TW201407747A - 發光二極體結構及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種發光二極體結構及其製造方法。此發光二極體結構包含絕緣基板、數個發光二極體晶片以及數個內連線層。每一發光二極體晶片包含依序堆疊在絕緣基板之表面上之磊晶層以及介電層。每一發光二極體晶片設有第一電性接觸孔與第二電性接觸孔貫穿介電層，以及第一隔離溝渠位於磊晶層中且介於發光二極體晶片之第二電性接觸孔與相鄰之發光二極體晶片之第一電性接觸孔之間。每一內連線層由每一發光二極體晶片之第二電性接觸孔中經由第一隔離溝渠上方而延伸至相鄰之發光二極體晶片之第一電性接觸孔中，以電性連接這些發光二極體晶片。
Description
本發明是有關於一種發光結構，且特別是有關於一種發光二極體(LED)結構及其製造方法。
請參照第1圖，其係繪示一種傳統串聯之發光二極體結構的局部剖面圖。傳統之串聯發光二極體結構100包含設置在絕緣基板102之表面104上的數個串聯之發光二極體晶片，例如發光二極體晶片106a與106b。相鄰之二發光二極體晶片106a與106b之間以隔離溝渠122隔開。每個發光二極體晶片106a與106b包含依序堆疊在絕緣基板102之表面上的未摻雜半導體層108、第一電性半導體層110、主動層112、第二電性半導體層114與透明導電層116。
每個發光二極體晶片106a與106b具有平台結構128與第一電性半導體層110之暴露部分130。發光二極體晶片106a之第一電性電極墊118a與第二電性電極墊120a分別設於第一電性半導體層110之暴露部分130與平台結構128上。同樣地，發光二極體晶片106b之第一電性電極墊118b與第二電性電極墊120b分別設於第一電性半導體層110之暴露部分130與平台結構128上。
在發光二極體結構100中，絕緣層124覆蓋在隔離溝渠122內，且延伸於隔離溝渠122之開口外側之發光二極體晶片106a的第一電性半導體層110、與發光二極體晶片106b的透明導電層116上，以電性隔離相鄰之二發光二極
體晶片106a與106b。而為了串聯相鄰之二發光二極體晶片106a與106b，發光二極體結構100具有內連線層(interconnection layer)126。內連線層126自發光二極體晶片106a之第一電性電極墊118a上，經由第一電性半導體層110之暴露部分130上、與隔離溝渠122內之絕緣層124，而延伸至相鄰發光二極體晶片106b上之絕緣層124與第二電性電極墊120b上，以電性串聯相鄰之發光二極體晶片106a與106b。
一般而言，由於此種串聯式之發光二極體結構100利用較高的電壓來加以驅動，因此驅動電路具有較高的效率。其次，相較於多個獨立的發光二極體晶片，串聯式之發光二極體結構100的接合墊面積小，因此發光二極體結構100具有較大的出光面積。另外，由於串聯式之發光二極體結構100的電流可分散流動於每個小發光二極體晶片，因此電流分布較單一個大面積的發光二極體晶片均勻，故串聯式之發光二極體結構100的發光效率較佳。
然而，由於這種傳統的串聯式發光二極體結構100的隔離溝渠122的底部需向下延伸至絕緣基板102之表面104。因此，隔離溝渠122之深寬比過高，導致絕緣層124之材料不易填入，而容易產生沉積不連續的情形，使得絕緣層124中易有破孔生成。故，後續沉積導電之內連線層126時，內連線層126之導電材料可能會填入絕緣層124之破孔中，而造成短路現象。
在串聯式發光二極體結構100中，只要有其中一個發光二極體晶片106a或106b有短路現象，整個串聯的發光
二極體結構100就無法運轉。因此，串聯式發光二極體結構100的生產良率不佳。
此外，隔離溝渠122之深寬比過高也容易使內連線層126的沉積不連續，如此一來將造成內連線層126斷線。在串聯式發光二極體結構100中，只要有其中一個發光二極體晶片106a或106b有斷線現象，整個串聯的發光二極體結構100同樣無法運轉。因此，串聯式發光二極體結構100的生產良率不佳。
另外，對於單一發光二極體晶片，欲檢測其是否有短路現象時，可藉由對此發光二極體晶片施加逆向電壓，再量測是否有逆向漏電流的方式來進行檢測。然而，由於串聯式發光二極體結構100係由多個發光二極體晶片106a與106b等互相串聯而成，因此只要其中一個發光二極體晶片106a或106b有短路現象、或者其中一個發光二極體晶片106a或106b的內連線層126斷線，整個串聯的發光二極體結構100便無法量測到逆向漏電流。故，串聯式發光二極體結構100若具有短路缺陷將無法經由量測的方式來加以確認。
因此，本發明之一態樣就是在提供一種發光二極體結構及其製造方法，其內連線層係直接從相鄰發光二極體晶片之一者上方之介電層中的接觸孔經由介電層上方延伸至另一者上方之介電層中的接觸孔。故，導電材料可不需要填充在相鄰二發光二極體晶片之間的隔離溝槽中，因而可
解決內連線層斷線的問題。
本發明之另一態樣是在提供一種發光二極體結構及其製造方法，其相鄰二發光二極體晶片之間的隔離溝渠中僅填充絕緣層而無導電材料。因此，縱使隔離溝渠內的絕緣層沉積不連續，在隔離溝渠內無導電材料的情況下，發光區域中也不會有短路的問題產生。
本發明之又一態樣是在提供一種發光二極體結構及其製造方法，其可有效解決短路與斷線的問題，因此可大幅提升串聯發光二極體結構之生產良率，進而可降低製作成本。
本發明之再一態樣是在提供一種發光二極體結構及其製造方法，其可有效解決短路與斷線的問題，因此可無需仰賴逆向漏電流的檢測手段。
根據本發明之上述目的，提出一種發光二極體結構。此發光二極體結構包含一絕緣基板、複數個發光二極體晶片以及複數個內連線層。每一發光二極體晶片包含依序堆疊在絕緣基板之一表面上之一磊晶層以及一介電層。每一發光二極體晶片設有一第一電性接觸孔與一第二電性接觸孔貫穿介電層；以及一第一隔離溝渠位於磊晶層中，且介於發光二極體晶片之第二電性接觸孔與相鄰之發光二極體晶片之第一電性接觸孔之間。每一內連線層由每一發光二極體晶片之第二電性接觸孔中經由第一隔離溝渠上方而延伸至相鄰之發光二極體晶片之第一電性接觸孔中，以電性連接這些發光二極體晶片。
依據本發明之一實施例，上述每一磊晶層包含依序堆
疊在絕緣基板之表面之一未摻雜半導體層、一第一電性半導體層、一主動層以及一第二電性半導體層，第一電性半導體層之電性不同於第二電性半導體層。
依據本發明之另一實施例，上述每一發光二極體晶片更包含一透明導電層介於介電層與磊晶層之間；第一電性接觸孔之一底部暴露出第一電性半導體層；以及第二電性接觸孔之一底部暴露出透明導電層。
依據本發明之又一實施例，上述每一發光二極體晶片更包含至少一電流阻障層介於第二電性接觸孔之底部與磊晶層之間。
依據本發明之再一實施例，在上述每一發光二極體晶片中，磊晶層具有一凹槽，此凹槽之一底部暴露出第一電性半導體層，第一電性接觸孔暴露出凹槽之底部的一部分，且介電層覆蓋在凹槽之一側壁上。
依據本發明之再一實施例，上述每一發光二極體晶片更包含一絕緣層，此絕緣層填入第一隔離溝渠中，以封住第一隔離溝渠之一開口。
依據本發明之再一實施例，上述每一發光二極體晶片更包含至少一絕緣襯層覆蓋在第一電性接觸孔之一側壁上。
根據本發明之上述目的，另提出一種發光二極體結構之製造方法，其包含下列步驟。提供一絕緣基板。形成一磊晶結構於絕緣基板之一表面上。形成複數個第一隔離溝渠與複數個第二隔離溝渠於磊晶結構中，以定義出複數個發光二極體晶片之複數個磊晶層。其中，前述之第一隔離
溝渠分別與第二隔離溝渠鄰接。形成複數個介電層分別覆蓋在磊晶層上。在每一發光二極體晶片中形成一第一電性接觸孔與一第二電性接觸孔貫穿介電層。其中，每一發光二極體晶片中之第一隔離溝渠介於發光二極體晶片之第二電性接觸孔與相鄰之發光二極體晶片之第一電性接觸孔之間。形成複數個內連線層。其中，每一內連線層由每一發光二極體晶片之第二電性接觸孔中經由第一隔離溝渠上方而延伸至相鄰之發光二極體晶片之第一電性接觸孔中，以電性連接這些發光二極體晶片。
依據本發明之一實施例，上述每一磊晶層包含依序堆疊在絕緣基板之表面之一未摻雜半導體層、一第一電性半導體層、一主動層以及一第二電性半導體層，第一電性半導體層之電性不同於第二電性半導體層。
依據本發明之另一實施例，於形成介電層的步驟前，上述發光二極體結構之製造方法更包含形成複數個第一絕緣層與複數個第二絕緣層分別填入第一隔離溝渠與第二隔離溝渠中。
依據本發明之又一實施例，形成第一絕緣層與第二絕緣層之步驟後，上述發光二極體結構之製造方法更包含：形成複數個電流阻障層分別位於磊晶層與第二電性接觸孔之間；以及形成複數個透明導電層分別介於介電層與磊晶層之間。其中，在上述每一發光二極體晶片中，第一電性接觸孔之一底部暴露出第一電性半導體層，且第二電性接觸孔之一底部暴露出透明導電層。
依據本發明之再一實施例，於形成內連線層之步驟
前，上述發光二極體結構之製造方法更包含形成複數個絕緣襯層分別覆蓋在第一電性接觸孔之複數個側壁上。
依據本發明之再一實施例，在上述每一發光二極體晶片中形成第一電性接觸孔之步驟包含：移除部分之第二電性半導體層、部分之主動層與部分之第一電性半導體層，以在磊晶層中形成一凹槽；使介電層填入凹槽中；以及移除部分之介電層，以形成第一電性接觸孔而暴露出凹槽之一底部的一部分，其中介電層覆蓋在凹槽之一側壁上。
請參照第2圖、第3A圖與第4圖，其中第2圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種發光二極體結構之上視圖，第3A圖係繪示沿著第2圖之AA’剖面線所獲得之發光二極體結構的剖面圖，第4圖係繪示沿著第2圖之BB’剖面線所獲得之發光二極體結構的剖面圖。在本實施方式中，發光二極體結構200可為高壓發光二極體(High Voltage LED；HV LED)。
發光二極體結構200係由數個發光二極體晶片228相互串聯而成。在第2圖所示之實施例中，發光二極體結構200係由12個以陣列方式排列之發光二極體晶片228所串接而成。每個發光二極體晶片228之周圍均設有隔離溝渠216與240，以電性隔離這些發光二極體晶片228。此外，相鄰之二發光二極體晶片228之間則藉由導電之內連線層226來電性連接，以將所有之發光二極體晶片228予以串聯。
在一實施例中，請一併參照第2圖與第3A圖，發光二極體結構200主要包含絕緣基板202、數個發光二極體晶片228、以及數個內連線層226。絕緣基板202之材料可例如為藍寶石。在一些例子中，絕緣基板202可為一圖案化藍寶石基板(Pattern Sapphire Substrate；PSS)。在此絕緣基板202之表面204上，形成有多個圖案結構258。藉由這些圖案結構258的設置，可提升發光二極體晶片228的光取出效率。
發光二極體晶片228設置在絕緣基板202之表面204上。每個發光二極體晶片228包含磊晶層214與介電層230。在每個發光二極體晶片228中，磊晶層214設置在絕緣基板202之表面204上，而介電層230則疊設在磊晶層214上。在此實施例中，磊晶層214包含依序成長堆疊在絕緣基板202之表面204上的未摻雜半導體層206、第一電性半導體層208、主動層210與第二電性半導體層212。在本發明中，第一電性與第二電性為不同之電性。例如，第一電性與第二電性之其中一者為n型，另一者則為p型。在另一實施例中，磊晶層214亦可沒有包含未摻雜半導體層206。
主動層210可例如為多組相互交替堆疊之量子井層(quantum well layer)和阻障層(barrier layer)所組成之多重量子井(Multiple Quantum Well；MQW)結構。在一例子中，未摻雜半導體層206、第一電性半導體層208、主動層210與第二電性半導體層212之材料可例如為氮化鎵系列材料。介電層230又可稱為層間介電(Interlayer Dielectric；ILD)
層。介電層230之材料為絕緣材料，例如二氧化矽與氮化矽(SiNx)等。
每個發光二極體晶片228更可選擇性地包含透明導電層224。透明導電層224之材料可例如為氧化銦錫(ITO)。透明導電層224可覆蓋在磊晶層214上。藉由此透明導電層224的設置，可將輸入發光二極體晶片228之電流有效擴散，而可避免電流擁擠效應。
每個發光二極體晶片228具有第一電性接觸孔234與第二電性接觸孔244。第一電性接觸孔234與第二電性接觸孔244均貫穿介電層230。第一電性接觸孔234從介電層230之上表面266延伸至磊晶層214之第一電性半導體層208。亦即，第一電性接觸孔234之底部246暴露出部分之第一電性半導體層208。
另一方面，在發光二極體晶片228無透明導電層的實施例中，第二電性接觸孔244從介電層230之上表面266延伸至磊晶層214之第二電性半導體層212。亦即，第二電性接觸孔244之底部260暴露出部分之第二電性半導體層212。而在發光二極體晶片228具有透明導電層224的實施例中，如第3A圖所示，第二電性接觸孔244從介電層230之上表面266僅延伸至透明導電層224。也就是說，第二電性接觸孔244之底部260暴露出部分之透明導電層224。
請再次參照第3A圖，在每個發光二極體晶片228中，隔離溝渠216係設置在磊晶層214中，且介於此發光二極體晶片228之第二電性接觸孔244與相鄰之發光二極體晶
片228的第一電性接觸孔234之間。在一實施例中，隔離溝渠216自磊晶層214之第二電性半導體層212朝未摻雜半導體層206延伸。因此，隔離溝渠216之底部268位於未摻雜半導體層206中。在第3A圖所示之實施例中，隔離溝渠216之底部268亦可直接延伸至絕緣基板202之表面204，而暴露出絕緣基板202之表面204。在磊晶層214沒有包含未摻雜半導體層206的實施例中，隔離溝渠216自第二電性半導體層212朝絕緣基板202之表面204延伸。因而，此時隔離溝渠216之底部268暴露出絕緣基板202之表面204的一部分。如第3A圖所示，隔離溝渠216暴露出絕緣基板202之表面204上的圖案結構258。
在一些實施例中，每個發光二極體晶片228更可包含絕緣層218。絕緣層218填入隔離溝渠216中，並覆蓋絕緣基板202之圖案結構258，且較佳係封住隔離溝渠216之開口248。絕緣層218可完全填滿隔離溝渠216。但在一實施例中，如第3A圖所示，絕緣層218亦可不填滿隔離溝渠216，而在隔離溝渠216中形成孔洞220。
在一實施例中，如第3A圖所示，隔離溝渠216之剖面形狀為倒梯形，以利絕緣層218沉積於隔離溝渠216中。在一示範例子中，隔離溝渠216與絕緣基板202之表面204之間的夾角θ可例如為從30°至90°。然而，在另一實施例中，隔離溝渠216之剖面形狀亦可為矩形。此外，絕緣層218之材料可例如為二氧化矽或氮化矽(SiNx)。
在第3A圖所示之實施例中，為了使發光二極體晶片228可以正常操作，每個發光二極體晶片228更包含絕緣
襯層262。絕緣襯層262覆蓋在第一電性接觸孔234之側壁上，以電性隔離後續填入第一電性接觸孔234之內連線層226、和第一電性接觸孔234之側壁所暴露出之透明導電層224、第二電性半導體層212、主動層210與第一電性半導體層208。藉此，可避免第一電性接觸孔234內的電流流經電阻值較小之透明導電層224而到達第二電性接觸孔244，進而造成短路而無法發光。也就是說，藉由絕緣襯層262的設置，可避免同一發光二極體晶片228或相鄰之發光二極體晶片228之第一電性半導體層208與第二電性半導體層212透過透明導電層224而直接導通。
每個發光二極體晶片228更可包含絕緣襯層264。此絕緣襯層264覆蓋在第二電性接觸孔244之側壁上，以提高發光二極體晶片228之電性可靠度。然，在一實施例中，發光二極體晶片228可僅包含絕緣襯層262，而無需設置絕緣襯層264。絕緣襯層262與264之材料可例如為二氧化矽或氮化矽(SiNx)。
在另一實施方式中，發光二極體結構亦可不包含絕緣襯層。請先參照第3B圖，其係繪示依照本發明之另一實施方式的一種發光二極體結構的剖面圖。在本實施方式中，發光二極體結構200a之架構大致上與上述實施方式之發光二極體結構200的架構相同，二者的差異在於發光二極體結構200a之發光二極體晶片228a的第一電性接觸孔234與第二電性接觸孔244內並未設有絕緣襯層。
在發光二極體結構200a中，每個發光二極體晶片228a之磊晶層214設有凹槽276。此凹槽276自磊晶層214之
第二電性半導體層212朝第一電性半導體層208延伸。凹槽276之底部278位於第一電性半導體層208中，亦即凹槽276之底部278暴露出第一電性半導體層208。第一電性接觸孔234與凹槽276相接。而且，如第3B圖所示，介電層230a之一部分覆蓋在凹槽276之側壁上，且第一電性接觸孔234之底部246暴露出凹槽276之底部278的一部分。
藉由設計使介電層230a延伸覆蓋在磊晶層214之凹槽276的側壁上，發光二極體結構200a無需另外設置絕緣襯層於第一電性接觸孔234之側壁上，即可達到使內連線層226與凹槽276之側壁所暴露出之磊晶層214和透明導電層224電性絕緣的效果。
請再次參照第3A圖，在發光二極體結構200中，內連線層226分別連接相鄰之發光二極體晶片228，以電性串聯這些發光二極體晶片228。內連線層226分別對應填入一發光二極體晶片228之第二電性接觸孔244中，並經由隔離溝渠216上方之介電層230的上表面266，而延伸至相鄰之發光二極體晶片228的第一電性接觸孔234，且填入此第一電性接觸孔234中。其中，內連線層226填入第一電性接觸孔234與第二電性接觸孔244中的部分亦可分別稱為接觸插塞(contact plug)270與272。內連線層226可經由與一發光二極體晶片228之第二電性接觸孔244所暴露出之透明導電層224或第二電性半導體層212、以及相鄰之發光二極體晶片228的第一電性接觸孔234所暴露出之第一電性半導體層208接合的方式，而電性連接相鄰
之此二發光二極體晶片228。
在每一內連線層226中，位在二接觸插塞270與272的上方、且位於介電層230之上表面266上的部分，則相當於一發光二極體晶片228之第二電性電極和相鄰之發光二極體晶片228的第一電性電極。內連線層226之材料係為導電材料，可例如為金屬。在一實施例中，內連線層226可為依序堆疊之鉻層、鉑層與金層所構成之鉻/鉑/金(Cr/Pt/Au)堆疊結構。
在一實施例中，每個發光二極體晶片228亦可選擇性地包含電流阻障層222。如第3A圖所示，在每個發光二極體晶片228中，電流阻障層222設於部分之磊晶層214上，且位於第二電性接觸孔244之底部260的下方。也就是說，電流阻障層222介於第二電性接觸孔244之底部260與磊晶層214之間。而且，透明導電層224覆蓋住電流阻障層222。
藉由電流阻障層222的設置，可避免大量電流經由內連線層226之接觸插塞272而直接向下灌注至發光二極體晶片228中而造成電流擁塞情形，進而可強迫電流經由透明導電層224而流至發光區域232中。藉此，可大幅增進發光二極體晶片228之發光效率。在一實施例中，電流阻障層222較佳係大於接觸插塞272之底部的面積，亦即墊流阻障層222之範圍較佳係涵蓋接觸插塞272之整個底部，以獲得更佳之電流阻障效果。
在另一實施例中，絕緣層218可僅填入隔離溝渠216的一部分深度，而無需使絕緣層218之上表面與磊晶層214
等高。而在此實施例中，電流阻障層222可從第二電性接觸孔244之底部260的下方延伸至鄰近之絕緣溝渠216的開口248，並使電流阻障層222覆蓋住絕緣溝渠216之開口248。藉由電流阻障層222的設置，可進一步增加絕緣效果，以避免透明導電層224覆蓋到磊晶層214而造成短路。
請一併參照第2圖與第4圖，在每個發光二極體晶片228中，另一隔離溝渠240係設於發光區域232外側之磊晶層214中，且與隔離溝渠216鄰接。如第2圖所示，隔離溝渠240可電性隔離相鄰二行之發光二極體晶片228。因此，不同於隔離溝渠216，隔離溝渠240上方並未覆蓋有透明導電層或內連線層等導電材料，如第4圖所示。
隔離溝渠240自磊晶層214之第二電性半導體層212延伸至未摻雜半導體層206。在一實施例中，隔離溝渠240之底部274可位於未摻雜半導體層206中。在第4圖所示之實施例中，隔離溝渠240之底部274直接延伸至絕緣基板202之表面204，而暴露出絕緣基板202之部分表面204。在磊晶層214並未包含未摻雜半導體層206的實施例中，隔離溝渠240自第二電性半導體層212朝絕緣基板202之表面204延伸，且隔離溝渠240之底部274暴露出絕緣基板202之表面204的一部分。
在一些實施例中，每個發光二極體晶片228更可包另一絕緣層242。絕緣層242填入隔離溝渠240中，且較佳係封住隔離溝渠240之開口250。絕緣層242可完全填滿隔離溝渠240。但在另一實施例中，絕緣層242亦可不填
滿隔離溝渠240。在一實施例中，如第4圖所示，隔離溝渠240剖面形狀可呈倒梯形，以利絕緣層242沉積於隔離溝渠240中。在一示範例子中，隔離溝渠240與絕緣基板202之表面204之間的夾角α可例如為從30°至90°。然而，在另一實施例中，隔離溝渠240之剖面形狀亦可為矩形。絕緣層242之材料可例如為二氧化矽或氮化矽(SiNx)。在一實施例中，每個發光二極體晶片228亦可選擇性地包含電流阻障層(圖中未繪示)。電流阻障層位於隔離溝渠240之上方，且覆蓋住隔離溝渠240內之絕緣層242、與隔離溝渠240之開口250外圍之第二電性半導體層212上。
請再次參照第2圖，發光二極體結構200之前端與後端可分別設置第二電性電極墊236與第一電性電極墊238。第一電性電極墊238與第二電性電極墊236之材料為導電材料，例如金屬。在一實施例中，第一電性電極墊238與第二電性電極墊236均可為依序堆疊之鉻層、鉑層與金層所構成之鉻/鉑/金堆疊結構。
請參照第5A圖至第5J圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種發光二極體結構之製程剖面圖。在此實施方式中，製造發光二極體結構200時，先提供絕緣基板202，例如藍寶石基板。在一實施例中，絕緣基板202可為一圖案化藍寶石基板，而其表面204上設有多個圖案結構，其中這些圖案結構可布設在整個表面204上。
接著，利用磊晶成長方式，例如有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)方式，依序在絕緣基板202之表面204上形成未摻雜半導體層206、第一電性半導體層208、主動層210
與第二電性半導體層212。未摻雜半導體層206、第一電性半導體層208、主動層210與第二電性半導體層212依序堆疊而構成磊晶結構214a。在另一實施例中，磊晶結構214a亦可不包含未摻雜半導體層206。
接下來，利用例如沉積方式，形成蝕刻停止層(etching stop layer)252覆蓋在第二電性半導體層212上。蝕刻停止層252之材料可例如為氮化矽(SiNx)。如第5B圖所示，再利用例如沉積方式，形成硬罩幕層(hard mask layer)254覆蓋在蝕刻停止層252上。硬罩幕層254之材料可例如為鎳或二氧化矽。蝕刻停止層252可作為定義硬罩幕層254之圖案時的蝕刻終點。
接著，先利用例如塗布方式，形成光阻層256覆蓋在硬罩幕層254上。再利用例如微影製程，對光阻層256進行圖案定義。定義光阻層256時，移除部分之光阻層256，而暴露出部分之硬罩幕層254，以在光阻層256中定義出隔離溝渠216之預設位置與形狀。然後，利用例如蝕刻方式，且以圖案化後之光阻層256為蝕刻罩幕，並以蝕刻停止層252為蝕刻終點，來移除硬罩幕層254的暴露部分。藉此，可將光阻層256中之圖案轉移至硬罩幕層254中。因而，可將原先定義在光阻層256中之隔離溝渠216的預設位置與形狀，轉移至硬罩幕層254，如第5C圖所示。
接著，利用例如感應耦合式電漿蝕刻(ICP)方式，且以圖案化之光阻層256與硬罩幕層254為蝕刻罩幕，來蝕刻磊晶結構214a，以移除部分之第二電性半導體層212、部分之主動層210、部分之第一電性半導體層208與部分之
未摻雜半導體層206。藉此，如第4圖與第5C圖所示，可將硬罩幕層254中之圖案進一步轉移至磊晶結構214a中，而在磊晶結構214a中形成隔離溝渠216與240。如第2圖與第5D圖所示，隔離溝渠216分別與隔離溝渠240鄰接，且隔離溝渠216與240將磊晶結構214a定義成數個發光二極體晶片228之磊晶層214。其中，每個發光二極體晶片228包含一隔離溝渠216，而一隔離溝渠240可隔設在相鄰二行之發光二極體晶片228之間。
在一實施例中，如第4圖與第5D圖所示，隔離溝渠216之底部268與隔離溝渠240之底部274均暴露出絕緣基板202之表面204的一部分。在另一實施例中，隔離溝渠216之底部268與隔離溝渠240之底部274可位於未摻雜半導體層206中。在磊晶層214並未包含未摻雜半導體層206的實施例中，隔離溝渠216與240自第二電性半導體層212朝絕緣基板202之表面204延伸，且隔離溝渠216與240均暴露出絕緣基板202之表面204的一部分。
在一實施例中，形成隔離溝渠216與240後，可移除殘留之光阻層256與硬罩幕層254，而暴露出蝕刻停止層252，形成如第5D圖所示之結構。在另一實施例中，可在光阻層256與硬罩幕層254移除後，再形成蝕刻停止層252覆蓋在第二電性半導體層212上。
接下來，可根據產品需求，而利用例如電漿輔助化學沉積(PECVD)方式，選擇性地形成絕緣材料覆蓋在蝕刻停止層252上，並填入隔離溝渠216與240中。絕緣材料可例如為二氧化矽或氮化矽(SiNx)。在一實施例中，接著可利
用例如回蝕刻(etch back)方式，並以蝕刻停止層252為蝕刻終點，來移除蝕刻停止層252上之絕緣材料，藉以分別在隔離溝渠216與240中填入絕緣層218與242，如第5E圖與第4圖所示。在另一些實施例中，亦可利用例如化學機械研磨(CMP)方式，來移除蝕刻停止層252上多餘之絕緣材料。此時，蝕刻停止層252作為研磨終點。
絕緣層218與242較佳係分別封住隔離溝渠216之開口248與隔離溝渠240之開口250。在一實施例中，絕緣材料可完全填滿隔離溝渠216與240。在另一實施例中，如第5E圖所示，絕緣材料亦可能沒有填滿隔離溝渠216與240，而在隔離溝渠216與240中形成孔洞220。
完成絕緣層218與242後，即可移除蝕刻停止層252，而暴露出第二電性半導體層212。在一實施例中，接著可直接形成介電層230。然，在另一實施例中，可利用例如沉積方式，選擇性地先形成電流阻障材料覆蓋在第二電性半導體層212上。再利用例如微影與蝕刻方式，移除第二電性半導體層212上之電流阻障材料的一部分，藉以在第二電性半導體層212之預設區域上形成數個電流阻障層222，如第5F圖。電流阻障層222之材料可例如為二氧化矽。
如第5F圖所示，在設置有電流阻障層222的實施例中，接著可利用例如蒸鍍或濺鍍方式，形成透明導電層224覆蓋在電流阻障層222、第二電性半導體層212以及絕緣層218上。透明導電層224之材料可例如為氧化銦錫。
接著，形成介電材料層覆蓋在透明導電層224上。介
電材料係為絕緣材料，例如二氧化矽與氮化矽(SiNx)等。在一實施例中，可利用例如電漿輔助化學沉積方式來形成介電材料層，其中此介電材料層之厚度可約為2000Å至3000Å。在另一實施例中，可利用例如旋轉塗布(spin coating)方式來形成介電材料層，其中此介電材料層之厚度可約為2μm至3μm。
介電材料層形成後，可根據實際製程需求，而選擇性地利用例如化學機械研磨(CMP)的方式對此介電材料層進行平坦化處理，藉以獲得表面實質平坦之介電材料層。接著，如第5G圖所示，利用例如微影與蝕刻方式，例如感應耦合式電漿蝕刻方式，移除部分之介電材料層，而形成數個第一電性接觸孔234的一部分與數個第二電性接觸孔244，並形成數個介電層230。每個發光二極體晶片228包含一介電層230，且第一電性接觸孔234之一部分與第二電性接觸孔244貫穿介電層230。
接下來，形成光阻層280覆蓋在介電層230上，並填入第一電性接觸孔234與第二電性接觸孔244中。再利用例如微影製程，對光阻層280進行圖案定義。定義光阻層280時，移除第一電性接觸孔234中之光阻層280，並暴露出第一電性接觸孔234內之透明導電層224。然後，利用例如蝕刻方式，且以圖案化後之光阻層280為蝕刻罩幕，來移除透明導電層224的暴露部分及其下方之第二電性半導體層212、主動層210與部分之第一電性半導體層208，而完成第一電性接觸孔234。如第5H圖所示，每個發光二極體晶片228之隔離溝渠216介於其第二電性接觸孔244
與相鄰之發光二極體晶片228的第一電性接觸孔234之間。
如第5H圖所示，在每個發光二極體晶片228中，第一電性接觸孔234之底部246暴露出部分之第一電性半導體層208，且位於第一電性半導體層208中。第二電性接觸孔244之底部260暴露出部分之透明導電層224。此外，電流阻障層222介於磊晶層214之第二電性半導體層212與第二電性接觸孔244之底部260之間。而透明導電層224覆蓋在電流阻障層222上，且介於磊晶層214之第二電性半導體層212與介電層230之間。在另一實施例中，發光二極體晶片228無透明導電層，而第二電性接觸孔244之底部260暴露出部分之第二電性半導體層212。
接下來，可移除殘留之光阻層280，而暴露出介電層230、第一電性接觸孔234與第二電性接觸孔244。再利用例如電漿輔助化學沉積方式，形成絕緣材料層覆蓋在介電層230、以及第一電性接觸孔234之側壁和底部246與第二電性接觸孔244之側壁和底部260上。絕緣材料層之材料可例如為二氧化矽或氮化矽(SiNx)。接著，可利用乾蝕刻等非等向性蝕刻方式，去除介電層230之上表面266、第一電性接觸孔234之底部246以及第二電性接觸孔244之底部260上的絕緣材料層，而在第一電性接觸孔234之側壁與第二電性接觸孔244之側壁上分別形成絕緣襯層262與264，如第5I圖所示。
接著，利用例如沉積方式，形成導電層覆蓋在介電層230之上表面266上，並填入第一電性接觸孔234與第二電性接觸孔244中。再利用例如微影與蝕刻方式，移除部
分之金屬層，而形成數個內連線層226、第一電性電極墊238與第二電性電極墊236，而完成串聯式發光二極體結構200，如第5J圖所示。每個內連線層226填充在第一電性接觸孔234與第二電性接觸孔244中的部分亦可分別稱為接觸插塞270與272。內連線層226、第一電性電極墊238與第二電性電極墊236之材料可例如為金屬。在一實施例中，內連線層226、第一電性電極墊238與第二電性電極墊236可為依序堆疊之鉻層、鉑層與金層所構成之鉻/鉑/金堆疊結構。
請再次參照第2圖，第一電性電極墊238與第二電性電極墊236分別設置在發光二極體結構200之後端與前端上。此外，內連線層226分別連接相鄰之發光二極體晶片228，而電性串聯這些發光二極體晶片228。如第5J圖所示，內連線層226從二相鄰發光二極體晶片228中之一發光二極體晶片228的第一電性接觸孔234中第一電性半導體層208的暴露部分，經由相鄰之發光二極體晶片228之隔離溝渠216上方的介電層230的上表面266，而延伸並填入此相鄰發光二極體晶片228之第二電性接觸孔244中，而與相鄰發光二極體晶片228之透明導電層224的暴露部分接觸。因此，內連線層226可電性連接相鄰之二發光二極體晶片228。
請參照第6A圖至第6D圖，其係繪示依照本發明之另一實施方式的一種發光二極體結構之製程剖面圖。在本實施方式中，可先根據上述實施方式之製程步驟，完成第6A圖所示之結構。其中，第6A圖所示之結構如同第5F圖所
示之結構。
接著，先利用例如塗布方式，形成光阻層282覆蓋在透明導電層224上。再利用例如微影製程，對光阻層282進行圖案定義。定義光阻層282時，移除部分之光阻層282，而暴露出部分之透明導電層244，以在光阻層282中定義出凹槽276之預設位置與形狀。然後，如第6B圖所示，利用例如蝕刻方式，且以圖案化後之光阻層282為蝕刻罩幕，來移除透明導電層224的暴露部分、及其下方之部分第二電性半導體層212、部分第主動層210與部分第一電性半導體層208，以在磊晶層214中形成凹槽276。凹槽276之底部278暴露出部分之第一電性半導體層208。
接著，移除殘留之光阻層282而暴露出透明導電層224與凹槽276。再利用例如電漿輔助化學沉積方式或旋轉塗布方式，形成介電材料層覆蓋在透明導電層224上，並填入凹槽276中。此介電材料係為絕緣材料，例如二氧化矽與氮化矽(SiNx)等。介電材料層形成後，可根據實際製程需求，而選擇性地利用例如化學機械研磨的方式對此介電材料層進行平坦化處理，藉以獲得表面實質平坦之介電材料層。
接著，如第6C圖所示，利用例如微影與蝕刻方式，例如感應耦合式電漿蝕刻方式，移除部分之介電材料層，而形成數個第一電性接觸孔234與數個第二電性接觸孔244，並形成數個介電層230a。每個發光二極體晶片228a包含一介電層230a，且第一電性接觸孔234與第二電性接觸孔244貫穿介電層230a。如第6C圖所示，每個發光二
極體晶片228a之隔離溝渠216介於其第二電性接觸孔244與相鄰之發光二極體晶片228a的第一電性接觸孔234之間。
如第6C圖所示，在每個發光二極體晶片228a中，介電層230a之一部分覆蓋在凹槽276之側壁上，且第一電性接觸孔234之底部246暴露出凹槽276之底部278的一部分。第二電性接觸孔244之底部260暴露出部分之透明導電層224。在本實施方式中，由於介電層230a延伸覆蓋在凹槽276之側壁上，發光二極體結構200a無需另外設置絕緣襯層於第一電性接觸孔234之側壁上，即可使內連線層226與凹槽276之側壁所暴露出之磊晶層214和透明導電層224電性絕緣。
接著，利用例如沉積方式，形成導電層覆蓋在介電層230a之上表面266上，並填入第一電性接觸孔234與第二電性接觸孔244中。再利用例如微影與蝕刻方式，移除部分之金屬層，而形成數個內連線層226、第一電性電極墊與第二電性電極墊(如第2圖所示之第一電性電極墊238與第二電性電極墊236)，而完成串聯式發光二極體結構200a，如第6D圖所示。每個內連線層226填充在第一電性接觸孔234與第二電性接觸孔244中的部分亦可分別稱為接觸插塞270與272。內連線層226、第一電性電極墊與第二電性電極墊之材料可例如為金屬。在一實施例中，內連線層226、第一電性電極墊與第二電性電極墊可為依序堆疊之鉻層、鉑層與金層所構成之鉻/鉑/金堆疊結構。
如第6D圖所示，內連線層226從二相鄰發光二極體
晶片228a中之一發光二極體晶片228a的第一電性接觸孔234中第一電性半導體層208的暴露部分，經由相鄰之發光二極體晶片228a之隔離溝渠216上方的介電層230a的上表面266，而延伸並填入此相鄰發光二極體晶片228a之第二電性接觸孔244中，而與相鄰發光二極體晶片228a之透明導電層224的暴露部分接觸。因此，內連線層226可電性連接相鄰之二發光二極體晶片228a。
由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為發光二極體結構之內連線層係直接從相鄰發光二極體晶片之一者上方之介電層中的接觸孔經由介電層上方延伸至另一者上方之介電層中的接觸孔。因此，導電材料可不需要填充在相鄰二發光二極體晶片之間的隔離溝槽中，因而可解決內連線層斷線的問題。
由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為發光二極體結構之相鄰二發光二極體晶片之間的隔離溝渠中僅填充絕緣層而無導電材料。因此，縱使隔離溝渠內的絕緣層沉積不連續，在隔離溝渠內無導電材料的情況下，發光區域中也不會有短路的問題產生。
由上述之實施方式可知，本發明之又一優點為發光二極體結構之製造方法可有效解決短路與斷線的問題，因此可大幅提升串聯發光二極體結構之生產良率，進而可降低製作成本。
由上述之實施方式可知，本發明之再一優點為可有效解決短路與斷線的問題，因此可無需仰賴逆向漏電流的檢測手段。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧發光二極體結構
102‧‧‧絕緣基板
104‧‧‧表面
106a‧‧‧發光二極體晶片
106b‧‧‧發光二極體晶片
108‧‧‧未摻雜半導體層
110‧‧‧第一電性半導體層
112‧‧‧主動層
114‧‧‧第二電性半導體層
116‧‧‧透明導電層
118a‧‧‧第一電性電極墊
118b‧‧‧第一電性電極墊
120a‧‧‧第二電性電極墊
120b‧‧‧第二電性電極墊
122‧‧‧隔離溝渠
124‧‧‧絕緣層
126‧‧‧內連線層
128‧‧‧平台結構
130‧‧‧暴露部分
200‧‧‧發光二極體結構
200a‧‧‧發光二極體結構
202‧‧‧絕緣基板
204‧‧‧表面
206‧‧‧未摻雜半導體層
208‧‧‧第一電性半導體層
210‧‧‧主動層
212‧‧‧第二電性半導體層
214‧‧‧磊晶層
214a‧‧‧磊晶結構
216‧‧‧隔離溝渠
218‧‧‧絕緣層
220‧‧‧孔洞
222‧‧‧電流阻障層
224‧‧‧透明導電層
226‧‧‧內連線層
228‧‧‧發光二極體晶片
228a‧‧‧發光二極體晶片
230‧‧‧介電層
230a‧‧‧介電層
232‧‧‧發光區域
234‧‧‧第一電性接觸孔
236‧‧‧第二電性電極墊
238‧‧‧第一電性電極墊
240‧‧‧隔離溝渠
242‧‧‧絕緣層
244‧‧‧第二電性接觸孔
246‧‧‧底部
248‧‧‧開口
250‧‧‧開口
252‧‧‧蝕刻停止層
254‧‧‧硬罩幕層
256‧‧‧光阻層
258‧‧‧圖案結構
262‧‧‧絕緣襯層
260‧‧‧底部
264‧‧‧絕緣襯層
266‧‧‧上表面
268‧‧‧底部
270‧‧‧接觸插塞
272‧‧‧接觸插塞
274‧‧‧底部
276‧‧‧凹槽
278‧‧‧底部
280‧‧‧光阻層
282‧‧‧光阻層
α‧‧‧夾角
θ‧‧‧夾角
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1圖係繪示一種傳統串聯之發光二極體結構的局部剖面圖。
第2圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種發光二極體結構之上視圖。
第3A圖係繪示沿著第2圖之AA’剖面線所獲得之發光二極體結構的剖面圖。
第3B圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種發光二極體結構的剖面圖。
第4圖係繪示沿著第2圖之BB’剖面線所獲得之發光二極體結構的剖面圖。
第5A圖至第5J圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種發光二極體結構之製程剖面圖。
第6A圖至第6D圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種發光二極體結構之製程剖面圖。
200‧‧‧發光二極體結構
202‧‧‧絕緣基板
204‧‧‧表面
206‧‧‧未摻雜半導體層
208‧‧‧第一電性半導體層
210‧‧‧主動層
212‧‧‧第二電性半導體層
214‧‧‧磊晶層
216‧‧‧隔離溝渠
218‧‧‧絕緣層
220‧‧‧孔洞
222‧‧‧電流阻障層
224‧‧‧透明導電層
226‧‧‧內連線層
228‧‧‧發光二極體晶片
230‧‧‧介電層
232‧‧‧發光區域
234‧‧‧第一電性接觸孔
244‧‧‧第二電性接觸孔
246‧‧‧底部
248‧‧‧開口
258‧‧‧圖案結構
260‧‧‧底部
262‧‧‧絕緣襯層
264‧‧‧絕緣襯層
266‧‧‧上表面
268‧‧‧底部
270‧‧‧接觸插塞
272‧‧‧接觸插塞
θ‧‧‧夾角
Claims (13)
- 一種發光二極體結構，包含：一絕緣基板；複數個發光二極體晶片，其中每一該些發光二極體晶片包含依序堆疊在該絕緣基板之一表面上之一磊晶層以及一介電層，且每一該些發光二極體晶片設有：一第一電性接觸孔與一第二電性接觸孔貫穿該介電層；以及一第一隔離溝渠位於該磊晶層中，且介於該發光二極體晶片之該第二電性接觸孔與相鄰之該發光二極體晶片之該第一電性接觸孔之間；以及複數個內連線層，其中每一該些內連線層由每一該些發光二極體晶片之該第二電性接觸孔中經由該第一隔離溝渠上方而延伸至相鄰之該發光二極體晶片之該第一電性接觸孔中，以電性連接該些發光二極體晶片。
- 如請求項1所述之發光二極體結構，其中每一該些磊晶層包含依序堆疊在該絕緣基板之該表面之一未摻雜半導體層、一第一電性半導體層、一主動層以及一第二電性半導體層，該第一電性半導體層之電性不同於該第二電性半導體層。
- 如請求項2所述之發光二極體結構，其中每一該些發光二極體晶片更包含一透明導電層介於該介電層與該磊晶層之間； 該第一電性接觸孔之一底部暴露出該第一電性半導體層；以及該第二電性接觸孔之一底部暴露出該透明導電層。
- 如請求項3所述之發光二極體結構，其中每一該些發光二極體晶片更包含至少一電流阻障層介於該第二電性接觸孔之該底部與該磊晶層之間。
- 如請求項2所述之發光二極體結構，其中在每一該些發光二極體晶片中，該磊晶層具有一凹槽，該凹槽之一底部暴露出該第一電性半導體層，該第一電性接觸孔暴露出該凹槽之該底部的一部分，且該介電層覆蓋在該凹槽之一側壁上。
- 如請求項1所述之發光二極體結構，其中每一該些發光二極體晶片更包含一絕緣層，該絕緣層填入該第一隔離溝渠中，以封住該第一隔離溝渠之一開口。
- 如請求項1所述之發光二極體結構，其中每一該些發光二極體晶片更包含至少一絕緣襯層覆蓋在該第一電性接觸孔之一側壁上。
- 一種發光二極體結構之製造方法，包含：提供一絕緣基板； 形成一磊晶結構於該絕緣基板之一表面上；形成複數個第一隔離溝渠與複數個第二隔離溝渠於該磊晶結構中，以定義出複數個發光二極體晶片之複數個磊晶層，其中該些第一隔離溝渠分別與該些第二隔離溝渠鄰接；形成複數個介電層分別覆蓋在該些磊晶層上；在每一該些發光二極體晶片中形成一第一電性接觸孔與一第二電性接觸孔貫穿該介電層，其中每一該些發光二極體晶片中之該第一隔離溝渠介於該發光二極體晶片之該第二電性接觸孔與相鄰之該發光二極體晶片之該第一電性接觸孔之間；以及形成複數個內連線層，其中每一該些內連線層由每一該些發光二極體晶片之該第二電性接觸孔中經由該第一隔離溝渠上方而延伸至相鄰之該發光二極體晶片之該第一電性接觸孔中，以電性連接該些發光二極體晶片。
- 如請求項8所述之發光二極體結構之製造方法，其中每一該些磊晶層包含依序堆疊在該絕緣基板之該表面之一未摻雜半導體層、一第一電性半導體層、一主動層以及一第二電性半導體層，該第一電性半導體層之電性不同於該第二電性半導體層。
- 如請求項9所述之發光二極體結構之製造方法，於形成該些介電層的步驟前，更包含形成複數個第一絕緣層與複數個第二絕緣層分別填入該些第一隔離溝渠與該些第二隔離溝渠中。
- 如請求項10所述之發光二極體結構之製造方法，形成該些第一絕緣層與該些第二絕緣層之步驟後，更包含：形成複數個電流阻障層分別位於該些磊晶層與該些第二電性接觸孔之間；以及形成複數個透明導電層分別介於該介電層與該磊晶層之間；其中在每一該些發光二極體晶片中，該第一電性接觸孔之一底部暴露出該第一電性半導體層，且該第二電性接觸孔之一底部暴露出該透明導電層。
- 如請求項9所述之發光二極體結構之製造方法，於形成該些內連線層之步驟前，更包含形成複數個絕緣襯層分別覆蓋在該些第一電性接觸孔之複數個側壁上。
- 如請求項9所述之發光二極體結構之製造方法，其中在每一該些發光二極體晶片中形成該第一電性接觸孔之步驟包含：移除部分之該第二電性半導體層、部分之該主動層與部分之該第一電性半導體層，以在該磊晶層中形成一凹槽；使該介電層填入該凹槽中；以及移除部分之該介電層，以形成該第一電性接觸孔而暴露出該凹槽之一底部的一部分，其中該介電層覆蓋在該凹槽之一側壁上。
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