CN112054099A - 一种衬底的回收工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明针对外延生长完成的衬底回收时存在翘曲偏大、利用率低的问题，公开了一种调整衬底翘曲、提高利用率的方法，该方法通过在衬底外延层的另一面进行镀膜，激光聚焦在衬底内部形成改质点来调整衬底的翘曲以达到量产的标准，之后利用高温化学反应去除外延生长层，对去除外延生长层后的衬底进行清洗，去除低折射率膜，得到回收后的衬底。
Description
技术领域
本发明涉及一种衬底的回收工艺，具体涉及到衬底的回收方法，属于光电子技术领域。
背景技术
氮化镓材料具有宽带隙、高电子迁移率、高热导率、高稳定性等一系列优点，因此在高亮度蓝色发光二极管(LED)、蓝色半导体激光器(LD)以及抗辐射、高频、高温、高压等电子电力器件中有着广泛的实际应用和巨大的市场前景。GaN基LED应用领域的多样性决定了其市场需求十分火热，2010年中国大陆和台湾地区都出现了供不应求的的现象。
在外延生长过程中，由于工艺波动或者设备异常等不可控因素，会产出一些不满足生产标准的无法投料的废外延片，对于这些外延片通常只能进行报废处理。报废的外延片中分摊的衬底、水电都是一笔较大的资源浪费，其中衬底费用是整个外延过程中不可忽视的大开支。
由于得到氮化镓系发光二极管衬底必须经历一系列的成膜工序，这些成膜工序使衬底的翘曲大幅变化，导致氮化物半导体层的质量或发光波长的均匀性变差，发光二极管的成品率变低。在对衬底进行处理，使其恢复为可用状态时，有效地控制衬底的翘曲形状和/或翘曲量是一个比较难解决的问题。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明公开了一种有效地调整外延后衬底翘曲以回收衬底的工艺，该工艺可以自由地调整衬底的翘曲，使外延后的衬底|Dev|<6（Dev：Deviation，偏差，LED行业中衡量衬底翘曲的指标），符合生产中的标准，提高了外延后衬底的利用率20%~40%，同时提高了衬底的翘曲收敛性，外延波长STD优化5%~20%。
本发明的技术方案如下：
一种衬底的回收工艺，包括如下步骤：
提供外延生长完成的衬底，衬底包括相对的第一面和第二面，第一面上有外延层；
在所述衬底的第二面镀低折射率膜；
所述低折射率膜的折射率应小于蓝宝石衬底材料的折射率1.8，优选的，所述低折射率膜的折射率在1~1.8之间；
更优选的，所述低折射率膜的折射率在1.2~1.6之间，所述低折射率膜的折射率较高，激光会在PSS图形截面处发生散射，无法起到过渡作用，无法聚焦隐镭，具体的，可以选择SiO2作为低折射率膜。
优选的，所述低折射率膜的厚度在0.1μm~30μm之间。
在所述衬底外延层的另一面镀膜之后，对所述镀膜面进行抛光，减小所述镀膜面的粗糙度，有利于后续激光聚焦形成改质点，更精准的控制衬底的翘曲形状和/或翘曲量。由于能够利用形成有改性区域图形的单晶衬底的应力将通过成膜而产生的应力抵消，因此，能够抑制成膜中衬底的翘曲从而减小衬底的翘曲行为。
优选的，所述镀膜面抛光后的粗糙度小于0.5μm。
在所述衬底抛光后的镀膜面上，优选的，利用激光进行扫描聚焦，利用多光子吸收在所述衬底内部形成多个改质点，外延生长面的膜层形成时，会产生应力，而利用激光在衬底内部形成改质点及改质区域时产生的应力可以与成膜时的应力抵消，因此能够抑制衬底的翘曲，可以有效地控制衬底的翘曲形状和/或翘曲量。
优选的，将衬底的第二面即镀膜面的厚度定义为占衬底总厚度的比例为0%的位置，在所述衬底厚度的2%~ 98%的厚度范围内形成所述改质点。
优选的，所述改质点所形成的改质区域为距离所述衬底中心至少10 mm的所述衬底的外围区域。
优选的，自所述衬底镀膜面对所述衬底的改质区域进行激光扫描，利用多光子吸收在所述改质区域对应的衬底内部形成多个改质点包括：自所述衬底的镀膜面沿扫描线对所述衬底的改质区域进行间断式扫描，利用多光子吸收在所述改质区域对应的所述衬底的内部形成连续或者间断分布的多个改质点。
优选的，所述衬底的所述改质区域进行激光扫描的扫描线包括多条圆周线、多条线段以及多条圆周线与线段的组合中的任意一种。
优选的，所述扫描线中的所述线段包括沿所述衬底的径向延伸的多条线段、在相交的两个方向上延伸形成的网格线，所述多条圆周线与线段的组合包括所述圆周线与沿所述衬底的径向的线段的组合。
将所述激光完成后的衬底置于高温条件下，利用高温化学反应去除所述衬底的外延生长层，可基于MOCVD-KSL机台，采用炉丝加热至700~800℃，给予Cl2和N2气体能量，产生化学活性极强的分子团，分子团扩散至外延片表面，高能量Cl2与GaN发生化学反应生成氯盐，生成物以及残余Cl2通过尾排装置进行处理。
对所述去除外延生长层后的衬底进行清洗，去除高温化学反应的产物及所述衬底表面的低折射率膜，得到回收可利用的衬底。
如上所述，本发明公开的一种衬底回收工艺，至少具备如下有益技术效果：
可以有效的调整外延生长完成后衬底的翘曲形状和/或翘曲量，使外延后衬底的|Dev|<6，符合生产中的标准；提高去除外延层后衬底的翘曲收敛性，优化衬底的外延波长5%~20%；另外，提高了外延后衬底的利用率，极大的降低了成本。
附图说明
图1为本发明实施例工艺方法的流程示意图。
图2为本发明的另一优选实施例的流程图。
图3~图6为对所述衬底镀膜面进行扫描的不同扫描线的示意图。
图示说明：
100衬底；101外延层；102改质点；103改质区域；104圆周线；105多条线段；
① 背镀；②抛光；③激光隐镭；④高温化学反应；⑤清洗。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
衬底的制备是半导体器件制造过程中非常重要的一个环节，例如，蓝宝石衬底用于氮化物半导体层，以提供紫外到可见光的发光半导体层的生长支撑，衬底的良率直接影响着器件的性能。由于衬底通常为非常薄的片材，在衬底的机械加工过程中，由于应力分布不均匀，衬底不可避免地存在弯曲、扭曲、翘曲等缺陷，衬底的弯曲、翘曲或者扭曲直接影响着后续的外延成膜质量。
现阶段半导体外延层的去除技术主要是基于MOCVD机台，该机台去除衬底外延层的工作原理为：炉丝加热至700~800℃，向腔体内的蚀刻气体提供能量，蚀刻气体一般为三氯化硼（BCl3）、三氟甲烷（CHF3）等，蚀刻气体产生化学活性强的分子团，分子团扩散至半导体外延层表面并与半导体外延层发生化学反应，以去除半导体外延层，达到回收衬底的目的，生成物及残余气体从尾排装置排除。但对于翘曲偏大的衬底，却无法通过现有的去除技术实现回收，本发明提出了一种衬底的回收工艺，以解决目前的问题，具体实施例内容如下。
如图1所示，一种衬底的回收工艺，包括如下步骤：
提供外延生长完成的衬底100，衬底包括相对的第一面和第二面，第一面上有外延层101；
在所述衬底的第二面镀低折射率膜。
所述低折射率膜的折射率应小于蓝宝石材料的折射率，优选的，所述低折射率膜的折射率在1~1.8之间；更优选的，所述低折射率膜的折射率在1.2~1.6之间，所述低折射率膜的折射率较低，激光会在PSS图形截面处发生散射，无法起到过渡作用，无法聚焦隐镭，具体的，可以选择SiO2作为低折射率膜。
优选的，所述低折射率膜的厚度在0.1μm~30μm之间。
在另一更加优选的实施例当中，在所述衬底外延层的另一面镀膜之后，对所述镀膜面进行抛光，减小所述镀膜面的粗糙度，有利于后续激光聚焦形成改质点102，更精准的控制衬底的翘曲形状和/或翘曲量。由于能够利用形成有改性区域图形的单晶衬底的应力将通过成膜而产生的应力抵消，因此，能够抑制成膜中的衬底的翘曲从而减小衬底的翘曲行为。
在另一更加优选的实施例当中，本实施例的工艺流程如图2所示，优选的，所述镀膜面抛光后的粗糙度小于0.5μm。
在所述衬底的镀膜面上，优选的，所述衬底抛光后的镀膜面上，利用激光进行扫描聚焦，利用多光子吸收在所述衬底100内部形成多个改质点102，改质点可以形成为圆形、椭圆形或者多边形，或者他们的任意组合。改质点102的形成形状以及类型可以通过控制激光的波长、脉冲时间、脉冲形状等来改变和/或控制。在本实施例中，对衬底进行激光扫描的相关参数可如下表1所示。外延生长面的膜层形成时，会产生应力，而利用激光在衬底内部形成改质点102及改质区域103时产生的应力可以与成膜时的应力抵消，因此能够抑制衬底的翘曲，可以有效地控制衬底的翘曲形状和/或翘曲量。
表1对衬底进行激光扫描的激光脉冲的相关参数
优选的，将衬底的镀膜面的厚度定义为占衬底总厚度的比例为0%的位置，在所述衬底厚度的2%~ 98%的厚度范围内形成所述改质点。
优选的，所述改质点102所形成的改质区域103为距离所述衬底中心至少10 mm的所述衬底的外围区域。
优选的，自所述衬底镀膜面对所述衬底的所述改质区域进行激光扫描，利用多光子吸收在所述改质区域对应的衬底内部形成多个改质点包括：自所述衬底的镀膜面沿扫描线对所述衬底的所述改质区域进行间断式扫描，利用多光子吸收在所述改质区域对应的所述衬底的内部形成连续或者间断分布的多个改质点。
优选的，所述衬底的所述改质区域进行激光扫描的扫描线包括多条圆周线104、多条线段105以及多条圆周线与线段的组合中的任意一种。
优选的，所述扫描线中的所述线段包括沿所述衬底的径向延伸的多条线段、在相交的两个方向上延伸形成的网格线，所述多条圆周线与线段的组合包括所述圆周线与沿所述衬底的径向的线段的组合，所述扫描线在衬底100上的组成的图形如图3~图6所示。
将所述激光完成后的衬底置于高温条件下，利用高温化学反应去除所述衬底的外延生长层，可基于MOCVD-KSL机台，采用炉丝加热至700~800℃，给予Cl2和N2气体能量，产生化学活性极强的分子团，分子团扩散至外延片表面，高能量Cl2与GaN发生化学反应生成氯盐，生成物以及残余Cl2通过尾排装置进行处理。
对所述去除外延生长层后的衬底进行清洗，去除高温化学反应的产物及所属衬底表面的低折射率膜，得到回收可利用的衬底。
如上所述，本实施例所描述的一种衬底回收工艺，至少具备如下有益技术效果：可以有效的调整外延生长完成后衬底的翘曲形状和/或翘曲量，提高去除外延层后衬底的翘曲收敛性，提高外延后衬底的利用率，降低成本。
对于本实施例的另一优选实施例所描述的一种衬底回收工艺，至少具备如下有益技术效果：可以有效的调整外延生长完成后衬底的翘曲形状和/或翘曲量，使外延后衬底的|Dev|<6，符合生产中的标准；提高去除外延层后衬底的翘曲收敛性，优化衬底的外延波长5%~20%；另外，提高了外延后衬底的利用率，极大的降低了成本。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种衬底的回收工艺，其特征在于，所述工艺包括：
提供外延生长完成的衬底，衬底包括相对的第一面和第二面，第一面上有外延层；
在所述衬底的第二面镀低折射率膜，
利用激光从所述衬底的第二面侧对衬底进行扫描，在衬底内部形成多个改质点，以调整所述衬底的翘曲；
去除所述衬底第一面上的外延层和低折射率膜，得到回收的衬底，其中低折射率膜的折射率低于衬底的折射率。
2.根据权利要求1所述的一种衬底的回收工艺，其特征在于，所述低折射率膜的折射率在1~1.8之间。
3.根据权利要求1所述的一种衬底的回收工艺，其特征在于，所述低折射率膜的厚度在0.1μm~30μm之间。
4.根据权利要求1所述的一种衬底的回收工艺，其特征在于，所述改质点位于所述衬底厚度的2%~98%厚度范围内，其中2%和98%的厚度范围是从第二面开始算起。
5.根据权利要求1所述的一种衬底的回收工艺，其特征在于，从所述的衬底的第二面观察，所述改质点所分布的区域为距离所述衬底中心至少10 mm的所述衬底的区域。
6.根据权利要求1或5所述的一种衬底的回收工艺，其特征在于，激光扫描的扫描线包括多条圆周线、多条线段以及多条圆周线与线段的组合中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的一种衬底的回收工艺，其特征在于，所述扫描线中的所述线段包括沿所述衬底的径向延伸的多条线段、在相交的两个方向上延伸形成的网格线，所述多条圆周线与线段的组合包括所述圆周线与沿所述衬底的径向的线段的组合。
8.根据权利要求1所述的一种衬底的回收工艺，其特征在于，所述改质点的大小介于1μm~ 5 mm。
9.根据权利要求1所述的一种衬底的回收工艺，其特征在于，自所述衬底的所述第二面观察所述衬底，多个所述改质点所组合的图形包括多个圆周线、多条线段或者多个圆周线与多条线段的组合。
10.根据权利要求1所述的一种衬底的回收工艺，其特征在于，加热条件下，气体与所述衬底的外延生长层反应去除外延层。
11.根据权利要求1所述的一种衬底的回收工艺，其特征在于，所述的低折射率膜对激光的透光率至少为50%。
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