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藍寶石襯底加工工藝
點擊量：741 日期：2023-08-04 編輯：硅時代
藍寶石單晶，是純凈的三氧化二鋁（α-Al2O3），具有極好的熱導性、電氣絕緣性、透光性、化學穩(wěn)定性，以及耐高溫、高強度、高硬度等一系列優(yōu)良的特性，是紅外裝置、導彈、潛艇、衛(wèi)星空間技術、探測和高功率強激光等的窗口材料，優(yōu)質光學材料，耐磨軸承材料和襯底材料。藍寶石的C面與GaN單晶膜之間的晶格常數(shù)失配率小，同時符合GaN單晶膜生長過程中耐高溫的要求，使得藍寶石晶片成為制作白/藍光LED的關鍵襯底材料，被廣泛應用在LED產(chǎn)業(yè)中。利用熱交換法（簡稱HEM法）生長的藍寶石單晶，因為溫度的分布與重力場相反，故而熔體中沒有對流作用發(fā)生，保證了晶體在穩(wěn)定狀態(tài)下生長，得到的藍寶石單晶具有完美的光學均勻性，并且沒有散射、夾雜和氣泡等缺陷。目前，所有藍寶石晶體生長方法中，熱交換法生長的藍寶石單晶的晶體質量是最好的。
據(jù)法國Yole統(tǒng)計，藍寶石襯底材料應用占比約75%，其中半導體照明(LED）襯底材料占比95%以上。高性能芯片的獲得很大程度依賴藍寶石襯底片的表面加工質量，而藍寶石具有高硬度和高化學穩(wěn)定性屬于硬脆難加工材料，其加工過程主要涉及高加工精度的裝備、高性能的金剛石工具耗材和與之相匹配的加工工藝。
藍寶石襯底加工流程：
藍寶石襯底片的加工流程如圖1所示。
圖1藍寶石襯底片加工流程
長晶：利用長晶爐生長尺寸大且高品質的單晶藍寶石晶體。
定向：確保藍寶石晶體在掏棒機臺上的正確位置，便于掏棒加工；
掏棒：以特定方式從藍寶石晶體中掏取藍寶石晶棒（包括去頭尾、端面磨）；
滾磨：用外圓磨床進行晶棒的外圓磨削，得到精確的外圓尺寸精度(滾圓，磨OF面）；
品檢：確保晶棒品質以及套取后的晶棒尺寸與方位符合客戶規(guī)格；
定向：在切片機上準確定位藍寶石晶棒的位置，以便于精準切片加工；
切片：使用金剛石線鋸將藍寶石晶棒切成薄薄的晶片；
研磨：去除切片時造成的晶片切割損傷層及改善晶片的平坦度；
倒角：將晶片邊緣修整成圓弧狀，改善薄片邊緣的機械強度，避免應力集中造成缺陷，45度倒角0～0.2mm；
拋光：改善晶片粗糙度，使其表面達到外延片磊晶級的精度（先雙面拋光，再單面拋光。正面粗糙度小于0.3μm，背面粗糙度0.4～1.0μm）；
清洗：清除晶片表面的污染物，如微塵顆粒、金屬、有機沾污物等；
品檢：以高精密檢測器檢驗晶片(平坦度、表面微塵顆粒等），以合乎客戶的要求。
