CN102969409A - Led的基板重制方法 - Google Patents
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Abstract
一种LED的基板重制方法，其利用电浆蚀刻技术去除成长在基板上的不良磊晶层，基板包含素基板及已奈米图案化的基板，电浆蚀刻技术可透过电浆蚀刻设备实现，其中电浆蚀刻设备使用有适当的气体，以及将反应温度及功率控制于特定范围内，接着再透过清洗处理，即可将成长不良的磊晶层完全去除，不良的磊晶层完全去除后，基板则可回复原状，因此可在基板上再次成长磊晶层，藉以有效提升蓝宝石基板的利用率，节省原料成本并可提升产品良率。
Description
技术领域
本发明是有关于一种将LED的基板重制至能够再次使用的状态的方法，且特别是有关于一种只去除不良磊晶层，但不改变基板厚度的LED基板重制方法。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)具有省电、寿命长、耐震及低发热等多项优点，被大量应用在各种交通号志、车用电子、液晶显示器背光模块以及一般照明等。
制造可见光发光二极管的常用材料包括各种三五族化合物，其包括用于制造黄、橙或红光发光二极管的磷化铝镓铟(AlGaInP)以及用于制造蓝光或紫外光发光二极管的氮化镓(GaN)。其中，超高亮度的蓝光、绿光或紫外光发光二极管，在未来将可取代现行的白热灯泡与卤素灯泡。
由于氮化镓晶体是成长在蓝宝石(Al2O3)的基板上，而蓝宝石的晶格与氮化镓晶体的晶格不匹配，因此发光二极管内的氮化镓晶体通常会具有高密度的线差排(threading dislocation)。这些线差排会降低蓝光或紫外光发光二极管的光输出功率。因此，超高亮度蓝光或紫外光发光二极管的品质，取决于氮化镓(GaN)的磊晶品质。而氮化镓的磊晶质量，则与所使用的蓝宝石基板表面加工的质量息息相关。
一般而言，在蓝宝石基板表面上形成氮化镓的方法通常是采用例如分子束磊晶法、有机金属汽相磊晶(下文缩写成MOVPE)、氢化物汽相磊晶法等方法。
然而现有技术的缺点在于LED在磊晶制程后，仍然会有3～5％不良率判报废，一但磊晶成长有不良状况时，作为磊晶成长底材的蓝宝石基板也无法继续使用，目前虽有机械研磨方式可去除磊晶层，但不可避免的是也会把蓝宝石基板的表层磨除，一但蓝宝石厚度产生变化，后续的制程参数及对位精度都必须重新调整，调整起来费时耗力，且不稳定，实际上根本不会对少数不良基板去重新调机，而是直接将蓝宝石基板报废，因此，必须提出能够将磊晶层完全去除并将基板重制至新品的质量的方法，藉以减少良率损失。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种LED基板及奈米图案化基板的重制方法，其利用电浆蚀刻技术去除成长在基板上的不良磊晶层，其中电浆蚀刻技术可透过电浆蚀刻设备实现，电浆蚀刻设备使用有适当的气体，以及将反应温度、功率及电浆蚀刻时间控制于特定范围间，接着再进行清洗处理，即可将成长不良的磊晶层完全去除。
其中基板可以是素基板或奈米图案化基板，基板的材质包含蓝宝石、单晶硅及多晶硅的至少其中之一，磊晶层的材质包含氮化镓(GaN)。
本发明的一实施例中，电浆腔室所使用的气体包含有一氩气(Ar)、一氯气(Cl2)及一三氯化硼(BCl3)，氯气很容易在电浆蚀刻处理中与III族元素(如：Al、Ga、In)和V族元素(如：P、As、Sb)形成氯化物，但不容易作用于材质为蓝宝石的基板上，因此可在不改变基板厚度的条件下，将不良的磊晶层完全去除。
本发明的一实施例中，清洗处理可以是一湿式清洗处理，将电浆蚀刻后的基板浸泡于清洗台(bench)，清洗台内具有药液，浸泡一特定时间后，即利用快排冲水清洗槽(quick-dump rinse，QDR)将药液自基板上清除。
将不良的磊晶层完全去除后，基板则可回复原状，因此可在基板上再次成长磊晶层及进行图案化制程，因而改善现有技术的缺点，有效提升蓝宝石基板的利用率，节省原料成本并提升产品良率。
附图说明
图1为本发明的LED的基板重制方法的流程示意图。
图2为本发明的LED的基板重制方法的基板示意图。
图3为本发明的LED的基板重制方法的去除磊晶层示意图。
图4为本发明的各种尺寸发光二极管的实验数据比较表。
图5为本发明的试片(a)(b)(c)的原子力显微镜表面量测图。
图6为本发明的试片(a)(b)(c)的扫瞄式电子显微镜照片。
其中，附图标记说明如下：
10 基板
20 磊晶层
30 电浆蚀刻设备
301 电浆腔室
303 台座
305 气体
S10、S20、S30步骤
具体实施方式
以下配合附图及附图标记对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟习本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。
如图1，本发明的LED的基板重制方法的流程示意图。本发明有关LED的基板重制方法，用以将基板的磊晶层完全去除，但不改变基板本身的厚度，以方便后续图案化制程的进行。
如图2，本发明的LED的基板重制方法的基板示意图，并请配合图1所示。首先进入步骤S10，提供一基板10，该基板10用以制作发光二极管，其中基板可以是素基板或奈米图案化基板，该基板10的材质可以是蓝宝石(Sapphire)、单晶硅、多晶硅或其它适当材质，该基板上形成有一磊晶层20，该磊晶层20为一氮化镓(GaN)薄膜。
如图3，本发明的LED的基板重制方法的去除磊晶层示意图，并请配合图1所示。接着进入步骤S20，利用一电浆蚀刻技术去除该基板10上的该磊晶层20，其中该电浆蚀刻技术可藉由一电浆蚀刻设备30实现，该电浆蚀刻设备具有一电浆腔室301及一台座303，该台座303位于该电浆腔室301内，其中将具有该磊晶层20的该基板10置放于该电浆腔室301之中的该台座303上。
该电浆腔室301的制程压力控制于0.3Pa～1Pa之间，电浆蚀刻该磊晶层20的时间须控制于45～90分钟之间，其中该电浆腔室所使用的气体305包含有一氩气(Ar)、一氯气(Cl2)及一三氯化硼(BCl3)，较佳而言，该氩气的输送流率须介于0sccm至40sccm之间，该氯气的输送流率介于0sccm至60sccm之间，该三氯化硼的输送流率介于0sccm至30sccm之间。
且该电浆腔室的反应温度须控制于-20～10℃之间，该电浆腔室所接受的上电极射频天线功率(antenna RF Power)须控制于300～1800瓦特之间，该电浆腔室所接受的下电极射频偏压功率(Bias RF Power)须控制于300～900瓦特之间。
在本发明的一实施例中，该电浆蚀刻技术为电感性耦合电浆蚀刻技术，该电浆蚀刻设备可以是电感耦合式电浆蚀刻机(inductively coupled plasma，ICP)。
接着进入步骤S30，对已去除磊晶层20的基板10表面进行一清洗处理，该清洗处理将已去除磊晶层20的基板1浸泡于一清洗台(Bench)之中维持一期间，该清洗台具有一药液，该药液可以是磷酸与盐酸以1比1、2比1、1比2的方式调制而成，该清洗台的温度控制于200℃至280℃之间，该期间约为5至20秒，接着利用快排冲水清洗槽(quick-dump rinse，QDR)冲洗该基板10的表面维持10～15分钟，藉以中止药液的反应，并将该基板10的表面清洗干净。
如图5，本发明的试片(a)(b)(c)的原子力显微镜(atomic force microscopy，AFM)表面量测图，如图6，本发明的试片(a)(b)(c)的扫瞄式电子显微镜(Scanning Electric Microscope，SEM)照片。其中试片(a)为具有磊晶层20的基板10经电浆蚀刻处理后的状态，其蚀刻时间为3600秒；试片(b)为具有磊晶层20的基板10经电浆蚀刻技术处理后的状态，其蚀刻时间为1500秒；试片(c)则为标准规格的基板10。
将试片(a)与试片(c)比较可发现，试片(a)经过适当时间的电浆蚀刻处理后，基板10上的磊晶层20已被完全去除，且基板10的表面状态与标准规格的基板10的表面状态无明显差异，而试片(b)在蚀刻不完全下，表面上有明显的不规则起伏。
如图4，本发明的各种尺寸发光二极管的实验数据比较表。其中样品A的操作电流为20毫安(mA)，平均电压为3.23伏特(V)，样品B的操作电流则为350毫安(mA)，平均电压为3.32伏特(V)。
样品A及样品B分别以正常的基板、经电浆蚀刻处理后磊晶层20完全被去除的基板以及经电浆蚀刻处理后磊晶层20部份被去除的基板，而分别制作出的发光二极管，由图4的实验数据比较表中可知，样品A以被电浆蚀刻处理后磊晶层20完全被去除的基板而制作的发光二极管的光输出功率为17.65mW，以正常基板所制作的发光二极管只有17.3mW，样品B以被电浆蚀刻处理后磊晶层20完全被去除的基板而制作的发光二极管的光输出功率为323.52mW，以正常基板所制作的发光二极管只有316.35mW，由此可知，被电浆蚀刻处理后磊晶层20完全被去除的基板不仅可直接适用后续的图案化制程，还可提升发光二极管的光输出功率。
以上所述内容仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。
Claims (16)
1.一种LED的基板重制方法，其特征在于，包含：
提供一基板，该基板上已成长有一磊晶层；
利用一电浆蚀刻技术去除形成于该基板上的该磊晶层；以及
对已去除磊晶层的基板表面进行一清洗处理。
2.如权利要求1所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该基板可以是一素基板或一图案化基板。
3.如权利要求1所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该基板的材质为蓝宝石、单晶硅及多晶硅的至少其中之一。
4.如权利要求1所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该薄膜层为一氮化镓薄膜。
5.如权利要求1所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该电浆蚀刻技术为将该基板上的该磊晶层完全去除。
6.如权利要求5所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该电浆蚀刻技术为电感性耦合电浆蚀刻技术。
7.如权利要求1所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该电浆蚀刻技术包含将具有该磊晶层的该基板送进一电浆腔室中。
8.如权利要求7所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该电浆腔室的制程压力控制于0.3Pa至1Pa之间。
9.如权利要求7所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该电浆腔室所使用的气体包含有一氩气、一氯气及一三氯化硼。
10.如权利要求7所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该氩气的流率介于0sccm至40sccm之间，该氯气的流率介于0sccm至60sccm之间，该三氯化硼的流率介于0sccm至30sccm之间。
11.如权利要求7所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该电浆腔室的制程温度介于-20～10℃之间。
12.如权利要求7所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该电浆腔室所接受的上电极射频天线功率介于300～1800瓦特之间。
13.如权利要求7所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该电浆腔室所接受的下电极射频偏压功率介于300～900瓦特之间。
14.如权利要求1所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该清洗处理将已去除磊晶层的基板浸泡于一清洗台维持一期间，该清洗台具有一药液，接着利用快排冲水清洗槽冲洗该基板的表面至少10～15分钟。
15.如权利要求14所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该期间为5至20秒。
16.如权利要求14所述的LED的基板重制方法，其特征在于，该药液可以是磷酸与盐酸以1比1、2比1或1比2的方式调制而成，该清洗台的温度控制于200℃至280℃之间。
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| TW201310692A (zh) | 2013-03-01 |
| TWI447948B (zh) | 2014-08-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130313 |