一种蓝宝石衬底的加工方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种蓝宝石衬底的加工方法，区别于传统切割、双面研磨及单面抛光等方式，本发明专利技术为线切后先进行退火，去除蓝宝石衬底的切割应力并降低翘曲度，之后一面使用喷砂制作粗糙度，粗糙表面利于后续的表面涂蜡，于另外一面贴蜡并进行铜抛与抛光。此加工方法可大幅减小衬底所移除的厚度，减少成本，提升加工效率。提升加工效率。提升加工效率。

【技术实现步骤摘要】
一种蓝宝石衬底的加工方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种蓝宝石衬底的加工方法。

技术介绍

[0002]人工合成的蓝宝石(Sapphire)成分为氧化铝(Al2O3)，具有仅次于钻石的高硬度、高光学透光率、耐高温、高热传导等特性，普遍用于耐高温、耐磨器件，也是最早广泛使用的激光材料之一。近年来，最大的应用在生长氮化镓(GaN)的超高亮度蓝光、绿光、蓝绿光、白光LED磊晶用的基板；另外蓝宝石晶体具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大、耐冲刷，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，因此也使用在表面声波组件、手术用尖端对象、内视镜镜头、飞弹弹头罩及LED上，涵盖医疗、半导体、通讯、工业、军事及照明等领域，是使用相当广泛的材料。蓝宝石是MOCVD设备最主要的基础材料。目前蓝宝石基材主要用途可概括为光学和光电应用两种领域，其中光学应用领域包含国防武器系统与一般光学产品，而光电应用领域则为目前全球高科技产业与各研究单位最为看好的发展方向，其主要用途是用作高亮度或超高亮度的蓝、白光发光二极管(Light Emitting Diode, LED)之基板。各领域对蓝宝石基材质量的要求，以制作蓝、白光LED所需的蓝宝石基板最为严苛。只要能发展出符合蓝、白光LED要求的蓝宝石基板，同时也就具有发展其它用途所需之大尺寸 (4寸、6寸或以上)蓝宝石衬底的能力。全球半导体照明蓝光芯片制备用的衬底基板材料，有蓝宝石、碳化硅、硅基、金属基。目前蓝宝石衬底在通过技术等手段不断的改善了晶格失配（采用过渡层生长技术解决）、导电性能差（采用同侧P、N电极解决）、机械性能差（采用激光划片技术解决）、导热性等问题后，性价比占了压倒性的优势，目前蓝宝石衬底的市场占有率高达92%。
[0003]传统蓝宝石衬底(Sapphire substrate)加工流程包括晶棒切割、研磨、倒角、抛光与清洗检验等，衬底传统工艺流程上，在研磨常使用双面研磨，此时衬底正面与背面均受到减薄厚度影响，使得衬底需要更多的去除量才可达到平坦化，而在接下来的工艺中还须经过铜抛与抛光工艺，使表面达到可磊晶生长的原子级状态(Epi
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ready)。但所遭遇的问题是材料去除量过高，习知产业界作法，以4寸蓝宝石衬底晶片切割后厚度约为750μm，经过双面研磨去除了60μm，再经过单面铜抛与抛光去除40μm，合计达100μm，占整体切割后厚度比例高达13%(100/750=13%)，造成平坦化过程中材料去除量的浪费。
[0004]对比文件CN114068773当中提及蓝宝石衬底切割后退火并经过分规处理，筛选后的第一规格晶片，并对第一规格晶片进行倒角，无需经过双面研磨而获得蓝宝石衬底。此虽揭露了一种特殊的简化加工方法，但仍存在问题点，包含：1.衬底没有均匀的粗糙面；2.未经研磨，衬底仍处于翘曲状态不利于上蜡贴片抛光。
[0005]综合上述，传统加工流程方式具有材料耗损高的问题，而对比专利CN114068773则有无均匀粗糙面以及衬底处于翘曲状态不利于上蜡贴片抛光的问题。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种蓝宝石衬底的加工方法。本专利技术中首先对经线切割后的蓝宝石衬底进行清洗与退火，消除切割应力；接着对蓝宝石衬底进行倒角，将衬底边缘进行修整，预防后段工艺所产生的崩角裂片等；之后对蓝宝石衬底的第一表面进行喷砂，制造所需之粗糙度(Ra, Roughness)，再经由清洗去除喷砂所残留于表面的粉粒；再将喷砂后的第一表面进行贴蜡，并对蓝宝石衬底的第二表面进行铜抛与抛光，最后经清洗与检验获得成品。本专利技术所提供的蓝宝石衬底的加工方法可大幅减少工序，缩短加工作业时间，材料总去除率由13%降为5%，表面粗糙度及整体衬底平坦度等参数均符合生产所制定标准，外延可直接使用，能有效降低成本，提升产品竞争优势。
[0007]本专利技术的一实施例提供了一种蓝宝石衬底的加工方法，该方法包括以下步骤：S01：提供蓝宝石晶棒，对所述蓝宝石晶棒进行线切割以得到蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底具有第一表面和第二表面；S02：对上述蓝宝石衬底进行清洗、退火、倒角，之后对所述蓝宝石衬底的第一表面进行喷砂，喷砂完成后对所述蓝宝石衬底进行清洗；S03：对步骤S02所得到的蓝宝石衬底的第一表面进行上蜡，之后对所述蓝宝石衬底的第二表面进行铜抛、抛光、清洗和检验。
[0008]可选地，对所述蓝宝石晶棒进行线切割以得到蓝宝石衬底，其中线切割的工艺包括：使用电镀或钎焊的方法将金刚石磨料固定在钢丝表面，加工过程中锯丝上的金刚石直接获得运动速度和一定的压力对蓝宝石晶棒进行多线切割加工。
[0009]可选地，对所述蓝宝石晶棒进行退火，其中退火的作用包括：利用高温有效去除加工过程中对衬底产生的应力，使退火后的衬底翘曲度变小，有利于后道工序加工。
[0010]可选地，对所述蓝宝石晶棒进行倒角，其中倒角的工艺包括：利用磨轮将衬底边缘修整成圆弧状去除其外缘锐角，避免应力集中，降低衬底在后续制程中造成破裂及崩角的几率。
[0011]可选地，对所述蓝宝石衬底的第一表面进行喷砂，所述砂的种类包括金刚石微粉、氧化铝粉、碳化硼或碳化硅颗粒，选用碳化硼喷砂时，碳化硼颗粒的粒径为30~40μm。
[0012]可选地，所述蓝宝石衬底的第一表面为任意一表面，第一表面经喷砂后的表面粗糙度为0.6~1.2μm。
[0013]可选地，对所述蓝宝石衬底的第一表面进行喷砂，喷砂压力为0.1~0.22Mpa，每片蓝宝石衬底的喷砂时间为10~15s。
[0014]可选地，利用喷嘴对所述蓝宝石衬底的第一表面进行喷砂，所述喷嘴的角度为85
°
~95
°
，所述喷嘴与所述蓝宝石衬底之间的距离为100~200mm。
[0015]可选地，对所述蓝宝石衬底的第一表面进行上蜡，上蜡过程中的烘烤温度为280~400℃，烘烤时间为20~40s，滴蜡旋转转速为2000~3000rpm，贴蜡后压合的气囊压力为50~100N，压合时间为10~20s。
[0016]可选地，所述蓝宝石衬底上蜡时，将所述蓝宝石衬底贴在平坦度在2μm以内的载盘上，所述载盘为陶瓷盘或碳化硅盘。
[0017]可选地，蓝宝石抛光采用的抛光液为氧化铝体积占比为10%~30%的氧化铝抛光液，抛光过程中抛光头的压力为300~400N，抛光头的转速与抛光盘下盘的转速为40~55rpm，抛
光过程中使用的浆料流量为10~15L/min。
[0018]可选地，所述氧化铝抛光液的pH值为8~11。
[0019]如上所述，本专利技术提供的蓝宝石衬底加工方法至少具备如下有益效果：本专利技术的方法中，首先对经线切割后的蓝宝石衬底进行清洗与退火，消除切割应力；接着对蓝宝石衬底进行倒角，将衬底边缘进行修整，预防后段工艺所产生的崩角裂片等；之后对蓝宝石衬底的第一表面进行喷砂，制造所需之粗糙度(Ra, Roughness)，再经由清洗去除喷砂所残留于表面的粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蓝宝石衬底的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：S01：提供蓝宝石晶棒，对所述蓝宝石晶棒进行线切割以得到蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底具有第一表面和第二表面；S02：对上述蓝宝石衬底进行清洗、退火、倒角，之后对所述蓝宝石衬底的第一表面进行喷砂，喷砂完成后对所述蓝宝石衬底进行清洗；S03：对步骤S02所得到的蓝宝石衬底的第一表面进行上蜡，之后对所述蓝宝石衬底的第二表面进行铜抛、抛光、清洗和检验。2.根据权利要求1所述的蓝宝石衬底的加工方法，其特征在于，对所述蓝宝石衬底的第一表面进行喷砂，所述砂的种类包括金刚石微粉、氧化铝粉、碳化硼或碳化硅颗粒。3.根据权利要求2所述的蓝宝石衬底的加工方法，其特征在于，所述砂的种类为碳化硼时，碳化硼颗粒的粒径为30~40μm。4.根据权利要求1所述的蓝宝石衬底的加工方法，其特征在于，所述蓝宝石衬底的第一表面经喷砂后的表面粗糙度为0.6~1.2μm。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志豪，李贤途，王海呈，李志宇，
申请(专利权)人：福建晶安光电有限公司，
类型：发明
国别省市：