專利名稱：分離兩種材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分離方法，尤其涉及一種用于分離兩個或同一材料方法，并用無 線射頻加熱(Radio Frequency Heating)，促進兩個材料因受熱而分離。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode)之所以會發(fā)光，主要原因是利用半導體在 施加電能后轉(zhuǎn)化為光能的物理特性，當半導體的正負極兩端施加電壓產(chǎn)生電流流經(jīng)半導體 時，會促使半導體內(nèi)部的電子與空穴相互結(jié)合，結(jié)合后剩余能量便以光的形式釋放，依采用 半導體材料的不同，其能階高低會使光子能量產(chǎn)生不同波長的光，而釋放出人眼所能接受 到各種顏色的光。發(fā)光二極管最初在1950年代末期于實驗室被發(fā)展出來，到了 1968年HP 公司開始商業(yè)化量產(chǎn)，早期發(fā)光二極管只有單調(diào)的暗紅色系，應用在電子產(chǎn)品的指示燈，一 直到了 1992年日本的日亞化(Nichia)公司突破藍光二極管技術(shù)障礙后，發(fā)光二極管逐漸 衍生出多重色彩，亮度也大幅提高，并以顯示器(Display)、表面粘著型(SMD)等各種封裝 形態(tài)深入生活中各個層面。 多數(shù)發(fā)光二極管被稱為III- V族化合物半導體，是由V族元素如氮(N)、磷(P)、 砷(As)等，與III族元素包括鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)等結(jié)合而成，以與IC半導體所使用的 硅(Si)等IV族元素區(qū)別。傳統(tǒng)液相外延法(Liquid Phase Epitaxy, LPE)與氣相外延法 (Vapor Phase Epitaxy,VPE)，以磷化鎵(GaP)或砷化鎵(GaAs)為基板，用于生產(chǎn)中低亮度 發(fā)光二極管及紅外光(IrDa)裸片，其亮度皆在l燭光(lOOOmcd)以下。直到1992年，日亞 化公司的研究員中村修二 (Shuji Nakamura)，在其實驗室發(fā)明的特殊有機金屬氣相外延法 (Metal Organic V即or Epitaxy, MOCVD)制造工藝，才得以克服藍光二極管在制造上的障 礙。拜中村先生發(fā)明的有機金屬氣相外延制造工藝，半導體相關(guān)產(chǎn)業(yè)才能制造生產(chǎn)出高亮 度發(fā)光二極管，其亮度約在6000-8000mcd。 發(fā)光二極管以鋁、鎵、銦、磷四種元素為發(fā)光層材料在砷化鎵(GaAs)基板上外延 者，發(fā)出紅、橙、黃光的琥珀色系，通稱為四元發(fā)光二極管；以氮化鎵(GaN)為材料所生產(chǎn)的 藍、綠光二極管，則稱為氮化物發(fā)光二極管，一般以藍寶石(S即phire)作為外延制造工藝 用的基板(substrate)。使用藍寶石材料作為藍、綠光二極管基板的主要原因，是因為發(fā)出 這些光波長的材料，多半是鎵(Ga)、銦(In)的氮化物晶體如GaN，InGaN等。半導體要形成 電路和量子阱，是用外延(印itaxy)的技術(shù)，將發(fā)光半導體材料"長"在適合的基板上，然后 再用顯影蝕刻或其它技術(shù)形成電路構(gòu)造。因為這些晶體材料有固定的晶格結(jié)構(gòu)，亦即結(jié)晶 分子之間的排列間隔，必需薄膜和基板達到晶格匹配才能順利外延。 一般半導體所用的材 料是硅，所以長在硅質(zhì)的基板上最適合不過了。但是藍、綠光二極管的這些材料，其晶格常 數(shù)(latticeconstant)和硅基板相差太遠(約17 % )，如果硬將這些材料的薄膜長在硅基 板上，會產(chǎn)生極大的應力和差排(dislocation)，破壞晶體原來的晶格結(jié)構(gòu)，因此無法用最 廉價的硅基板。 另外，半導體產(chǎn)業(yè)不采用氮化鎵本身作其外延用基板，其原因是氮化物材料的晶格結(jié)構(gòu)缺陷很大，長晶過程非常困難，因此價格非常昂貴幾乎和鉆石相當，發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè) 不可能用同樣材料做其基板只為了外延制造工藝上的需要。其它可替代的材料中，目前以 藍寶石(分子構(gòu)成是A1^》的晶格常數(shù)和氮化鎵相近，可以人工方式合成，價格上相對比較 便宜，所以被選為發(fā)光二極管在外延制造工藝上使用的基板。但是藍寶石基板在導電性與 熱傳導能力都不及傳統(tǒng)的硅基板，影響發(fā)光二極管在電路上使用以及發(fā)光壽命，因此一般 發(fā)光二極管在制造工藝上，都會設(shè)法將外延完成的氮化物晶體，從藍寶石基板置換到硅基 板，以達日后發(fā)光二極管在實務應用上的便利性，故如何將外延完成晶體從藍寶石基板分 離，是半導體相關(guān)研究人員所關(guān)切的議題。 美國加州州立大學(The Regents of the University of California)與克里公司 (Cree，Inc)分別在美國專利US 64202425、US 6958093中提出同樣用激光做基板分離的兩種 方法，此兩種切割方法皆利用鎵(Ga)金屬低熔點特性，將氮化鎵晶體從藍寶石基板上分離， 主要切割技術(shù)是采用激光光束直接投射到藍寶石基板上，借藍寶石具透光的物理性質(zhì)，讓激 光光束發(fā)出的能量被基板上的氮化鎵外延層吸收并使其晶體產(chǎn)生活化，當?shù)壨庋訉邮軣?溫度達到3(TC時，晶體結(jié)構(gòu)被破壞并開始崩解，借此與藍寶石基板分離。該專利雖能以物理 方式讓氮化鎵外延層從藍寶石基板上分離，但所利用的激光光束每次只能對藍寶石基板做單 點照射，需累積相當多次數(shù)的掃描割方，才能夠使整個氮化鎵外延層完全從藍寶石基板上分 離，這將占用整個半導體制造工藝上相當?shù)臅r間比例，影響發(fā)光二極管的產(chǎn)能與效率。
另外，德國西門子公司(Siemens Aktiengesellschaft)在美國專利US6740604中 提出以輻射能量促使氮化鎵外延層從藍寶石基板上分離，與加州州立大學的專利差異在于 氮化鎵外延層吸收到電磁效應而產(chǎn)生的輻射能量，其范圍大于用激光光束照射在外延層上 的能量，并且其輻射能量可以集中在兩者之間的界面上施加，使外延層分子因受輻射能量 發(fā)生裂解而與基板分離。西門子公司所提出的分離方法，確實比用激光光束做掃描切割來 得有效率，但是氮化鎵外延層本屬于不易傳導電熱性金屬化合材料，因此利用電磁效應而 產(chǎn)生的輻射能量，須要花費時間讓外延層累積吸收足夠的輻射能量，才能發(fā)生分子裂解，對 于發(fā)光二極管制造工藝時間上的縮短有限，仍待更進一步的分離方法。
法國半導體絕緣科技公司(Silicon on Insulator Technologies)在美國專利US 6964914中提出的分離方法，是利用利用藍寶石基板和氮化鎵外延層本身熱膨脹系數(shù)的差 異，借環(huán)境溫度的快速改變，導致外延層在與基板的界面上產(chǎn)生極大的應力，該應力促使氮 化鎵的外延層從藍寶石基板上分離。該種借應力分離方法有別于氮化鎵吸收外界供應的能 量，在界面上破壞原本晶體結(jié)構(gòu)使外延層分子發(fā)生裂解，而是利用物質(zhì)熱脹冷縮的物理現(xiàn) 象，讓外延層因溫度驟降在界面上產(chǎn)生足以分離的內(nèi)縮應力。此種分離方法因氮化鎵外延 層因受熱不均勻，產(chǎn)生的內(nèi)縮應力大小不一使得外延層分離后無法形成較平整的平面，甚 至發(fā)生外延層斷裂的問題，使得生產(chǎn)良率控制不易。 上述專利所提出的材料分離技術(shù)，影響材料在半導體制造工藝上的良率頗大，尤 其是應用在發(fā)光二極管的制造工藝上，有待更好的方法以降低影響材料應有的良率，甚至 提升整個半導體制造工藝上最后的良率。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的現(xiàn)有技術(shù)的背景中，為了改善上述分離過程中會發(fā)生的缺失，并符合產(chǎn)業(yè)上某些利益的需求，本發(fā)明提供一種新的分離兩個材料半導體的方法，可用以解決上 述技術(shù)的分離方式未能實現(xiàn)的目標。 本發(fā)明的目的是提供一種分離兩個或同一半導體材料的方法。以發(fā)光二極管制造 工藝為例，其方法步驟包含形成一高磁導金屬陣列于一基板與一半導體層之間；以及用 無線射頻(Radio Frequency)加熱該高磁導金屬陣列，使該高磁導金屬陣列產(chǎn)生高溫裂解， 以分離該基板與該半導體層。該無線射頻加熱方法是通過一無線射頻加熱系統(tǒng)的圓柱金屬 線圈，產(chǎn)生的無線射頻引發(fā)電磁感應，導致材料發(fā)生渦流效應(eddy current effect)，根
據(jù)<formula>formula see original document page 5</formula>熱能方程式，對該高磁導金屬陣列做加熱。
其中上述的高磁導金屬陣列包含多個材料區(qū)塊，可通過物理氣相沉積(Physical Vapor D印osition，PVD)、蒸鍍(Evaporation)、濺鍍(Sputtering)等方式形成。而整個該 高磁導金屬陣列的材料區(qū)塊，因制造工藝緣故被該半導體層所包覆。該高磁導金屬陣列其 分布密度是與陣列半徑成正相關(guān)，該高磁導金屬陣列受無線射頻加熱時，可產(chǎn)生均勻向外 的溫度梯度，導致該高磁導金屬陣列由外向內(nèi)裂解，以避免該高磁導金屬陣列由內(nèi)部先裂 解而破壞該半導體層的結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明在拆開兩個原本結(jié)合一起的材料時，借助位于兩個材料界面之間的高磁導 物質(zhì)陣列，用無線射頻加熱(Radio Frequency Heating)于該高磁導物質(zhì)上并產(chǎn)生高熱，使 得該兩個材料因此能相互解離。


圖1A為本發(fā)明兩個材料的分離方法一"流程示意圖；圖IB為本發(fā)明兩個材料的分離方法一-接續(xù)流程示意圖；圖ic為本發(fā)明兩個材料的分離方法一-的高磁導金屬陣列排列密度示意2A為本發(fā)明兩個材料的分離方法二.流程示意圖；圖2B為本發(fā)明兩個材料的分離方法二.接續(xù)流程示意圖；以及圖2C為本發(fā)明兩個材料的分離方法二.的高磁導金屬陣列排列密度示意圖。其中，附圖標記說明如下101藍寶石基板102高磁導性金屬微塊103氮化鎵外延層104載板105無線射頻加熱裝置110 270步驟
具體實施例方式
本發(fā)明在此所解釋說明，是關(guān)于一種分離兩個材料半導體的方法與可實施例子。 為了能徹底地了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟及其組成。很顯然地，本發(fā)明 的施行并未限定于半導體制造工藝的技術(shù)人員所熟知的特殊細節(jié)。另一方面，眾所周知的 組成或步驟并未描述于細節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的較佳實施例會 詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，且本發(fā)明的范圍不受限定，其以之后的權(quán)利要求的保護范圍為準。 本發(fā)明提供關(guān)于一種分離兩個材料半導體的方法，可應用于發(fā)光二極管(Light Emitting Diode)制造工藝上，將氮化鎵(GaN)外延層從以藍寶石(S即phire)為外延用的 基板(substrate)上分離，以致使氮化鎵外延層能置換在一載板上。其方法主要特征在氮 化鎵的外延過程中，埋入高磁導系數(shù)(High Magnetic Permeability)的金屬物質(zhì)于靠近 基板界面的外延層中，通過無線射頻加熱方式(Radio Frequency Heating)以電磁感應原 理(Electromagnetic Induction)，讓高磁導系數(shù)的金屬物質(zhì)瞬間產(chǎn)生高熱，促使包覆在該 金屬物質(zhì)的外延層分子，因吸收熱能而發(fā)生裂解，最后使氮化鎵從靠近基板界面上解離，此 外，本發(fā)明通過高磁導系數(shù)金屬物質(zhì)的分離方法，同樣適用于同質(zhì)半導體材料的分離。
本發(fā)明使用的高磁導系數(shù)金屬物質(zhì)，因無線射頻加熱方式瞬間產(chǎn)生高熱，其技術(shù) 為一種以電磁原理產(chǎn)生熱感應的加熱方法，該技術(shù)原理是一圓柱型金屬線圈(Coil)并通 上直流電源，當電流通過該圓柱型金屬線圈會生成一電磁場(Electromagnetic Field)，該 電磁場會影響凡位于圓柱型金屬線圈內(nèi)的金屬物質(zhì)，使其本身產(chǎn)生一感應電場(Induction Electric Field)，隨著圓柱型金屬線圈的電磁場大小改變使該感應電場會發(fā)生變動，而金 屬物質(zhì)因該感應電場的變動，其內(nèi)的電子被激發(fā)進行運動并生成一渦電流(EddyCurrent)， 該渦電流因金屬物質(zhì)本身的電阻關(guān)系(Resistance Impedance)而產(chǎn)生熱量。
依據(jù)上述的電磁感應原理，設(shè)計一無線射頻加熱裝置，將其直流電源供應器搭配 一功率晶體管(Power Transistor)以產(chǎn)生一秒鐘變化二萬次左右的高周波電流，快速并 有規(guī)律地改變流經(jīng)圓柱型金屬線圈的電流方向，使圓柱型金屬線圈內(nèi)的金屬物質(zhì)快速產(chǎn)生 高熱。此外，通過電磁感應產(chǎn)生熱能方程式戶^/丌.p;v;^ f U，
能在升溫過程中控制金屬物質(zhì)生成熱能大小。其中參數(shù)d為圓柱型金屬線圈的半徑 (di謙ter of the cylinder)、參數(shù)h為金屬圓柱線圈的高度(height of the cylinder)、 參數(shù)H為感應磁場強度(magnetic field intensity)、參數(shù)P為電阻(resistivity)、 參數(shù)P。為真空的磁導率(magnetic permeability of vacuum)、參數(shù)Pr為相對的磁導 率(relativ印ermeability)、參數(shù)f為頻率(frequency)、變數(shù)C為耦合系數(shù)(coupling factor)、參數(shù)F為會g量傳遞系數(shù)(power transmission factor)。 在熱能方程式中P。以及Pr為圓柱型金屬線圈內(nèi)的金屬物質(zhì)的磁導性相關(guān)系數(shù)， 若P?；騳r系數(shù)值越高其金屬物質(zhì)被磁導能力越強，經(jīng)電磁感應產(chǎn)生的熱能也越高，故此，
在金屬物質(zhì)中以鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)為三種具較高磁導系數(shù)的金屬材料，適合作為本 發(fā)明在無線射頻加熱方式的觸媒，最主要目的讓溫度在短時間內(nèi)，升溫至使外延層分子發(fā) 生裂解的程度。 本發(fā)明為一種分離兩個材料半導體的方法，以發(fā)光二極管制造工藝中，將氮化鎵 (GaN)外延層從藍寶石基板(Sapphire substrate)上分離為例，作為說明本發(fā)明主要技術(shù) 的實施例。制造工藝中使用的基板也可為氧化鋁(A1203)基板、碳化硅(SiC)基板、鋁酸鋰 基板(LiA10》、鎵酸鋰基板(LiGa0》、硅(Si)基板、氮化鎵(GaN)基板，氧化鋅(Zn0)基板、 氧化鋁鋅基板(AlZn0)、砷化鎵(GaAs)基板、磷化鎵(GaP)基板、銻化鎵基板(GaSb)、磷化 銦(InP)基板、砷化銦(InAs)基板、硒化鋅(ZnSe)基板、金屬基板等。
關(guān)于發(fā)光二極管選用何種材料基板，是依照各種發(fā)光二極管原本半導體物理特性
來決定。舉例來說，一般n -vi半導體化合物會使用硒化鋅基板或是氧化鋅基板作為外延
6基材；III _砷化物或是磷化物通常是使用砷化鎵基板，磷化鎵基板，磷化銦基板，或是砷化 銦基板；而III-氮化物在商業(yè)上通常會使用藍寶石基板，或是碳化硅基板，目前實驗階段有 使用鋁酸鋰基板，鎵酸鋰基板，硅基板，或是氧化鋁鋅基板等。另外，晶格結(jié)構(gòu)與晶格常數(shù)是 另一項選擇外延基板的重要依據(jù)。晶格常數(shù)差異過大，往往需要先形成一緩沖層才可以得 到較佳的外延品質(zhì)。 請參考圖1A，本發(fā)明的主要特征在于半導體的外延制造工藝中，于外延用的基板 101參入高磁導性的金屬微塊102，因無線射頻加熱該高磁導性金屬微塊102，使得其周圍 的外延材料103受熱發(fā)生裂解。在本發(fā)明的實施例中，使用的外延材料為III-氮化物，特別 是使用氮化鎵(GaN)，而搭配使用的外延基板是目前商業(yè)上常見的藍寶石(Sapphire)基板 或是碳化硅(SiC)基板。然而，任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應能理解，本發(fā)明的外延材料的選
擇并不限定于ni-氮化物，或甚至是氮化鎵等的材料。任何m- V半導體化合物或是II -VI
半導體化合物皆可應用在本發(fā)明中。 在第一實施例中，如圖1A所示步驟110中，在半導體外延制造工藝進行之前，先 在外延用的藍寶石基板101上設(shè)置一高磁導金屬陣列，其中該高磁導金屬陣列由多個高磁 導性的金屬微塊102排列組成，并且該陣列排列方式采由中心往外逐漸增加金屬微塊之間 的緊密度，請參看圖1C示，其排列方式可為規(guī)則的矩陣或圓陣，甚至是如圖1C所示的不規(guī) 則陣列。該高磁導金屬陣列受到加熱時，可產(chǎn)生均勻向外的溫度梯度，導致該高磁導金屬 陣列由外向內(nèi)裂解，以避免該高磁導金屬陣列由內(nèi)部先裂解而破壞該氮化鎵外延層103的 結(jié)構(gòu)。該金屬陣列所使用的高磁導性金屬微塊102，主要為鐵磁性材料、鉬(Mu-metal)、 高磁導合金(Permalloy)、電磁鋼體(Electrical steel)、鎳鋅鐵氧磁體(nickel zinc ferrite)、錳鋅鐵氧磁體(manganese zinc ferrite)、鋼(Steel)等材料。
上述的高磁導金屬陣列設(shè)置方式，可通過物理氣相沉積(Physical VaporD印osition， PVD)、蒸鍍(Evaporation)、濺鍍(Sputtering)等方式，于外延用的藍 寶石基板101上形成。該金屬陣列設(shè)置之后，請參考圖1A的步驟120，將具有金屬陣列基 板IOI，導入有機金屬氣相外延制造工藝(MetalOrganic Chemistry Vapor D印osition， MOCVD)，讓氮化鎵(GaN)從該金屬微塊102的間隔，在藍寶石基板101往上生成一氮化鎵外 延層103。 該藍寶石基板101經(jīng)過有機金屬氣相外延制造工藝，生成一層的氮化鎵外延層 103，該氮化鎵外延層103厚度淹過該藍寶石基板101上金屬陣列，且每一高磁導金屬微塊 102皆被氮化鎵外延層103包覆。請參考圖1A的步驟130，在該氮化鎵外延層103的表面接 合一載板104，該載板104用在載乘將來從該藍寶石基板101分離的氮化鎵外延層103，該 載板104材料可為硅(Si)、金硅(Au-Si)、金銀合金(Au-Ag)、碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)、 銅(Cu)、銅鎢合金(Cu-W)。由于在該氮化鎵外延層103的表面如何接合該載板104，并非本 發(fā)明主要目的，故此，不以文字及圖示詳加說明其接合方式。 請參考圖IB的步驟140，將氮化鎵外延層103連同該藍寶石基板101與該載板 104，送至無線射頻加熱(Radio Frequency Heating)裝置105做受熱。該加熱裝置105主 要由一圓柱型金屬線圈以及一直流電源供應器所構(gòu)成，其中該圓柱型金屬線圈大小足以容 納包含該載板104、該氮化鎵外延層103、高磁導金屬微塊102以及該藍寶石基板101。該 無線射頻加熱裝置105的直流電源供應器，還包括一功率晶體管(Power Transistor)，用以使該直流電源供應器對該圓柱型金屬線圈產(chǎn)生高周波電流。當高周波電流流經(jīng)該圓柱型 金屬線圈，因電磁感應效應(Electromagnetic Induction Effect)，讓該氮化鎵外延層103 內(nèi)金屬陣列的高磁導金屬微塊102產(chǎn)生熱能，使該氮化鎵外延層103因此受熱。
無線射頻加熱裝置105持續(xù)在其圓柱型金屬線圈產(chǎn)生高周波電流，使該金屬陣 列的高磁導金屬微塊102因電磁感應產(chǎn)生熱能，無線射頻加熱裝置105依據(jù)熱能方程式
尸=".,A #、 7丌."0-~ . f . C F ，控制該高磁導金屬微塊102所產(chǎn)生的熱能。 請參考圖IB的步驟150，一直到金屬陣列的高磁導金屬微塊102產(chǎn)生的熱量足以破壞該氮 化鎵外延層103與該藍寶石基板101于界面上的鏈結(jié)力量，最后使該氮化鎵外延層102大 范圍發(fā)生分子裂解而從該藍寶石基板101上解離。 如同圖IB的步驟160所示，最后是由該載板104載乘從該藍寶石基板101分離的 氮化鎵外延層103，也是整個分離過程結(jié)束時，最終得到的產(chǎn)物該載板104上有該氮化鎵外 延層103。 除上述實施例，本發(fā)明還有第二個實施例，來實現(xiàn)分離兩個半導體材料。請參考 圖2A，其使用到的基板與半導體材料，仍以藍寶石基板101與氮化鎵(GaN)材料作為本發(fā) 明的實例施說明，并非限制本發(fā)明應用在其他的基板與半導體材料。在圖2A的步驟210 中，采藍寶石基板101作為半導體外延制造工藝的媒介，使氮化鎵外延層103在該藍寶石 基板101表面形成。其中該半導體外延制造工藝采取有機金屬氣相外延制造工藝(Metal OrganicChemistry V即or D印osition， MOCVD)，讓氮化鎵(GaN)在藍寶石基板101往上生 成一氮化鎵外延層103。 此外，假若上述的有機金屬氣相外延制造工藝，用以形成其他III _氮化物外延層，
甚至是m- v半導體化合物或n -vi半導體化合物外延層，其外延制造工藝所使用的基板
(Substrate)，須依照該半導體的物理特性來做選定，其基板可為氧化鋁(A1203)基板、碳化 硅(SiC)基板、鋁酸鋰基板(LiA10》、鎵酸鋰基板(LiGaO》、硅(Si)基板、氮化鎵(GaN)基 板，氧化鋅(ZnO)基板、氧化鋁鋅基板(AlZnO)、砷化鎵(GaAs)基板、磷化鎵(GaP)基板、銻
化鎵基板(GaSb)、磷化銦(InP)基板、砷化銦(InAs)基板、硒化鋅(ZnSe)基板、金屬基板等。 請參考圖2A的步驟220，當該有機金屬氣相外延制造工藝進行的前半段，在該藍 寶石基板101上已生成一層薄薄地氮化鎵外延層103，然后在該氮化鎵外延層103表面上設(shè) 置一金屬陣列，其中金屬陣列是由多個高磁導性的金屬微塊102排列組成，其材料主要為 鐵磁性材料、鉬(Mu-metal)、高磁導合金(Permalloy)、電磁鋼體(Electrical steel)、鎳 鋅鐵氧磁體(nickelzinc ferrite)、錳鋅鐵氧磁體(manganese zinc ferrite)、鋼(Steel) 等材料。 上述的金屬陣列的排列方式，采用以該氮化鎵外延層103表面中心往外逐漸增加 高磁導性金屬微塊102之間的緊密度，請參看圖2C示，其排列方式可為規(guī)則的矩陣或圓陣， 甚至是如圖2C所示的不規(guī)則陣列。該陣列設(shè)置方法理由是，當該高磁導金屬陣列受到加 熱時，可產(chǎn)生均勻向外的溫度梯度，導致該高磁導金屬陣列由外向內(nèi)裂解，以避免該高磁導 金屬陣列由內(nèi)部先裂解而破壞該氮化鎵外延層103的結(jié)構(gòu)。該金屬陣列通過物理氣相沉積 (Physical Vapor Deposition, PVD)、蒸鎮(zhèn)(Evaporation)、滅鎮(zhèn)(Sputtering)等方式，將 該多個高磁導性金屬微塊102于該氮化鎵外延層103表面上形成。
8
請參閱圖2A的步驟230中，該金屬陣列于該氮化鎵外延層103表面上設(shè)置之后， 如同圖2A的步驟220中，繼續(xù)進行后半段的有機金屬氣相外延制造工藝，使每一高磁導性 金屬微塊102皆被氮化鎵外延層103所包覆，直到該磊氮化鎵外延層103達到制造工藝 上要求的厚度。請參考圖2A的步驟240，把完成好有機金屬氣相外延制造工藝的整個材 料，在該氮化鎵外延層103的表面接合一載板104，該載板104用在將來取代該藍寶石基板 101以乘載最后的氮化鎵外延層103，該載板104材料可為硅(Si)、金硅(Au-Si)、金銀合金 (Au-Ag)、碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)、銅(Cu)、銅鴇合金(Cu-W)。由于在該氮化鎵外延層 103的表面如何接合該載板104，并非本發(fā)明主要目的，故此，不以文字及圖示詳加說明其 接合方式。 請參考圖2B的步驟250，將接合在該氮化鎵外延層103表面的載板(104)，包括底 部的藍寶石基板IOI，整個材料送至無線射頻加熱裝置(RadioFrequency Heating) 105，該 加熱裝置105也是同樣由一圓柱型金屬線圈以及一直流電源供應器所構(gòu)成，其中該圓柱型 金屬線圈的大小，足以容納包括最上層的載板104、中層的氮化鎵外延層103以及底層的藍 寶石基板101整個半導體材料。此外，該加熱裝置105的直流電源供應器也包含了一功率 晶體管(Power Transistor)，以對該圓柱型金屬線圈產(chǎn)生高周波電流。整個無線射頻加熱 裝置105運行原理如同前述的說明解釋，故不再多加贅述。 誠如圖2B的步驟260所示，當該無線射頻加熱裝置105產(chǎn)生的高周波電流流經(jīng)其 中的圓柱型金屬線圈時，因著電磁感應效應(Electromagneticlnduction Effect)，讓位于 氮化鎵外延層103內(nèi)的高磁導性金屬微塊102陣列加速升溫，直到整個金屬陣列產(chǎn)生的熱 量足以讓該氮化鎵外延層103分子發(fā)生裂解，最后發(fā)生大范圍的分子裂解，從藍寶石基板 101上解離。 整個半導體材料在該氮化鎵外延層103解離完成后，如同圖2B的步驟270所示， 最后是該載板104替代該藍寶石基板101，載乘最后的氮化鎵外延層103，也是整個分離過 程結(jié)束時，最終得到的產(chǎn)物是該載板104上有該氮化鎵外延層103。 本發(fā)明在第三實施例中，采用除了上述方法的氮化鎵外延層以外的半導體材料， 例如外延材料為III _氮化物，或者是III _ V半導體化合物，也可以是II _ VI半導體化合物， 甚至如同AlxInyGaa—x—y)N半導體化合物，其中x與y皆《1。在半導體外延制造工藝進行 之前，先在外延用的基板上設(shè)置一金屬陣列，其中該基板可為氧化鋁(A1203)基板、碳化硅 (SiC)基板、鋁酸鋰基板(LiA10》、鎵酸鋰基板(LiGaO》、硅(Si)基板、氮化鎵(GaN)基板， 氧化鋅(ZnO)基板、氧化鋁鋅基板(AlZnO)、砷化鎵(GaAs)基板、磷化鎵(GaP)基板、銻化鎵 基板(GaSb)、磷化銦(InP)基板、砷化銦(InAs)基板、硒化鋅(ZnSe)基板、金屬基板等，而 基板的選擇是依照各個外延材料原本半導體物理特性，來決定何種材料的基板。
該基板上的金屬陣列是由多個高磁導性的金屬微塊所排列組成的，通過物理氣 相沉禾只(Physical Vapor Deposition, PVD)、蒸渡(Evaporation)、滅渡(Sputtering)等
方式，將該多個高磁導性金屬微塊能于該半導體外延層表面上形成。該高磁導性的金屬
微塊采用如鐵磁性材料、鉬(Mu-metal)、高磁導合金(Permalloy)、電磁鋼體(Electrical steel)、鎮(zhèn)鋒鐵氧石茲體(nickelzinc ferrite)、猛鋒鐵氧石茲體(manganese zinc ferrite)、 鋼(Steel)等材料。該金屬陣列的排列方式采用由中心往外逐漸增加金屬微塊之間的緊密 度。該金屬陣列設(shè)置之后將具有金屬陣列基板，導入有機金屬氣相外延制造工藝，使該半導體外延層在該金屬微塊之間隔中生成半導體外延層，直到外延層厚度達到制造工藝上的要求。 該基板經(jīng)過外延制造工藝生成一半導體外延層，該半導體外延層厚度高過基板上金屬陣列，且每一金屬微塊皆被該半導體外延層包覆，于該半導體外延層的頂部表面接合一半導體材料層，該半導體材料層為替代原先外延制造工藝用的基板。將該半導體外延層連同原本基板以及其上的該半導體材料層，送至無線射頻加熱裝置(Radio FrequencyHeating)，該加熱裝置主要由一圓柱型金屬線圈以及一直流電源供應器所構(gòu)成，其中該圓柱型金屬線圈大小足以容納該整個半導體材料。當該直流電源供應器產(chǎn)生的高周波電流，不斷流經(jīng)該圓柱型金屬線圈同時，因磁導效應讓該半導體外延層內(nèi)的金屬陣列加速升溫，直到該金屬陣列產(chǎn)生的熱量足以讓該半導體外延層的分子發(fā)生裂解，最后使該半導體外延層大范圍發(fā)生分子裂解而從該基板上解離，而接合在該半導體外延層表面的半導體材料層，成為該半導體外延層新的基板。 本發(fā)明在第四實施例中，要從外延制造工藝得到的半導體外延層，其半導體外延
層采用的材料包括m-氮化物，也可以是iii- v半導體化合物或是n -vi半導體化合物，甚
至如AlxInyGaa—x—y)N半導體化合物，其中x與y皆《1。設(shè)置一基板并進行有機金屬氣相外
延制造工藝，以生成該半導體外延層，其中該基板可為氧化鋁(A1203)基板、碳化硅(SiC)基
板、鋁酸鋰基板(LiA10》、鎵酸鋰基板(LiGaO》、硅(Si)基板、氮化鎵(GaN)基板，氧化鋅
(ZnO)基板、氧化鋁鋅基板(AlZnO)、砷化鎵(GaAs)基板、磷化鎵(GaP)基板、銻化鎵基板
(GaSb)、磷化銦(InP)基板、砷化銦(InAs)基板、硒化鋅(ZnSe)基板、金屬基板等，而基板
的選擇是依照各個半導體外延層材料原本半導體物理特性，來決定何種材料的基板。 經(jīng)過有機金屬氣相外延制造工藝進行至中段時，在外延用的基板已形成一層的半
導體外延層。在該半導體外延層的表面上設(shè)置一金屬陣列，該金屬陣列是由多個高磁導
性的金屬微塊所排列組成的，該高磁導性的金屬微塊采用如鐵磁性材料、鉬(Mu-metal)、
高磁導合金(Permalloy)、電磁鋼體(Electricalsteel)、鎳鋅鐵氧磁體(nickel zinc
ferrite)、錳鋅鐵氧磁體(manganese zincferrite)、鋼(Steel)等材料。 其中該金屬陣列的排列方式，采用由中心往外逐漸增加金屬微塊之間的緊密度。
當該高磁導金屬陣列加熱時，可產(chǎn)生均勻向外的溫度梯度，導致該高磁導金屬陣列由外向
內(nèi)裂解，以避免該高磁導金屬陣列由內(nèi)部先裂解而破壞該半導體層的結(jié)構(gòu)。 待該金屬陣列設(shè)置完成之后，將具有金屬陣列的該半導體外延層包括底下的基
板，繼續(xù)導入有機金屬氣相外延制造工藝，使該半導體外延層在該金屬微塊之間隔中生成
半導體外延層，直到外延層厚度達到制造工藝上的要求。 該基板經(jīng)外延制造工藝完成該半導體外延層，該半導體外延層厚度高過基板上金屬陣列，且每一金屬微塊皆被該半導體外延層包覆，之后，于該半導體外延層的頂部表面接合一半導體材料層，該半導體材料層主要目的是替代原先外延制造工藝用的基板。接合過程完成后，將該半導體外延層連同原本基板以及其上的該半導體材料層，送至無線射頻加熱裝置(Radio FrequencyHeating)，該加熱裝置主要由一大小足以容納該整個半導體材料的圓柱型金屬線圈，以及一直流電源供應器所構(gòu)成。 當該無線射頻加熱裝置啟動時，其中的直流電源供應器產(chǎn)生的高周波電流，不斷流經(jīng)該圓柱型金屬線圈同時，因磁導效應使得該半導體外延層內(nèi)的金屬陣列加速升溫，直到該金屬陣列的金屬微塊產(chǎn)生的熱量，足以破壞該半導體外延層的分子原來鏈結(jié)力量，從 與金屬陣列的界面上發(fā)生裂解，逐漸使該半導體外延層大范圍發(fā)生分子裂解，最后與底下 的基板上解離。而接合在該半導體外延層表面的半導體材料層，就替代原本的基板成為該 半導體外延層新的基板。 顯然地，依照上面實施例中的描述，本發(fā)明可能有許多的修正與差異。因此需要在 其附加的權(quán)利要求所述的范圍內(nèi)加以理解，除了上述詳細的描述外，本發(fā)明還可以廣泛地 在其他的實施例中施行。上述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明權(quán)利要 求的范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述 權(quán)利要求保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種分離兩種材料的方法，包含形成一高磁導金屬陣列于一基板與一半導體層之間；以及以無線射頻加熱該高磁導金屬陣列，使該高磁導金屬陣列產(chǎn)生高溫，以分離該基板與該半導體層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離兩種材料的方法，其中上述的高磁導金屬陣列包含多個 區(qū)塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分離兩種材料的方法，其中形成該高磁導金屬陣列于該基板 與該半導體層之間包含下列步驟形成該高磁導金屬陣列于該基板上；以及通過所述多個高磁導金屬區(qū)塊間的該基板生長該半導體層，以使該半導體層包覆該高 磁導金屬陣列。
4 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分離兩種材料的方法，其中形成該高磁導金屬陣列于該基板 與該半導體層之間包含下列步驟形成該半導體層于該基板上； 形成該高磁導金屬陣列于該半導體層上；以及通過所述多個高磁導金屬區(qū)塊間的該半導體層持續(xù)外延該半導體層，以使該半導體層 包覆該高磁導金屬陣列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分離兩種材料的方法，其中上述的高磁導金屬陣列的分布密 度是與陣列半徑成正相關(guān)，以使該高磁導金屬陣列受無線射頻加熱時，可產(chǎn)生均勻向外的 溫度梯度，導致由外向內(nèi)產(chǎn)生分離，以避免由內(nèi)部先分離而破壞該半導體層的結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離兩種材料的方法，在以無線射頻加熱該高磁導金屬陣列 之前，可先形成一材料層于該半導體上，且該材料層可為硅、金硅、金銀合金、碳化硅、砷化 鎵、銅、銅鎢合金。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離兩種材料的方法，其中上述的高磁導金屬陣列包含鐵 磁性材料、鉬、高磁導合金、電磁鋼體、鎳鋅鐵氧磁體、錳鋅鐵氧磁體、鋼，且該鐵磁性材料包 含鐵、鈷、鎳及其合金。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分離兩種材料的方法，其中上述的高磁導金屬陣列是 通過一無線射頻加熱系統(tǒng)的圓柱線圈所產(chǎn)生的無線射頻引發(fā)渦流效應，借此以根據(jù) 尸if2.^/;r./v/V/.C.F加熱，其中d為圓柱線圈的半徑、h為圓柱線圈的高度、H為磁場強度、P為電阻、P。為真空的磁導率、Pr為相對的磁導率、f為頻率、C為耦 合系數(shù)、F為能量傳遞系數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離兩種材料的方法，上述的高磁導金屬陣列可通過物理氣 相沉積、蒸鍍、濺鍍等方式形成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離兩種材料的方法，其中上述的基板可為藍寶石基板、碳 化硅基板、鋁酸鋰基板、鎵酸鋰基板、硅基板、氮化鎵基板，氧化鋅基板、氧化鋁鋅基板、砷化 鎵基板、磷化鎵基板、銻化鎵基板、磷化銦基板、砷化銦基板、硒化鋅基板、金屬基板。
全文摘要
本發(fā)明公開一種分離方法，包含形成一高磁導金屬陣列于一基板與一半導體層之間；以及以無線射頻加熱該高磁導金屬陣列，使該高磁導金屬陣列產(chǎn)生高溫，以分離該基板與該半導體層。本發(fā)明在拆開兩個原本結(jié)合一起的材料時，借助位于兩個材料界面之間的高磁導物質(zhì)陣列，用無線射頻加熱(Radio Frequency Heating)于該高磁導物質(zhì)上并產(chǎn)生高熱，使得該兩個材料因此能相互解離。
文檔編號H01L21/00GK101783279SQ20091000028
公開日2010年7月21日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者葉穎超, 吳芃逸, 林文禹, 涂博閔, 詹世雄, 黃世晟 申請人:先進開發(fā)光電股份有限公司