专利名称：基底可被重复使用的结构及其处理方法
技术领域：
本发明涉及一种基底可被重复使用的结构及其处理方法，具体地讲，涉 及一种利用分离方式使对应于外延层与基底之间的分离层发生反应而分解以 达到基底重复使用的结构及其处理方法。
背景技术：
公知的半导体晶片制造技术是指在硅晶片上制作各种集成电路的技术，
包括黄光、蚀刻、电镀、形成薄膜、化学机械研磨(chemical mechanical polishing, CMP)和离子注入等技术。例如，黄光光刻技术用于进行图像转印， 电镀技术用于电镀金属，离子干蚀刻用于进行各向异性蚀刻，化学湿蚀刻特 性用在多方向性蚀刻方面，形成金属薄膜和非金属薄膜的成长及涂布等。
简而言之，半导体工艺就是利用各种显微图像转印技术并结合各种蚀刻、 薄膜的成长和涂布、电镀等各种物理技术和化学技术，在基底上对金属和非 金属材质进行加工的技术。在半导体工艺完成之后，将制成的集成电路或元 件与基底一起切割下来，以进行另外的组装。
近年来利用半导体工艺而发展起来的各种微机电技术，就是利用各种显 微加工技术在工艺基底上制作各种微结构、感测元件、光电元件等各种微机 械及微机电元件的技术，其中，工艺基底的体积占整个元件的体积的大约80% 以上。
因此，为了使基底变薄而对工艺基底进行化学机械研磨(CMP),其中， CMP工艺是在基底与研磨垫中加入研磨液，研磨液中的研磨颗粒将会损坏基 底的表面，使材质不再坚固而增大化学或物理的破坏，或者使基底表面破裂 为碎片，从而使基底的表面被分解在研磨液中并被带走。这样的破坏也使得 基底无法被重复使用。
以发光二极管为例，在其生产过程中占材料成本比重较高的材料为基底、 有机金属、特殊气体、环氧树脂和荧光粉。发光二极管使用主要功能为载体 的基底。GaAs基底、GaP基底、蓝宝石(sapphire) 基底和碳化硅(SiC)基底，其中，GaP基底主要应用于GaP、 GaAsP等二元或 三元发光二极管或光电元件等，GaAs基底主要应用于AlGaAs、 GaAsP、 AlGalnP等三元或四元发光二极管或光电元件，蓝宝石基底和碳化硅基底主 要应用于氮化铟镓系发光二极管或光电元件。对发光二极管基底的选用影响 发光二极管的发光亮度、发光效率和使用寿命等产品特性，因此，厂商需要 特别谨慎地选择基底。就所使用的基底的种类来分析，由于碳化硅基底单价 高，所以在氮化镓系发光二极管的生产上，以蓝宝石基底的应用较为普遍。
然而，任何一种基底材料的价格仍然十分昂贵，而在现今的技术工艺中， 基底仍属于一种消耗品。如何能使基底被重复使用而达到降低成本的目的， 是本领域亟待解决的问题， 一旦其成本降低，所能应用的层面也就更为广泛。
鉴于公知工艺的各种问题，为了能够兼顾解决这些问题，本发明提出了 一种基底可被重复使用的结构及其处理方法，以克服上述缺点。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种基底可被重复使用的结构及其处理方 法，以达到基底的重复使用和降低成本的效果。
根据本发明的目的，提供一种基底可被重复使用的结构，所述结构包括 基底、至少一层外延层和至少一层分离层。外延层在基底上结晶成长，在外 延层上形成有至少一个图案，分离层置于基底与外延层之间，并提供一种分 离方式使对应的分离层发生反应而分解，使得基底与外延层中的 一层分离。
此外，本发明还提供一种基底可被重复使用的结构及其处理方法。该方 法包括下列步骤提供基底；通过沉积在基底上形成至少一层分离层；在分 离层上形成至少一层外延层，并在外延层上形成至少一个图案；提供一种切 割方式，所述切割方式沿着外延层上的图案与另 一图案之间的间隔宽度进行 切割，并切割至所述分离层，以形成切割口；提供蚀刻溶剂，所述蚀刻溶剂 沿着切割口与对应于分离层的接触区域迅速发生反应而使分离层分解。通过 该方法，可以实现使外延层与基底迅速分离而缩短工艺时间的效果。
为了使本发明的技术特征和所达到的技术效果更加明了 ，下面结合优选 实施例进行iJL明。
图l是根据本发明的基底可被重复使用的结构的示图； 图2是根据本发明的基底可被重复使用的结构的第一实施例的示图； 图3是根据本发明的基底可被重复使用的结构的第二实施例的示图； 图4A和图4B是根据本发明的基底可被重复使用的结构的第三实施例的
示图5是根据本发明的基底可被重复使用的结构的处理方法的步骤流程图。
具体实施例方式
以下，将参照
根据本发明优选实施例的基底可被重复使用的结 构及其处理方法。为便于理解，在下面的实施例中，用相同的标号来表示相 同的元件。
参照图1，图1是根据本发明的基底可被重复使用的结构的示图。在图1 中，半导体装置包括基底11、至少一层分离层13和至少一层外延层 (epitaxy)12。通过公知技术如化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)等方 法在基底11上形成分离层13。外延层12在基底11上结晶成长，可在外延层 上12形成有至少一个图案(pattern)121，其中，通过蚀刻技术，将光刻后所产 生的光阻图案转印至光阻剂下方的材质上，从而形成图案121。在外延层12 上形成图案121的技术是本领域技术人员所熟知的，所以在此不再赘述。图 案121为集成电路，在下文中，图案121也被称作集成电路121。分离层13 置于基底11与外延层12之间，而分离层13的半导体材料不同于基底11的 材料和外延层12的材料，以使分离层13可作为分离界面。载具14安装(mount) 在具有图案121的外延层12上，用作图案121的保护层并增加特性上的稳定 性，或者起着承载的作用。当将载具14安装在外延层12上时，需要使用聚 合物或金属等材料或者可粘附的材料，以使载具14粘附于外延层12。因为 分离层13的半导体材料不同于基底11的材料和外延层12的材料，所以可通 过分离方式15使分离层13发生反应而分解，以使基底11与外延层12分离。
优选地，基底11为蓝宝石基底、砷化镓基底、碳化硅基底和硅基底等。 外延层12至少包含周期表内的第IIA族、第IIB族、第IIIA族、第IVA族、 第VA族和第VIA族等元素或它们的化合物和混合物，例如，包含磷化镓铟
7等。优选地，分离层13为AlxGayInzP、 AlxGayAszPv、 AlxGayInzN、 AlxGayInzSb 或SixGeyCz等。例如，在三元素半导体中，AlxGayAs是最重要的合金半导体 系统，由于AlxGayAs与GaAs的晶格常数相差很'J 、，所以它们可以相互匹配， 因此，可以在GaAs基底上外延成长AlxGayAs薄膜。或者，当在基底11上外 延成长一层材料不同的薄膜时，由于外延层12的薄膜厚度比基底11的厚度 小很多，所以外延层12的原子排列会自行调整，从而能与基底ll键合。优 选地，载具14是多晶硅层、玻璃、石英、聚合物和金属或上述物质的组合等 材料。
基底11还可包括至少一层外延层。分离方式15包括蚀刻溶剂和反应光 线等方法，其中，反应光线可以是激光，激光提供分离层13的分子或原子键 分离所需的能量。蚀刻溶剂与分离层13对应以发生反应而分解，以使基底 11与外延层12分离。
此外，载具14可具有被溶液穿透的特性，例如，可使蚀刻溶剂穿透载具 14，以使分离层13能与对应的蚀刻溶剂发生反应而分解，由于载具14具有 穿透性，因此可提高蚀刻速率。基底11的材料不同于分离层13的材料，并 且不会在蚀刻溶剂的作用下发生反应，或者基底11具有蚀刻选择性比较低的 材料，因此，基底11能被完整地保留下来。在蚀刻溶剂使分离层13分解之 后，外延层12与基底11立刻分离，从而达到基底可以被重复使用的效果。
参照图2,图2是根据本发明的基底可被重复使用的结构的第一实施例 的示图。在图2中，半导体装置包括基底21、分离层23、至少一层外延层 22、载具24和激光25。通过公知技术如化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积 (PVD)等方法在基底21上形成分离层23。外延层22在基底21上结晶成长， 在外延层上22上形成有至少一个集成电路121。分离层23置于基底21与外 延层22之间，而分离层23的半导体材料不同于基底21的材料和外延层22 的材料，并且分离层23具有可进行光化学反应的特性。载具24安装在具有 集成电路121的外延层22上，用作集成电路121的保护层并增加特性上的稳 定性，或者起着承载的作用。激光25提供分离层23的分子或原子键分离所 需的能量，以使分离层23的分子或原子键分离，从而使外延层22与基底21 剥离。
参照图3，图3是根据本发明的基底可被重复使用的结构的第二实施例 的示图。在图3中，半导体装置包括砷化镓基底(GaAsSubstrate)31、至少一
8层砷化镓(GaAs)外延层32、至少一层磷化镓铟(GalnP)分离层33、保护层34、 蚀刻溶剂35和至少一种切割方式36。首先，在砷化镓基底31上形成磷化镓 铟分离层33,利用相关的沉积方法通过物理或化学反应在砷化镓基底31的 表面成长磷化镓铟分离层33薄膜而形成磷化镓铟分离层33,由于形成薄膜 的技术为本领域的技术人员所熟知的，所以在此不再赘述。磷化镓铟分离层 33也可以是磷化镓铟外延层，在此磷化镓铟分离层33以薄膜为例。砷化镓 外延层32是在砷化镓基底31上外延成长的层，而磷化镓铟分离层33置于砷 化镓基底31与砷化镓外延层32之间，并且因磷化镓铟分离层33的材料与磷 化镓基底31的材料和砷化镓外延层32的材料不同而可作为分离界面。砷化 镓外延层32上设置有集成电路121，并提供切割方式36，例如，钻石切割针、 激光束或溶液蚀刻等，切割方式36沿着砷化镓外延层32上的集成电路121 与另一集成电路121之间的间隔宽度进行切割，并切割至磷化镓铟分离层33， 从而形成切割口361。当使用蚀刻溶剂35(例如，盐酸(HCL))时，如果砷化镓 外延层32与蚀刻溶剂35发生反应，或者如果蚀刻溶剂35会侵蚀集成电路 121,则需要提供保护层(例如光阻等)34，以覆盖在砷化镓外延层32和集成电 路121上。如果砷化镓外延层32不与蚀刻溶剂35发生反应，则不需提供保 护层。
蚀刻溶剂35沿着切割口 361能迅速与对应于磷化镓铟分离层33的接触 区域发生反应而使磷化镓铟分离层33分解，而蚀刻溶剂35(例如，盐酸)不会 与砷化镓基底31发生反应，或者蚀刻溶剂35具有选择性比较低的材料。由 此，可以达到使砷化镓外延层32与砷化镓基底31迅速分离而缩短工艺时间 的效果，并能使砷化镓基底31被完整地保留下来而能够重复使用。需要注意 的是，蚀刻溶剂35可使磷化镓铟发生反应而分解，为了便于理解，在此以酸 性蚀刻溶剂35是盐酸蚀刻溶剂35为例。
如果砷化镓外延层32与蚀刻溶剂35不发生反应，则可利用粘着材料以 使至少一个载具(例如，多晶硅层、石英或玻璃等)粘附于砷化镓外延层32上， 而起到承载的效果。或者，在保护层34上利用粘着材料，以使至少一个载具 (例如，多晶硅层、石英或玻璃等)粘附于砷化镓外延层32上，而起到承载的 效果。载具可以是孔隙小的材料或孔隙大的材料，如果载具是孔隙大的材料 且不易与蚀刻溶剂35发生反应，则因为孔隙大的材料具有较高的穿透性，所 以能增大蚀刻溶剂35对应于磷化镓铟分离层33的接触区域，从而蚀刻速率增大，使分解反应加快。如果载具是孔隙小的材料，则可以在载具上设置导
流孔或导流通道，以增大蚀刻溶剂35对应于与磷化镓铟分离层33的接触区 域。
蚀刻溶剂35可以是酸性溶剂或碱性溶剂。酸性溶剂至少包含硫酸 (H2S04)、盐酸(HC1)、氢氟酸(HF)、氢氰酸(HCN)、硝酸(丽03)、醋酸 (CH3COOH)、磷酸(H3P04)等或它们的混合物。碱性溶剂至少包含氢氧化铵 (NH4OH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、氢氧化 钡(Ba(OH)2)等或它们的混合物。酸性溶剂可以是气态溶剂，例如，气态溶剂 可以是化学活性高的原子所组成的气体，至少包含与氟(F)、氯(C1)、溴(Br)、 碘(I)、硫(S)等的化合物或它们的混合物有关的气体。
此外，盐酸(HC1)系列使GalnP发生化学反应，而氨水(NH40H)使GaAs 发生化学反应。
参照图4A和图4B，图4A和图4B是根据本发明的基底可被重复使用的 结构的第三实施例的示图。在图4A中，半导体装置包括砷化镓基底41、砷 化镓分离层42、至少一层第一磷化镓铟外延层43、至少一个载具44蚀刻溶 剂45和激光束46。砷化镓基底41包括至少一层第二磷化镓铟外延层411。 砷化镓分离层42沉积在第二磷化镓铟外延层411上，在此砷化镓分离层42 以薄膜为例。第一磷化镓铟外延层43形成在砷化镓分离层42上，砷化镓分 离层42置于第一磷化镓铟外延层43与第二磷化镓铟外延层411之间。由于 砷化镓分离层42的材料不同于第一磷化镓铟外延层43的材料和第二磷化镓 铟外延层411的材料，所以砷化镓分离层42用作分离界面。至少一个集成电 路121形成在第一磷化镓铟外延层43上。利用激光束46沿着第一磷化镓铟 外延层43上的集成电路121与另一集成电路121之间的间隔宽度并切割至砷 化镓分离层42，以形成一蚀刻口461。载具44是孔隙大的材料且不易与蚀刻 溶剂45发生反应，孔隙大的材料具有较高的穿透性，能增加蚀刻溶剂45(例 如，氨水(NH40H)等)对应于砷化镓分离层42的接触区域，从而蚀刻速率增大， 使分解反应加快。使用者可根据需求在第一磷化镓铟外延层43上利用粘着材 料，以使多个载具44粘附于第一磷化镓铟外延层43之上，从而起到承载的 效果。
在图4B中，当使用蚀刻溶剂45(例如，氨水等)时，载具44的孔隙大， 可使气态或液态溶剂在孔隙中行进，因此，蚀刻溶剂45(例如，氨水等)可穿
10透至少一个载具44的孔隙和蚀刻口 461,从而能快速侵蚀至砷化镓分离层42 使砷化镓分离层42发生反应而分解。在砷化镓分离层42与对应的蚀刻溶剂 45(例如，氨水等)完全反应而分解之后，第一磷化镓铟外延层43即可与第二 磷化镓铟外延层411分离。第一磷化镓铟外延层43可继续用于后续工艺。可 利用盐酸蚀刻溶剂对第二磷化镓铟外延层411和砷化镓基底41进行蚀刻，以 使第二磷化镓铟外延层411与砷化镓基底41分离。可利用相同的工艺对砷化 镓基底41进行重复使用，从而达到了降低成本并提高蚀刻速率的效果。需要 注意的是，蚀刻溶剂45可使砷化镓发生反应而分解，为了便于理解，在此以 蚀刻溶剂45为氨水蚀刻溶剂为例。砷化镓基底41还可包括多层外延层，为 了便于理解，在此以第二磷化镓铟外延层411为外延层中的一层为例。
此外，如果第一磷化镓铟外延层43易于与蚀刻溶剂45发生反应，则按 照需求，设置保护层(例如光阻等)，以覆盖在第一磷化4家锢外延层43和集成 电路121上，以防止蚀刻溶剂45的破坏，并可利用具有粘着特性的材料，使 保护层与聚合物或玻璃等至少一个载具附着于第一磷化镓铟外延层43和集 成电路121之上，从而起到承载的效果并增加特性上的稳定性。
参照图5,图5是根据本发明的基底可被重复使用的结构的处理方法的 步骤流程图。在图5中，该处理方法包括如下步骤:首先，提供基底(步骤51); 接着，通过沉积在基底上形成至少一层分离层(步骤52);然后，在分离层上 形成至少一层外延层，并在外延层上形成至少一个集成电路(步骤53);最后， 提供一种分离方式使对应的分离层发生反应而分解，以使基底与外延层中的 一层分离(步骤54)。
通过上述步骤，可以不使基底受到破坏而与外延层分离并被再次使用， 而外延层可用于后续的元件制造，从而达到环保并节省成本的效果。
上面所述的实施例仅是举例性的，而非限制性的。在任何不脱离本发明 的精神和范围的情况下，对本发明进行的等效修改或变更均应包含在权利要 求的范围内。
ii
权利要求
1、一种基底可被重复使用的结构，所述结构包括基底；至少一层外延层，在所述基底上结晶成长，在所述外延层上形成有至少一个图案；至少一层分离层，置于所述基底与所述外延层之间，且提供一种分离方式以使所述分离层发生反应而分解，使得所述基底与所述外延层分离。
2、 根据权利要求1所述的基底可被重复使用的结构，其中，所述分离方 式至少包括蚀刻溶剂和反应光线等方法。
3、 根据权利要求2所述的基底可被重复使用的结构，其中，所述反应光 线为激光。
4、 根据权利要求2所述的基底可被重复使用的结构，其中，所述反应光 线提供所述分离层发生反应而分解所需的能量。
5、 根据权利要求2所述的基底可被重复使用的结构，其中，所述蚀刻溶 剂包括酸性溶剂或碱性溶剂等。
6、 根据权利要求1所述的基底可被重复使用的结构，其中，所述基底还 包括至少一层外延层。
7、 根据权利要求1所述的基底可被重复使用的结构，其中，所述分离层 的材料不同于所述基底的材料和所述外延层的材料，并作为分离界面。
8、 根据权利要求5所述的基底可被重复使用的结构，其中，所述酸性溶 剂至少包含硫酸、盐酸、氢氟酸、氢氰酸、硝酸、醋酸、磷酸或它们的混合 物等。
9、 根据权利要求5所述的基底可被重复使用的结构，其中，所述碱性溶 剂至少包含氨水、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钡或它们的混合 物等。
10、 根据权利要求8所述的基底可被重复使用的结构，其中，盐酸系列 与GalnP发生化学反应。
11 、根据权利要求9所述的基底可被重复使用的结构，其中，氨水与GaAs 发生化学反应。
12、根据权利要求1所述的基底可被重复使用的结构，其中，所述基底至少包括蓝宝石基底、砷化镓基底、碳化硅基底或硅基底等。
13、 根据权利要求1所述的基底可被重复使用的结构，其中，所述图案为集成电路。
14、 根据权利要求1所述的基底可被重复使用的结构，其中，所述外延 层至少包含周期表内第IIA族、第IIB族、第IIIA族、第IVA族、第VA族 和第VIA族等元素或它们的化合物和混合物。
15、 根据权利要求1所述的基底可被重复使用的结构，其中，所述分离 层至少包含AlxGayInzP、 AlxGayAszPv、 AlxGayInzN、 AlxGayInzSb或SixGeyCz 等。
16、 一种基底可被重复使用的结构的处理方法，所述方法包括如下步骤 提供基底；通过沉积在所述基底上形成至少一层分离层；在所述分离层上形成至少一层外延层，并在外延层上形成至少一个集成 电路；提供一种切割方式，所述切割方式沿着所述外延层上的集成电路与另一 集成电路之间的间隔宽度进行切割，并切割至所述分离层，以形成切割口；提供蚀刻溶剂，所述蚀刻溶剂沿着所述切割口与对应于所述分离层的接 触区域迅速发生反应而使所述分离层分解。
17、 根据权利要求16所述的方法，其中，所述切割方式包括钻石切割针、 激光束或溶液蚀刻等。
18、 一种基底可被重复使用的结构的处理方法，所述方法包括如下步骤 提供基底；通过沉积在所述基底上形成至少 一层分离层；在所述分离层上形成至少一层外延层，并在外延层上形成至少一个集成 电路；提供一种切割方式，所述切割方式沿着所述外延层上的集成电路与另一 集成电路之间的间隔宽度进行切割，并切割至所述分离层，以形成切割口；提供至少一个载具，所述载具为所述集成电路提供保护层并起着承载的 作用，以增加特性上的稳定性；提供蚀刻溶剂，所述蚀刻溶剂沿着所述切割口与对应于所述分离层的接 触区域迅速发生反应而使所述分离层分解。
19、 根据权利要求18所述的方法，其中，所述载具为孔隙小的材料或孔 隙大的材料等。
20、 根据权利要求19所述的方法，其中，所述孔隙大的材料不易与所述 蚀刻溶剂发生反应，所述孔隙大的材料具有较高的穿透性，能增加所述蚀刻 溶剂对应于所述分离层的接触区域，以使蚀刻速率增大，使分解反应加快。
21、 根据权利要求19所述的方法，其中，所述孔隙小的材料在所述载具 上设置有导流孔或导流通道，以增加所述蚀刻溶剂对应于与所述分离层之一 的接触区域。
22、 一种基底可被重复使用的结构的处理方法，所述方法包括如下步骤 提供基底；通过沉积在所述基底上形成至少一层分离层；在所述分离层上形成至少一层外延层，并在外延层上形成至少一个集成 电路；提供一种分离方式，所述分离方式使对应的所述分离层发生反应而分解， 使得所述基底与所述外延层中的一层分离。
全文摘要
本发明公开了一种基底可被重复使用的结构及其处理方法。在基底与至少一层外延层之间形成至少一层分离层。使用本发明的方法，提供一种分离方式使对应的分离层发生反应而分解，以使基底与外延层中的一层分离，从而达到基底可重复使用的目的，因而能降低成本，也避免造成多余的损耗。
文档编号H01L21/00GK101465271SQ200710160989
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月19日 优先权日2007年12月19日
发明者苏住裕, 陈宏任 申请人:苏住裕;陈宏任