[發明專利]藍寶石圖形襯底晶片及制備方法

在審

• 申請號: 201410289596.1
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104051584A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 王文軍;郭金霞;趙冀;王莉;伊曉燕;王軍喜;李晉閩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/20;B24B1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，特別是指在應用于外延生長的一種藍寶石圖形襯底晶片及制備方法。

背景技術

以III-V族氮化鎵(GaN)為代表的氮化物半導體材料，是半導體照明領域的重要基礎材料。目前氮化鎵外延所使用的襯底材料主要是藍寶石圖形化襯底片。

現在業界藍寶石圖形化襯底片的制備通常包含如下流程，如圖1所示，制備方法如下：

取檢驗合格的厚度450微米至550微米的藍寶石切割片，在雙面研磨機上使用粒度為3微米至10微米的研磨粉，經40分鐘到80分鐘雙面研磨得到厚度370微米至470微米左右的藍寶石粗磨晶片，表面粗糙度在0.5微米至1.2微米之間。藍寶石粗磨晶片再使用單面研磨機和粒度為1微米至3微米的研磨液，單面精密研磨70分鐘到100分鐘，得到厚度350微米至450微米左右的藍寶石精磨晶片，表面粗糙度在0.01微米至0.1微米之間。藍寶石精磨晶片在單面拋光機上進行300分鐘到480分鐘單面化學機械拋光得到厚度330微米至430微米左右的藍寶石精拋晶片，要求藍寶石精拋晶片表面粗糙度小于0.5納米。在藍寶石精拋片上經過濕法或干法制程制備圖形結構得到藍寶石圖形化襯底片。

其中，單面精密拋光均采用化學機械拋光工藝，由于藍寶石晶體莫氏硬度高達9.0，單面精密拋光制程周期長達300分鐘以上，耗用大量的拋光液和拋光布。在以上圖形化襯底片的制備工藝中單面精拋制程成本占到整個工藝成本的百分之十以上。

以上藍寶石圖形化襯底片的制備流程，工藝周期長、材料消耗大，制備成本較高。

此外，通過上述流程制備的藍寶石圖形化襯底，后期制備的圖形在光滑的表面形成，在圖形之間平坦區域粗糙度小，光提取效率不夠高。現有技術中，為了增加光提取效率，在制備的圖形表面以及圖形之間平坦區域進行二次工藝，增加尺寸更小的圖形結構，二次工藝必然會大大增加藍寶石圖形襯底的工藝難度和制備成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低成本的藍寶石圖形化襯底片及制備方法。該方法的制備工藝及設備和傳統的藍寶石圖形化襯底片的制備工藝及設備完全兼容，易于實現。使用本發明制備的藍寶石圖形化襯底片和傳統的藍寶石圖形化襯底片相比，成本降低百分之十以上。

本發明提供一種藍寶石圖形襯底制備方法，包括如下步驟：

步驟1：對藍寶石切割片進行雙面研磨，形成藍寶石粗磨晶片；

步驟2：對所述藍寶石粗磨晶片進行單面精密研磨，形成藍寶石精磨晶片；

步驟3：在所述未經精拋的藍寶石精磨晶片上直接形成刻蝕圖形化結構，所述刻蝕圖形化結構與藍寶石精磨晶片上的粗化表面共同提高藍寶石圖形襯底光提取效率。

本發明的有益效果是，本發明制備的藍寶石圖形化襯底片和傳統的藍寶石圖形化襯底片相比，成本降低百分之十以上。

附圖說明

為進一步說明本發明的技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中：

圖1是傳統圖形化襯底片制備工藝流程圖；

圖2是本發明的圖形化襯底片制備工藝流程圖。

具體實施方式

請參閱圖2所示，本發明提供一種藍寶石圖形襯底制備方法，包括如下步驟：

步驟1：對藍寶石切割片進行雙面研磨，形成藍寶石粗磨晶片，所述藍寶石粗磨晶片的表面粗糙度為0.8微米至1.2微米之間；

取厚度430微米至530微米的藍寶石切割片，剔除有鋸紋、崩邊及嚴重表面缺陷的晶片，按照厚度差10微米對切割片進行分組，同組晶片使用EJD-12BL雙面研磨機、GC280磨料進行60分鐘雙面研磨，控制終點厚度350微米至450微米，表面粗糙度Ra在0.8微米至1.2微米之間，經清洗、干燥、檢驗制得藍寶石粗磨晶片。

步驟2：對所述藍寶石粗磨晶片進行單面精密研磨，形成藍寶石精磨晶片，所述藍寶石精磨晶片的粗糙度為0.01微米至0.1微米之間；

藍寶石粗磨晶片再使用EJW610T-3AL單面研磨機、樹脂銅盤、#3μ研磨液進行單面精密研磨70分鐘到100分鐘，控制終點厚度330微米至430微米、表面粗糙度Ra在0.01微米至0.1微米之間，經清洗、干燥、檢驗制得藍寶石精磨晶片。

步驟3：在所述的藍寶石精磨晶片上直接形成刻蝕圖形化結構，所述刻蝕圖形化結構的高度為1.0微米到2.5微米之間，圖形底部的尺寸為1.5微米到4.5微米之間，圖形節距在2.0微米到5.0微米之間，所述刻蝕圖形化結構與藍寶石精磨晶片上的粗化表面共同提高藍寶石圖形襯底光提取效率。