一种蓝宝石双面抛光晶片的加工工艺的制作方法

1.本技术涉及led衬底加工领域，具体涉及一种蓝宝石双面抛光晶片的加工工艺。


背景技术：

2.蓝宝石（sapphire）晶体具有优良的光学性能、物理性能和稳定的化学性能，广泛应用于高亮度led衬底材料、各种光学元器件、窗口材料，因为其具有良好的抗辐射性能，常被用于航空航天中暴露在辐射环境中的光学元件材料以及智能手机显示屏、home键、摄像头保护盖等消费电子产品领域。
3.蓝宝石双面抛光晶片传统的加工流程为线切、研磨、清洗、上蜡、铜抛、下蜡、清洗、退火、反面上蜡、铜抛、下蜡以及晶片双面抛光等，其中单退火工艺的时间为大约40h~50h，严重浪费时间，且有应力释放不完全的情况，并且在上蜡站需要高要求的操作及机台，方可控制贴蜡的均匀度，又由于铜抛需移除较厚的蓝宝石晶片，需要大量的钻石液，导致成本高昂。
4.专利cn105655240a公开了一种蓝宝石晶片的加工方法，在传统的倒角之后进行清洗和搓片，保证晶片的清洁度，然后进入高温蚀刻，高温蚀刻的溶液为150℃~500℃的硫酸和磷酸，蚀刻后进行清洗后，然后进行常规的抛光，该加工方法通过高温蚀刻的作用，达到消除应力及去除部分研磨损伤层的效果，从而简化整体的工序。然而该加工方法并不适用于蓝宝石双面抛光晶片，当使用该加工方法对蓝宝石双面抛光晶片进行加工时，蚀刻移除量10μm~50μm无法将前段研磨损伤层去除干净，还需要靠加大抛光移除量至35μm ~50μm和延长移除时间去除损伤层。


技术实现要素：

5.为了解决背景技术中的问题，本技术提供一种蓝宝石双面抛光晶片的加工工艺，能够简化加工流程，缩短制程时间》50h，延长蚀刻溶液的寿命，降低加工成本。
6.本技术提供了一种蓝宝石双面抛光晶片的加工工艺，包括如下步骤：s1：对蓝宝石晶棒进行切割，制成晶片；s2：研磨减薄所述晶片，并对晶片进行清洗；s3：对完成清洗的晶片表面进行高温湿法蚀刻，去除晶片表面研磨损伤痕迹；s4：对所述晶片的表面进行双面抛光加工。
7.可选地，所述高温湿法蚀刻的温度为250℃~300℃，优选的蚀刻温度为280℃，高温起到释放晶片内部应力的作用。
8.可选地，所述湿法蚀刻的溶液为硫酸和磷酸的混合液。
9.可选地，所述硫酸与磷酸混合液中，硫酸与磷酸的比例为1:5~5:1。
10.可选地，所述湿法蚀刻对晶片的移除量为50μm ~80μm。
11.可选地，所述湿法蚀刻的时间为3h~5h。
12.可选地，湿法蚀刻过程中，硫酸与磷酸的比例会发生改变，作为补充的酸液为质量
浓度为85%的磷酸。因为磷酸沸点较低，在加工温度下，挥发严重，导致混合液的配比改变，从而造成混合液与蓝宝石晶片的反应产物无法溶解，吸附在蓝宝石晶片表面，造成蚀刻率从0.2μm /min~0.5μm /min降低至《0.2μm /min，且晶片不同位置蚀刻量不相同，蚀刻均匀性不佳，厚度差ttv较大，无法符合规格。
13.可选地，湿法蚀刻过程中，采用补磷酸方式，提升配比的稳定性，从而提升混合液的寿命。
14.可选地，湿法蚀刻过程中，每2h~3h补充一次酸液，优选为每3h补充一次酸液。
15.可选地，湿法蚀刻过程中，每次补充的酸液体积为200ml~600ml，优选为每次补充600ml的磷酸溶液。
16.本技术提供了一种蓝宝石双面抛光晶片的加工工艺，通过对研磨减薄及清洗后的蓝宝石晶片进行湿法蚀刻，去除研磨后晶片表面的损伤层并降低晶片的应力；将传统加工制程中上蜡、铜抛、下蜡、清洗、退火、反面上蜡、铜抛、下蜡8个步骤变更为一个蚀刻替代，取消原制程中加工时间大约40h~50h的退火工艺及两次上蜡、两次铜抛、两次下蜡及清洗制程共约20h，与原制程相比简化了作业流程，节省了》50h的制程时间，降低了约5%-10%的加工成本。
17.本技术的附加优点、目的，以及特征在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本技术的实践而获知。本技术的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
18.本领域技术人员将会理解的是，能够用本技术实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本技术能够实现的上述和其他目的。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本技术的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本技术的原理。在附图中：图1为本技术一实施例中蓝宝石双面抛光晶片的加工工艺流程图；图2为经本技术实施例中蚀刻工艺加工后在显微镜下观察到的蓝宝石晶片的表面状态图；图3为传统加工制程中两面铜抛后在显微镜下观察到的蓝宝石晶片的表面状态图。
具体实施方式
20.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本技术实施例做进一步详细说明。在此，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，但并不作为对本技术的限定。
21.需要预先说明的是，本文所使用的术语“包括/包含”是指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除还存在一个或多个其他特征、要素、步骤或组件。
22.本技术提出一种蓝宝石双面抛光晶片的加工工艺，通过高温蚀刻的作用，达到消
除应力及去除部分研磨损伤层的效果，简化整体的工序，节省了》50h的制程时间；通过蚀刻过程中添加磷酸保证蚀刻溶液的配比处于稳定状态，以达到稳定的蚀刻速率和较高的均匀性，另外，蚀刻溶液配比的稳定可以提升寿命，从而降低成本。
23.实施例1参见图1，为本技术提供的蓝宝石双面抛光晶片的加工工艺流程图，s1：对蓝宝石晶棒进行切割，制成晶片。
24.s2：研磨减薄所述晶片，并对晶片进行清洗。
25.s3：对完成清洗的晶片表面进行高温湿法蚀刻，去除晶片表面研磨损伤痕迹；本技术提供的一种蓝宝石双面抛光晶片的加工工艺，适用于1英寸~8英寸的蓝宝石双面抛光晶片。
26.高温湿法蚀刻的温度为250℃~300℃，优选的蚀刻温度为280℃，高温起到释放晶片内部应力的作用。
27.湿法蚀刻的溶液为硫酸和磷酸的混合液，其中硫酸与磷酸的比例为1:5~5:1，湿法蚀刻对晶片的移除量为50μm ~80μm，湿法蚀刻的时间为3 h ~5h。
28.湿法蚀刻过程中，蚀刻溶液中硫酸与磷酸的比例发生改变后，作为补充的酸液为质量浓度为85%的磷酸。
29.传统加工制程中的退火工艺是为了释放应力，本实施例中的蚀刻工艺不仅可以去除研磨损伤层，也可以去除晶片表面应力，因此，蚀刻工艺可代替传统加工制程中的上蜡、铜抛、下蜡、清洗、退火、反面上蜡、铜抛、下蜡8个步骤。蚀刻过程中，蚀刻溶液中发生的反应如下：3h2so
4 + al2o3ꢀ→ꢀ
al2(so4)
3 + 3h2o2h3po
4 + al2o3ꢀ→ꢀ
2alpo
4 + 3h2o3h2so
4 + al2o
3 + 14h2o
ꢀ→ꢀ
al2(so4)317h2o(
↓
)al2(so4)317h2o + 2h3po4ꢀ→ꢀ
2alpo
4 + 17h2o + 3h2so4因为磷酸沸点较低（261℃），在加工温度（280℃）下，挥发严重，导致混合液的配比改变，无法将al2(so4)317h2o(
↓
)转化为易溶的alpo4，从而造成混合液与蓝宝石晶片的反应产物al2(so4)317h2o(
↓
)无法溶解，吸附在蓝宝石晶片表面，蚀刻异常的晶片表面附着物在显微镜下为密集的黑色颗粒，与正常蚀刻的晶片表面具有明显的差异，混合液配合失衡还会造成蚀刻率从0.2~0.5μm /min降低至《0.2μm /min，且晶片不同位置蚀刻量不相同，蚀刻均匀性不佳，厚度差ttv较大，无法符合规格。
30.湿法蚀刻过程中，采用补磷酸方式，提升混合液配比的稳定性，从而提升混合液的寿命，每2h~3h补充一次酸液，优选为每3h补充一次酸液；湿法蚀刻过程中，每次补充的酸液体积为200 ml ~600ml，优选为每次补充600ml的磷酸。
31.作为示例，选取线切割后直径为4英寸的蓝宝石晶片，使用硫酸与磷酸的比例为1:3的混合液对减薄和清洗后的晶片进行蚀刻，每次蚀刻50片，蚀刻温度为280
±
1℃，每次蚀刻晶片的移除量为50μm ~60μm，蚀刻过程中需要根据时间对蚀刻溶液进行补充酸液，以保证蚀刻溶液配比的稳定性，补充酸液采用质量浓度为85%的磷酸，及时调整蚀刻溶液配比，稳定蚀刻环境，防止蚀刻反应产物al2(so4)317h2o(
↓
)在蚀刻溶液中无法溶解，吸附在蓝宝石晶片表面，影响蚀刻速率及均匀性，例如可以每隔3h补充一次磷酸，每次补充600ml，通过
稳定蚀刻溶液的配比提升蚀刻溶液的寿命，使蚀刻溶液可连续作业20~22个循环，加工晶片1000片~1100片，不补充磷酸的蚀刻溶液仅可作业8~10个循环，对比之下蚀刻酸液的使用寿命提升了150%。
32.参见图2和图3，在显微图下观察蓝宝石晶片的表面状态，经本实施例中蚀刻工艺加工后的晶片表面有明显的晶格出现，如图2所示；而传统加工制程中两面铜抛后的晶片表面则存在明显的划痕，如图3所示。本实施例中蚀刻移除量达到50μm ~80μm，蓝宝石晶片背面研磨加工的损伤层已经基本去除，双面抛光晶片可省去蓝宝石衬底退火及粗抛光等工艺，直接进行精细抛光以达到所需的纳米级表面。
33.如果是单面抛光晶片，蚀刻移除量达到50μm ~80μm，晶片背面的损伤层也会被去除，晶片背面应力同步被去除，与传统的加工制程相比晶片背面因有损伤层残留应力状态具有差异明显，后续发光层生长过程中因温度变化造成翘曲度会发生较大幅度的变化，需要特别调整工艺去匹配生长，以控制波长的均匀性及波长的控制率；且蚀刻后的晶片呈透明状，穿透率从5%~15%升高到》50%，图形化衬底及外延发光层生长过程中，晶片的灰阶会发生较大改变，所有的光学量测机台均需要进行调试甚至改造，费用成本较高。
34.s4：对所述晶片的表面进行双面抛光加工；使用粒径为90~120nm的二氧化硅抛光液对48片~56片4英寸蓝宝石晶片进行双面抛光，抛光温度为40℃~55℃，抛光移除量为8μm ~15μm/面，抛光后晶片满足ttv（整体厚度差）＜7μm ，ltv（单位面积厚度差）＜1.5μm，warp（翘曲度）＜15 μm，-7 μm＜bow（弯曲度）＜7 μm。
35.实施例2使用硫酸与磷酸的比例为1:3的混合酸液对减薄和清洗后的6英寸蓝宝石晶片进行湿法蚀刻，每次蚀刻50片，蚀刻温度为280℃，每次蚀刻晶片的移除量为50μm ~60μm，蚀刻过程中需要根据时间对蚀刻溶液进行补充酸液，以保证蚀刻溶液配比的稳定性，补充酸液采用质量浓度为85%的磷酸，及时调整蚀刻溶液配比，稳定蚀刻环境，防止蚀刻反应产物在蚀刻溶液中无法溶解，吸附在蓝宝石晶片表面，影响蚀刻速率及均匀性，例如可以每隔3h补充一次磷酸，每次补充600ml，通过稳定蚀刻溶液的配比提升蚀刻溶液的寿命，使蚀刻溶液可连续作业8~10个循环，加工晶片400~500片，不补充磷酸的蚀刻溶液仅可作业2~3个循环，对比之下蚀刻酸液的使用寿命提升了233%以上。
36.使用粒径为90~120nm的二氧化硅抛光液对24片6英寸蓝宝石晶片进行双面抛光，抛光温度为50℃，每次抛光移除量为8μm ~15μm/面，加工后晶片ttv（整体厚度差）＜7μm ，ltv（单位面积厚度差）＜1.5μm，warp（翘曲度）＜15 μm，-7 μm＜bow（弯曲度）＜7 μm。
37.本技术提出了一种蓝宝石双面抛光晶片的加工工艺，通过高温蚀刻的作用，达到消除应力及去除部分研磨损伤层的效果，将传统加工制程中上蜡、铜抛、下蜡、清洗、退火、反面上蜡、铜抛、下蜡8个步骤变更为一个蚀刻替代，简化整体的工序，节省了》50h的制程时间；通过蚀刻过程中添加磷酸保证蚀刻溶液的配比处于稳定转态，以达到稳定的蚀刻速率和较高的均匀性，另外，蚀刻溶液配比的稳定可以提升寿命，从而降低成本。
38.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本技术的保护范围。