一種回收藍寶石襯底的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種回收藍寶石襯底的方法，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵材料具有寬帶隙、高電子遷移率、高熱導(dǎo)率、高穩(wěn)定性等一系列優(yōu)點，因此在高亮度藍色發(fā)光二極管(LED)、藍色半導(dǎo)體激光器(LD)以及抗輻射、高頻、高溫、高壓等電子電力器件中有著廣泛的實際應(yīng)用和巨大的市場前景。GaN基LED應(yīng)用領(lǐng)域的多樣性決定了其市場需求十分火熱，2010年，中國大陸和臺灣地區(qū)都出現(xiàn)了供不應(yīng)求的的現(xiàn)象。
[0003]在外延生長過程中，由于工藝波動或者設(shè)備異常等不可控因素，會產(chǎn)出一些不滿足入庫標準的無法投料的廢外延片，對于這些外延片通常只能進行報廢處理。報廢的外延片中分攤的襯底、水電、MO源用量都是一筆較大的資源浪費，其中襯底費用是整個外延過程中不可忽視的大開支。如果可以想辦法對外延片進行處理，使其恢復(fù)為可用狀態(tài)，將極大地節(jié)約成本。一片襯底能夠多次生長直至參數(shù)達標，降低了外延成本，可以創(chuàng)造大量的利潤。
[0004]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，金屬氧化物半導(dǎo)體工藝相關(guān)器件的特征尺寸不斷縮小，至今已達到22nm量級。由此，表面缺陷也成為影響器件合格率的重要因素之一。在特征尺寸不斷減小的趨勢下，減小表面缺陷成為工藝發(fā)展的必然要求。表面缺陷通常包含工藝過程中的顆粒以及相關(guān)工藝過程的殘留物，工藝過程中的顆?？赏ㄟ^提高潔凈度等方式克月艮，而相關(guān)工藝過程的殘留物往往需通過后續(xù)特定的工藝步驟去除。
[0005]目前，業(yè)界對半導(dǎo)體相關(guān)工藝過程的殘留物的去除方法已有不少研究。其中大多集中在濕法清洗的領(lǐng)域，例如對清洗溶液的組分、清洗的步驟等有諸多討論，但均需要增加額外的材料和時間成本。另外，對一些含特定雜質(zhì)如難熔金屬的殘留物去除效果也不夠理想。此外，也可通過等離子體處理的方式進行表面處理，以去除相關(guān)工藝過程的殘留物。對于含難熔金屬的殘留物(也稱為難熔金屬殘留物)的去除，需要開發(fā)一種工藝過程簡單、易于實現(xiàn)、成本可控、適于實際生產(chǎn)的表面處理方法。
[0006]美國專利專利US7759249提出了一種利用氮氧化合物(NxOy)等離子體進行刻蝕后處理的方法，但其僅限于一般殘留物的去除，并不特別涉及難熔金屬殘留物的去除，且該專利主要討論的是實現(xiàn)相關(guān)工藝的設(shè)備結(jié)構(gòu)配置，對工藝過程的介紹不大深入。
[0007]中國專利文獻CN102593285A提供了一種回收圖形化藍寶石襯底的方法，通過ICP干法刻蝕去除PSS上的外延層，然后通過濕法腐蝕去除干法刻蝕導(dǎo)致的刻蝕損傷和臟污等缺陷，從而得到可以重新利用的PSS，極大的提高了 PSS的利用率，進而降低了 LED的生產(chǎn)成本。此外，該回收方法簡單，回收周期短、效果好；但此方法只針對PSS襯底，對于平片襯底效果不理想。
[0008]中國專利文獻CN102176415A公開的“襯底表面處理方法”,公開了一種襯底表面處理方法，所述襯底上形成有圖形化膜層，所述圖形化膜層上具有難熔金屬殘留物，所述襯底表面處理方法包括:執(zhí)行刻蝕工藝，以去除所述圖形化膜層上的難熔金屬殘留物；其中，所述刻蝕工藝使用的刻蝕氣體由反應(yīng)性氣體和稀釋性氣體組成，所述反應(yīng)性氣體包含有鹵族元素。本發(fā)明可減少對襯底表面的損傷，改善襯底表面的平整度。但是，該方法使用的刻蝕工藝較復(fù)雜，設(shè)備的生產(chǎn)成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種回收藍寶石襯底的方法。此方法結(jié)合了物理性高溫烘烤和濕法腐蝕，物理性高溫烘烤可以實現(xiàn)外延層和襯底層的剝離，然后通過濕法腐蝕將剝離的外延層泡洗干凈，不僅可以清除氮化鎵顆粒和一般殘留物，對難熔金屬殘留物和表面油污的去除效果也很顯著，本方法可以對PSS襯底和平片襯底進行回收。
[0010]術(shù)語解釋:
[0011]l、LED:Light Emitting D1de,發(fā)光二極管的簡稱。
[0012]2、LD:Laser D1de,激光器的簡稱。
[0013]3、PSS:Patterned Sapphire Substrates,圖形化藍寶石襯底的簡稱。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0015]一種回收藍寶石襯底的方法，包括步驟如下:
[0016]取廢外延片、第一次高溫烘烤、第一次清洗、第二次高溫烘烤、第二次清洗、循環(huán)N個周期。
[0017](I)取廢外延片，
[0018]領(lǐng)取廢外延片，核對晶片數(shù)目，并檢查晶片是否完整；
[0019](2)第一次高溫烘烤，
[0020]將廢外延片放入高溫烘烤爐內(nèi)進行第一次高溫烘烤，烘烤時間為2-15小時，烘烤溫度為800-1800°C,烘烤室內(nèi)氣氛為氮氣和氫氣的混合氣,其中，氫氣所占的體積比為0% -20% ；
[0021](3)第一次清洗，
[0022]經(jīng)過上述步驟(2)烘烤后的外延片，進行第一次清洗，所述第一次清洗的腐蝕液為濃酸和雙氧水的混合液，濃酸的濃度為70% -98%，濃酸和雙氧水的混合比在I: 10-5: 2之間，腐蝕時間為5-25分鐘;
[0023](4)第二次高溫烘烤，
[0024]經(jīng)過上述步驟(3)第一次清洗后的外延片再放入高溫烘烤爐內(nèi)進行第二次高溫烘烤，烘烤時間為1-16小時，烘烤溫度為800-2000°C，烘烤室內(nèi)氣氛為氮氣和氨氣，其中，氨氣所占的體積比為0% -15% ;
[0025](5)第二次清洗，
[0026]經(jīng)過步驟(4)第二次高溫烘烤后的外延片，再進行第二次清洗，清洗的腐蝕液為濃酸和雙氧水的混合液以及堿和雙氧水的混合液，先用腐蝕液為濃酸和雙氧水的混合液清洗，其中濃酸的濃度為75%-98%，濃酸和雙氧水的混合比在2: 15-5: 2之間，腐蝕時間為5-25分鐘；再用堿和雙氧水的混合液清洗，其中堿液的濃度為57% -89%，堿液和雙氧水的混合比在1: 3-2: I之間，腐蝕時間不少于2分鐘；
[0027](6)檢驗外延片表面，包括目檢和鏡檢，
[0028]對經(jīng)上述處理的外延片進行形貌檢驗，如果不存在殘留雜質(zhì)，則分類入庫使用；如果仍存在殘留氮化鎵等雜質(zhì)，則從第一次高溫烘烤或第二次高溫烘烤開始循環(huán)重復(fù)，直至達到襯底的生長標準。
[0029]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述濃酸包括硫酸、磷酸、硝酸或鹽酸；
[0030]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述堿液包括氨水或雙氧水；
[0031]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述回收步驟循環(huán)周期數(shù)N > O。
[0032]本發(fā)明的優(yōu)良效果:
[0033]1、本發(fā)明使用物理性高溫烘烤，氮氣的保護作用可以防止藍寶石襯底的損傷，少量的氫氣可以更好地實現(xiàn)外延層和襯底層的剝離，而少量的氨氣可以將襯底表面氨化，更有利于外延生長。
[0034]2、本發(fā)明在使用物理性高溫烘烤的同時，配合濕法腐蝕，用特殊的腐蝕液不僅可以清除氮化鎵顆粒和一般殘留物，對難熔金屬殘留物和表面油污的去除效果也很顯著。
[0035]3、本發(fā)明提供一種針對PSS襯底和平片襯底的可持續(xù)的回收方法，回收周期短、操作簡單、成本低廉，經(jīng)過上述操作流程，每片藍寶石襯底均可達到襯底初次使用水平、產(chǎn)出高質(zhì)量外延片，且單片回收成本僅需10元。
【附圖說明】
[0036]圖1是LED外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2是本發(fā)明中提供的回收藍寶石襯底的方法的流程圖；
[0038]圖3是LED外延片采用本發(fā)明的回收方法后的效果示意圖；
[0039]圖4是LED外延片采用本發(fā)明的回收方法后的襯底SEM圖(Scanning ElectronMicroscope,掃描電子顯微鏡)。
[0040]圖中，1、襯底；1-0、回收前PSS襯底；1-1、回收前平片襯底；1-2、回收后PSS襯底；1-3、回收后平片襯底；2、緩沖層；3、N-GaN層；4、多量子阱層；5、P-GaN層。
【具體實施方式】
[0041]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)