[发明专利]一种蓝宝石晶片的退火方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体材料的加工技术领域，尤其是一种蓝宝石晶片的退火方法。

背景技术

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磊晶的晶体质量与所使用的蓝宝石衬底(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。在蓝宝石衬底的切割、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。

发明内容

本发明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：

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℃～300℃，保温2～4小时，此阶段升温时间为1～2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℃～800℃，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℃～1600℃，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℃～50℃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℃～1600℃，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。

具体实施方式

实施例1

低温区升温(1)：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3℃/分钟的升温速率从室温升温至200℃。低温区保温(2)：温度保持200℃3个小时。低温区旋转(3)：在温度升至200℃并且保温1.5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℃/分钟的升温速率从200℃升温至700℃。中温区保温(5)：温度保持700℃8个小时。中温区旋转(6)：在温度升至700℃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℃/分钟的升温速率从700℃升温至1000℃。高温区保温(8)：温度保持1000℃16个小时。高温区旋转(9)：在温度升至1000℃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℃/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：