CN110846720A - 一种蓝宝石晶片退火工艺 - Google Patents

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丁云海
卢东阳
余胜军
张京伟
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract

本发明属于晶片加工制作技术领域，提供了一种蓝宝石晶片退火工艺，多级退火处理如下：第一步，退火炉升温，由室温升温至1000℃，梯度2.5‑3℃/min，并恒温30‑60min；第二步，升温至1450℃，梯度2.5‑3℃/min，恒温8‑12h；第三步，缓慢降温至1200℃，降温梯度1.5‑2℃/min，并恒温2‑3h；第四步，继续降温至600℃，降温梯度1.5‑2℃/min，并继续恒温2‑3h；退火炉停止工作，将晶片自然降温至室温。通过本发明可以将切割、研磨的warp进行分类退火，达到应力释放，并使得蓝宝石晶片warp较一致。

Description

一种蓝宝石晶片退火工艺
技术领域
本发明属于晶片加工制作技术领域，尤其涉及一种蓝宝石晶片退火工艺。
背景技术
蓝宝石(Sapphire)晶体具有优良的光学性能、物理性能和稳定的化学性 能。广泛应用于高亮度LED衬底材料、各种光学元器件、扫描仪窗口材料。特 别是蓝宝石晶体是超高亮度的蓝、白光LED发光材料GaN最常用的衬底材料， 而GaN磊晶的质量与所使用的的蓝宝石衬底表面加工质量密切相关，尤其是图 形化衬底与晶片的表面形貌、翘曲程度联系密切，同时，晶片的翘曲程度过大， 会在平片做GaN磊晶时，平片与外延薄膜脱落，PSS难以聚焦，影响外延品质。
在蓝宝石衬底的切割、双面研磨以及抛光过程中，尽管部分的加工应力会 在下一道加工工序释放，但是这种应力的释放是无序释放，同时未释放的加工 应力会在表面聚集，影响蓝宝石晶片的翘曲程度，严重的翘曲会在后道加工过 程中产生破片，影响整个加工循环的晶片质量。蓝宝石衬底在加工过程中，必 须经过退火处理以降低加工中产生的应力，目前的退火工艺采用一次退火，加 工应力释放不均匀，炉子的温度场对加工释放均匀性影响极大，特别对大尺寸 的蓝宝石4inch，6inch晶片影响更为明显。
现蓝宝石加工过程中，常使用的退火工艺为分阶段升温和降温，温控程序 复杂并且周期较长；且有时没有完全褪去蓝宝石在加工过程中产生的应力，导 致后期加工不良，这些退火工艺或者是增加了生产成本或者是降低了宝石晶片 的良品率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种蓝宝石晶片退火工艺，解决目前晶 片表面应力释放不均匀问题。
本发明的技术方案：
一种蓝宝石晶片退火工艺，步骤如下：
(1)清洗：对研磨加工清洗干净后蓝宝石晶片使用超声波进一步清洗，清 洗去除蓝宝石晶片表面的灰尘和杂质，减少由于高温产生白点和亮点缺陷；
(2)退火处理：将清洗后的蓝宝石晶片叠片后放置于坩埚中，进行后面的 多级退火处理；多级退火处理如下：第一步，退火炉升温，由室温升温至1000℃， 梯度2.5-3℃/min，并恒温30-60min；第二步，升温至1450℃，梯度2.5-3℃ /min，恒温8-12h；第三步，缓慢降温至1200℃，降温梯度1.5-2℃/min，并恒 温2-3h；第四步，继续降温至600℃，降温梯度1.5-2℃/min，并继续恒温2-3h； 退火炉停止工作，将晶片自然降温至室温；
(3)将退火出炉后的蓝宝石晶片使用分选机台进行检测，对比退火前的 warp值，比退火前下降1-2um。
针对退火前不同的warp采用不同的退火工艺，以达到晶片表面因研磨加工 应力的完全释放。
本发明的有益效果：通过本发明可以将切割、研磨的warp进行分类退火， 达到应力释放，并使得蓝宝石晶片warp较一致。针对研磨后的蓝宝石晶片，退 火后比退火前warp下降1-2um；针对切割蓝宝石晶片，退火后比退火前warp下 降5-10um，且后续更利于研磨加工，崩边，裂片损失率降低，warp可下降至要 求。
具体实施方式
以下结合技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1：
蓝宝石晶片切割片进行退火，步骤如下：
将切割后的蓝宝石晶片清洗干净后置于退火炉中，从室温升温至1000℃， 梯度3℃/min，缓慢升温只要是为了让晶片表面温度更加均匀，持续恒温60min； 继续升温至1450℃，梯度3℃，并持续恒温8h；恒温结束后进行降温，从高温 下降至1200℃，降温梯度2℃/min，缓慢降温主要是为了不让晶片产生较大的 形变。持续恒温3h；继续降温至600℃，降温梯度2℃/min，并持续恒温3h； 自然降温至室温；检测退火后的切割片，warp可以比退火前下降5-10um，且研 磨后warp比未退火的切割片研磨的warp要小。
实施例2：
蓝宝石衬底研磨后进行退火，步骤如下：
将研磨后蓝宝石晶片清洗干净后置于退火炉中，从室温升温至1000℃，梯 度2.5℃/min，缓慢升温只要是为了让晶片表面温度更加均匀，持续恒温30min； 继续升温至1450℃，梯度2.5℃，并持续恒温12h；恒温结束后进行降温，从高 温下降至1200℃，降温梯度1.5℃/min，缓慢降温主要是为了不让晶片产生较 大的形变。持续恒温2h；继续降温至600℃，降温梯度1.5℃/min，并持续恒温 2h；自然降温至室温；检测退火后的研磨片，warp可以比退火前下降1-2um。
在实施步骤中，阶段恒温是相当重要的，主要是为了使晶片受热均匀，让 应力能够释放完全，同时有助于提高大尺寸蓝宝石的加工效率，提升晶片质量。

Claims (1)

1.一种蓝宝石晶片退火工艺，其特征在于，步骤如下：
(1)清洗：对研磨加工清洗干净后蓝宝石晶片使用超声波进一步清洗，清洗去除蓝宝石晶片表面的灰尘和杂质，减少由于高温产生白点和亮点缺陷；
(2)退火处理：将清洗后的蓝宝石晶片叠片后放置于坩埚中，进行后面的多级退火处理；多级退火处理如下：第一步，退火炉升温，由室温升温至1000℃，梯度2.5-3℃/min，并恒温30-60min；第二步，升温至1450℃，梯度2.5-3℃/min，恒温8-12h；第三步，缓慢降温至1200℃，降温梯度1.5-2℃/min，并恒温2-3h；第四步，继续降温至600℃，降温梯度1.5-2℃/min，并继续恒温2-3h；退火炉停止工作，将晶片自然降温至室温；
(3)将退火出炉后的蓝宝石晶片使用分选机台进行检测，对比退火前的warp值，比退火前下降1-2um。
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