[發明專利]藍寶石晶片腐蝕拋光復合加工方法

有效

• 申請號: 201610572926.7
• 申請日: 2016-07-20
• 公開（公告）號: CN106217235B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 方從富;徐西鵬;胡中偉;陳瑜;謝斌暉;陳銘欣
• 申請（專利權）人: 華僑大學;福建晶安光電有限公司
• 主分類號: B24B37/04
• 分類號: B24B37/04;B24B37/10
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司35204
• 代理人: 楊依展

技術領域

本發明涉及半導體材料加工領域，尤其涉及一種藍寶石晶片腐蝕拋光復合加工方法。

背景技術

藍寶石因具有耐高溫、耐磨損、導熱性好、電絕緣性優良、化學性能穩定、高硬度和高強度以及很寬的透光頻帶等很多優良特性，而被廣泛的應用于高速集成電路、激光芯片通信、LED、高速導彈整流罩、手機屏幕、光學元件、醫用藍寶石刀片、高溫高強結構元件等軍用及民用各領域。在這些應用中，都需要對藍寶石零件表面進行精密甚至超精密加工，尤其是藍寶石作為LED襯底和窗口材料，工件表面更是要求達到超光滑無損傷。然而，藍寶石是一種典型的硬脆性材料，其硬度僅次于金剛石，莫氏硬度達到9，對其加工非常困難，加工中容易引起加工損傷，且加工效率非常低，尤其是拋光加工，往往需要很長時間。藍寶石的酸腐蝕是利用藍寶石與濃酸發生化學反應將其材料去除，在藍寶石腐蝕過程中，藍寶石工件表面如果有一些微裂紋損傷，則腐蝕速度更快；沒有損傷裂紋區域則損傷腐蝕速度較慢，利用腐蝕差異特性可快速將藍寶石加工損傷層去除。

雙面研磨作為藍寶石襯底加工的一道中間工序，經過雙面研磨后的藍寶石襯底表面存在較大的損傷層，且表面較為粗糙，表面粗糙度Ra約為0.8-1.0μm。而作為LED襯底，研磨后的晶片還需經過較長時間的拋光加工，才能使其表面達到超光滑、無損傷的要求。對藍寶石進行強酸腐蝕可快速將表面損傷層去除，但對表面粗糙度難以改善。因此，還是需要對晶片表面進行拋光來降低表面粗糙度，提高表面光潔度。如中國專利數據庫公開的CN1833816A、CN102166790A和CN102233541A。如果采用較細粒徑磨料進行精密拋光，拋光效率很低，但如果采用較粗粒徑磨料進行粗拋光，則又會產生一定的損傷層。

發明內容

本發明提供了藍寶石晶片腐蝕拋光復合加工方法，其克服了背景技術中藍寶石晶片腐蝕拋光復合加工方法所存在的不足。

本發明解決其技術問題的所采用的技術方案是：

藍寶石晶片腐蝕拋光復合加工方法，包括：

步驟1，第一次腐蝕步驟，采用混合強酸對雙面研磨后的藍寶石晶片表面進行第一次腐蝕，腐蝕溫度為250℃-300℃，通過第一次腐蝕去除研磨所產生的損傷層；該混合強酸由濃度為80％-90％的H3PO4和濃度為90％-100％的H2SO4組成，濃硫酸和濃磷酸的混合質量比例為3:1-1:3；

步驟2，粗拋步驟，采用磨料對晶片表面進行粗拋加工，使腐蝕后的粗糙表面變得平坦，并產生更加均勻的表面損傷層；

步驟3，第二次腐蝕步驟，采用混合強酸對粗拋后的藍寶石晶片表面進行第二次腐蝕，腐蝕溫度為250℃-300℃，第二次腐蝕時間少于第一次腐蝕時間，通過第二次腐蝕去除粗拋所產生的損傷層；該混合強酸由濃度為80％-90％的H3PO4和濃度為90％-100％的H2SO4組成，濃硫酸和濃磷酸的混合質量比例為3:1-1:3；

步驟4，精拋步驟，采用磨料對晶片表面進行精拋加工，使之獲得光滑的晶片表面。

一實施例之中：該第一次腐蝕步驟、第二次腐蝕步驟的腐蝕時間為5-10min。

一實施例之中：該第一次腐蝕步驟的腐蝕時間為8-9min，該第二次腐蝕步驟的腐蝕時間為5-6min。

一實施例之中：該第一次腐蝕步驟、第二次腐蝕步驟的腐蝕溫度都為275℃-290℃。

一實施例之中：該粗拋步驟、精拋步驟所采用的磨料為金剛石、碳化硅、氧化鋁、碳化硼中的至少一種，該磨粒粒徑為100-120um；該粗拋步驟所采用的磨料粒徑比精拋步驟所采用的磨料粒徑粗。

一實施例之中：該粗拋步驟采用游離磨料拋光或固接磨盤拋光的方式，該粗拋步驟的拋光時間為10-15min；該精拋步驟采用化學機械拋光的方式，該精拋步驟的拋光時間為5-10min。

一實施例之中：還包括：

步驟5，清洗步驟，用于清洗藍寶石晶片。

本技術方案與背景技術相比，它具有如下優點：

通過對雙面研磨后的晶片進行第一次腐蝕-粗拋-第二次腐蝕-精拋復合加工，即先通過強酸腐蝕以在較短時間去除雙面研磨所產生的損傷層，接著通過粗拋較短時間，以在晶片表面重新產生一層較小的損傷層，再次通過強酸腐蝕后，以使晶片表面已較為光滑，最后只需通過較短時間的精拋即可獲得符合要求的超光滑、無損傷的晶片表面，能夠快速獲得超光滑無損傷的晶片表面，大大提高了藍寶石晶片拋光效率，可在提高加工速率的前提下降低生產成本，同時提高產品優良率，利用化學腐蝕和拋光相互促進的優勢達到材料快速去除的目的。