TW201409540A - 藍寶石基板之再生方法 - Google Patents

Abstract

本發明為一種藍寶石基板之再生方法，其先提供一半導體結構，將該半導體結構浸漬於一鹼性水溶液，以去除該半導體結構之一藍寶石基板上之一磊晶結構，並在經過清洗製程，將該半導體結構之殘留浸漬液去除後，得到一再生之藍寶石基板，藉由上述步驟進行再生之製程能夠大量處理藍寶石基板、處理時間短、可選擇性清除鍍層，且浸漬液不與藍寶石基板反應，可保留藍寶石基板使用前狀態，降低成膜生產參數之變異性，提昇產品良率之優點。

Description

藍寶石基板之再生方法

    本發明係有關於一種利用全濕式製程將具有鍍層之藍寶石基板回復至藍寶石基板新片品質之藍寶石基板之再生方法。

    藍寶石的組成為氧化鋁(A1₂O₃)是由三個氧原子和兩個鋁原子以共價鍵型式結合，晶體結構為六方晶格結構，藍寶石的光學穿透帶很寬，從近紫外光(190nm)到中紅外線都有很好的透光性，並且具備高聲速、耐高溫、抗腐蝕、高硬度、熔點高及電絕緣等特點，常作為光電元件材料。隨著1993年日亞化(Nichia)開發出以氮化鎵(GaN)為材質的藍光LED，配合MOCVD(有機金屬氣相磊晶法)的磊晶技術，可製造出高亮度的藍光LED，藍寶石(Sapphire)成為製成氮化鎵磊晶發光層的主要基板材質。
    然，磊晶製程並無法達到良率百分之百的程度，且藍寶石基板從長晶至切磨拋加工，也十分不易，尤其是面對日益需求的4”、6”大尺寸基板搭配表面圖案化的製程，如果因磊晶失敗而使得藍寶石基板無法再利用，對於耗能的製程實為可惜。習知在回收藍寶石基板再利用之最後一道製程會使用磨拋製程，將藍寶石基板之表面做ㄧ物理性破壞，造成圖案化之藍寶石基板無法再次使用。
    習知在處理該些回收的藍寶石基板及玻璃，係需要進行下列步驟：
    (a)先浸漬一第一酸液，去除金屬層；
    (b)高溫(1100～1800℃)裂解氮化物；
    (c)浸漬一第二酸液，去除磊晶結構氧化物；及
    (d)化學機械拋光，去除表面殘餘物。
    例如，中華民國專利公報公告第I366894號之「藍寶石晶圓再生方法」，其包括下列步驟：(a)提供藍寶石晶圓，此藍寶石晶圓上已形成有磊晶結構；(b)對藍寶石晶圓進行第一浸漬(Dipping)製程，以移除金屬殘留物；(c)對藍寶石晶圓進行高溫處理(High Temperature Treatment)製程以破壞及氧化磊晶結構；(d)對藍寶石晶圓進行第二浸漬製程，以移除殘餘的磊晶結構氧化物；(e)對藍寶石晶圓的第一表面進行第一拋光製程，其中藍寶石晶圓再生方法依照步驟(a)至步驟(e)的順序進行。使再生藍寶石晶圓具有與藍寶石晶圓新片相同之品質。
    前案第I366894號為典型以習知製程處理藍寶石基板之再生方法，其係透過高溫裂解將去除氮化物，在長時間的再生製程中，此步驟需要進行數個小時，不僅相當耗時，且會消耗大量能源，製程之效率低落，再者，習知的藍寶石基板再生製程會依序進行兩道酸性溶液之浸漬，而酸性溶液中通常係由磷酸、硫酸、硝酸、鹽酸等強酸混合製成，浸漬過程中，蝕刻液破壞藍寶石基板表面狀態、侵蝕藍寶石基板，使藍寶石基板厚度減薄及表面粗糙度變異，若藍寶石基板表面已圖案化，亦會受到不同軸向的蝕刻率不同而被破壞。
    由於現有技術尚無法完善處理此類問題，所以有加以突破、解決之必要。因此，如何提升方便性、實用性與經濟效益，此為業界應努力解決、克服之重點項目。
    緣此，本發明人有鑑於習知藍寶石基板再生方法之問題缺失未臻理想之事實，本案發明人即著手研發其解決方案，希望能開發出一種更具便利性、實用性與高經濟效益之藍寶石基板之再生方法，以促進社會之發展，遂經多時之構思而有本發明之產生。

    本發明之目的在於提供一種藍寶石基板之再生方法，其係將一具有鍍層之藍寶石基板浸漬於一鹼性水溶液，以去除該藍寶石基板上之金屬氮化物層，並經一清洗製程後得到一再生之藍寶石基板，再生過程採用全濕式製程，處理量大、處理時間短、可選擇性清除鍍層，且浸漬液不與藍寶石基板反應，可保留藍寶石基板使用前狀態，降低成膜生產參數之變異性，提昇產品良率。
    本發明係提供一種藍寶石基板之再生方法，其包含下列步驟：首先，提供一半導體結構，其包含一藍寶石基板及一磊晶結構，該磊晶結構設於該藍寶石基板一側；浸漬該半導體結構於一鹼性水溶液，以去除該磊晶結構之複數金屬氮化物層；取出該半導體結構，並進行一清洗製程，以去除該半導體結構之殘留浸漬液；最後，得到該藍寶石基板。

    茲為使　貴審查委員對本發明之結構特徵及所達成之功效更有進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：
    由於習知的藍寶石基板再生製程需要進行高溫裂解及化學拋光之步驟，過程中會耗費大量的能源及時間，高溫數小時耗能會破壞基板表面狀態、蝕刻液會侵蝕基板，造成基板厚度減薄及表面粗糙度變異，會提昇成膜生產參數之變異性，故本案係提出能夠改善上述缺失之藍寶石基板再生方法。
    首先，請一併參閱第一A圖及第一B圖，其為本發明之第一較佳實施例之結構示意圖及實施步驟示意圖；如圖所示，本實施例之藍寶石基板再生方法，其步驟如下：
    步驟S10：提供一半導體結構，其包含一藍寶石基板及一磊晶結構，該磊晶結構設於該藍寶石基板一側；
    步驟S20：浸漬該半導體結構於一鹼性水溶液，以去除該磊晶結構之複數金屬氮化物層；
    步驟S30：取出該半導體結構，並進行一清洗製程，以去除該半導體結構之殘留浸漬液；及
    步驟S40：得到該藍寶石基板。
    如第一A圖所示，該藍寶石基板10一側設置該些金屬氮化物層21，浸漬該半導體結構1於該鹼性水溶液，使該金屬氮化物層21浸漬於該鹼性水溶液，該些金屬氮化物層為一氮化鋁層、一氮化銦層、一氮化鎵層或其組合擇一者，該金屬氮化物層更包含至少一微量金屬、矽、矽氧化物或其組合擇一者，該微量金屬選自鎂、鋅或其組合擇一者，該鹼性水溶液包括一溶質及一溶劑，該溶質係選自氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氰酸鉀或其組合擇一者，該溶劑選自乙二醇、甘油、醇醚類或或其組合擇一者，該溶質較佳係為氫氧化鉀及氫氰酸鉀與該溶劑較佳係為乙二醇之混合，該溶質與該溶劑之濃度配比為10～50wt%，該溶質與該溶劑混合之溶液中更包含一去離子水，該去離子水之比例為0～10wt%，並於浸漬溫度90～180℃及浸漬時間介於5～30分鐘之間進行浸漬製程，在透過浸漬該鹼性水溶液及條件環境下，該些金屬氮化物層21會由該藍寶石基板10一側去除。
    經過浸漬該鹼性水溶液，並去除該些金屬氮化物層21後，該半導體結構1表面會殘留部份浸漬液，接著進行清洗製程以洗去殘留之浸漬液，該清洗製程係使用一超音波裝置，並利用一去離子水洗淨該半導體結構1，該超音波裝置為浸入搖擺式、浸入靜止式、流水沖洗式之任一者，並將該超音波裝置之震盪頻率設定為40KHz以上，進行10～30分鐘之洗淨，以去除殘留之浸漬液，最後得到不具該金屬氮化物層21之該藍寶石基板10。
    由於上述之步驟不經高溫裂解之步驟，故能減少藍寶石基板10再生製程之時間及能源消耗，且浸漬該半導體結構1於上述配方組成之該些溶液不易與該藍寶石基板10反應，亦即該溶液具有選擇性清除鍍層之優點，不侵蝕該藍寶石基板10，故可保留藍寶石基板10使用前之狀態，降低成膜生產參數之變異性，以提昇成品良率，且若該藍寶石基板10已圖案化，該圖案不會受到化學或物理性破壞，而得以保留。
    請一併參閱第二A圖及第二B圖，其為本發明之第二較佳實施例之結構示意圖及實施步驟示意圖；如圖所示，本實施例之藍寶石基板再生方法於提供該半導體結構之步驟後，更包含以下步驟：
    步驟S15：浸漬該半導體結構於一第一酸性水溶液，以去除該磊晶結構之至少一金屬層。
    由於該半導體結構1之該磊晶結構20為一不良或不再利用之鍍層，該磊晶結構20不一定會具有該金屬層，而本實施例與第一實施例之差異在於該磊晶結構20包含一P型金屬層22及一N型金屬層23分別為一電極，本實施例新增之步驟則在於去除該P型金屬層22及該N型金屬層23。
    如第二A圖所示，本實施例係具有該P型金屬層及設置於最頂層之金屬氮化物層21一側，該N型金屬層設置於最底層之金屬氮化物層21一側，該金屬層係選自鈦、金、鈮、鋁或其組合擇一者，該第一酸性水溶液係選自氫氟酸、硝酸、過氧化氫或其組合擇一者，該第一酸性水溶液較佳為該氫氟酸、硝酸之混合，該氫氟酸、硝酸混合液之濃度配比為0～100wt%，該氫氟酸、硝酸混合液更包含該過氧化氫及一去離子水，該過氧化氫及該去離子水之比例為0～200wt%，並於浸漬溫度60℃以下及浸漬時間介於2～30分鐘之間進行浸漬製程，在透過浸漬該第一酸性水溶液，並於該條件環境下，該P型金屬層22及該N型金屬層23會分別由最頂層及最底層之該金屬氮化物層21一側去除，之後，再依序進行浸漬該鹼性水溶液、清洗該半導體結構1等步驟。
    請參閱第三圖，其為本發明之第三較佳實施例之實施步驟示意圖；如圖所示，本實施例之藍寶石基板再生方法於浸漬該半導體結構於該鹼性水溶液之步驟後，更包含以下步驟：
    步驟S35：取出該半導體結構，浸漬該半導體結構於一第二酸性水溶液，以去除該半導體結構之一殘留矽或其氧化物。
    由於在經過浸漬該鹼性水溶液後，該些金屬氮化物層21應已由該藍寶石基板10一側去除，然，該些金屬氮化物層21包含的矽或其氧化物可能會殘留於該藍寶石基板10一側，本實施例之步驟即在於去除該些可能殘留於該藍寶石基板10一側之矽或其氧化物，最後進行該清洗製程，以去除該半導體結構1之殘留浸漬液，而得到該藍寶石基板10。該第二酸性水溶液包括一鹽類及一溶劑，該鹽類係選自酸式氟化銨，該溶劑係選自去離子水、乙二醇、甘油、醇醚類或其組合擇一者，該溶劑較佳係選自去離子水與該乙二醇醚之混合溶液，再與該酸式氟化銨混合而成該第二酸性水溶液，該鹽類及該溶劑之濃度配比為5～20wt%，並於浸漬溫度150℃以下及浸漬時間介於10～30分鐘之間進行浸漬製程，在透過浸漬該第二酸性水溶液及條件環境下，該殘留之矽或其氧化物會由該藍寶石基板10一側去除。
    請參閱第四圖，其為本發明之第四較佳實施例之實施步驟示意圖；如圖所示，本實施例之藍寶石基板再生方法於進行該清洗製程之步驟後，更包含以下步驟：
    步驟S45，進行電漿乾式蝕刻於該半導體結構，以去除該半導體結構之一殘留金屬氮化物層。
    在經過該清洗製程後，若該半導體結構1殘留部份該金屬氮化物層於該藍寶石基板10一側，則進行電漿乾式蝕刻於該半導體結構1，以去除該藍寶石基板10上之該殘留金屬氮化物層，利用電漿乾式蝕刻將該藍寶石基板10上之該殘留金屬氮化物層去除後，即能得到一再生之該藍寶石基板10。而步驟S15、S25或S35亦能視欲去除之鍍層類型，選擇性組合於同一製程中進行，以將該藍寶石基板10之該金屬層或殘留物確實去除。
    綜上所述，本案透過將該半導體結構依序浸漬於第一酸性水溶液及鹼性水溶液後，能夠去除該藍寶石基板上之磊晶結構，得到一再生之藍寶石基板，而經由浸漬第二酸性溶液及電漿乾式蝕刻，更能確實去除殘留物，且再生過程中不藉由高溫裂解之步驟，得以縮短製程之時間，而浸漬之酸、鹼水溶液係選用不易與藍寶石基板反應之配方，故，可保留基板使用前狀態，降低成膜生產參數之變異性，提昇產品良率。
    雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。

1．．．半導體結構

10．．．藍寶石基板

20．．．磊晶結構

21．．．金屬氮化物層

22．．．P型金屬層

23．．．N型金屬層

第一A圖為本發明之第一較佳實施例之結構示意圖；
第一B圖為本發明之第一較佳實施例之實施步驟示意圖；
第二A圖為本發明之第二較佳實施例之結構示意圖；
第二B圖為本發明之第二較佳實施例之實施步驟示意圖；
第三圖為本發明之第三較佳實施例之實施步驟示意圖；及
第四圖為本發明之第四較佳實施例之實施步驟示意圖。

Claims (11)

1. 一種藍寶石基板之再生方法，其包含：
   提供一半導體結構，其包含一藍寶石基板及一磊晶結構，該磊晶結構設於該藍寶石基板一側；
   浸漬該半導體結構於一鹼性水溶液，以去除該磊晶結構之複數金屬氮化物層；
   取出該半導體結構，並進行一清洗製程，以去除該半導體結構之殘留浸漬液；及
   得到該藍寶石基板。
2. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石基板之再生方法，其中於提供一半導體結構之步驟後，更包含下列步驟：
   浸漬該半導體結構於一第一酸性水溶液，以去除該磊晶結構之至少一金屬層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之藍寶石基板之再生方法，其中該第一酸性水溶液係選自氫氟酸、硝酸、過氧化氫或其組合擇一者。
4. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石基板之再生方法，其中該些金屬氮化物層為一氮化鋁層、一氮化銦層、一氮化鎵層或其組合擇一者。
5. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石基板之再生方法，其中該金屬氮化物層更包含至少一微量金屬、矽、矽氧化物或其組合擇一者。
6. 如申請專利範圍第5項所述之藍寶石基板之再生方法，其中該微量金屬選自鎂、鋅或其組合擇一者。
7. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石基板之再生方法，其中該鹼性水溶液包括一溶質及一溶劑，該溶質係選自氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氰酸鉀或其組合擇一者，該溶劑選自乙二醇、甘油、醇醚類或或其組合擇一者。
8. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石基板之再生方法，其中該清洗製程係使用一超音波裝置，利用一去離子水洗淨該半導體結構。
9. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石基板之再生方法，其中於浸漬該半導體結構於一鹼性水溶液之步驟後，更包含下列步驟：
   取出該半導體結構，浸漬該半導體結構於一第二酸性水溶液，以去除該半導體結構之一殘留矽或其氧化物。
10. 如申請專利範圍第9項所述之藍寶石基板之再生方法，其中該第二酸性水溶液包括一鹽類及一溶劑，該鹽類係選自酸式氟化銨，該溶劑係選自去離子水、乙二醇、甘油、醇醚類或其組合擇一者。
11. 如申請專利範圍第1項所述之藍寶石基板之再生方法，其中於取出該半導體結構，進行一清洗製程，以去除該半導體結構表面之殘留浸漬液之步驟後，更包含下列步驟：
    進行電漿乾式蝕刻於該半導體結構，以去除該半導體結構之一殘留金屬氮化物層。