CN112542373A - 一种提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法，其包括以下步骤：(1)、在翘曲蓝宝石晶圆的正面对蓝宝石衬底进行开槽；(2)、在翘曲蓝宝石晶圆的背面对蓝宝石衬底进行开槽；(3)、对翘曲蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底进行减薄；(4)、对翘曲蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底进行研磨。其可以改善翘曲大及内应力大的蓝宝石晶圆在研磨工艺中的不良率。

Description

一种提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种半导体芯片制备后工艺，更具体地，涉及一种提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法。

背景技术

半导体照明被誉为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。其应用领域也正在迅速的扩大，比如紫外消毒杀菌、紫外固化、通讯等领域。

蓝宝石晶体材料具有良好热学特性、电气特性，并且化学性质稳定，抗腐蚀，硬度仅次于金刚石，所以在LED制备中被广泛应用为衬底材料。

作为LED衬底，蓝宝石材料生长技术成熟，自身强度高，耐温高，适合高温下生长外延层，化学稳定性好，透光性好，有利于提高LED发光亮度和外量子效率。同时，蓝宝石材料导热率低，器件在工作状态下往往会有很高的热能产生，较低的散热能力进而也会影响到器件寿命及发光效率。所以在芯片制备后工艺中，要对衬底进行减薄，有益于增强散热效果，延长使用寿命。但由于自身硬度高及外延片内应力大，进而也增加了芯片制备过程中减薄及切割工艺的难度。

目前，在蓝宝石衬底LED芯片制备过程中研磨工艺主要包括上蜡、快速减薄、研磨抛光及CMP抛光。上蜡过程是通过使用石蜡将衬底紧密粘贴至平整的陶瓷盘表面。快速减薄时通过金刚石砂轮进行衬底的快速减薄，减薄至接近目标厚度。由于使用大颗粒金刚石砂轮作业，表面划痕较深，磨面粗糙。研磨抛光主要为去除前工艺产生的划痕，研磨抛光过程是通过使用金刚石研磨液配合树脂铜盘进一步对衬底进行小幅度减薄，表面粗糙度与所使用研磨液金刚石粉粒度有关，粒度越小粗糙度越小。常规LED制备工艺，在完成研磨抛光工艺后即可达到要求效果，但也有部分工艺要求表面平整粗糙度较高，进而需要对表面再进行精细抛光，CMP抛光为精细抛光中较为常见的工艺，通过使用纳米级抛光液配合抛光垫完成。

在研磨工艺中，往往会出现一些不良异常现象，影响产品良率，主要包括裂片、暗裂、崩边等不良现象。在改善不良现象方法中，会采用优化工艺参数、工艺细节等方法，比如优化砂轮减薄工艺时的砂轮转速、进给速度等参数；上蜡工艺，确保圆片及陶瓷盘表面无杂物；抛光工艺，确保树脂铜盘和抛光垫表面无大颗粒物。

现有研磨工艺基本可满足大部分晶圆的生长需求。但是，在蓝宝石晶圆的生产过程中，产品及制备工艺的不同，导致蓝宝石晶圆的翘曲程度也不一致，内应力大小也不同。现有研磨工艺很难满足翘曲大及内应力大的蓝宝石晶圆的加工。比如深紫外产品，外延生长工艺温度高达1000℃以上，外延材料生长工艺的特殊性导致晶圆的翘曲值和内应力相比蓝光、近紫外产品也要大很多，进而在研磨工艺中不良率较高。

鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种能够提高翘曲大的蓝宝石晶圆研磨良率的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法，其可以改善翘曲大及内应力大的蓝宝石晶圆在研磨工艺中的不良率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、在翘曲蓝宝石晶圆的正面对蓝宝石衬底进行开槽；

(2)、在翘曲蓝宝石晶圆的背面对蓝宝石衬底进行开槽；

(3)、对翘曲蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底进行减薄；

(4)、对翘曲蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底进行研磨。

优选地，其中，所述步骤(1)中，开槽的位置在两颗芯粒间的预留的切割道内的居中位置，开槽的横截面为三角形，且开槽的深度为10-20μm，开槽的宽度为8-12μm。

优选地，其中，所述步骤(2)中，开槽的位置在两颗芯粒间的预留的切割道内的居中位置，开槽的横截面为倒三角形，且开槽的深度为10-20μm，开槽的宽度为8-12μm。

优选地，其中，所述步骤(1)和(2)中的开槽采用激光开槽技术，也就是，采用激光表面烧灼划片技术进行开槽。

优选地，其中，所述蓝宝石晶圆的翘曲值大于150μm。

优选地，其中，所述步骤(3)中的减薄具体为：使用金刚砂轮对所述蓝宝石衬底进行减薄，所述金刚砂轮的进给速度为1.0μm/s，转速为1000rpm，减薄后的蓝宝石晶圆的厚度为150μm。

优选地，其中，所述步骤(4)中的研磨具体为：使用粒度为6μm的金刚石研磨液配合树脂铜盘进行研磨，研磨速率为2.2μm/min，研磨后的蓝宝石晶圆的厚度为120μm。

优选地，其中，在所述步骤(3)之前，还包括上蜡步骤，也就是，使用石蜡将所述蓝宝石晶圆固定至平整的陶瓷盘上，然后进行减薄。

优选地，其中，在所述步骤(4)之后，还包括清洗步骤，清洗所述蓝宝石晶圆的表面，并去除残石蜡。

与现有技术相比，本发明的提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法具有如下有益技术效果：

1、由于对蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底的正面和背面进行了激光开槽，使得晶圆外延层本身的应力得到了有效释放，并且在上蜡、减薄和研磨工艺过程中，缓解了晶圆正面与背面的相互力作用，很大程度降低了因应力而发生变形从而出现破片异常的可能性。

2、由于进行了激光开槽，可以有效提高蓝宝石衬底在减薄和研磨工艺过程中的散热效果，从而减低了热应力对蓝宝石衬底的作用。

3、正面开槽对切割工艺后的芯粒边缘外观也有很大优化。

4、特定的开槽位置、形状和尺寸使得不但能够提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率，而且不会影响蓝宝石晶圆的质量。

5、合适的减薄和研磨工艺能够进一步提高研磨良率。

附图说明

图1是本发明的提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法的流程图。

图2是示例性的翘曲蓝宝石晶圆的示意图。

图3是在示例性的翘曲蓝宝石晶圆的正面开槽后的示意图。

图4是在示例性的翘曲蓝宝石晶圆的背面开槽后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。

图1示出了本发明的提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法的流程图。如图1所示，本发明的提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法包括以下步骤：

首先，在翘曲蓝宝石晶圆的正面对蓝宝石衬底进行开槽。

当然，在翘曲蓝宝石晶圆的正面对蓝宝石衬底进行开槽之前，需要选定翘曲大的蓝宝石晶圆。通常情况下，认为翘曲值大于150μm的蓝宝石晶圆为翘曲大的蓝宝石晶圆。

图2示出了一个示例性的翘曲蓝宝石晶圆。如图2所示，所述示例性的翘曲蓝宝石晶圆具有蓝宝石衬底101，且其外延层结构自上而下分别为p-GaN层104、量子阱层103、n-GaN层102。其可以通过芯片制备前工艺，包括清洗、湿法腐蚀、PECVD、光刻、镀膜等工艺，完成电极制备，形成多个发光二极管，发光二极管为GaN基发光二极管。当然，在其它实施例中，也可是AIN基发光二极管。本发明不对晶圆的类型进行限制，所有能在蓝宝石衬底表面制备的晶圆都在本发明的保护范围内。

因此，所述在翘曲蓝宝石晶圆的正面对蓝宝石衬底进行开槽也就是在所述蓝宝石衬底101的正面形成开槽201，如图3所示。其中，所述正面为所述翘曲蓝宝石晶圆的远离蓝宝石衬底的面，即有外延层的面。

在本发明中，所述开槽201的位置、形状、深度、宽度等均为影响工艺的重要因素。

经过大量的研究和实验得出，优选地，如图3所示，所述开槽201的位置在两颗芯粒间的预留的切割道内的居中位置。这样，由于位于切割道内的居中位置，在对芯粒进行切割后，单个芯粒上就不会存在所述开槽，因此，不会对单个芯粒的质量造成影响。

并且，所述开槽201的横截面为三角形。这种三角形的开槽不但能够很好地实现应力的释放，而且便于芯粒的后续的切割分离。

所述开槽的深度和宽度不能太大，否则，将会影响蓝宝石衬底的质量，使得其更容易破裂。当然，所述开槽的深度和宽度也不能太小，否则，不能起到良好的释放应力的作用。在本发明中，所述开槽201的深度为10-20μm。所述开槽的宽度为8-12μm。经过大量的研究和实验发现，这种深度和宽度是最优的。

上述位置、形状、深度、宽度的开槽能够更大地提高翘曲蓝宝石晶圆的研磨良率。

其次，在翘曲蓝宝石晶圆的背面对蓝宝石衬底进行开槽。

所述在翘曲蓝宝石晶圆的背面对蓝宝石衬底进行开槽也就是在所述蓝宝石衬底101的背面形成开槽301，如图4所示。其中，所述背面为所述翘曲蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底的底面，即远离外延层的面。

同理，在本发明中，所述开槽301的位置、形状、深度、宽度等也均为影响工艺的重要因素。

经过大量的研究和实验得出，优选地，如图4所示，所述开槽301的位置在两颗芯粒间的预留的切割道内的居中位置。这样，由于位于切割道内的居中位置，在对芯粒进行切割后，单个芯粒上就不会存在所述开槽，因此，不会对单个芯粒的质量造成影响。

并且，所述开槽301的横截面为倒三角形。这种倒三角形的开槽不但能够很好地实现应力的释放，而且便于芯粒的后续的切割分离。

所述开槽的深度和宽度不能太大，否则，将会影响蓝宝石衬底的质量，使得其更容易破裂。当然，所述开槽的深度和宽度也不能太小，否则，不能起到良好的释放应力的作用。在本发明中，所述开槽301的深度为10-20μm。所述开槽301的宽度为8-12μm。经过大量的研究和实验发现，这种深度和宽度是最优的。

上述位置、形状、深度、宽度的开槽能够更大地提高翘曲蓝宝石晶圆的研磨良率。

并且，在本发明中，优选地，在正面开槽和在背面开槽都可以采用激光开槽技术，也就是，采用激光表面烧灼划片技术进行开槽。具体如何采用激光开槽技术在蓝宝石衬底上进行开槽属于现有技术，为了简化，在此不对其进行详细描述。

然后，对翘曲蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底进行减薄。

当然，在对翘曲蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底进行减薄之前，需要对其进行上蜡，也就是，使用石蜡将所述蓝宝石晶圆固定至平整的陶瓷盘上。

在上蜡的过程中，在用石蜡将所述蓝宝石晶圆固定至平整的陶瓷盘上时，由于蓝宝石晶圆是翘曲的，而陶瓷盘是平整的，所以翘曲的蓝宝石晶圆与平整的陶瓷盘之间会有空隙。为了使得翘曲的蓝宝石晶圆能够更好地固定到平整的陶瓷盘上，通常需要将翘曲的蓝宝石晶圆进行一定量的施压。在施压过程中，由于所述空隙的存在，导致翘曲的蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底容易出现裂片、暗裂等不良现象。

而在本发明中，由于在蓝宝石衬底的正面和背面都形成有开槽，在将翘曲的蓝宝石晶圆固定到平整的陶瓷盘上的过程中，在施加压力时，所述开槽缓解了蓝宝石衬底正面与背面的相互力作用，很大程度降低了因应力而发生变形从而出现破片异常的可能性。

在本发明中，所述对翘曲蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底进行减薄具体为：使用金刚砂轮对所述蓝宝石衬底进行减薄，所述金刚砂轮的进给速度为1.0μm/s，转速为1000rpm，减薄后的蓝宝石晶圆的厚度为150μm。

同理，在减薄的过程中，由于蓝宝石晶圆是翘曲的，而金刚砂轮是平整的，所以翘曲的蓝宝石晶圆与平整的金刚砂轮之间会有空隙。在减薄施压过程中，由于所述空隙的存在，导致翘曲的蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底容易出现裂片、暗裂等不良现象。

而在本发明中，由于在蓝宝石衬底的正面和背面都形成有开槽，在翘曲的蓝宝石晶圆接触到平整的金刚砂轮进行减薄的过程中，所述开槽缓解了蓝宝石衬底正面与背面的相互力作用，很大程度降低了因应力而发生变形从而出现破片异常的可能性。

同时，在减薄过程中会出现发热现象，而蓝宝石衬底的开槽可有效提高蓝宝石衬底在减薄工艺过程中的散热效果，从而减低了热应力对蓝宝石衬底的作用。

最后，对翘曲蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底进行研磨。

在本发明中，所述对翘曲蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底进行研磨具体为：使用粒度为6μm的金刚石研磨液配合树脂铜盘进行研磨，研磨速率为2.2μm/min，研磨后的蓝宝石晶圆的厚度为120μm。

同理，在研磨的过程中，由于蓝宝石晶圆是翘曲的，而树脂铜盘是平整的，所以翘曲的蓝宝石晶圆与平整的树脂铜盘之间会有空隙。在研磨施压过程中，由于所述空隙的存在，导致翘曲的蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底容易出现裂片、暗裂等不良现象。

而在本发明中，虽然蓝宝石衬底的背面形成的开槽在减薄过程中已经去除掉了，但是，蓝宝石衬底的正面形成的开槽仍然存在。因此，在翘曲的蓝宝石晶圆接触到平整的树脂铜盘进行研磨的过程中，所述正面形成的开槽也能够缓解蓝宝石衬底正面与背面的相互力作用，很大程度降低了因应力而发生变形从而出现破片异常的可能性。

同时，在研磨过程中会出现发热现象，而蓝宝石衬底的正面形成的开槽可有效提高蓝宝石衬底在研磨工艺过程中的散热效果，从而减低了热应力对蓝宝石衬底的作用。

在研磨之后，整个翘曲蓝宝石晶圆基本上加工完成了。但是，其上还会存留有一些研磨介质或石蜡等。因此，在研磨之后，还可以包括清洗步骤，也就是，清洗所述蓝宝石晶圆的表面，并去除残石蜡。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、在翘曲蓝宝石晶圆的正面对蓝宝石衬底进行开槽；

(2)、在翘曲蓝宝石晶圆的背面对蓝宝石衬底进行开槽；

(3)、对翘曲蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底进行减薄；

(4)、对翘曲蓝宝石晶圆的蓝宝石衬底进行研磨。

2.根据权利要求1所述的提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，开槽的位置在两颗芯粒间的预留的切割道内的居中位置，开槽的横截面为三角形，且开槽的深度为10-20μm，开槽的宽度为8-12μm。

3.根据权利要求2所述的提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，开槽的位置在两颗芯粒间的预留的切割道内的居中位置，开槽的横截面为倒三角形，且开槽的深度为10-20μm，开槽的宽度为8-12μm。

4.根据权利要求3所述的提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法，其特征在于，所述步骤(1)和(2)中的开槽采用激光开槽技术，也就是，采用激光表面烧灼划片技术进行开槽。

5.根据权利要求4所述的提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法，其特征在于，所述蓝宝石晶圆的翘曲值大于150μm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的减薄具体为：使用金刚砂轮对所述蓝宝石衬底进行减薄，所述金刚砂轮的进给速度为1.0μm/s，转速为1000rpm，减薄后的蓝宝石晶圆的厚度为150μm。

7.根据权利要求6所述的提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的研磨具体为：使用粒度为6μm的金刚石研磨液配合树脂铜盘进行研磨，研磨速率为2.2μm/min，研磨后的蓝宝石晶圆的厚度为120μm。

8.根据权利要求7所述的提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法，其特征在于，在所述步骤(3)之前，还包括上蜡步骤，也就是，使用石蜡将所述蓝宝石晶圆固定至平整的陶瓷盘上，然后进行减薄。

9.根据权利要求8所述的提高翘曲蓝宝石晶圆研磨良率的方法，其特征在于，在所述步骤(4)之后，还包括清洗步骤，清洗所述蓝宝石晶圆的表面，并去除残余石蜡。

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