专利名称：垂直式发光二极管制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管的制造方法，特别涉及一种垂直式发光二极管制造方 法。
背景技术：
现今光电半导体产业为半导体产业的热门产业，其中光电半导体制程技术是日益 进步，而受到广泛利用的产品即为发光二极管，例如交通信号标志的光源、照明设备、背光 模块与指示灯等。但是制程越小且越精密，或者生产面积增加情况下，导致接合技术必须随 着前述的变化而改变。对于现今垂直式发光二极管而言，发光二极管的较为显而易见的实 际例子即为氮化镓系发光二极管，其接合是利用晶圆接合(wafer bonding)，以使基板与一 半导体层接合。对于小尺寸的生产面积而言，晶圆接合相当方便迅速，但对于大尺寸的生产 面积而言，晶圆接合会导致经常发生接合失误而需要重新接合，如此将使垂直式发光二极 管的成本提高。以下为常见垂直式发光二极管的具体实施，其分别揭露于刘正毓先生与许世杰先 生所提出专利证书号为「1246784」的「发光二极管及其制造方法」的技术内容之中。请参 阅图1，图1是常见垂直式发光二极管的结构示意图。常见垂直式发光二极管结构为一发光 二极管芯片100，其包含有一硅基板102、一金层104、一第一型掺杂半导体层106、一发光层 108、一第二型掺杂半导体层110与一接垫112。其中若第一型掺杂半导体层106为N型掺 杂半导体层，则第二型掺杂半导体层110为P型掺杂半导体层，若第一型掺杂半导体层106 为P型掺杂半导体层，则第二型掺杂半导体层110为N型掺杂半导体层；发光层108为第 III族或第IV族的半导体。请参阅图2至图8，图2至图8是常见垂直式发光二极管的制造流程实施的示意 图。如图2至图8所示，是常见垂直式发光二极管于制造流程中的结构变化。一开始，如图 2所示，提供一外延基板114，其是一晶圆(wafer)；如图3所示，形成一缓冲层116于外延基 板114之上，以用于形成第一型掺杂半导体层106、发光层108与第二型掺杂半导体层110 于外延基板114之上，其是先形成第二型掺杂半导体层110，再形成发光层108，后形成第一 型掺杂半导体层106，如图4所示。接着，如图5所示，形成金层104于第一型掺杂半导体层 106之上。接续，如图6所示，金层104与一硅基板102藉由进行晶圆接合(waferbonding) 制程接合，其是先对硅基板102进行清洗制程，再进行金-硅共晶(eutectic)接合，硅基板 102是虚线标示内的部份。接着，如图7所示，外延基板114与缓冲层116自图6的结构移 除，其是采用准分子激光进行激光剥离制程。最后，图7所示的结构经由晶圆切割制程分割 为单晶粒(single chip)，以及形成一接垫112于第二型掺杂半导体层110之上，如图8所 示。如此即构成常见垂直式发光二极管的结构。另外，晶圆接合制程还揭露于洪瑞华女士、武东星先生与黄少华先生所提出专利 证书号为「1234887」的「发光二极管及其制造方法」的技术内容之中。然而垂直式发光二极管经由晶圆接合制程，以晶圆为单位使基板与半导体层接合，容易产生接合错位，因此必 须进行重新接合，且增加晶圆的尺寸大小用以增加生产效能，更是提高晶圆接合制程的困 难度，其会造成基板与半导体层接合时夹杂气泡或其它外来杂质而不易观察发现，如此更 导致良率降低及成本增加。此外，对于外延基板的晶圆而言，晶圆的大小受限于接合时的热 膨胀系数，更进一步由于晶圆接合制程会使晶圆于制程中受热而变形，因而导致接合时发 生接合错误的问题，如此晶圆接合制程受到晶圆会因受热而变形的限制而导致可增加的产 能有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种垂直式发光二极管制造方法，能提升垂直式 发光二极管的良率。为解决上述技术问题，本发明的垂直式发光二极管制造方法，是利用晶粒接合制 程，以使第二半导体层与载体接合。首先执行的步骤是提供一基板，用以依序形成一第一半 导体层、一发光层与一第二半导体层于基板之上，接着形成一第一接合层于第二半导体层， 或形成一第二接合层于载体之上，用于让第二半导体层与载体经由晶粒接合制程而形成电 气相接。本发明的垂直式发光二极管制造方法，藉由晶粒接合制程用以制造垂直式发光二 极管，可提升垂直式发光二极管的良率，并减少接合的失误率发生，以减少成本。此外，因为 垂直式发光二极管是使用晶粒接合制程进行接合，所以不需考虑基板热膨胀而导致接合错 位或其它问题发生，且易于观察接合所导致的变化而避免产生不良品。
图17是本发明的较佳实施列二二的部分制造流程的示意图
图18是本发明的较佳实施列二二的部分制造流程的示意图
图19是本发明的较佳实施列二二的部分制造流程的示意图
图20是本发明的较佳实施列二二的部分制造流程的示意图
图21是本发明的较佳实施列二二的部分制造流程的示意图
图22是本发明的较佳实施列二二的部分制造流程的示意图
图23是本发明的较佳实施列二二的部分制造流程的示意图
图24是本发明的较佳实施列二二的部分制造流程的示意图
图25是本发明的较佳实施列二二的部分制造流程的示意图
图26是本发明的较佳实施列三三的部分制造流程的示意图
图27是本发明的较佳实施列三三的部分制造流程的示意图
图28是本发明的较佳实施列三三的部分制造流程的示意图
图29是本发明的较佳实施列三三的部分制造流程的示意图
图30是本发明的较佳实施列三三的部分制造流程的示意图
图31是本发明的较佳实施列三三的部分制造流程的示意图
图32是本发明的较佳实施列三三的部分制造流程的示意图
图33是本发明的较佳实施列三三的部分制造流程的示意图。
具体实施例方式首先，请一并参阅图9至图16，图9至图16是本发明的较佳实施例一的部分制造 流程的示意图。如图9至图16所示，其是垂直式发光二极管于实施本发明的制造流程下的 结构变化。首先如图9所示，提供一层基板202，以用于承载垂直式发光二极管的外延结构， 其中基板202为选自于III-V族的化学元素、II-VI族的化学元素、IV族的化学元素、IV-IV 族的化学元素、非晶体半导体、非结晶体半导体或上述的任意组合的其中之一。如图10所 示，一层第一半导体层204形成于基板202之上；如图11所示，一层发光层206形成于第一 半导体层204之上；如图12所示，一层第二半导体层208形成于发光层206之上；其中若第 一半导体层204为N型氮化镓系半导体，则第二半导体层208为P型氮化镓系半导体，若第 一半导体层204为P型氮化镓系半导体，则第二半导体层208为N型氮化镓系半导体，且发 光层206为氮化镓系半导体。如图13所示，一层第一接合层210形成于第二半导体层208之上；如图14所示， 图13的结构固定于一层载体212之上，并使第一接合层210面向载体212，以让第一接合层 210与载体212经由晶粒接合制程接合，用于让第二半导体层208与载体212形成电气相 接，其中所述载体212的材料为选自于半导体、金属及其合金，且载体212定位于虚线标示 内，以及晶粒接合制程可为采用热压(Thermcompression)接合、共晶(eutectic)接合或热 超音波(Thermsonic)接合等的接合方式，以进行接合。接续，如图15所示，移除基板202， 其是藉由激光剥离(laserlift-off)或研磨(lapping)的方式，以进行移除而裸露第一半 导体层204。最后，图15所示的结构经晶圆切割制程分割为单晶粒(single chip)，以及形 成一焊垫214于第一半导体层204之上，如图16所示。如此即构成垂直式发光二极管的结 构，以达 到避免接合错位以及气泡残留，且易于观察垂直式发光二极管的晶粒。
以上所述，本发明的垂直式发光二极管制造方法是采用单晶粒结合，以接合垂直 式发光二极管的结构，且因为晶粒接合制程为每一单晶粒个别接合的制程，所以接合制程 上可提升接合的准确率，以避免接合失误而必须重新接合，且垂直式发光二极管藉由晶粒 接合制程更容易观察到载体与第二半导体层接合的变化，以易于避免产生不良品，因此可 获得更佳的产能及更低的成本。请一并参阅图17至图25，图17至图25是本发明的较佳实施例二的部分制造流 程的示意图。如图17至图25所示，其是垂直式发光二极管于实施本发明的制造流程下的 结构变化，其中图17至图25与图9至图16的不同是图17至图25还包含形成一层缓冲层 216。首先如图17所示，提供一层基板202，其中基板202为选自于III-V族的化学元素、 II-VI族的化学元素、IV族的化学元素、IV-IV族的化学元素、非晶体半导体、非结晶体半导 体及上述的任意组合的其中之一。如图18所示，一层缓冲层216形成于基板202之上。接续，如图19所示，一层第一半导体层204形成于缓冲层216之上；如图20所示， 一层发光层206形成于第一半导体层204之上；如图21所示，一层第二半导体层208形成 于发光层206之上；其中若第一半导体层204为N型氮化镓系半导体，则第二半导体层208 为P型氮化镓系半导体，若第一半导体层204为P型氮化镓系半导体，则第二半导体层208 为N型氮化镓系半导体，且发光层206为氮化镓系半导体。如图22所示，一层第一接合层 210形成于第二半导体层208之上，其中第一接合层210所采用的材料可为选自于金、银、 铅、铟、锡、导电胶或上述的组合的其中之一。再接续，如图23所示，图22的结构固定于一层载体212之上，以让第一接合层210 与载体212经由晶粒接合制程接合，用于让第二半导体层208与载体212形成电气相接，其 中所述载体212的材料为选自于半导体、金属及其合金，且载体212定位于虚线标示内，以 及晶粒接合制程可为采用热压(Thermcompression)接合、共晶(eutectic)接合或热超音 波(Thermsonic)接合等的接合方式，以进行接合。接续，如图24所示，移除基板202与缓 冲层216，其是藉由激光剥离(laser lift-off)或研磨(lapping)的方式，以进行移除而裸 露第一半导体层204。最后，图24所示的结构经由晶圆切割制程分割为单晶粒(singlechip)，以及形成 一焊垫214于第一半导体层204之上，如图25所示。如此即构成垂直式发光二极管的结构， 垂直式发光二极管可藉由缓冲层116避免激光剥离或研磨对发光二极管造成受损。请一并参阅图26至图33，图26至图33是本发明的较佳实施例三的部分制造流 程的示意图。如图26至图33所示，其是垂直式发光二极管于实施本发明的制造流程下的 结构变化，其中图26至图33与图17至图25的不同是图26至图33还包含形成一第二接 合层218。首先如图26所示，提供一层基板202，其中基板202为选自于III-V族的化学元 素、II-VI族的化学元素、IV族的化学元素、IV-IV族的化学元素、非晶体半导体、非结晶体 半导体或上述的任意组合的其中之一。接续，如图27所示，一层第一半导体层204形成于基板202之上；如图28所示， 一层发光层206形成于第一半导体层204之上；如图29所示，一层第二半导体层208形成 于发光层206之上；其中若第一半导体层204为N型氮化镓系半导体，则第二半导体层208 为P型氮化镓系半导体，若第一半导体层204为P型氮化镓系半导体，则第二半导体层208 为N型氮化镓系半导体，且发光层206为氮化镓系半导体。如图30所示，一第一接合层210形成于第二半导体层208之上，且一第二接合层218形成于载体212之上，其中第一接合层 210与第二接合层218所采用的材料可为选自于金、银、铅、铟、锡、导电胶或上述的组合的
其中之一。 再接续，如图31所示，图30的结构固定于一载体212之上，并使第一接合层 210面向载体212，以让第一接合层210与第二接合层218经由晶粒接合制程接合，用于 让第二半导体层208与载体212形成电气相接，其中所述载体212的材料为选自于半 导体、金属及其合金，且载体212定位于虚线标示内，以及晶粒接合制程可为采用热压 (Thermcompression)接合、共晶(eutectic)接合或热超音波(Thermsonic)接合等的接合 方式，以进行接合。接续，如图32所示，移除基板202，其是藉由激光剥离(laserlift-off) 或研磨(lapping)的方式，以进行移除而裸露第一半导体层204。最后，图32所示的结构经由晶圆切割制程分割为单晶粒(singlechip)，以及形成 一焊垫214于第一半导体层204之上，如图33所示。如此即构成垂直式发光二极管的结构， 以藉由晶粒接合制程提高接合的强度，以及接合的精确度。此外，本发明的垂直式发光二极管制造方法更可仅形成第二接合层于载体上，以 供第二半导体层与第二接合层接合，用于让第二半导体层与载体形成电气相接。且垂直式 发光二极管的发光层可为多重量子阱(Multiple Quantun Well, MQff)结构。综上所述，本发明的垂直式发光二极管制造方法，其是在垂直式发光二极管的制 造流程中采用晶粒接合制程。制造流程实施时，先提供一基板，接续，一第一半导体层、一发 光层与一第二半导体层依序形成于基板之上，随后，接着形成第一接合层、第二接合层或上 述的组合，然后，第二半导体层与一包含载体的晶圆藉由晶粒接合制程接合，再经由激光剥 离或研磨移除基板，最后分割成单晶粒，以及形成一焊垫于第一半导体层之上，以构成垂直 式发光二极管的结构。此外，基板之上还可形成一缓冲层，以缓冲激光剥离或研磨对垂直式 发光二极管的结构的磨损。如此垂直式发光二极管藉由晶粒接合制程用以接合第二半导体 层与载体，进一步可提升良率，以及降低成本。以上通过实施例，对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。 在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视 为本发明的保护范围。
权利要求
一种垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，包含有以下步骤提供一基板；形成一第一半导体层于所述基板之上；形成一发光层于所述第一半导体层之上；形成一第二半导体层于所述发光层之上；经由一晶粒接合制程接合所述第二半导体层与一载体；及移除所述基板。
2.如权利要求1所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，经由一晶粒接合制 程接合所述第二半导体层与一载体的步骤前，还包含一步骤，其是形成一第一接合层于所 述第二半导体层之上，以及形成一第二接合层于所述载体之上。
3.如权利要求2所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，所述第一接合层与 所述第二接合层所采用的材料为金、银、铅、铟、锡、导电胶或上述的组合的其中之一。
4.如权利要求2所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，经由一晶粒接合制 程接合所述第二半导体层与一载体的步骤，其为经由所述第一接合层与所述第二接合层接 合，以让所述第二半导体层与所述载体形成电气相接。
5.如权利要求1所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，经由一晶粒接合制 程接合所述第二半导体层与一载体的步骤前，还包含一步骤，其是形成一第二接合层于所 述载体之上。
6.如权利要求5所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，所述第二接合层所 采用的材料为选自于金、银、铅、铟、锡、导电胶或上述的组合的其中之一。
7.如权利要求5所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，经由一晶粒接合制 程接合所述第二半导体层与一载体的步骤，其为经由所述第二接合层与所述第二半导体层 接合，以让所述第二半导体层与所述载体形成电气相接。
8.如权利要求1所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，经由一晶粒接合制 程接合所述第二半导体层与一载体的步骤前，还包含一步骤，其是形成一第一接合层于所 述第二半导体层之上。
9.如权利要求8所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，所述第一接合层所 采用的材料为金、银、铅、铟、锡、导电胶或上述的组合的其中之一。
10.如权利要求8所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，经由一晶粒接合制 程接合所述第二半导体层与一载体的步骤，其为经由所述载体与所述第一接合层接合，以 让所述第二半导体层与所述载体形成电气相接。
11.如权利要求1所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，所述载体的材料为 半导体、金属及其合金。
12.如权利要求1所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，所述基板为III-V 族的化学元素、II-VI族的化学元素、IV族的化学元素、IV-IV族的化学元素、非晶体半导 体、非结晶体半导体或上述的任意组合的其中之一。
13.如权利要求1所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，若所述第一半导体 层为N型氮化镓系半导体，则所述第二半导体层为包含P型氮化镓系半导体，若所述第一半 导体层为P型氮化镓系半导体，则所述第二半导体层为包含N型氮化镓系半导体。
14.如权利要求1所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，进行晶粒接合制程 的步骤中，采用热压接合、共晶接合或热超音波接合的接合方式，以进行接合。
15.如权利要求1所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，移除所述基板的步 骤中，其采用激光剥离或研磨的方式，以进行移除。
16.如权利要求1所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，形成所述第一半导 体层、所述发光层、所述第二半导体层的方法可为化学气相淀积、金属有机化学气相淀积或 等离子增强化学气相淀积。
17.如权利要求1所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，所述发光层为多重 量子阱结构。
18.如权利要求1所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，移除所述基板的步 骤后，还包含一步骤，其是设置一焊垫于所述第二半导体层之上。
19.如权利要求18所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，设置一焊垫于所 述第二半导体层之上的步骤，还包含一步骤，其是进行晶圆切割制程。
20.如权利要求1所述的垂直式发光二极管制造方法，其特征在于，经由一晶粒接合制 程接合所述第二半导体层与一载体的步骤中，其是以晶粒作为接合制程的单位，用于对一 晶圆的每一晶粒进行接合所述第二半导体层与所述载体。
全文摘要
本发明公开了一种垂直式发光二极管制造方法，其是先以基板作为用于外延生长的基底，接着依序将第一半导体层、发光层与第二半导体层形成于基板之上，然后进行晶粒接合制程，以使第二半导体层与一载体接合。然后移除基板，以便于最后设置一焊垫于第一半导体层之上。本发明的垂直式发光二极管藉由晶粒接合制程的技术提升接合精确度，以减少接合失误发生而降低成本并提升生产良率，且易于观察载体与第二半导体层接合时产生的问题状况。
文档编号H01L33/00GK101859846SQ20091013155
公开日2010年10月13日 申请日期2009年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者潘锡明, 简奉任 申请人:璨扬投资有限公司