TWI553723B - Sapphire wafer processing methods and their processing in the process of intermediates - Google Patents

Description

藍寶石晶片加工方法及其加工製程中的中間物

本發明係與藍寶石晶片製作有關；特別是指一種藍寶石晶片加工方法及其加工製程中的中間物。

按，由於藍寶石具有高硬度、耐高溫、抗腐蝕及熔點高等特性，因此常被使用作為光電元件。而在作成光電元件之前，藍寶石是以晶棒形態存在，且為極硬脆的晶體，故需經過如圖1所示之晶棒角度定向定裝、切片成晶圓、晶圓雙面研磨、晶圓導角，以及對晶圓進行硬拋、熱處理、軟拋及清洗等作業處理後，始能逐步地改變晶圓的表面粗度與消除因切割研磨所產生的材料應力問題。最後再於晶圓通過表面平坦度、表面缺陷等檢驗後方能進一步加工作成光電元件。

誠然，前述加工製程可使得晶圓表面獲得較佳的平坦度，惟該些加工製程步驟多，使得製作成本不易降低。而且，晶圓先後經過多道不同程度的研磨與拋光處理，將使材料耗損增加，間接地增加了材料成本的負擔。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種藍寶石晶片加工方法，具有簡化製程、降低製作成本之效。

緣以達成上述目的，本發明所提供之藍寶石晶片加工方法包含步驟有：a、將一晶棒切割成多數片晶圓；b、 對步驟a所切割後的晶圓施以溫度介於1200~2300℃之間的高溫拋光作業；c、對步驟b經過高溫拋光作業後之晶圓的至少其中一表面施以化學機械拋光作業。

本發明再提供一種藍寶石晶片加工方法包含 步驟有：a、將一晶棒切割成多數片晶圓；b、對步驟a所切割後的晶圓施以溫度介於1200~2300℃之間的高溫拋光作業；c、對步驟b經過高溫拋光作業後之晶圓的至少其中一表面施以平坦化作業，以使該表面粗度介於0.2~50奈米(nm)之間。

另外，本發明更提供一種藍寶石晶片加工製程 中的中間物，該中間物為經過溫度介於1200~2300℃之間的高溫拋光作業後，使得表面粗度介於0.1~1微米(μm)之間的半透明片狀體。

本發明之效果在於簡化製程後仍能使得晶圓 表面獲得良好平坦度，並兼具消除加工過程中所產生的材料應力問題。

1‧‧‧藍寶石晶棒

1a‧‧‧晶圓

2‧‧‧拋光液

圖1係已知藍寶石晶片的加工製作流程圖。

圖2係本發明一較佳實施例之藍寶石晶片的加工製作流程圖。

圖3之圖3A~3D係本發明上述較佳實施例之加工方法中各製程的示意圖。

圖4係本發明另一較佳實施例之藍寶石晶片的加工製作流程圖。

為能更清楚地說明本發明之藍寶石晶片加工方法，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後，請參圖2所示，為本發明一較佳實施例的藍寶石晶片加工方法，係對藍寶石晶棒作角度定向定裝後，再予切割成多數片晶圓，最終使得切片後的晶圓表面能達到設定的平坦度。

請再配合圖3所示，本實施例的加工方法首先係以鑽石線對藍寶石晶棒1進行多線切割，以獲得多數片的晶圓1a(圖3A參照)。在此製程中所獲得的晶圓1a表面粗度約在0.2~1.5微米(μm)之間。

接著，對切割後的晶圓1a進行厚度減薄加工，在本實施例中係以雙面研磨方式對晶圓1a的兩面進行同步研磨作業(圖3B參照)，以使研磨後的晶圓1a表面粗度介於0.2~1.2微米(μm)之間，前述用於研磨的材料，可選自碳化硼、碳化矽或鑽石等游離研磨粒。此製程目的在於改善切割後晶圓1a的平坦度與彎曲度，並磨除切片時所造成的損傷，故該製程又稱為粗研磨。

在完成厚度減薄作業後，將表面粗度介於0.2~1.2微米(μm)之間的該些晶圓1a，續施以溫度介於1200~2300℃之間的高溫拋光作業(圖3C參照)，其中又以作業溫度介於1700~2200℃之間為佳。經此高溫拋光作業處理後的晶圓1a，其彎曲度(warp)與厚度變化(Local Thickness Variation，LTV)與高溫拋光作業施作之前的情形並無顯著差異，相反地，晶圓1a表面獲得修復而更為平坦，使得表面粗度降低至0.1~1微米(μm)之間。其中又以控制表面粗度於0.1~0.6微米(μm)之間為佳。

爾後，對表面粗度已介於0.1~1微米(μm)之間的該些晶圓1a，再施以平坦化作業。在本實施例中是 採用化學機械拋光(Chemical-Mechanical Planarization,CMP)的加工方式，對晶圓1a的表面進行精研磨處理(圖3D參照)，以使晶圓表面粗度介於0.2~50奈米(nm)之間。在以該化學機械拋光方式進行加工的過程中，選擇使用拋光液2於晶圓1a的表面上，且該拋光液2中包含有0.1~1微米(μm)的二氧化矽微粒與化學改質液體，目的在於使得研磨更為順暢且有助於晶圓1a表面更為平坦。又，在前述以化學機械拋光方式進行平坦化作業時，可選擇地對晶圓1a的其中一表面施以精研磨，當然，若是同步對晶圓1a的兩側表面進行精研磨，將有助於加工效率的提升。

最後，於各該晶圓1a經過清洗以排除可能殘 留的研磨微粒，並通過表面平坦度及表面各項缺陷的檢驗後，該晶圓1a即能進一步被加工作成各項光電元件。

至此，本發明的藍寶石晶片加工方法，不僅可 確保晶圓表面獲得良好的平坦度，亦兼具消除加工過程中所產生的材料應力問題。更重要的是，該加工方法具有簡化製程而可降低製作成本及提高加工效率的優點。

另說明的是，由於切割後的晶圓1a表面粗度 與厚度減薄加工後的晶圓1a表面粗度差異不大，因此，可適時地省去以雙面研磨方式對晶圓1a再進行兩面同步研磨作業，如圖4所示之流程，即在藍寶石晶棒1經過切割成多數片晶圓1a後，逕為將晶圓1a置於溫度介於1200~2300℃之間的環境中，以進行高溫拋光作業處理。爾後製程同樣經過化學機械拋光、清洗與檢驗。如此，更有益於製程簡化、成本降低及效率提高。

在上述各實施例中，當晶圓1a經過溫度介於 1200~2300℃之間的高溫拋光作業後，將使得其表面粗度介於0.1~1微米(μm)之間，且呈半透明的片狀體，於此階 段所製得的晶圓1a，即為本發明所定義藍寶石晶片加工製程中的中間物。較佳者，該中間物的表面粗度控制於0.1~0.6微米(μm)之間，以便後續經過化學機械拋光作業後，其表面能獲得更佳的平坦度。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

Claims (20)

1. 一種藍寶石晶片加工方法，包括下列步驟：a、將一晶棒切割成多數片晶圓；b、對步驟a所切割後的晶圓施以溫度介於1200~2300℃之間的高溫拋光作業；以及c、對步驟b經過高溫拋光作業後之晶圓的至少其中一表面施以化學機械拋光作業。
2. 如請求項1所述之藍寶石晶片加工方法，其中步驟b中的高溫拋光作業溫度介於1700~2200℃之間為佳。
3. 如請求項1所述之藍寶石晶片加工方法，其中經步驟b的高溫拋光作業之後的晶圓表面粗度介於0.1~1微米(μm)之間。
4. 如請求項1所述之藍寶石晶片加工方法，其中步驟c中的化學機械拋光作業包括使用拋光液於該晶圓表面，該拋光液中包含有0.1~1微米(μm)的二氧化矽微粒。
5. 如請求項1所述之藍寶石晶片加工方法，更包括對步驟a之後的晶圓進行厚度減薄加工，以使進入步驟b之前的該晶圓之表面粗度介於0.2~1.2微米(μm)之間。
6. 如請求項5所述之藍寶石晶片加工方法，係使用雙面研磨製程以對該晶圓進行厚度減薄作業。
7. 如請求項6所述之藍寶石晶片加工方法，其中該雙面研磨製程包含使用碳化矽、碳化硼或鑽石磨料進行表面研磨加工。
8. 如請求項1所述之藍寶石晶片加工方法，其中經步驟c的化學機械拋光作業之後的晶圓表面粗度介於0.2~50奈米(nm)之間。
9. 如請求項1所述之藍寶石晶片加工方法，其中步驟a中對晶棒切割者係採鑽石線多線切割技術。
10. 一種藍寶石晶片加工方法，包括下列步驟：a、將一晶棒切割成多數片晶圓；b、對步驟a所切割後的晶圓施以溫度介於1200~2300℃之間的高溫拋光作業；以及c、對步驟b經過高溫拋光作業後之晶圓的至少其中一表面施以平坦化作業，以使該表面粗度介於0.2~50奈米(nm)之間。
11. 如請求項10所述之藍寶石晶片加工方法，其中步驟b中的高溫拋光作業溫度介於1700~2200℃之間為佳。
12. 如請求項10所述之藍寶石晶片加工方法，其中經步驟b的高溫拋光作業之後的晶圓表面粗度介於0.1~1微米(μm)之間。
13. 如請求項10所述之藍寶石晶片加工方法，其中步驟c中的平坦化作業係使用化學機械拋光製程，該化學機械拋光製程包括使用拋光液於該晶圓表面，該拋光液中包含有0.1~1微米(μm)的二氧化矽微粒。
14. 如請求項10所述之藍寶石晶片加工方法，更包括對步驟a之後的晶圓進行厚度減薄加工，以使進入步驟b之前的該晶圓之表面粗度介於0.2~1.2微米(μm)之間。
15. 如請求項14所述之藍寶石晶片加工方法，係使用雙面研磨製程以對該晶圓進行厚度減薄作業。
16. 如請求項15所述之藍寶石晶片加工方法，其中該雙面研磨製程包含使用碳化矽、碳化硼或鑽石磨料進行表面研磨加工。
17. 如請求項10所述之藍寶石晶片加工方法，其中步驟a中對晶棒切割者係採鑽石線多線切割技術。
18. 一種藍寶石晶片加工製程中的中間物，為經過溫度介於1200~2300℃之間的高溫拋光作業後，使得表面粗度介於0.1~1微米(μm)之間的半透明片狀體。
19. 如請求項18所述之藍寶石晶片加工製程中的中間物，其中該中間物的表面粗度介於0.1~0.6微米(μm)之間為佳。
20. 如請求項18所述之藍寶石晶片加工製程中的中間物，其中該高溫拋光作業的溫度介於1700~2200℃之間為佳。