基板晶片以及Ⅲ族氮化物半导体元件的制造方法技术

本发明专利技术公开一种基板晶片以及Ⅲ族氮化物半导体元件的制造方法。其中由一六方晶系单晶材料所构成的基板晶片，且上述六方晶系单晶材料包含一c轴晶面、一a轴晶面、及一m轴方向，包含：一上表面，包含上述c轴晶面构成的一c轴平面；一第一侧边，与上述上表面连接，且自垂直于上述c轴平面方向观之，上述第一侧边实质为一弧线；以及一第二侧边，与上述第一侧边连接，且自垂直于上述c轴平面方向观之，上述第二侧边实质为一直线；其中，上述a轴晶面与上述m轴方向平行；其中，上述第二侧边与上述m轴方向不平行。

Substrate wafer and manufacturing method of group III nitride semiconductor element

The invention discloses a substrate wafer and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor element. The substrate wafer consists of 16 hexagonal single crystal materials, and the six hexagonal single crystal material comprises a c axis, a a axis crystal crystal surface, and a m axis, comprises an upper surface, comprising a c axis plane of the c axis of the crystal surface; a first side, and on the surface of the connection, and perpendicular to the c axis plane direction of view, the first side is a curved line; and a second side, connected with the first side, and perpendicular to the c axis plane direction of view, the second side is a straight line which is parallel to the; the a axis and the M axis direction of crystal surface; among them, the second side and the M axis is not parallel.

【技术实现步骤摘要】
基板晶片以及Ⅲ族氮化物半导体元件的制造方法
本专利技术涉及一种基板晶片以及一种Ⅲ族氮化物半导体元件的制造方法，尤其涉及一种使用此种基板晶片制作的Ⅲ族氮化物半导体元件的制造方法。
技术介绍
近十年来III族氮化物半导体材料的研究已经非常广泛。以现今来说，氮化铝(AluminumNitride,AlN)、氮化镓(GalliumNitride,GaN)、氮化铟(IndiumNitride,InN)、或以与其相同元素依适当比例合成的三元或四元合金等都是目前相当热门的材料。依据其带隙宽度，氮化镓系化合物材料通过有机金属化学气相沉积法(MetalorganicChemicalVapourDeposition,MOCVD)、分子束外延成长法(MolecularBeamEpitaxy,MBE)、氢化物气相外延法(HydrideVapourPhaseEpitaxy,HVPE)等外延技术，可制作高亮度蓝光及绿光的发光二极管元件(LightEmittingDiode,LED)。此外，也可应用于蓝光、绿光激光二极管(LaserDiode,LD)的制作。若再与III-V族其他氮化物材料以适当比例合成三元或四元合金，其带隙宽度可从1.9eV连续调变到6.4eV，波长涵盖范围还可延伸至紫外光、紫光、蓝光、绿光、红光，甚至红外光。除了上述的LED及LD外，可利用Ⅲ族氮化物半导体材料的物理特性所制作的元件还有太阳能电池元件、光侦测器、及高功率电子元件例如高电子迁移率晶体管(HighElectronMobilityTransistor,HEMT)及整流器等。传统的III族氮化物半导体元件大略的制作工艺步骤如下：首先，先通过外延制作工艺于基板晶片上形成多个III族氮化物半导体外延层后，再依据不同元件需求进行后续不同制作工艺以形成多个III族氮化物半导体单元，例如：形成沟槽、形成绝缘层、形成电极等；接着，在各个III族氮化物半导体单元间，通过蚀刻制作工艺移除部分III族氮化物半导体外延层，以形成分隔各个III族氮化物半导体单元的切割道；最后，再沿着上述的切割道分割基板晶片，以将上述的多个III族氮化物半导体单元分割为多个III族氮化物半导体元件。分割基板晶片的方式，一般有以下步骤：首先，通过划片机、切块机、激光等，对于欲切断的基板晶片，形成作为破坏的起点的沟或加工变质层。其中，举例来说，通过激光的切割方式为将激光以对物透镜光学系统进行集光，再沿着对于基板晶片所想定的切断预定线，即前述切割道部分，聚焦照射至基板晶片内部，使基板晶片内部聚焦的位置变质形成结晶强度较低的加工变质层，此即所谓的隐形切割法；接着，以接触的方式将前端具有锐角的刀片冲击压入至基板晶片，使基板晶片经由受力而断裂，继而切断基板晶片并分割成多个III族氮化物半导体元件。然而，使用蓝宝石(Sapphire)等六方晶系单结晶材料作为基板晶片时，即便经由隐形切割法于基板晶片内部先进行加工变质、再以垂直基板晶片表面的方向通过冲击加压的方式劈裂分割III族氮化物半导体元件，仍会产生不可控制的斜裂，造成III族氮化物半导体元件的部分侧面(切断面)，产生倾斜的问题，甚至产生切断面延伸到III族氮化物半导体元件内部，造成III族氮化物半导体元件的损伤。以下将详述之：图1表示的是六方晶系单结晶材料的结晶方位的图。在六方晶系结构中，六角柱的底面朝上的面为c轴晶面(0001)，六角柱的六个侧面分别为m轴晶面(1-100)及等价于m轴晶面(1-100)的面(m轴晶面的集合{1-100}，图未示)，以下皆称的为m轴晶面。垂直于c轴晶面(0001)的方向为[0001]方向(c轴方向)，垂直于m轴晶面(1-100)的方向为[1-100]方向(m轴方向)。此外，在六角柱结构之中，底面分别标示出a1轴、a2轴、a3轴，这三个a轴都垂直于c轴方向；在a1轴及a2轴中，定义出一个包含各坐标“1”的点，通过两点平行于c轴的面为a轴晶面(11-20)。在这边，以类似的方式，可另外由六角柱的上面(下面)的六角形其他顶点定义出平行于c轴的5个面为等价于a轴晶面(11-20)的面(a轴晶面的集合{11-20}，图未示)。以下皆称的为a轴晶面。并且，垂直于a轴晶面(11-20)的方向为[11-20]方向(a轴方向)。如图2A所示，显示为以形成III族氮化物发光二极管元件60为目标，在切割裂片前，基板晶片10的上表面20形成有多个III族氮化物发光二极管单元40时外延晶片100结构的俯视图。进行半导体元件制作工艺时，如果使用六方晶系单结晶材料，例如本实施例中的Sapphire作为基板晶片10时，因应欲制成元件的特性需求，现有的技术会采用由c轴晶面((0001)面)构成的c轴平面作为基板晶片的上表面20。值得注意的是，在这边，基于制作工艺能力及后续外延品质的考虑，由c轴晶面构成的c轴平面被定义为相对于c轴晶面具有正负一度以内倾斜角(offangle)的平面。此外，自垂直于上表面20的方向(即，垂直于c轴平面方向)观之，基板晶片10还具有一个显示基板晶片10结晶方位的定向侧边30(OrientationFlat)。如图2A中所示，定向侧边30会平行于基板晶片10的a轴晶面(即，垂直于a轴方向([11-20]方向)或平行于m轴方向([1-100]方向))。亦即，a轴晶面与m轴方向平行。此外，多个矩形的III族氮化物发光二极管单元40通过沿着垂直及平行于定向侧边30而被定义出来的切割道50a、50b被定义出来，彼此相邻。接着，当依据前述的分割制作工艺沿着平行于a轴方向([11-20]方向)的切割道50a以及垂直于a轴方向(即，平行于a轴晶面或m轴[1-100]方向)的切割道50b而劈裂基板晶片10后，便可分割出表面形状为矩形的多个III族氮化物发光二极管元件60。图2B、图2C、及图2D分别显示分割后的III族氮化物发光二极管元件60的俯视图、短边侧视图、以及长边侧视图。由图2B～图2D我们可以发现，当我们从俯视图观察时，III族氮化物发光二极管元件60包含III族氮化物半导体外延部分61、第一电极63、以及第二电极65。参考图2C，当我们从短边侧视图观察时，III族氮化物发光二极管元件60长边侧面62’的短边62”相对应于上表面20的法线方向会有倾斜角θ3及θ4(即两个长边侧面62’分别相对应于垂直上表面20的倾斜角)，在本实施例中倾斜角θ3及θ4为2°以下，即对于基板上表面20而言为几乎垂直的切断面。然而，参考图2D，从长边侧视图观察时，III族氮化物发光二极管元件60的长边侧面62’则约略形成为平行四边形，即，当我们从长边侧视图观察时，III族氮化物发光二极管元件60短边侧面64’的短边64”相对应于上表面20的法线方向会有倾斜角θ1及θ2(即两个短边侧面64’分别相对应于垂直上表面20的倾斜角)，在本实施例中倾斜角θ1及θ2为5°～8°。也就是说，III族氮化物发光二极管元件60的短边侧面64’相对于上表面20而言倾斜角较大，较为倾斜不垂直于上表面20。当倾斜角过大时，可能会造成分割裂片时断裂的位置超过切割道(50a、50b)甚至到达III族氮化物半导体外延部分61，更严重的话，甚至会有影响III族氮化物发光二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由一六方晶系单晶材料所构成的基板晶片，且该六方晶系单晶材料包含一c轴晶面、一a轴晶面、及一m轴方向，包含：上表面，包含该c轴晶面构成的一c轴平面；第一侧边，与该上表面连接，且自垂直于该c轴平面方向观之，该第一侧边实质为一弧线，并具有一曲率中心；以及第二侧边，与该第一侧边连接；其中，该a轴晶面与该m轴方向平行；其中，该第二侧边与该曲率中心具有一最短距离构成的一线段，而该线段与该m轴方向不垂直。

【技术特征摘要】
2016.04.20 TW 1051122101.一种由一六方晶系单晶材料所构成的基板晶片，且该六方晶系单晶材料包含一c轴晶面、一a轴晶面、及一m轴方向，包含：上表面，包含该c轴晶面构成的一c轴平面；第一侧边，与该上表面连接，且自垂直于该c轴平面方向观之，该第一侧边实质为一弧线，并具有一曲率中心；以及第二侧边，与该第一侧边连接；其中，该a轴晶面与该m轴方向平行；其中，该第二侧边与该曲率中心具有一最短距离构成的一线段，而该线段与该m轴方向不垂直。2.一种由一六方晶系单晶材料所构成的基板晶片，且该六方晶系单晶材料包含一c轴晶面、一a轴晶面、及一m轴方向，包含：上表面，包含该c轴晶面构成的一c轴平面；第一侧边，与该上表面连接，且自垂直于该c轴平面方向观之，该第一侧边实质为一弧线；以及第二侧边，与该第一侧边连接，且自垂直于该c轴平面方向观之，该第二侧边实质为一直线；其中，该a轴晶面与该m轴方向平行；其中，该第二侧边与该m轴方向不平行。3.一种外延晶片，包含：如权利要求2所述的基板晶片；以及多个Ⅲ族氮化物半导体单元，设置于该上表面上。4.如权利要求2所述的基板晶片或权利要求3所述的外延晶片，该第二侧边与该m轴方向的夹角介于5度～20度或40～50度。5.如权利要求2所述的基板晶片或权利要求3所述的外延晶片，其中，该六方晶系单晶材料为蓝宝石。6.如权利要求2所述的基板晶片或权利要求3所述的外延晶片，该上表面还包含多个规则排列的凸部结构。7.如权利要求6所述的基板晶片或外延晶片，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯欣，黄信雄，李宛蓉，陈佩佳，戴永信，
申请(专利权)人：晶元光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71