CN110744732A - 一种高性能衬底的制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能衬底的制作工艺，一种高性能衬底的制作工艺，制作工艺包括线切、第一次粗磨、第一次退火、第二次粗磨、细磨、倒角、清洗、第二次退火、铜抛、抛光，采用超细磨机，对蓝宝石衬底进行双面细磨减薄，细磨过后把Warp控制在15μm，Bow控制在4μm以内；采用上述方案后，本发明提供的一种高性能衬底的制作工艺，最大化减少应力对细磨的变形影响，从而让衬底能在细磨能获得较高的平坦度以及较低的应力反应。

Description

一种高性能衬底的制作工艺
技术领域
本发明涉及一种高性能衬底的制作工艺。
背景技术
制备蓝宝石衬底的流程主要分为切割、研磨、抛光三大领域。其中在线切以及研磨皆对衬底本身造成极大的应力。
其中研磨加工技术因成本以及背粗要求，一般皆采用两段式研磨。第一段快速减薄，第二段建立背粗，控制衬底形状的关键在于粗磨段对线切后的衬底平坦度修复能力，其中研磨此制程对于衬底平坦度为一关键的制程。目前业界皆为分段研磨(泛称为粗磨、细磨)。其中由于粗磨段移除相当多的衬底厚度，极有可能造成衬底本身应力过大，超出衬底本身极限。且衬底存在应力过大，有可能导致细磨段的衬底应力不受控制，无法有效控制Warp以及Bow的有效削减。
本发明针对制程缺点以及晶片平坦度，在粗磨后先以高温退火抵销粗磨应力后再继续正常衬底制程，期望有效降低晶片应力以及提升晶片平坦度，改善自身以及外延良率以及性能。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种高性能衬底的制作工艺。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高性能衬底的制作工艺。所述制作工艺的具体步骤如下：
(1)线切：采用多线切割机、切割线和切割液，选用合适晶棒，切去晶颈，将晶棒固定于旋转装夹装置上，利用上下移动的所述多线切割机，对晶棒进行切片，得到蓝宝石毛坯；线切后的平坦度指标Warp在40μm左右，Bow在8μm左右；
(2)第一次粗磨：采用双面粗磨机，用碳化硼研磨液对蓝宝石毛坯进行第一次粗磨，将蓝宝石衬底的厚度移除40-50μm；
(3)第一次退火：将第一次粗磨后的毛坯，放入加热炉进行升温，第一次升温的温度为350℃-450℃，恒温30-50分钟；第二次升温的温度为750℃-850℃，恒温30-50分钟；第三次升温的温度为1400℃-1500℃，恒温100-200分钟；第一次降温的温度为750℃-850℃，恒温30-50分钟；第二次降温的温度为350℃-450℃，恒温30-50分钟；第三次降温关闭加热炉，使其自然冷却；
(4)第二次粗磨：用双面粗磨机和碳化硼研磨液对蓝宝石毛坯进行第二次粗磨，将蓝宝石衬底的厚度移除10-15μm；
(5)细磨：采用超细磨机，对蓝宝石衬底进行双面细磨减薄，细磨过后把Warp控制在15μm，Bow控制在4μm以内；
(6)倒角：采用倒角机对蓝宝石衬底的边缘进行倒角，倒角砂轮使用400目金刚砂定型轮，转速为2000r/min，晶片进给速度为0.3mm/min；
(7)清洗：放入超声波清洗槽进行清洗；
(8)第二次退火：将清洗后的蓝宝石晶片放入退火炉内，以5℃/min的升温速度加热至1400℃-1500℃，保持1400℃-1500℃的高温，恒温40-50分钟，对衬底的进行热处理；
(9)铜抛：对蓝宝石晶片进行铜抛加工；
(10)抛光：采用双面抛光设备进行化学机械抛光。
进一步的，所述步骤(2)包括：将蓝宝石毛坯摆放入研磨太阳轮，将碳化硼放入研磨机，研磨筒转速为300-400rpm，研磨至粒度为20-25μm，将10-15％浓度的盐酸按化学计量5-10％的量加入硼粉中，放置烘干炉80℃恒温30-40分钟，烘干后按照重量百分比为40-45％的比例与水混合作为研磨液，研磨盘为球墨铸铁盘，研磨转速控制在1200rpm，研磨时间10分钟。
由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明提供的一种高性能衬底的制作工艺，分为两段研磨，通过第一段快速减薄，第二段建立背粗，其第一段粗磨段约需移除40-50μm的衬底厚度，第二段约需移除10-15μm的衬底厚度，线切后的平坦度指标Warp约落在40μm左右，Bow约落在8μm左右。研磨制程后约可把Warp控制在15μm,Bow控制在4μm以内，晶片粗磨后清洗完成利用高温退火1450℃进行衬底热处理，抵消粗磨制程应力，使衬底应力完全释放，最大化减少应力对细磨的变形影响，从而让衬底能在细磨能获得较高的平坦度以及较低的应力反应。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为发明的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
参考图1，一种高性能衬底的制作工艺，制作工艺的具体步骤如下：
(1)线切：采用多线切割机、切割线和切割液，选用合适晶棒，切去晶颈，将晶棒固定于旋转装夹装置上，利用上下移动的所述多线切割机，对晶棒进行切片，得到蓝宝石毛坯；线切后的平坦度指标Warp在40μm左右，Bow在8μm左右；
(2)第一次粗磨：采用双面粗磨机，用碳化硼研磨液对蓝宝石毛坯进行第一次粗磨，将蓝宝石衬底的厚度移除40-50μm；
(3)第一次退火：将第一次粗磨后的毛坯，放入加热炉进行升温，第一次升温的温度为350℃，恒温30分钟；第二次升温的温度为750℃，恒温30分钟；第三次升温的温度为1400℃，恒温100分钟；第一次降温的温度为750℃，恒温30分钟；第二次降温的温度为350℃，恒温30分钟；第三次降温关闭加热炉，使其自然冷却；
(4)第二次粗磨：用双面粗磨机和碳化硼研磨液对蓝宝石毛坯进行第二次粗磨，将蓝宝石衬底的厚度移除10-15μm；
(5)细磨：采用超细磨机，对蓝宝石衬底进行双面细磨减薄，细磨过后把Warp控制在15μm，Bow控制在4μm以内；
(6)倒角：采用倒角机对蓝宝石衬底的边缘进行倒角，倒角砂轮使用400目金刚砂定型轮，转速为2000r/min，晶片进给速度为0.3mm/min；
(7)清洗：放入超声波清洗槽进行清洗；
(8)第二次退火：将清洗后的蓝宝石晶片放入退火炉内，以5℃/min的升温速度加热至1400℃，保持1400℃的高温，恒温40分钟，对衬底的进行热处理；
(9)铜抛：对蓝宝石晶片进行铜抛加工；
(10)抛光：采用双面抛光设备进行化学机械抛光。
进一步的，步骤(2)包括：将蓝宝石毛坯摆放入研磨太阳轮，将碳化硼放入研磨机，研磨筒转速为300rpm，研磨至粒度为20μm，将10％浓度的盐酸按化学计量5％的量加入硼粉中，放置烘干炉80℃恒温30分钟，烘干后按照重量百分比为40％的比例与水混合作为研磨液，研磨盘为球墨铸铁盘，研磨转速控制在1200rpm，研磨时间10分钟。
实施例2
参考图1，一种高性能衬底的制作工艺，制作工艺的具体步骤如下：
(1)线切：采用多线切割机、切割线和切割液，选用合适晶棒，切去晶颈，将晶棒固定于旋转装夹装置上，利用上下移动的所述多线切割机，对晶棒进行切片，得到蓝宝石毛坯；线切后的平坦度指标Warp在40μm左右，Bow在8μm左右；
(2)第一次粗磨：采用双面粗磨机，用碳化硼研磨液对蓝宝石毛坯进行第一次粗磨，将蓝宝石衬底的厚度移除40-50μm；
(3)第一次退火：将第一次粗磨后的毛坯，放入加热炉进行升温，第一次升温的温度为,450℃，恒温50分钟；第二次升温的温度为850℃，恒温50分钟；第三次升温的温度为1500℃，恒温200分钟；第一次降温的温度为850℃，恒温50分钟；第二次降温的温度为450℃，恒温50分钟；第三次降温关闭加热炉，使其自然冷却；
(4)第二次粗磨：用双面粗磨机和碳化硼研磨液对蓝宝石毛坯进行第二次粗磨，将蓝宝石衬底的厚度移除10-15μm；
(5)细磨：采用超细磨机，对蓝宝石衬底进行双面细磨减薄，细磨过后把Warp控制在15μm，Bow控制在4μm以内；
(6)倒角：采用倒角机对蓝宝石衬底的边缘进行倒角，倒角砂轮使用400目金刚砂定型轮，转速为2000r/min，晶片进给速度为0.3mm/min；
(7)清洗：放入超声波清洗槽进行清洗；
(8)第二次退火：将清洗后的蓝宝石晶片放入退火炉内，以5℃/min的升温速度加热至1500℃，保持1500℃的高温，恒温50分钟，对衬底的进行热处理；
(9)铜抛：对蓝宝石晶片进行铜抛加工；
(10)抛光：采用双面抛光设备进行化学机械抛光。
进一步的，步骤(2)包括：将蓝宝石毛坯摆放入研磨太阳轮，将碳化硼放入研磨机，研磨筒转速为400rpm，研磨至粒度为25μm，将15％浓度的盐酸按化学计量10％的量加入硼粉中，放置烘干炉80℃恒温40分钟，烘干后按照重量百分比为45％的比例与水混合作为研磨液，研磨盘为球墨铸铁盘，研磨转速控制在1200rpm，研磨时间10分钟。
实施例3
参考图1，一种高性能衬底的制作工艺，制作工艺的具体步骤如下：
(1)线切：采用多线切割机、切割线和切割液，选用合适晶棒，切去晶颈，将晶棒固定于旋转装夹装置上，利用上下移动的所述多线切割机，对晶棒进行切片，得到蓝宝石毛坯；线切后的平坦度指标Warp在40μm左右，Bow在8μm左右；
(2)第一次粗磨：采用双面粗磨机，用碳化硼研磨液对蓝宝石毛坯进行第一次粗磨，将蓝宝石衬底的厚度移除40-50μm；
(3)第一次退火：将第一次粗磨后的毛坯，放入加热炉进行升温，第一次升温的温度为400℃，恒温40分钟；第二次升温的温度为800℃，恒温40分钟；第三次升温的温度为1450℃，恒温150分钟；第一次降温的温度为800℃，恒温40分钟；第二次降温的温度为400℃，恒温40分钟；第三次降温关闭加热炉，使其自然冷却；
(4)第二次粗磨：用双面粗磨机和碳化硼研磨液对蓝宝石毛坯进行第二次粗磨，将蓝宝石衬底的厚度移除10-15μm；
(5)细磨：采用超细磨机，对蓝宝石衬底进行双面细磨减薄，细磨过后把Warp控制在15μm，Bow控制在4μm以内；
(6)倒角：采用倒角机对蓝宝石衬底的边缘进行倒角，倒角砂轮使用400目金刚砂定型轮，转速为2000r/min，晶片进给速度为0.3mm/min；
(7)清洗：放入超声波清洗槽进行清洗；
(8)第二次退火：将清洗后的蓝宝石晶片放入退火炉内，以5℃/min的升温速度加热至1450℃，保持1450℃的高温，恒温45分钟，对衬底的进行热处理；
(9)铜抛：对蓝宝石晶片进行铜抛加工；
(10)抛光：采用双面抛光设备进行化学机械抛光。
进步一的，步骤(2)包括：将蓝宝石毛坯摆放入研磨太阳轮，将碳化硼放入研磨机，研磨筒转速为350rpm，研磨至粒度为20μm，将10％浓度的盐酸按化学计量5％的量加入硼粉中，放置烘干炉80℃恒温35分钟，烘干后按照重量百分比为45％的比例与水混合作为研磨液，研磨盘为球墨铸铁盘，研磨转速控制在1200rpm，研磨时间10分钟。本发明提供的一种高性能衬底的制作工艺，分为两段研磨，通过第一段快速减薄，第二段建立背粗，其第一段粗磨段约需移除40-50μm的衬底厚度，第二段约需移除10-15μm的衬底厚度，线切后的平坦度指标Warp约落在40μm左右，Bow约落在8μm左右。研磨制程后约可把Warp控制在15μm,Bow控制在4μm以内，晶片粗磨后清洗完成利用高温退火1450℃进行衬底热处理，抵消粗磨制程应力，使衬底应力完全释放，最大化减少应力对细磨的变形影响，从而让衬底能在细磨能获得较高的平坦度以及较低的应力反应。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高性能衬底的制作工艺，其特征在于：所述制作工艺的具体步骤如下：
(1)线切：采用多线切割机、切割线和切割液，选用合适晶棒，切去晶颈，将晶棒固定于旋转装夹装置上，利用上下移动的所述多线切割机，对晶棒进行切片，得到蓝宝石毛坯；线切后的平坦度指标Warp在40μm左右，Bow在8μm左右；
(2)第一次粗磨：采用双面粗磨机，用碳化硼研磨液对蓝宝石毛坯进行第一次粗磨，将蓝宝石衬底的厚度移除40-50μm；
(3)第一次退火：将第一次粗磨后的毛坯，放入加热炉进行升温，第一次升温的温度为350℃-450℃，恒温30-50分钟；第二次升温的温度为750℃-850℃，恒温30-50分钟；第三次升温的温度为1400℃-1500℃，恒温100-200分钟；第一次降温的温度为750℃-850℃，恒温30-50分钟；第二次降温的温度为350℃-450℃，恒温30-50分钟；第三次降温关闭加热炉，使其自然冷却；
(4)第二次粗磨：用双面粗磨机和碳化硼研磨液对蓝宝石毛坯进行第二次粗磨，将蓝宝石衬底的厚度移除10-15μm；
(5)细磨：采用超细磨机，对蓝宝石衬底进行双面细磨减薄，细磨过后把Warp控制在15μm，Bow控制在4μm以内；
(6)倒角：采用倒角机对蓝宝石衬底的边缘进行倒角，倒角砂轮使用400目金刚砂定型轮，转速为2000r/min，晶片进给速度为0.3mm/min；
(7)清洗：放入超声波清洗槽进行清洗；
(8)第二次退火：将清洗后的蓝宝石晶片放入退火炉内，以5℃/min的升温速度加热至1400℃-1500℃，保持1400℃-1500℃的高温，恒温40-50分钟，对衬底的进行热处理；
(9)铜抛：对蓝宝石晶片进行铜抛加工；
(10)抛光：采用双面抛光设备进行化学机械抛光。
2.根据权利要求1所述的一种高性能衬底的制作工艺，其特征在于：所述步骤(2)包括：将蓝宝石毛坯摆放入研磨太阳轮，将碳化硼放入研磨机，研磨筒转速为300-400rpm，研磨至粒度为20-25μm，将10-15％浓度的盐酸按化学计量5-10％的量加入硼粉中，放置烘干炉80℃恒温30-40分钟，烘干后按照重量百分比为40-45％的比例与水混合作为研磨液，研磨盘为球墨铸铁盘，研磨转速控制在1200rpm，研磨时间10分钟。
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