[发明专利]一种氧化镓晶片去应力退火方法

说明书

技术领域

本发明设计一种氧化镓晶体材料的加工技术领域，特别是涉及一种氧化镓晶片去应力退火工艺方法。

背景技术

氧化镓（β-Ga₂O₃）晶体属于直接宽禁带氧化物半导体材料，其禁带宽度为4.5～4.9eV，大于氮化镓（GaN：3.4eV）和氧化锌（ZnO：3.3eV），可见光波段透过率大于80%，最短透过波长为260nm，基于高亮度LED对衬底材料的性能要求，其透光性堪与蓝宝石（Al₂O₃）相媲美。氧化镓（β-Ga₂O₃）作为n型半导体，在导电性方面与碳化硅（SiC）颇为相似。该材料兼具蓝宝石突出的透光性与碳化硅优良的导电性，且能够通过熔体法进行大尺寸单晶生长，具有较强的化学和热稳定性，是代替蓝宝石和碳化硅的理想氮化镓（GaN）衬底材料，市场前景广阔。

随着高亮、高效LED技术的发展，衬底表面加工技术面临着更为苛刻的要求，不仅要确保晶片表面的高度完整性，而且要求晶片保持较小的翘曲度和弯曲度等平面特性，加工残余应力缺陷是导致晶片翘曲度和弯曲度偏大的主要因素，这就要求在晶片加工过程中加入去应力退火工序使加工晶片的表面及内部达到少应力甚至无应力状态。氧化镓（β-Ga₂O₃）晶片在双面粗研磨、粗抛光（或单面精研磨）及精抛光的加工过程中，虽然大部分残余应力缺陷会随着工艺流程的进行，在后续加工中被去除释放，但是这种无序不可控的去除释放，并不能完全消除晶片表面及内部的残余应力缺陷。此外，每一道加工工序在去除上一道加工工序残留的应力缺陷的同时自身也会产生相应的应力缺陷，未去除释放和新产生的应力缺陷会在晶片表面/亚表面集聚，导致晶片翘曲、弯曲，从而降低了晶片的表面质量，影响其使用性能。

因此，在氧化镓（β-Ga₂O₃）晶片加工过程中，每一道工序前都必须进行去应力退火处理，来降低残余应力缺陷。目前对于氧化镓材料的退火工艺的研究及相关文献资料主要关于氧化镓外延膜及晶体生长，所涉及得退火工艺方法都不能完全适用氧化镓晶片的加工过程去应力退火。其他晶体材料晶片的退火工艺方法又与材料本身的物化性质或多或少的存在联系，尤其在温度控制和外部环境因素保持上，不同的晶体材料存在较大差异，同样不适用于氧化镓晶片。目前针对氧化镓晶片加工过程的去应力退火工艺方法的相关报导相对较少。因此，对于氧化镓晶片加工过程工艺退火技术的研发，显得尤为迫切。

发明内容

发明目的：本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种针对高精度、高效率的氧化镓晶片的去应力退火方法，该方法适用于氧化镓晶片的双面粗研磨、粗抛光（或单面精研磨）及精抛光。本发明能起到均匀、充分去除释放研磨抛光前氧化镓晶片上残留的应力缺陷，从而降低由晶片残余应力缺陷引起的晶片翘曲、弯曲，可有效提高后续GaN外延层生长及LED产品的品质。并且本发明还能够减少温度场分布不均匀对氧化镓晶片残余应力缺陷去除释放的影响，减少炉内滞留空气在高温下对晶片表面产生的不良作用。

技术方案：为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

一种氧化镓晶片去应力退火方法，包括以下步骤：

a、将氧化镓晶片装载到辅助陶瓷工装架上，再把辅助陶瓷工装架置于退火用晶钵内，向晶钵内加入氧化镓晶体粉末，直至填满晶片和辅助陶瓷工装架与退火用晶钵之间的间隙，并覆盖所有需经退火处理的晶片；

b、将退火炉关起，缓慢通入保护气体氮气，气流速度控制在不要将退火用晶钵内氧化镓晶体粉末吹起即可；

c、将退火炉升温至低温区域200～300℃，并保温3～5h，升温时间不得低于1.5h，且升温过程持续均匀；

d、将退火炉（4）内温度继续提升至中温区域600～800℃，并保温6～10h，该阶段升温时间3～9h，且升温过程要求持续均匀；

e、将退火炉内内温度继续提升至高温区域1000～1200℃，保温10～20h，升温时间不得低于10h，且升温过程要求持续均匀；

f、高温区域保温结束后，将退火炉内以每小时10～20℃降温至室温，关闭氮气，出炉，取出去应力退火处理过的氧化镓晶片。

作为优选方案，以上所述的一种氧化镓晶片去应力退火方法，步骤a中当氧化镓晶片体积较小且量少时，可在晶钵加入一定量的氧化镓晶体粉末，然后将氧化镓晶片均匀插入到氧化镓晶体粉末粉末中，最后再加入氧化镓晶体粉末覆盖氧化镓晶片。