藍寶石晶片退火的方法及注意事項

藍寶石晶片退火的方法及注意事項藍寶石晶體(Al2O3)是超高亮度的藍、白光LED發光材料GaN常用的襯底材料， 而GaN嘉晶的晶體質量與所使用的監寶石襯底(基板)表面加工質量密切相關，尤其是圖形化襯底(PSS)與晶片的表面形貌、翹曲程度聯系密切，同時，晶片的翹曲程度過大，會在平片做GaN磊晶時，平片與外延薄膜脫落，PSS難以聚焦，影響外延品質。在藍寶石襯底的切害I]、雙面研磨以及單面研磨、拋光過程中，盡管部分的加工應力會在下一道加工工序釋放，但是這種應力釋放是無序釋放，同時未釋放的加工應力會在晶片表面集聚，影響藍寶石晶片的翹曲程度，嚴重的翹曲會在后道加工過程產生破片，影響整個加工循環的晶片質量。藍寶石襯底在加工過程中，必須經過退火處理以降低加工應力，目前的退火工藝采用一步升溫至退火溫度，未經過過程保溫，加工應力釋放不均勻，且藍寶石晶片在退火爐中始終不動，爐子的溫度場對加工釋放均勻性影響極大，對大尺寸的藍寶石晶片影響更為明顯。

   要解決的技術問題是提出一種高質量的藍寶石晶片退火方法，適用于對藍寶石切割片、雙面研磨片、單片研磨片和拋光片。該發明可以使得藍寶石在切割、研磨和拋光過程中產生的加工應力釋放均勻、充分，可以減小溫度場對加工應力釋放的影響。本發明所采用的技術方案為一種藍寶石晶片的退火方法，是在退火過程中，分階段升溫、保溫，并在退火過程中，適當旋轉藍寶石晶片，該方法使得藍寶石在切割、研磨和拋光過程中產生的加工應力釋放均勻、充分，可以減小溫度場對加工應力釋放的影響。該方法克服了現有技術的諸多缺點，具體內容如下I、將藍寶石晶片裝入退火爐中，快速直接升溫至低溫度區域150°C 300°C，保溫2 4小時,此階段升溫時間為I 2小時；2、在低溫區保溫過程中，將藍寶石晶片旋轉180度，使整批晶片受熱均勻；3、經過低溫保溫一段時間后，升溫至中溫區域600°C 800°C，保溫5 10小時，此階段升溫時間為4 6小時；4、在中溫區保溫過程中，將藍寶石晶片旋轉180度，使整批晶片受熱均勻；5、經過中溫保溫一段時間后，升溫至高溫區域900°C 1600°C，保溫10 20小時，此階段升溫時間為6 20小時。6、在高溫區保溫過程中，將藍寶石晶片旋轉180度，使整批晶片受熱均勻；7、高溫保溫結束后，以每小時10°C 50°C降溫至室溫出爐。本發明的有益效果是切割、研磨或拋光后的藍寶石晶片分階段升溫并且保溫一段時間至900°C 1600°C，對藍寶石晶片進行退火處理，以消除切割、研磨或拋光的加工應力，并在保溫階段旋轉晶片，使整個晶片退火均勻，消除退火爐溫度場不均的影響；采用該方法退火的晶片加工應力基本消除，整個晶片退火均勻，退火后的晶片翹曲度小。
  具體實施例方式實施例I低溫區升溫(I):將切割后的4英寸藍寶石晶片裝入特殊工裝內，放入退火爐爐膛，以:TC /分鐘的升溫速率從室溫升溫至200°C。低溫區保溫⑵溫度保持200°C 3個小時。低溫區旋轉(3):在溫度 升至200°C并且保溫I. 5小時后，旋轉退火工裝180度。中溫區升溫(4):低溫保溫結束后，以2°C/分鐘的升溫速率從200°C升溫至700°C。中溫區保溫(5):溫度保持700°C 8個小時。中溫區旋轉(6):在溫度升至700°C并且保溫4小時后，旋轉退火工裝180度。高溫區升溫(7):中溫保溫結束后，以0. 5°C /分鐘的升溫速率從700°C升溫至1000°C。高溫區保溫(8):溫度保持1000°C 16個小時。高溫區旋轉(9):在溫度升至1000°C并且保溫8小時后，旋轉退火工裝180度。降溫(10):高溫保溫結束后，以10°C /小時的降溫速率降溫至室溫，打開爐膛，取出晶片。退火后的4英寸晶片，經測試，整個翹曲度小于5微米，加工應力基本消除。實施例2:低溫區升溫(I):將雙面研磨后的4英寸藍寶石晶片裝入特殊工裝內，放入退火爐爐膛，以:TC /分鐘的升溫速率從室溫升溫至300°C。低溫區保溫⑵溫度保持300°C 4個小時。低溫區旋轉(3):在溫度升至200°C并且保溫2小時后，旋轉退火工裝180度。中溫區升溫(4):低溫保溫結束后，以2°C/分鐘的升溫速率從200°C升溫至800°C。中溫區保溫(5):溫度保持800°C 6個小時。中溫區旋轉(6):在溫度升至800°C并且保溫3小時后，旋轉退火工裝180度。高溫區升溫(7):中溫保溫結束后，以0. 5°C /分鐘的升溫速率從800°C升溫至1100°C。高溫區保溫⑶溫度保持1100°C 12個小時。高溫區旋轉(9):在溫度升至1100°C并且保溫6小時后，旋轉退火工裝180度。降溫(10):高溫保溫結束后，以30°C/小時的降溫速率降溫至室溫，打開爐膛，取出晶片。退火后的4英寸藍寶石雙磨晶片，整個翹曲度小于5微米，加工應力基本消除。實施例3 低溫區升溫(I):將單磨研磨后的4英寸藍寶石晶片裝入特殊工裝內，放入退火爐爐膛，以:TC /分鐘的升溫速率從室溫升溫至200°C。低溫區保溫⑵溫度保持200°C 3個小時。低溫區旋轉(3):在溫度升至200°C并且保溫I. 5小時后，旋轉退火工裝180度。中溫區升溫(4):低溫保溫結束后，以2. 5°C /分鐘的升溫速率從200°C升溫至800°C。中溫區保溫(5):溫度保持800°C 10個小時。中溫區旋轉(6):在溫度升至800°C并且保溫5小時后，旋轉退火工裝180度。高溫區升溫(7):中溫保溫結束后，以1°C /分鐘的升溫速率從800°C升溫至1600°C。高溫區保溫⑶溫度保持1600°C 18個小時。高溫區旋轉(9):在溫度升至1600°C并且保溫9小時后，旋轉退火工裝180度。降溫(10):高溫保溫結束后，以500C /小時的降溫速率降溫至室溫，打開爐膛，取出晶片。退火后的4英寸藍寶石單磨晶片，整個翹曲度小于5微米，加工應力基本消除。以上說明書中描述的只是本發明的具體實施方式，各種舉例說明不對本發明的實質內容構成限制，所屬技術領域的普通技術人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的具體實施方式
做修改或變形， 而不背離發明的實質和范圍。

1.ー種藍寶石晶片的退火方法，其特征在于包括以下步驟 (1)將藍寶石晶片裝入退火爐中，快速直接升溫至低溫度區域150°C 300°C，保溫2 4小時，此階段升溫時間為I 2小時； (2)經過低溫保溫一段時間后，升溫至中溫區域600°C 800°C，保溫5 10小時，此階段升溫時間為4 6小時； (3)經過中溫保溫一段時間后，升溫至高溫區域900°C 1600°C，保溫10 20小時，此階段保溫時間為6 20小吋。
2.如權利要求I所述的ー種藍寶石晶片的退火方法，其特征在于在升溫保溫過程中，適時旋轉裝載藍寶石襯底的エ裝，使退火的晶片在退火爐中旋轉。
3.如權利要求I所述的ー種藍寶石晶片的退火方法，其特征在于高溫保溫結束后，以每小時10°C 50°C降溫至室溫出爐。