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蓝宝石晶片退火的方法及注意事项
发布时间:2018-10-12   点击次数:45次

蓝宝石晶片退火的方法及注意事项蓝宝石晶体(Al2O3)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嘉晶的晶体质量与所使用的监宝石衬底(基板)表面加工质量密切相关,尤其是图形化衬底(PSS)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。在蓝宝石衬底的切害I]、双面研磨以及单面研磨、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,但是这种应力释放是无序释放,同时未释放的加工应力会在晶片表面集聚,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应力,目前的退火工艺采用一步升温至退火温度,未经过过程保温,加工应力释放不均匀,且蓝宝石晶片在退火炉中始终不动,炉子的温度场对加工释放均匀性影响极大,对大尺寸的蓝宝石晶片影响更为明显。

   要解决的技术问题是提出一种高质量的蓝宝石晶片退火方法,适用于对蓝宝石切割片、双面研磨片、单片研磨片和抛光片。该发明可以使得蓝宝石在切割、研磨和抛光过程中产生的加工应力释放均匀、充分,可以减小温度场对加工应力释放的影响。本发明所采用的技术方案为一种蓝宝石晶片的退火方法,是在退火过程中,分阶段升温、保温,并在退火过程中,适当旋转蓝宝石晶片,该方法使得蓝宝石在切割、研磨和抛光过程中产生的加工应力释放均匀、充分,可以减小温度场对加工应力释放的影响。该方法克服了现有技术的诸多缺点,具体内容如下I、将蓝宝石晶片装入退火炉中,快速直接升温至低温度区域150°C 300°C,保温2 4小时,此阶段升温时间为I 2小时;2、在低温区保温过程中,将蓝宝石晶片旋转180度,使整批晶片受热均匀;3、经过低温保温一段时间后,升温至中温区域600°C 800°C,保温5 10小时,此阶段升温时间为4 6小时;4、在中温区保温过程中,将蓝宝石晶片旋转180度,使整批晶片受热均匀;5、经过中温保温一段时间后,升温至高温区域900°C 1600°C,保温10 20小时,此阶段升温时间为6 20小时。6、在高温区保温过程中,将蓝宝石晶片旋转180度,使整批晶片受热均匀;7、高温保温结束后,以每小时10°C 50°C降温至室温出炉。本发明的有益效果是切割、研磨或抛光后的蓝宝石晶片分阶段升温并且保温一段时间至900°C 1600°C,对蓝宝石晶片进行退火处理,以消除切割、研磨或抛光的加工应力,并在保温阶段旋转晶片,使整个晶片退火均匀,消除退火炉温度场不均的影响;采用该方法退火的晶片加工应力基本消除,整个晶片退火均匀,退火后的晶片翘曲度小。
  具体实施例方式实施例I低温区升温(I):将切割后的4英寸蓝宝石晶片装入特殊工装内,放入退火炉炉膛,以:TC /分钟的升温速率从室温升温至200°C。低温区保温⑵温度保持200°C 3个小时。低温区旋转(3):在温度 升至200°C并且保温I. 5小时后,旋转退火工装180度。中温区升温(4):低温保温结束后,以2°C/分钟的升温速率从200°C升温至700°C。中温区保温(5):温度保持700°C 8个小时。中温区旋转(6):在温度升至700°C并且保温4小时后,旋转退火工装180度。高温区升温(7):中温保温结束后,以0. 5°C /分钟的升温速率从700°C升温至1000°C。高温区保温(8):温度保持1000°C 16个小时。高温区旋转(9):在温度升至1000°C并且保温8小时后,旋转退火工装180度。降温(10):高温保温结束后,以10°C /小时的降温速率降温至室温,打开炉膛,取出晶片。退火后的4英寸晶片,经测试,整个翘曲度小于5微米,加工应力基本消除。实施例2:低温区升温(I):将双面研磨后的4英寸蓝宝石晶片装入特殊工装内,放入退火炉炉膛,以:TC /分钟的升温速率从室温升温至300°C。低温区保温⑵温度保持300°C 4个小时。低温区旋转(3):在温度升至200°C并且保温2小时后,旋转退火工装180度。中温区升温(4):低温保温结束后,以2°C/分钟的升温速率从200°C升温至800°C。中温区保温(5):温度保持800°C 6个小时。中温区旋转(6):在温度升至800°C并且保温3小时后,旋转退火工装180度。高温区升温(7):中温保温结束后,以0. 5°C /分钟的升温速率从800°C升温至1100°C。高温区保温⑶温度保持1100°C 12个小时。高温区旋转(9):在温度升至1100°C并且保温6小时后,旋转退火工装180度。降温(10):高温保温结束后,以30°C/小时的降温速率降温至室温,打开炉膛,取出晶片。退火后的4英寸蓝宝石双磨晶片,整个翘曲度小于5微米,加工应力基本消除。实施例3 低温区升温(I):将单磨研磨后的4英寸蓝宝石晶片装入特殊工装内,放入退火炉炉膛,以:TC /分钟的升温速率从室温升温至200°C。低温区保温⑵温度保持200°C 3个小时。低温区旋转(3):在温度升至200°C并且保温I. 5小时后,旋转退火工装180度。中温区升温(4):低温保温结束后,以2. 5°C /分钟的升温速率从200°C升温至800°C。中温区保温(5):温度保持800°C 10个小时。中温区旋转(6):在温度升至800°C并且保温5小时后,旋转退火工装180度。高温区升温(7):中温保温结束后,以1°C /分钟的升温速率从800°C升温至1600°C。高温区保温⑶温度保持1600°C 18个小时。高温区旋转(9):在温度升至1600°C并且保温9小时后,旋转退火工装180度。降温(10):高温保温结束后,以500C /小时的降温速率降温至室温,打开炉膛,取出晶片。退火后的4英寸蓝宝石单磨晶片,整个翘曲度小于5微米,加工应力基本消除。以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式,各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制,所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式
做修改或变形, 而不背离发明的实质和范围。

1.ー种蓝宝石晶片的退火方法,其特征在于包括以下步骤 (1)将蓝宝石晶片装入退火炉中,快速直接升温至低温度区域150°C 300°C,保温2 4小时,此阶段升温时间为I 2小时; (2)经过低温保温一段时间后,升温至中温区域600°C 800°C,保温5 10小时,此阶段升温时间为4 6小时; (3)经过中温保温一段时间后,升温至高温区域900°C 1600°C,保温10 20小时,此阶段保温时间为6 20小吋。
2.如权利要求I所述的ー种蓝宝石晶片的退火方法,其特征在于在升温保温过程中,适时旋转装载蓝宝石衬底的エ装,使退火的晶片在退火炉中旋转。
3.如权利要求I所述的ー种蓝宝石晶片的退火方法,其特征在于高温保温结束后,以每小时10°C 50°C降温至室温出炉。

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