光元件的晶片（M下 ，稱為LED晶片）的製法*係由下述方式進行的。亦即 ，如圖3所示*在藍費石基板21上，依序磊晶成長出例如 由η型氮化鎵所形成的η型層（覆蓋[clad]層）23、與帶隙 能量（band gap energy)較覆蓋層的帶隙能量為小，決定 發光波長的材料，例如氮化銦鎵系（I nGaN系，其中 I η與G a的比率係可變更，Μ下與此相同）化合物半導 體所形成的活性層（發光層）24*及ρ型氮化鎵所形成的ρ 型層（覆蓋層）25，於其表面設ρ側（上部）電極28*於蝕刻 被層積的半導體層的一部份而露出的η型層23的表面設η 側（下部）電極29。接著，在晶片的境界部S ，從基板21的

• + I 內面藉由鑽石畫線器（diamond scriber)等晝線，畫出刻 痕（notch)21a ，藉由在該刻痕21a的部分施力，切斷分 離基板分割為各晶片。尚且，因為η型層23M及p型層25 提高了封入載體的效果，所Μ活性層23側多使用氮化鋁鎵 系（A 1 GaN糸，其中A 1與Ga的比率係可變更，以 下與此相同）化合物半導體層。此外，在蝕刻前述被層積 本紙張尺度逋用中國國家榡準（CNS ) A4規輅（210X297公t > Γ----------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — 0裝------訂一：一 4 - 經濟部中央梂準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2 ) 的半導體層時，在各晶片的境界部S，也同時蝕刻待切斷

' I 分離的部分使η型層23露出而容易切斷分離。 如前所逑，由晶圓切斷分離為各晶片的場合，使用的是 蝕刻被層積的半専體層的一部份使其變薄，從基板的內面 導入刻痕再切斷分離的方法。但是，基板使用如藍寶石般 的堅硬基板的場合，只能夠導入非常淺的刻痕，要藉由該 刻痕切斷分離如藍寶石般堅硬的基板是非常困難的。而且 *基板的表面側雖然蝕刻掉被層積的半導體層的一部份， 但是η型層等半導體層的一部份遙殘存著，因為與基板不 同的材料戚接於基板上，所Μ有更不易切斷分離的問題。 其结果，έ產生即使強行切斷分雛基板*被層積的半導體 層的未被蝕刻的一方也會產生裂痕，損傷活性層等發光層 部的情形。 發明概要 本發明之目的，在於提供，從晶圓切斷分雜（breaji)成 各晶片的場合，使該切斷分離得Μ容易進行，间 不會損傷到被層積的半導體層的發光部的方式 分雛的半導體發光元件的製法。 根據本發明之半導體發光元件的製法，係於岛圓形狀的 基板上，層積與該基板性質不同的半導體層，於各個複數 個晶片上設置電極分別連接被層積的半導體廢表面的第i 導電型之半導體層與除去前述被層積的半導鰱驗的—部份 而露出的第2導電型之半導體層的露出部，將前述晶圓切 斷分離成各晶片之半導體發光元件的製法，其特激為： 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS > A4規格（210X297公釐) ^^- —------：—C 裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

，1T A7 B7 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) * 1 I 蝕 刻 前 述 各 晶 Η 的 境 界 部 之 前 述被層積的半導體層使前 1 述 基 板 露 出 t 之 後 再 於 該 露 出 的 部 分 將 基 板 切 斷 分 離 0 J 此 處 所 謂 切 斷 分 離 9 係 指 Κ 切 割 (使破壞斷裂） 切 斷 婧 先 閱 % 背 面 之 注 1 1 等 方 式 分 割 晶 圓 為 各 晶 片 0 1 1 藉 由 此 種 做 法 9 因 為 基 板 與 半 導 體 層 這 兩 個 不 同 的 層 不 1 I k' 1 | 需 要 同 時 切 斷 分 離 因 此 可 Μ 使 從 晶 圓 切 斷 分 離 為 各 晶 片 事 工負 | 的 切 蹰 分 離 工 程 更 容 易 進 行 同 時 被 層 積 的 半 導 體 層 之 發 再 % 1 % 本 裝 光 部 也 不 易 產 生 裂 痕 〇 頁 1 1 在 刖 述 基 板 的 切 斷 分 離 部 分 由 前 述 基 板 的 内 面 畫 出 線 狀 1 1 的 刻 痕 或 者 是 在 該 基 板 的 内 面 Μ 及 前 述 半 導 體 層 之 藉 由 1 1 蝕 刻 所 露 出 的 表 面 這 兩 個 面 上 畫 出 線 狀 的 刻 痕 再 切 斷 分 離 1 訂 9 可 >λ 使 切 斷 分 雜 變 得 更 為 容 易 0 1 如 果 前 述 基 板 為 藍 寶 石 基 板 > 前 述 被 層 積 的 半 導 體 層 為 1 1 | 氮 化 鎵 (G a Ν ) 系 化 合 物 半 導 體 的 話 • · 因 為 本 發 明 使 得 不 1 1 易 被 切 斷 分 離 的 藍 寶 石 基 板 上 所 層 積 的 發 光 元 件 的 晶 片 化 I 變 得 更 為 容 易 9 所 >λ 特 別 有 效 果 0 1 1 此 處 所 謂 氮 化 鎵 系 化 合 物 半 導 體 9 係 指 由 1 族 元 素 鎵 1 I (Gam V 族 元 素 氮 (Ν )形成的化合物 f 或 者 是 I 族 元 素 1 1 | 鎵 的 __. 部 份 由 鋁 Λ 絪 等 其 他 的 1 族元素置換之化合物及/ 1 f 或 V 族 元 素 氮 的 一 部 份 由 磷 Λ Tdi ίπρ 等 其 他 的 V 族 元 素 置 換 之 1 [ 化 合 物 所 形 成 的 半 導 體 Ο 1 I 前 述被層積的半導體層可以具有第2導電型覆蓋層 、活 1 I 性 層 λ 第1導電型覆蓋層的雙異質接合（do u b 1 e 1 1 | h e t e Γ 0 j u n c t i ο η )型的形式構成發光元件 ，可Μ用氮化鎵 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（'〇阳）八4規格（210'/ 297公1) 6 經濟部中央標準局貞工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（4) 或是氮化鋁鎵系化合物半導體形成前述第1導電型及第2導 電型覆蓋層，κ氮化絪鎵糸化合物半導健形成前述活性層。 進而，在前述第2導電型瑷蓋層與電氣連接於該第2導電 型覆蓋層的電極之間可以由金鼷層形成霣流擴散層。 在前述晶片的境界部直到露出基板為止地持續蝕刻前逑 被層積的半導體層時，可Μ藉由用紋作备幕幕（mask)進行独 刻而使得殘留下罩幕同時進行蝕刻直到基板露出為止。 發明之詳细說明 於圖1，顯示將適於發出藍色系光的氮化鎵条化合物半 導艟層靥積於晶圖狀的藍寶石基板上，並切斷分雛成各L E D晶片的本發明的製法之一實施例於切斷分離前的狀態 的部分剖面圖。 本發明之半導體發光元件的製法，如圖1所示，特徵係 於晶圓狀態的基板1上層樓含有n型層3以及p型層5的半 導體層，在每個L· E D晶片11、的該被層積的半導 體層的表面的第1導電型半導體層（p型層5)以及除去前述 被層積的半導體層的一部份所露出的第2導罨型半導體層（ η型層3)的露出部，設有電氣連接的電極8、9，將前述晶 圓切斷分雛為各L E D晶片11、12的場合’蝕刻前述各晶 片的境界部S的前述被層積的半導體雇3〜5使前述基板1 露出，接著在該露出部分切斷分離基板1° Μ下參照匾1詳细說明本發明之半専體發光元件的製法 之一實施例。苜先，根據例如有機金靨化學氣相沈積法（ MOCVD法），導入氮之反應氣體ΝΗ3、鎵之反應氣體 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS)A4規格（210 X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填离本頁) •1Τ Λ 7 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 A7 B7 五、發明説明（5 ) 三甲基鎵（triniethylgallium,TMG)、鋁之反應氣體三甲基 錫（trimethyla丨uminum.TMA)、蹈之反應氣體三甲基烟 (trimethylindiuffl.TMIn)等必要的反應氣體，K及η型摻 雜物（dopant) 2H2Se ，ρ型摻雜物之二甲基鋅 (difflethyl_zinc,DMZn)或者環戊二烯猛 (cyclopen t.adienyl magnesium.Cp2Mg)等必要的摻雜物氣 體，在由藍寶石（三氧化二鋁單晶）等所構成的基板1的表 面堆積1〜5« m程度的由氮化鎵所形成的低溫媛衝層（未 圖示），及成為覆蓋層的η型的氮化鎵層及/或氮化鋁鎵 系化合物半導體層的層積構造所形成的η型層3，進而， 分別依序堆積0.05〜0.3w m程度的帶隙能量較霉i層的 帶隙能量為小的材料，例如由氮化絪鎵系（I n G a N )化 合物半導體所形成的活性層4，K及0.2〜lum程度的p 型氮化鋁鎵系化合物半導體層及/或由氮化鎵層所形成的 P型層（覆蓋層）5。接著蒸鍍鎳及金藉由燒结（sinter)形 成由金靥層所構成的2〜100nm的電流擴散層7。設有此 電流擴散層7的場合，p側電極8透過電流擴散層7與p型 層5電氣連接，未設電流擴散層7的場合，直接或者是透過 其他的P型半導體層電氣連接於P型層5。 其後，為了形成η側電極9，於被層積的半導體層表面 設光阻膜等並圖案化，蝕刻電流擴散層7以及被層積的半 専體層3〜5的一部分使η型層3露出。進而Κ僅使各L Ε D晶Η 11、1 2的境界部S也就是切斷分離的部分露出的方 式：，再度藉由光阻膜形成罩幕，持鑛η型層3的蝕刻，使 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210X 297公釐) " --.------：--參-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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-C 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A 7 _ B7_ 五、發明説明（6 ) 基板1露出。這些蝕刻，可以藉由氛氣氣體等反應性離子 蝕刻來進行，為了蝕刻較厚的半導體層，可以藉由使用钛 等作為罩幕*使得蝕刻至基板1露出為止也使罩幕得以殘 存0 接著·為了要在藉由最初的蝕刻所貉出的η型層3的表 面形成η側電極9而Κ金屬的钛以及鋁分別真空蒸鍍形成 〇.l«m程度與0.3wm程度之膜並焼結，進而為了形成Ρ 側電極*除去未圖示的S i N等保護膜（亦有未設保護膜 的場合）的一部分，分別真空蒸鍍钛與金，藉由層稹而形 成P側電極及η側電極9。 其後*在此晶圓的各L E D晶片11、12的境界部S的部 分，從基板1的背面藉由鑽石畫線器等畫出媒狀刻痕la。 其後*藉由在該刻痕la的部分施加瞬間的衡搫力，將晶 圓狀的基板1切》分離為各L E D晶片11、12。 根據本發明，由晶圓切斷分離為各晶片的場合*因為在 該被切斷分雜的晶片的境界部藉由蝕刻除去所有被層積於 基板上的半導體層，所K不必同時切斷分離基板與稱為半 導體層的異種材料的層。结果，可Μ在短時間内容易進行 切斷分離，同時不容易使半導體層產生裂縫，減少了降低 發光特性的可能性。 画2係與圖1同樣的說明圈，說明本發明之半導賭發光元 件的製法之其他實施例。於圖2所示之例，蝕刻各L E D 晶片11、12的境界部S的部分的被層積的半導體層3〜5使 基板1露出之點與圖1所示相同》但是在此例中，並不僅在 本紙張尺度逋用中國國家標準（〇奶）六4規核（210父297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填离本頁) 裝--------訂 I ^-----0,-----I---. A7 387155 _ _B7 五、發明説明（7 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 基板1的背面晝出刻痕，遢從藉由鈾刻而露出的基板1的表 面配合切斷分雛媒藉由鑽石畫線器畫出媒狀刻痕lb ，再 藉由對基板1的背面側的刻痕la部分施加衝擊使其切斷分 雛。又，與圖1相同的部分指定相同的符號而省略其說明。 藉由此種做法*設於基板1的兩面的刻痕la、lb之間 產生裂痕，兩刻痕la、lb之間被切斷分離，使得切斷分 離更為容易，同時降低了由於切斷分雄而使得裂鏠延伸向 半導體層的可能性。 又’於前述各例中，被磨積的半導體層係氮化鎵系化合 物半導體，雖係具體货施例，但是本發明並不以此等具體 實施例為限，本發明亦可應用於其他半導髖層或構造，在 基板不易切斷分雜的場合可K使用同樣的方法。此外，被 層稹的半導級層的構造，也並不限定於前述的以η型層與 Ρ型靥夾著活性層而成的雙異質接合構造，也可Μ是η型 層與Ρ型層直接接合的ρ η接合等其他種類的構造。 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印褽 根據本發明，即使如藍寶石基板等不易由晶圓切斷分離 成晶片的基板上層積半導體1的半導體發光元件，也可Μ 使其容易被切斷分難，而且減少由於切斷分離而使得裂痕 伸入半導體層，也不會降低發光特性。结果，可獲得高性 能的半導體發光元件。 圖式之簡簞說明 圈1係本發明之製法之一實施例在切斷分離之前的狀態 的剖面說明圈。 圈2係本發明之製法之另一實施例在切斷分離之前的狀 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 10 387155 A7 B7 經濟部中央橾準局負工消費合作社印裝 1 3 4 5 7 8 9 11、12 五、發明説明（8) 態的斷面說明圖。 圖3係說明習知的半導體發光元件的製法之圖。 元件编號之簡單說明 晶圓狀態的基板 η型層 活性層（發光層） Ρ型層 電流擴散層 ρ側電極 η側電極 L E D晶片 本紙張尺度逋用中國國家標隼〈CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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Claims (1)

1. A8 387155 ?! D8 六、申請專利範圍 1. 一種半導體發光元件之製法，其特徴為：在晶圓形狀 的基板上層積與該基板性質不同的半導體層，於複數個之 各個晶片上的該被層積的半導體層表面的第1導電型之半 導體層與除去前述被層積的半導體層的一部份而露出的第 2導電型之半導體層的露出部分別設置電氣連接的電極， 蝕刻前述各晶片的境界部之前述被層積的半導體層使前述 基板露出*在該露出的部分切斷分離基板將前述晶圓分割 成各晶片。 2. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製法，其 中，在前逑基板的切斷分離部分將線狀的刻痕刻在前述基 板的背面上再將之切斷分離。 3. 如申請專利範圍第2項之半導體發光元件之製法，其 中，在前述基板的切斷分離部分將刻痕刻在前述被層積的 半導體層之藉由蝕刻而露出的面上再將之切斷分離。 經濟部中央梂率局工消费合作社印策 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4. 如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製法，其 中*前述基板傣藍寶石基板，而前述被層積的半導體層係 氮化鎵糸化合物半導體。 5. 如申請專利範圍第4項之半導體發光元件之製法，其 中，前述被層積的半導體層具有第2導電型覆蓋層、活性 層、第1導電型覆蓋層。 6. 如申請專利範圍第5項之半導體發光元件之製法，其 中，在前述第2導電型覆蓋層與被電氣連接於該第2導電型 覆蓋層的電極之間形成由金靨層所構成的電流擴散層。 _7.如由讅專刹齡圃第卩頂夕半褰鵲發來开侔夕郸法，笙 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ， A8 387155 ?88 D8 κ、申請專利祀圍 中，Μ氮化鎵或者是氮化鋁鎵系化合物半導體形成前述第 1導電型及第2導電型的覆蓋層，以氮化銦鎵系化合物半導 體形成前述活性層。 8.如申請專利範圍第1項之半導體發光元件之製法，其 中，在前逑晶片的境界部_刻前述被層積的半導體層直到 基板露出為止時，係Μ鈦為罩幕進行蝕刻的。 --Λ--------°裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--*-- .S 經濟部中央橾準局貞工消费合作社印製 >ΓΙ. 本紙張尺度逋用中國國家榣準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐）