CN103633202A - 蓝宝石基板的再生方法 - Google Patents

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钟润文
周志豪
陈飞宏
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Abstract

本发明为一种蓝宝石基板的再生方法，其先提供一半导体结构，将该半导体结构浸渍于一碱性水溶液，以去除该半导体结构的一蓝宝石基板上的一磊晶结构，并在经过清洗制程，将该半导体结构的残留浸渍液去除后，得到一再生的蓝宝石基板，藉由上述步骤进行再生的制程能够大量处理蓝宝石基板、处理时间短、可选择性清除镀层，且浸渍液不与蓝宝石基板反应，可保留蓝宝石基板使用前状态，降低成膜生产参数的变异性，提升产品良率的优点。

Description

蓝宝石基板的再生方法
技术领域
本发明系有关于一种利用全湿式制程将具有镀层的蓝宝石基板回复至蓝宝石基板新片质量的蓝宝石基板的再生方法。
背景技术
蓝宝石的组成为氧化铝(Al2O3)是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合，晶体结构为六方晶格结构，蓝宝石的光学穿透带很宽，从近紫外光(190nm)到中红外线都有很好的透光性，并且具备高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、熔点高及电绝缘等特点，常作为光电组件材料。随着1993年日亚化(Nichia)开发出以氮化镓(GaN)为材质的蓝光LED，配合MOCVD(有机金属气相磊晶法)的磊晶技术，可制造出高亮度的蓝光LED，蓝宝石(Sapphire)成为制成氮化镓磊晶发光层的主要基板材质。
然，磊晶制程并无法达到良率百分的百的程度，且蓝宝石基板从长晶至切磨抛加工，也十分不易，尤其是面对日益需求的4”、6”大尺寸基板搭配表面图案化的制程，如果因磊晶失败而使得蓝宝石基板无法再利用，对于耗能的制程实为可惜。习知在回收蓝宝石基板再利用的最后一道制程会使用磨抛制程，将蓝宝石基板的表面做1物理性破坏，造成图案化的蓝宝石基板无法再次使用。
习知在处理该些回收的蓝宝石基板及玻璃，系需要进行下列步骤：
(a)先浸渍一第一酸液，去除金属层；
(b)高温(1100～1800℃)裂解氮化物；
(c)浸渍一第二酸液，去除磊晶结构氧化物；及
(d)化学机械抛光，去除表面残余物。
例如，中国台湾地区专利公报公告第I366894号的“蓝宝石晶圆再生方法”，其包括下列步骤：(a)提供蓝宝石晶圆，此蓝宝石晶圆上已形成有磊晶结构；(b)对蓝宝石晶圆进行第一浸渍(Dipping)制程，以移除金属残留物；(c)对蓝宝石晶圆进行高温处理(High Temperature Treatment)制程以破坏及氧化磊晶结构；(d)对蓝宝石晶圆进行第二浸渍制程，以移除残余的磊晶结构氧化物；(e)对蓝宝石晶圆的第一表面进行第一抛光制程，其中蓝宝石晶圆再生方法依照步骤(a)至步骤(e)的顺序进行。使再生蓝宝石晶圆具有与蓝宝石晶圆新片相同的质量。
前案第I366894号为典型以习知制程处理蓝宝石基板的再生方法，其系透过高温裂解将去除氮化物，在长时间的再生制程中，此步骤需要进行数个小时，不仅相当耗时，且会消耗大量能源，制程的效率低落，再者，习知的蓝宝石基板再生制程会依序进行两道酸性溶液的浸渍，而酸性溶液中通常系由磷酸、硫酸、硝酸、盐酸等强酸混合制成，浸渍过程中，蚀刻液破坏蓝宝石基板表面状态、侵蚀蓝宝石基板，使蓝宝石基板厚度减薄及表面粗糙度变异，若蓝宝石基板表面已图案化，亦会受到不同轴向的蚀刻率不同而被破坏。
由于现有技术尚无法完善处理此类问题，所以有加以突破、解决的必要。因此，如何提升方便性、实用性与经济效益，此为业界应努力解决、克服的重点项目。
缘此，本发明人有鉴于习知蓝宝石基板再生方法的问题缺失未臻理想的事实，本发明发明人即着手研发其解决方案，希望能开发出一种更具便利性、实用性与高经济效益的蓝宝石基板的再生方法，以促进社会的发展，遂经多时的构思而有本发明的产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蓝宝石基板的再生方法，其系将一具有镀层的蓝宝石基板浸渍于一碱性水溶液，以去除该蓝宝石基板上的金属氮化物层，并经一清洗制程后得到一再生的蓝宝石基板，再生过程采用全湿式制程，处理量大、处理时间短、可选择性清除镀层，且浸渍液不与蓝宝石基板反应，可保留蓝宝石基板使用前状态，降低成膜生产参数的变异性，提升产品良率。
本发明系提供一种蓝宝石基板的再生方法，其包含下列步骤：首先，提供一半导体结构，其包含一蓝宝石基板及一磊晶结构，该磊晶结构设于该蓝宝石基板一侧；浸渍该半导体结构于一碱性水溶液，以去除该磊晶结构的多个金属氮化物层；取出该半导体结构，并进行一清洗制程，以去除该半导体结构的残留浸渍液；最后，得到该蓝宝石基板。
实施本发明产生的有益效果是：本发明透过将该半导体结构依序浸渍于第一酸性水溶液及碱性水溶液后，能够去除该蓝宝石基板上的磊晶结构，得到一再生的蓝宝石基板，而经由浸渍第二酸性溶液及电浆干式蚀刻，更能确实去除残留物，且再生过程中不藉由高温裂解的步骤，得以缩短制程的时间，而浸渍的酸、碱水溶液系选用不易与蓝宝石基板反应的配方，故可保留基板使用前状态，降低成膜生产参数的变异性，提升产品良率。
附图说明
图1A为本发明的第一较佳实施例的结构示意图；
图1B为本发明的第一较佳实施例的实施步骤示意图；
图2A为本发明的第二较佳实施例的结构示意图；
图2B为本发明的第二较佳实施例的实施步骤示意图；
图3为本发明的第三较佳实施例的实施步骤示意图；及
图4为本发明的第四较佳实施例的实施步骤示意图。
【图号对照说明】
1     半导体结构
10   蓝宝石基板
20   磊晶结构
21   金属氮化物层
22   P型金属层
23   N型金属层
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
由于习知的蓝宝石基板再生制程需要进行高温裂解及化学抛光的步骤，过程中会耗费大量的能源及时间，高温数小时耗能会破坏基板表面状态、蚀刻液会侵蚀基板，造成基板厚度减薄及表面粗糙度变异，会提升成膜生产参数的变异性，故本发明系提出能够改善上述缺失的蓝宝石基板再生方法。
首先，请一并参阅图1A及图1B，其为本发明的第一较佳实施例的结构示意图及实施步骤示意图；如图所示，本实施例的蓝宝石基板再生方法，其步骤如下：
步骤S10：提供一半导体结构，其包含一蓝宝石基板及一磊晶结构，该磊晶结构设于该蓝宝石基板一侧；
步骤S20：浸渍该半导体结构于一碱性水溶液，以去除该磊晶结构的多个金属氮化物层；
步骤S30：取出该半导体结构，并进行一清洗制程，以去除该半导体结构的残留浸渍液；及
步骤S40：得到该蓝宝石基板。
如图1A所示，该蓝宝石基板10一侧设置该些金属氮化物层21，浸渍该半导体结构1于该碱性水溶液，使该金属氮化物层21浸渍于该碱性水溶液，该些金属氮化物层为一氮化铝层、一氮化铟层、一氮化镓层或其组合择一者，该金属氮化物层更包含至少一微量金属、硅、硅氧化物或其组合择一者，该微量金属选自镁、锌或其组合择一者，该碱性水溶液包括一溶质及一溶剂，该溶质系选自氢氧化钾、氢氧化钠、氢氰酸钾或其组合择一者，该溶剂选自乙二醇、甘油、醇醚类或其组合择一者，该溶质较佳系为氢氧化钾及氢氰酸钾与该溶剂较佳系为乙二醇的混合，该溶质与该溶剂的浓度配比为10～50wt％，该溶质与该溶剂混合的溶液中更包含一去离子水，该去离子水的比例为0～10wt％，并于浸渍温度90～180℃及浸渍时间介于5～30分钟的间进行浸渍制程，在透过浸渍该碱性水溶液及条件环境下，该些金属氮化物层21会由该蓝宝石基板10一侧去除。
经过浸渍该碱性水溶液，并去除该些金属氮化物层21后，该半导体结构1表面会残留部份浸渍液，接着进行清洗制程以洗去残留的浸渍液，该清洗制程系使用一超音波装置，并利用一去离子水洗净该半导体结构1，该超音波装置为浸入摇摆式、浸入静止式、流水冲洗式的任一者，并将该超音波装置的震荡频率设定为40KHz以上，进行10～30分钟的洗净，以去除残留的浸渍液，最后得到不具该金属氮化物层21的该蓝宝石基板10。
由于上述的步骤不经高温裂解的步骤，故能减少蓝宝石基板10再生制程的时间及能源消耗，且浸渍该半导体结构1于上述配方组成的该些溶液不易与该蓝宝石基板10反应，亦即该溶液具有选择性清除镀层的优点，不侵蚀该蓝宝石基板10，故可保留蓝宝石基板10使用前的状态，降低成膜生产参数的变异性，以提升成品良率，且若该蓝宝石基板10已图案化，该图案不会受到化学或物理性破坏，而得以保留。
请一并参阅图2A及图2B，其为本发明的第二较佳实施例的结构示意图及实施步骤示意图；如图所示，本实施例的蓝宝石基板再生方法于提供该半导体结构的步骤后，更包含以下步骤：
步骤S15：浸渍该半导体结构于一第一酸性水溶液，以去除该磊晶结构的至少一金属层。
由于该半导体结构1的该磊晶结构20为一不良或不再利用的镀层，该磊晶结构20不一定会具有该金属层，而本实施例与第一实施例的差异在于该磊晶结构20包含一P型金属层22及一N型金属层23分别为一电极，本实施例新增的步骤则在于去除该P型金属层22及该N型金属层23。
如图2A所示，本实施例系具有该P型金属层及设置于最顶层的金属氮化物层21一侧，该N型金属层设置于最底层的金属氮化物层21一侧，该金属层系选自钛、金、铌、铝或其组合择一者，该第一酸性水溶液系选自氢氟酸、硝酸、过氧化氢或其组合择一者，该第一酸性水溶液较佳为该氢氟酸、硝酸的混合，该氢氟酸、硝酸混合液的浓度配比为0～100wt％，该氢氟酸、硝酸混合液更包含该过氧化氢及一去离子水，该过氧化氢及该去离子水的比例为0～200wt％，并于浸渍温度60℃以下及浸渍时间介于2～30分钟之间进行浸渍制程，在透过浸渍该第一酸性水溶液，并于该条件环境下，该P型金属层22及该N型金属层23会分别由最顶层及最底层的该金属氮化物层21一侧去除，的后，再依序进行浸渍该碱性水溶液、清洗该半导体结构1等步骤。
请参阅图3，其为本发明的第三较佳实施例的实施步骤示意图；如图所示，本实施例的蓝宝石基板再生方法于浸渍该半导体结构于该碱性水溶液的步骤后，更包含以下步骤：
步骤S25：取出该半导体结构，浸渍该半导体结构于一第二酸性水溶液，以去除该半导体结构的一残留硅或其氧化物。
由于在经过浸渍该碱性水溶液后，该些金属氮化物层21应已由该蓝宝石基板10一侧去除，然，该些金属氮化物层21包含的硅或其氧化物可能会残留于该蓝宝石基板10一侧，本实施例的步骤即在于去除该些可能残留于该蓝宝石基板10一侧的硅或其氧化物，最后进行该清洗制程，以去除该半导体结构1的残留浸渍液，而得到该蓝宝石基板10。该第二酸性水溶液包括一盐类及一溶剂，该盐类系选自酸式氟化铵，该溶剂系选自去离子水、乙二醇、甘油、醇醚类或其组合择一者，该溶剂较佳系选自去离子水与该乙二醇醚的混合溶液，再与该酸式氟化铵混合而成该第二酸性水溶液，该盐类及该溶剂的浓度配比为5～20wt％，并于浸渍温度150℃以下及浸渍时间介于10～30分钟之间进行浸渍制程，在透过浸渍该第二酸性水溶液及条件环境下，该残留的硅或其氧化物会由该蓝宝石基板10一侧去除。
请参阅图4，其为本发明的第四较佳实施例的实施步骤示意图；如图所示，本实施例的蓝宝石基板再生方法于进行该清洗制程的步骤后，更包含以下步骤：
步骤S35，进行电浆干式蚀刻于该半导体结构，以去除该半导体结构的一残留金属氮化物层。
在经过该清洗制程后，若该半导体结构1残留部份该金属氮化物层于该蓝宝石基板10一侧，则进行电浆干式蚀刻于该半导体结构1，以去除该蓝宝石基板10上的该残留金属氮化物层，利用电浆干式蚀刻将该蓝宝石基板10上的该残留金属氮化物层去除后，即能得到一再生的该蓝宝石基板10。而步骤S15、S25或S35亦能视欲去除的镀层类型，选择性组合于同一制程中进行，以将该蓝宝石基板10的该金属层或残留物确实去除。
综上所述，本发明透过将该半导体结构依序浸渍于第一酸性水溶液及碱性水溶液后，能够去除该蓝宝石基板上的磊晶结构，得到一再生的蓝宝石基板，而经由浸渍第二酸性溶液及电浆干式蚀刻，更能确实去除残留物，且再生过程中不藉由高温裂解的步骤，得以缩短制程的时间，而浸渍的酸、碱水溶液系选用不易与蓝宝石基板反应的配方，故，可保留基板使用前状态，降低成膜生产参数的变异性，提升产品良率。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (11)

1.一种蓝宝石基板的再生方法，其特征在于，其包含：
提供一半导体结构，其包含一蓝宝石基板及一磊晶结构，该磊晶结构设于该蓝宝石基板一侧；
浸渍该半导体结构于一碱性水溶液，以去除该磊晶结构的多个金属氮化物层；
取出该半导体结构，并进行一清洗制程，以去除该半导体结构的残留浸渍液；
及
得到该蓝宝石基板。
2.如权利要求1所述的蓝宝石基板的再生方法，其特征在于，其中于提供一半导体结构的步骤后，更包含下列步骤：
浸渍该半导体结构于一第一酸性水溶液，以去除该磊晶结构的至少一金属层。
3.如权利要求2所述的蓝宝石基板的再生方法，其特征在于，其中该第一酸性水溶液系选自氢氟酸、硝酸、过氧化氢或其组合择一者。
4.如权利要求1所述的蓝宝石基板的再生方法，其特征在于，其中该些金属氮化物层为一氮化铝层、一氮化铟层、一氮化镓层或其组合择一者。
5.如权利要求1所述的蓝宝石基板的再生方法，其特征在于，其中该金属氮化物层更包含至少一微量金属、硅、硅氧化物或其组合择一者。
6.如权利要求5所述的蓝宝石基板的再生方法，其特征在于，其中该微量金属选自镁、锌或其组合择一者。
7.如权利要求1所述的蓝宝石基板的再生方法，其特征在于，其中该碱性水溶液包括一溶质及一溶剂，该溶质系选自氢氧化钾、氢氧化钠、氢氰酸钾或其组合择一者，该溶剂选自乙二醇、甘油、醇醚类或其组合择一者。
8.如权利要求1所述的蓝宝石基板的再生方法，其特征在于，其中该清洗制程系使用一超音波装置，利用一去离子水洗净该半导体结构。
9.如权利要求1所述的蓝宝石基板的再生方法，其特征在于，其中于浸渍该半导体结构于一碱性水溶液的步骤后，更包含下列步骤：
取出该半导体结构，浸渍该半导体结构于一第二酸性水溶液，以去除该半导体结构的一残留硅或其氧化物。
10.如权利要求9所述的蓝宝石基板的再生方法，其特征在于，其中该第二酸性水溶液包括一盐类及一溶剂，该盐类系选自酸式氟化铵，该溶剂系选自去离子水、乙二醇、甘油、醇醚类或其组合择一者。
11.如权利要求1所述的蓝宝石基板的再生方法，其特征在于，其中于取出该半导体结构，进行一清洗制程，以去除该半导体结构表面的残留浸渍液的步骤后，更包含下列步骤：
进行电浆干式蚀刻于该半导体结构，以去除该半导体结构的一残留金属氮化物层。
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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140312