一种蓝宝石衬底回收方法
【专利说明】
[0001]本发明涉及光电技术领域，特别是涉及具有蓝宝石衬底的光电器件中衬底的回收方法。
技术背景
[0002]随着氮化镓基LED技术的进步和光效的提高，LED已经成为新一代的照明光源，普遍应用于背光源、显示屏、装饰照明，并且逐渐进入家用照明，室外照明领域。LED的生产上游有蓝宝石衬底、GaN外延、芯片加工。其中蓝宝石衬底材料为主要原材料，尤其是图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，简称PSS衬底)为产业用的主要衬底。目前，2英寸的平面蓝宝石衬底价格在8-10美元/片，而市面上普遍使用的2英寸PSS衬底的价格是平面衬底的两倍以上，所以，蓝宝石衬底占整个LED芯片成本的20%左右，随着蓝宝石衬底的尺寸增大到4英寸、8英寸等更大尺寸，蓝宝石衬底占芯片成本的比例也会增加。
[0003]因此，回收蓝宝石衬底，特别是回收PSS衬底并对其再利用，可以大幅降低LED外延和芯片制造成本，对于LED制造领域降低成本具有重要的意义
[0004]现有技术中也有一些回收蓝宝石衬底的方法，例如在LED生产过程中，对外延加工与芯片加工过程中产生的废品或残次品，一般交给蓝宝石厂家进行再处理，再处理的主要步骤是首先清洗，然后将外延层研磨掉，接着再抛光，最后进一步加工制造PSS衬底，然后将产品交给LED芯片厂进行生产使用。
[0005]现有技术需要通过研磨和抛光工序，比较耗时，导致生产效率比较低；而且，研磨和抛光之后会导致PSS衬底表面的图形消失，还需要通过额外的制备工艺再次形成图形，增加了工序，耗时且成本较高。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种回收蓝宝石衬底的方法，尤其是一种回收PSS衬底的方法，所述蓝宝石衬底表面包含AlxInyGa^yN (O ^ x, y ^ I)外延层、金属和/或钝化层，其包括如下步骤:
[0007]使用清洗液清洗蓝宝石衬底表面，去除金属和/或钝化层；其特征在于，在ICP或RIE设备中，采用氯气或三氯化硼气体蚀刻去除蓝宝石衬底表面AlxInyGa1^yN(O彡x, y彡I)外延层；形成可回收利用的蓝宝石衬底。
[0008]可选地，所述蓝宝石衬底为表面具有图形的PSS衬底。
[0009]可选地，所述回收蓝宝石衬底的方法还包括在采用氯气或三氯化硼气体蚀刻去除蓝宝石衬底表面AlxInyGa1IyN(O ^ x, y ^ I)外延层过程中，剩余厚度为l_2um的外延层，湿法腐蚀剩余外延层的步骤。
[0010]本发明还提供了另外一种蓝宝石衬底的回收方法，所述蓝宝石衬底表面包含AlxInyGa1^yN (O ^ x, y ^ I)外延层、金属和/或钝化层，其包括如下步骤:
[0011]使用清洗液清洗蓝宝石衬底表面，去除金属和/或钝化层；其特征在于，将待回收的PSS衬底置于设备腔体内，将氯气通入该设备腔体，氯气在腔体内被加热到700-1500°C之间，加热的氯气对腔体内待回收的蓝宝石衬底表面进行腐蚀去除，直至AlxInyGa1^yN(O彡x，y彡I)外延层被腐蚀干净；反应生成气体反应物经排气系统排出腔体。
[0012]可选地，其中所述蓝宝石衬底为表面具有图形的PSS衬底。
[0013]可选地，所述的蓝宝石衬底的回收方法，还包括在采用氯气加热腐蚀去除蓝宝石衬底表面AlxInyGa^yN(O ^ x, y ^ I)外延层过程中，湿法腐蚀残留外延层的步骤。
[0014]采用本发明所提供的回收蓝宝石衬底的方法，不需要研磨和抛光工序，提高了生产效率，降低了生产成本；而且，蚀刻或腐蚀之后，蓝宝石衬底表面原有的图形会保留下来，避免了研磨和抛光之后会导致的PSS衬底表面的图形消失，进一步减少了工序，提高了效率且大幅降低了成本。
【附图说明】
[0015]图1为待回收PSS衬底截面示意图；
[0016]图2为依照本发明第一实施例所述方法处理后回收的PSS衬底示意图；
[0017]图3为依照本发明第二实施例所述方法回收PSS衬底的示意图。
[0018]实施方式
[0019]以下，参照图1和2说明本发明的回收PSS衬底的方法。
[0020]根据本发明的第一实施例，如图1所示，在具有图形2的蓝宝石衬底I上具有外延层3，可选地，以下未示出，所述外延层3上有氧化物、氮化物或有机物组成的钝化层，和/或作为布线的金属层和/或其他金属氧化物导电层，也可以有其他的由AlxInyGa1^yN(O彡x, y彡I)材料构成外延层3上的台面等结构。也就是说，本发明中的待回收PSS衬底可以是做过外延工艺，也可以说是做完外延工艺后，也做了一部分芯片工艺，但是没有进行研磨减薄工艺。
[0021]进行适当的清洗，尤其是对于进行了芯片加工后的外延片，将上面的金属层和钝化层等附属物清洗干净，清洗液可以是酸、碱、有机溶剂，以及水等。例如，采用王水、盐酸等酸性溶液，以及乙醇、丙酮等有机溶剂，最后用去离子水冲洗。
[0022]采用氯气(Cl2)或三氯化硼(BCl3)或其混合气体通过ICP (Inductive CoupledPlasma，电感耦合等离子体)设备或RIE (反应离子蚀刻)设备，在一定的温度进行蚀刻，将AlxInyGa1^yN(O彡x, y彡I)外延层3蚀刻掉，留下衬底。如果是平衬底，蚀刻后也将留下平衬底；如果是PSS衬底，蚀刻后，将形成与之前形貌十分接近的PSS衬底，回收后的衬底不影响后续的使用。
[0023]调整ICP或RIE设备的气体流量和ICP功率和DC bias功率，ICP功率100-1000W，下电极功率20-200W，与所用设备型号和状态有关。使得在刻蚀初期物理轰击作用较强，在接近PSS衬底的图形2约2um左右时，增大气体流量，降低DC bias功率，使得气体等离子体与外延层3的组成材料AlxInyGa^N(O ^ x, y ^ I)的化学反应占主导，蚀刻去除PSS衬底表面的AlxInyGanyN (O ^ x, y ^ I)半导体材料。
[0024]此处的AlxInyGanyN (O ^ x, y ^ I)半导体材料，包含 AlGaN、GaN, InGaN, AlN 等二元或三元系III族氮化物半导体材料。
[0025]该蚀刻气体是单独氯气或单独BCl3气体。设备内的温度可是是常温，也可以是高温，如 200 °C ?600 °C。
[0026]可选地，所述回收蓝宝石衬底的方法还包括在采用氯气或三氯化硼气体蚀刻去除蓝宝石衬底表面AlxInyGa1^N(O彡X，y彡I)外延层3过程中，剩余厚度为2um左右的外延层，才有增加Cl2比例，降低下功率的工艺进行刻蚀，之后湿法腐蚀剩余残留外延层的步骤。湿法腐蚀可以采用磷酸和硫酸混合腐蚀液，腐蚀温度在80?240°C之间，磷酸和硫酸的比例在1:3?3:1之间。
[0027]腐蚀蚀刻后的衬底如图2所示，留下蓝宝石衬底I和图形2，对腐蚀蚀刻后的衬底进行清洗、检查、包装，以备再利用。
[0028]根据本发明的第二实施例，如图3所示，回收PSS衬底的方法步骤如下:
[0029]将待回收的具有图形2的PSS衬底10置于设备腔体20内，将氯气通过进气口4通入该设备腔体20内，氯气在腔体内被加热到700-1500°C之间(图中未示出加热装置)，优选地加热到700-900°C之间，更优选地，加热到700-900°C之间，加热的氯气对腔体内待回收的PSS衬底表面进行腐蚀，去除AlxInyGa^yN(O ^ x, y ^ I)外延层3，直至AlxInyGa1^yN(O ^ x, y ^ I)外延层3被腐蚀干净，腐蚀生成的反应物气化后被抽气设备，如泵，通过排气口 5排出设备腔体20。
[0030]可选地，本实施例的回收方法还包括在采用氯气加热腐蚀去除蓝宝石衬底表面AlxInyGa1^yN(O彡x，y彡I)外延层3过程中，湿法腐蚀残存外延层3的步骤。湿法腐蚀条件与第一实施例相似。
[0031]对腐蚀蚀刻后的衬底进行清洗、检查、包装，以备再利用。
[0032]本发明的技术方案可低成本回收蓝宝石衬底，尤其是PSS衬底，降低LED生产成本。
[0033]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种蓝宝石衬底的回收方法，所述蓝宝石衬底表面包含Al JnyGa1IyN(O ^ x, y ^ I)外延层、金属和/或钝化层，其包括如下步骤: 使用清洗液清洗蓝宝石衬底表面，去除金属和/或钝化层；其特征在于， 在ICP或RIE设备中，采用氯气或三氯化硼气体蚀刻去除蓝宝石衬底表面AlxInyGa1^yN (O 彡 x, y 彡 I)外延层； 形成可回收利用的蓝宝石衬底。2.如权利要求1所述的蓝宝石衬底的回收方法，所述蓝宝石衬底为表面具有图形的PSS衬底。3.如权利要求1所述的蓝宝石衬底的回收方法，还包括在采用氯气或三氯化硼气体蚀刻去除蓝宝石衬底表面AlxInyGa1IyN(O ^ x, y ^ I)外延层过程中，剩余厚度为l_2um的外延层，湿法腐蚀剩余外延层的步骤。4.一种蓝宝石衬底的回收方法，所述蓝宝石衬底表面包含Al xInyGai_x_yN(O ^ x, y ^ I)外延层、金属和/或钝化层，其包括如下步骤: 使用清洗液清洗蓝宝石衬底表面，去除金属和/或钝化层；其特征在于， 将待回收的PSS衬底置于设备腔体内，将氯气通入该设备腔体，氯气在腔体内被加热到700-1500°C之间，加热的氯气对腔体内待回收的蓝宝石衬底表面进行腐蚀去除，直至AlxInyGa1^yN (O彡x, y彡I)外延层被腐蚀干净； 反应生成气体反应物经排气系统排出腔体。5.如权利要求4所述的蓝宝石衬底的回收方法，所述蓝宝石衬底为表面具有图形的PSS衬底。6.如权利要求4所述的蓝宝石衬底的回收方法，还包括在采用氯气加热腐蚀去除蓝宝石衬底表面AlxInyGa1IyN(O彡x, y彡I)外延层过程中，剩余厚度为l_2um的外延层，湿法腐蚀剩余外延层的步骤。
【专利摘要】本发明公开了一种蓝宝石衬底的回收方法，所述蓝宝石衬底表面包含AlxInyGa1-x-yN(0≤x,y≤1)外延层、金属和/或钝化层，其包括如下步骤：使用清洗液清洗蓝宝石衬底表面，去除金属和/或钝化层；其特征在于，将待回收的PSS衬底置于设备腔体内，将氯气通入该设备腔体，氯气在腔体内被加热到700-1500℃之间，加热的氯气对腔体内待回收的蓝宝石衬底表面进行腐蚀去除，直至AlxInyGa1-x-yN(0≤x,y≤1)外延层被腐蚀干净；反应生成气体反应物经排气系统排出腔体。
【IPC分类】H01L21/02, H01L33/00
【公开号】CN104966664
【申请号】CN201510378725
【发明人】王立彬, 易汉平, 张志刚, 李宁宁, 张雪亮
【申请人】天津宝坻紫荆科技有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月1日