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藍寶石晶片退火的方法

更新時間:2020-11-12      瀏覽次數(shù):1396

藍寶石晶片退火的方法藍寶石晶體(Al2O3)是超高亮度的藍、白光LED發(fā)光材料GaN常用的襯底材料, 而GaN嘉晶的晶體質(zhì)量與所使用的監(jiān)寶石襯底(基板)表面加工質(zhì)量密切相關(guān),尤其是圖形化襯底(PSS)與晶片的表面形貌、翹曲程度聯(lián)系密切,同時,晶片的翹曲程度過大,會在平片做GaN磊晶時,平片與外延薄膜脫落,PSS難以聚焦,影響外延品質(zhì)。在藍寶石襯底的切害I]、雙面研磨以及單面研磨、拋光過程中,盡管部分的加工應(yīng)力會在下一道加工工序釋放,但是這種應(yīng)力釋放是無序釋放,同時未釋放的加工應(yīng)力會在晶片表面集聚,影響藍寶石晶片的翹曲程度,嚴(yán)重的翹曲會在后道加工過程產(chǎn)生破片,影響整個加工循環(huán)的晶片質(zhì)量。藍寶石襯底在加工過程中,必須經(jīng)過退火處理以降低加工應(yīng)力,目前的退火工藝采用一步升溫至退火溫度,未經(jīng)過過程保溫,加工應(yīng)力釋放不均勻,且藍寶石晶片在退火爐中始終不動,爐子的溫度場對加工釋放均勻性影響大,對大尺寸的藍寶石晶片影響更為明顯。
   要解決的技術(shù)問題是提出一種高質(zhì)量的藍寶石晶片退火方法,適用于對藍寶石切割片、雙面研磨片、單片研磨片和拋光片。該發(fā)明可以使得藍寶石在切割、研磨和拋光過程中產(chǎn)生的加工應(yīng)力釋放均勻、充分,可以減小溫度場對加工應(yīng)力釋放的影響。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種藍寶石晶片的退火方法,是在退火過程中,分階段升溫、保溫,并在退火過程中,適當(dāng)旋轉(zhuǎn)藍寶石晶片,該方法使得藍寶石在切割、研磨和拋光過程中產(chǎn)生的加工應(yīng)力釋放均勻、充分,可以減小溫度場對加工應(yīng)力釋放的影響。該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的諸多缺點,具體內(nèi)容如下I、將藍寶石晶片裝入退火爐中,快速直接升溫至低溫度區(qū)域150°C 300°C,保溫2 4小時,此階段升溫時間為I 2小時;2、在低溫區(qū)保溫過程中,將藍寶石晶片旋轉(zhuǎn)180度,使整批晶片受熱均勻;3、經(jīng)過低溫保溫一段時間后,升溫至中溫區(qū)域600°C 800°C,保溫5 10小時,此階段升溫時間為4 6小時;4、在中溫區(qū)保溫過程中,將藍寶石晶片旋轉(zhuǎn)180度,使整批晶片受熱均勻;5、經(jīng)過中溫保溫一段時間后,升溫至高溫區(qū)域900°C 1600°C,保溫10 20小時,此階段升溫時間為6 20小時。6、在高溫區(qū)保溫過程中,將藍寶石晶片旋轉(zhuǎn)180度,使整批晶片受熱均勻;7、高溫保溫結(jié)束后,以每小時10°C 50°C降溫至室溫出爐。本發(fā)明的有益效果是切割、研磨或拋光后的藍寶石晶片分階段升溫并且保溫一段時間至900°C 1600°C,對藍寶石晶片進行退火處理,以消除切割、研磨或拋光的加工應(yīng)力,并在保溫階段旋轉(zhuǎn)晶片,使整個晶片退火均勻,消除退火爐溫度場不均的影響;采用該方法退火的晶片加工應(yīng)力基本消除,整個晶片退火均勻,退火后的晶片翹曲度小。
  具體實施例方式實施例I低溫區(qū)升溫(I):將切割后的4英寸藍寶石晶片裝入特殊工裝內(nèi),放入退火爐爐膛,以:TC /分鐘的升溫速率從室溫升溫至200°C。低溫區(qū)保溫⑵溫度保持200°C 3個小時。低溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(3):在溫度 升至200°C并且保溫I. 5小時后,旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。中溫區(qū)升溫(4):低溫保溫結(jié)束后,以2°C/分鐘的升溫速率從200°C升溫至700°C。中溫區(qū)保溫(5):溫度保持700°C 8個小時。中溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(6):在溫度升至700°C并且保溫4小時后,旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。高溫區(qū)升溫(7):中溫保溫結(jié)束后,以0. 5°C /分鐘的升溫速率從700°C升溫至1000°C。高溫區(qū)保溫(8):溫度保持1000°C 16個小時。高溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(9):在溫度升至1000°C并且保溫8小時后,旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。降溫(10):高溫保溫結(jié)束后,以10°C /小時的降溫速率降溫至室溫,打開爐膛,取出晶片。退火后的4英寸晶片,經(jīng)測試,整個翹曲度小于5微米,加工應(yīng)力基本消除。實施例2:低溫區(qū)升溫(I):將雙面研磨后的4英寸藍寶石晶片裝入特殊工裝內(nèi),放入退火爐爐膛,以:TC /分鐘的升溫速率從室溫升溫至300°C。低溫區(qū)保溫⑵溫度保持300°C 4個小時。低溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(3):在溫度升至200°C并且保溫2小時后,旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。中溫區(qū)升溫(4):低溫保溫結(jié)束后,以2°C/分鐘的升溫速率從200°C升溫至800°C。中溫區(qū)保溫(5):溫度保持800°C 6個小時。中溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(6):在溫度升至800°C并且保溫3小時后,旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。高溫區(qū)升溫(7):中溫保溫結(jié)束后,以0. 5°C /分鐘的升溫速率從800°C升溫至1100°C。高溫區(qū)保溫⑶溫度保持1100°C 12個小時。高溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(9):在溫度升至1100°C并且保溫6小時后,旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。降溫(10):高溫保溫結(jié)束后,以30°C/小時的降溫速率降溫至室溫,打開爐膛,取出晶片。退火后的4英寸藍寶石雙磨晶片,整個翹曲度小于5微米,加工應(yīng)力基本消除。實施例3 低溫區(qū)升溫(I):將單磨研磨后的4英寸藍寶石晶片裝入特殊工裝內(nèi),放入退火爐爐膛,以:TC /分鐘的升溫速率從室溫升溫至200°C。低溫區(qū)保溫⑵溫度保持200°C 3個小時。低溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(3):在溫度升至200°C并且保溫I. 5小時后,旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。中溫區(qū)升溫(4):低溫保溫結(jié)束后,以2. 5°C /分鐘的升溫速率從200°C升溫至800°C。中溫區(qū)保溫(5):溫度保持800°C 10個小時。中溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(6):在溫度升至800°C并且保溫5小時后,旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。高溫區(qū)升溫(7):中溫保溫結(jié)束后,以1°C /分鐘的升溫速率從800°C升溫至1600°C。高溫區(qū)保溫⑶溫度保持1600°C 18個小時。高溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(9):在溫度升至1600°C并且保溫9小時后,旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。降溫(10):高溫保溫結(jié)束后,以500C /小時的降溫速率降溫至室溫,打開爐膛,取出晶片。退火后的4英寸藍寶石單磨晶片,整個翹曲度小于5微米,加工應(yīng)力基本消除。以上說明書中描述的只是本發(fā)明的具體實施方式,各種舉例說明不對本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制,所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的具體實施方式
做修改或變形, 而不背離發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
1.ー種藍寶石晶片的退火方法,其特征在于包括以下步驟 (1)將藍寶石晶片裝入退火爐中,快速直接升溫至低溫度區(qū)域150°C 300°C,保溫2 4小時,此階段升溫時間為I 2小時; (2)經(jīng)過低溫保溫一段時間后,升溫至中溫區(qū)域600°C 800°C,保溫5 10小時,此階段升溫時間為4 6小時; (3)經(jīng)過中溫保溫一段時間后,升溫至高溫區(qū)域900°C 1600°C,保溫10 20小時,此階段保溫時間為6 20小吋。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種藍寶石晶片的退火方法,其特征在于在升溫保溫過程中,適時旋轉(zhuǎn)裝載藍寶石襯底的エ裝,使退火的晶片在退火爐中旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種藍寶石晶片的退火方法,其特征在于高溫保溫結(jié)束后,以每小時10°C 50°C降溫至室溫出爐。

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