TWI692021B - Led製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置及其清除方法 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置,包括:一反應腔體;以及一蝕刻目標物,該蝕刻目標物收容於該反應腔體之一固定元件中,其中該反應腔體內部控制在溫度250℃~950℃及30至70000帕大氣壓的壓力,10分鐘至3小時的工程時間內提供氯氣,清除該蝕刻目標物表面上的氮化鎵(GaN)膜。以及,本發明更包括一種LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除方法。藉此,本發明對母材不會有影響,清除蝕刻目標物表面上的氮化鎵(GaN)膜後,蝕刻目標物能夠再次使用,無須再進行圖案化藍寶石基板(PSS,patterned sapphire substrate)加工,立刻可以使用。
Description
本發明為一種氮化鎵薄膜清除裝置及其清除方法,尤指一種LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置及其清除方法。
LED的製作是由藍寶石基板的圖案化形成工程(PSS,patterned sapphire substrate)、有機金屬化學氣相沉積(MOCVD,metal organic chemical vapor deposition)工程、晶片(chip)工程及包裝工程等順序進行。
為了生產LED產品,必須在高價的藍寶石晶圓上進行圖案化藍寶石基板(PSS,patterned sapphire substrate)及有機金屬化學氣相沉積工程。
中國專利第CN101714594號一種氮化鎵基發光二極體外延層表面粗化的方法。其揭露了一種氮化鎵基發光二極體外延層表面粗化的方法,包括:(1)在圖形化藍寶石襯底上生長氮化鎵外延層;(2)在氮化鎵外延層表面生長SiO2薄膜或者SiNx薄膜;(3)在SiO2薄膜或者SiNx薄膜上塗敷光刻膠,製作光刻圖形;(4)刻蝕光刻膠視窗下的SiO2或者SiNx薄膜,去膠後得到圖形化的SiO2或者SiNx薄膜;(5)步驟(4)得到的SiO2或者SiNx薄膜上外延生長P型氮化鎵;(6)腐蝕SiO2或者SiNx薄膜獲得凸凹起伏的表面。本發明克服了圖形化藍寶石襯底上的氮化鎵LED外延層表面形貌難以做得粗糙的問題,避免了幹法刻蝕對外延層損傷,提高了LED的出光效果。
以及中國專利第CN 101872814號去除GaN基LED晶片藍寶石襯底的方法,揭露了一種去除GaN基LED晶片的藍寶石襯底的方法,包括步驟:(1)採用圓片鍵合的方式製作導熱基座;(2)機械研磨藍寶石襯底;(3)ICP刻蝕藍寶石襯底,採用本發明提供的方法,可以在藍寶石襯底相對較厚時採用砂輪減薄藍寶石襯底的方法,當藍寶石襯底相對較薄時鑽石研磨的方法,既有利於去除藍寶石襯底的速度,也可避免高溫,有利於保證器件可靠性,而採用ICP刻蝕藍寶石,有助於保證去除藍寶石襯底後,GaN基外延層厚度均勻一致,同時採用本方法,可以方便地實現襯底轉移,不需專門的鐳射刻蝕設備,所用設備與普通的GaN基LED晶片製造設備通用,節省成本。
有機金屬化學氣相沉積工程之後,晶圓上將形成多樣的氮化鎵(GaN,gallium nitride)膜。晶圓製造工程極為複雜,因此不良品產生機率高,又因將不良品回收再使用的可能性低且困難,現今多半將其丟棄為處理方式。
上述被判定為不良品的晶圓不能再次回收使用,僅能當廢棄物丟棄的原因是:無法將晶圓上的氮化鎵(GaN)膜清除。但如此高價的晶圓,即使只有一部分,希望回收再使用的需求不絕於耳。目前清除氮化鎵(GaN)膜的其中一種方式為研磨(polishing),研磨方式不僅會將氮化鎵(GaN)清除,連晶圓也會磨除,也就是母材本身的厚度也會削減,晶圓無法不產生毀損。圖案化藍寶石基板(PSS,patterned sapphire substrate)圖案產生損傷後,需再度進行圖案化藍寶石基板(PSS,patterned sapphire substrate)加工,此為研磨的缺點。
是以,要如何解決上述習用之問題與缺失,即為本發明之發明人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。
故,本發明之發明人有鑑於上述缺失,乃搜集相關資料,經由多方評估及考量,並以從事於此行業累積之多年經驗,經由不斷試作及修改,始設計出此種發明專利者。
本發明之目的在於提供一種在不影響蝕刻目標物的母材下,清除氮化鎵(GaN)膜,使其能夠再度使用的方法及裝置。
為了達到上述目的或其他目的,本發明一種LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置,包括:一反應腔體;以及一蝕刻目標物,該蝕刻目標物收容於該反應腔體之一固定元件中,其中該反應腔體內部控制在溫度250℃~950℃及30至70000帕大氣壓的壓力,10分鐘至3小時的工程時間內提供氯氣,清除該蝕刻目標物表面上的氮化鎵(GaN)膜。
在一較佳實施例中,該反應腔體內部設置有複數立柱,該複數立柱上設置有不同高度之複數支承板,該複數支承板安裝有用以固定該蝕刻目標物之該固定元件,該固定元件包括被間隔分開之複數支撐柱,以及用來連結該複數支撐柱之複數連接體。
在一較佳實施例中,該蝕刻目標物為藍寶石、石墨、碳化矽(SiC)、或石英(SiO2)基底。
在一較佳實施例中,該蝕刻目標物為平面基底。
在一較佳實施例中,該蝕刻目標物為圖形化基底。
為了達到上述目的或其他目的,本發明一種LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除方法,包括:將一蝕刻目標物放進一反應腔體之一固定元件中;將該反應腔體內部控制在溫度250℃~950℃及30至70000帕大氣壓
的壓力,10分鐘至3小時的工程時間內提供氯氣,清除該蝕刻目標物表面上的氮化鎵(GaN)膜。
在一較佳實施例中,在10分鐘至3小時的工程時間內提供氯氣中包括:提供包括有該氯氣之混合氣體。
在一較佳實施例中,該混合氣體包括1~20%的氯氣。
在一較佳實施例中,該反應腔體內部控制在溫度350℃~850℃。
在一較佳實施例中,該反應腔體內部控制在溫度450℃~750℃。
依據上述LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置和方法,是以將該蝕刻目標物放在該反應腔體裡,然後將該反應腔體內部的溫度維持在250℃至950℃及30至70000帕大氣壓的壓力,10分鐘至3小時的工程時間內提供氯氣,該蝕刻目標物體表面上的氮化鎵(GaN)膜即可清除為特徵。此清除裝置和方法不僅能除去氮化鎵(GaN)膜,對蝕刻目標物母材也不會有影響,更不需要再加工圖案化藍寶石基板(PSS,patterned sapphire substrate),可以立即使用。
10‧‧‧蝕刻目標物
100‧‧‧LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置
110‧‧‧反應腔體
120‧‧‧支承板
130‧‧‧立柱
150‧‧‧固定元件
151‧‧‧支撐柱
152‧‧‧連接體
〔圖1〕係說明根據本發明LED製造用圖案化藍寶石基板氮化鎵薄膜清除裝置概略圖;〔圖2〕係說明根據本發明LED製造用圖案化藍寶石基板氮化鎵薄膜清除裝置之「蝕刻目標物母材固定元件」透視圖;〔圖3〕依據檢測結果:使用LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置後之晶圓表面比較照片;
〔圖4〕依據檢測結果:使用LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置後,洗淨完成之晶圓和新的晶圓圖案化藍寶石基板電子掃描照片;以及〔圖5〕依據檢測結果:使用LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置後,洗淨後晶圓之EDX分析圖表。
為達成上述目的及功效,本發明所採用之技術手段及構造,茲繪圖就本發明較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下,俾利完全了解。
以下內容為LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置和清除方法之說明,敬請參照圖表。請參閱圖1-5所示,依據檢測樣本,本發明一種LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置(100),包括:一反應腔體(110)以及一蝕刻目標物(10)。其中,該蝕刻目標物為藍寶石、石墨、碳化矽(SiC)、或石英(SiO2)基底等等,但不限於此。該蝕刻目標物可為平面基底或圖形化基底,但不限於此。係將該蝕刻目標物(10)收容於該反應腔體(110)之一固定元件(150)中,其中該反應腔體(110)內部控制在溫度250℃~950℃及30至70000帕大氣壓的壓力,10分鐘至3小時的工程時間內提供氯氣,該蝕刻目標物(10)表面上的氮化鎵(GaN)膜即會清除。
此時,被LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置(100)所清除的氮化鎵(GaN)膜可以是由銦鎵氮(InGaN)、鋁鎵氮化物(AlGaN)、氮化鋁(AlN)中其中一種所形成的。
該反應腔體(110)內部設置有複數立柱(130),該複數立柱(130)上設置有不同高度之複數支承板(120)。該複數支承板(120)安裝有用以固定該蝕刻目標物(10)之該固定元件(150),而在支承板(120)上,固定該
蝕刻目標物(10)的固定元件(150)是可被拆卸的。該固定元件(150)包括被間隔分開之複數支撐柱(151),以及用來連結該複數支撐柱(151)之複數連接體(152)。支撐柱(151)長度固定,並有間距的排列,以支撐晶圓等的蝕刻目標物(10)的底部和側邊。連接體(152)與支撐柱(151)相連結,以維持支撐柱(151)之間的間距。蝕刻目標物(10)是由陶瓷和碳化矽(SiC)中的至少一個的材料製成的母材,比如晶圓上的氮化鎵膜。
在上述反應腔體(110)中使用的蝕刻目標物(10)的大小,例如晶圓18-6英吋,帶有氮化鎵膜的狀態,依據蝕刻目標物(10)上氮化鎵膜沉積的厚度的差異,上述反應腔體(110)中內部維持在250℃~950℃的特定溫度,較佳地,該反應腔體內部可控制在溫度350℃~850℃或450℃~750℃,但不限於此。30至70000帕大氣壓的特定壓力,10分鐘至3小時的特定工程時間,將供給至反應腔體(110)的氯氣(chlorine gas)和鹽酸,氯,氯氣,其中一種氣體結合,不會給蝕刻目標物(10)中晶圓等母材帶來損傷,僅將氮化鎵膜給清除。再者,在10分鐘至3小時的工程時間內提供氯氣中包括:提供包括有該氯氣之混合氣體,該混合氣體中,包括1~20%的氯氣。
以上該LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除方法,包括:(a)將一蝕刻目標物(10)放進一反應腔體(110)之一固定元件(150)中;以及(b)將該反應腔體(110)內部控制在溫度250℃~950℃及30至70000帕大氣壓的壓力,10分鐘至3小時的工程時間內提供氯氣,清除該蝕刻目標物(10)表面上的氮化鎵(GaN)膜。其中,經過蝕刻目標物(10)表面上的氮化鎵(GaN)膜清除過程後,氮化鎵(GaN)膜被清除,而對母材不會有影響。其
中,提供氯氣的濃度以及工程時間可以根據蝕刻目標物(10)材料(陶瓷和碳化矽(SiC))的不同來予以調整。
依據此次檢測樣本,能夠得知乾式蝕刻方式能對晶圓進行蝕刻,蝕刻前後比較照片請參閱圖3。
如圖3所示,本次檢測樣本在乾式蝕刻之前,氮化鎵(GaN)膜附著在晶圓上,進行乾式蝕刻之後,氮化鎵(GaN)膜被清除,顯露出圖案化藍寶石基板(PSS,patterned sapphire substrate)原來的樣子。
如圖4所示,依據檢測後所拍攝之電子顯微鏡照片(SEM,scanning electron microscope)可得知,乾式蝕刻後,再生後的晶圓就如同新晶圓一樣,圖案化藍寶石基板(PSS,patterned sapphire substrate)的圖案非常明顯,而且母材沒有受到損傷。
如圖5所見,再生後的EDX數據結果顯示,除了鋁(Al)與氧(O)之外,其他成分皆無法被檢測出。依據EDX成分分析結果可知,蝕刻目標物(10)上的氮化鎵(GaN)膜已經完全被清除完畢。
如以上所述,依據檢測結果可知,乾式蝕刻完成後,不需另外進行處理工程,蝕刻目標物(10)能夠立即使用。
同上述內容,LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置(100)是以將蝕刻目標物(10)放進反應腔體(110),將反應腔體(110)內部控制在溫度250℃~950℃及30至70000帕大氣壓的壓力,10分鐘至3小時的工程時間內提供氯氣,清除蝕刻目標物(10)表面上的氮化鎵(GaN)膜,且對母材不會有影響,清除蝕刻目標物(10)表面上的氮化鎵(GaN)膜後,蝕刻目標
物(10)能夠再次使用,無須進行圖案化藍寶石基板(PSS,patterned sapphire substrate)之加工,立刻可以使用。
故,請參閱全部附圖所示,本發明使用時,與習用技術相較,著實存在下列優點:本發明的研究角度是LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置(100)及LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除方法,且對於蝕刻目標物(10)的母材本身不會有任何影響下,將晶圓等蝕刻目標物(10)上的氮化鎵薄膜清除後,蝕刻目標物(10)能再生使用。
惟,以上所述僅為本發明之較佳實施例而已,非因此即拘限本發明之專利範圍,故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化,均應同理包含於本發明之專利範圍內,合予陳明。
100‧‧‧LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置
110‧‧‧反應腔體
120‧‧‧支承板
130‧‧‧立柱
150‧‧‧固定元件
Claims (6)
- 一種LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置及其清除方法,該清除裝置係包括:一反應腔體以及一蝕刻目標物;該蝕刻目標物收容於該反應腔體之一固定元件中,該反應腔體內部設置有複數立柱,該複數立柱上設置有不同高度之複數支承板,該複數支承板安裝有用以固定該蝕刻目標物之該固定元件,該固定元件包括被間隔分開之複數支撐柱,以及用來連結該複數支撐柱之複數連接體,且該蝕刻目標物係為平面基底或圖形化基底;其中該反應腔體內部係用以控制溫度及氣壓壓力,於工程時間內提供氯氣,清除該蝕刻目標物表面上的氮化鎵(GaN)膜;該清除方法係包括下述步驟:將該蝕刻目標物放進該反應腔體之固定元件中;以及,將該反應腔體內部控制在溫度250℃~950℃及30至70000帕大氣壓的壓力,10分鐘至3小時的工程時間內提供氯氣,清除該蝕刻目標物表面上的氮化鎵(GaN)膜。
- 如申請專利範圍第1項所述之LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置及其清除方法,其中該蝕刻目標物為藍寶石、石墨、碳化矽(SiC)、或石英(SiO2)基底。
- 如申請專利範圍第1項所述之LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置及其清除方法,其中在10分鐘至3小時的工程時間內提供氯氣中包括:提供包括有該氯氣之混合氣體。
- 如申請專利範圍第3項所述之LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置及其清除方法,其中該混合氣體包括1~20%的氯氣。
- 如申請專利範圍第1項所述之LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置及其清除方法,其中該反應腔體內部控制在溫度350℃~850℃。
- 如申請專利範圍第1項所述之LED製造用圖案化藍寶石基板的氮化鎵薄膜清除裝置及其清除方法,其中該反應腔體內部控制在溫度450℃~750℃。
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2016
- 2016-07-05 TW TW105121282A patent/TWI692021B/zh not_active IP Right Cessation
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