藍(lán)寶石晶片退火的方法

藍(lán)寶石晶片退火的方法藍(lán)寶石晶體(Al2O3)是超高亮度的藍(lán)、白光LED發(fā)光材料GaN常用的襯底材料， 而GaN嘉晶的晶體質(zhì)量與所使用的監(jiān)寶石襯底(基板)表面加工質(zhì)量密切相關(guān)，尤其是圖形化襯底(PSS)與晶片的表面形貌、翹曲程度聯(lián)系密切，同時(shí)，晶片的翹曲程度過大，會(huì)在平片做GaN磊晶時(shí)，平片與外延薄膜脫落，PSS難以聚焦，影響外延品質(zhì)。在藍(lán)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(yīng)力會(huì)在下一道加工工序釋放，但是這種應(yīng)力釋放是無序釋放，同時(shí)未釋放的加工應(yīng)力會(huì)在晶片表面集聚，影響藍(lán)寶石晶片的翹曲程度，嚴(yán)重的翹曲會(huì)在后道加工過程產(chǎn)生破片，影響整個(gè)加工循環(huán)的晶片質(zhì)量。藍(lán)寶石襯底在加工過程中，必須經(jīng)過退火處理以降低加工應(yīng)力，目前的退火工藝采用一步升溫至退火溫度，未經(jīng)過過程保溫，加工應(yīng)力釋放不均勻，且藍(lán)寶石晶片在退火爐中始終不動(dòng)，爐子的溫度場對加工釋放均勻性影響大，對大尺寸的藍(lán)寶石晶片影響更為明顯。
   要解決的技術(shù)問題是提出一種高質(zhì)量的藍(lán)寶石晶片退火方法，適用于對藍(lán)寶石切割片、雙面研磨片、單片研磨片和拋光片。該發(fā)明可以使得藍(lán)寶石在切割、研磨和拋光過程中產(chǎn)生的加工應(yīng)力釋放均勻、充分，可以減小溫度場對加工應(yīng)力釋放的影響。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種藍(lán)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(dāng)旋轉(zhuǎn)藍(lán)寶石晶片，該方法使得藍(lán)寶石在切割、研磨和拋光過程中產(chǎn)生的加工應(yīng)力釋放均勻、充分，可以減小溫度場對加工應(yīng)力釋放的影響。該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的諸多缺點(diǎn)，具體內(nèi)容如下I、將藍(lán)寶石晶片裝入退火爐中，快速直接升溫至低溫度區(qū)域150°C 300°C，保溫2 4小時(shí),此階段升溫時(shí)間為I 2小時(shí)；2、在低溫區(qū)保溫過程中，將藍(lán)寶石晶片旋轉(zhuǎn)180度，使整批晶片受熱均勻；3、經(jīng)過低溫保溫一段時(shí)間后，升溫至中溫區(qū)域600°C 800°C，保溫5 10小時(shí)，此階段升溫時(shí)間為4 6小時(shí)；4、在中溫區(qū)保溫過程中，將藍(lán)寶石晶片旋轉(zhuǎn)180度，使整批晶片受熱均勻；5、經(jīng)過中溫保溫一段時(shí)間后，升溫至高溫區(qū)域900°C 1600°C，保溫10 20小時(shí)，此階段升溫時(shí)間為6 20小時(shí)。6、在高溫區(qū)保溫過程中，將藍(lán)寶石晶片旋轉(zhuǎn)180度，使整批晶片受熱均勻；7、高溫保溫結(jié)束后，以每小時(shí)10°C 50°C降溫至室溫出爐。本發(fā)明的有益效果是切割、研磨或拋光后的藍(lán)寶石晶片分階段升溫并且保溫一段時(shí)間至900°C 1600°C，對藍(lán)寶石晶片進(jìn)行退火處理，以消除切割、研磨或拋光的加工應(yīng)力，并在保溫階段旋轉(zhuǎn)晶片，使整個(gè)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(yīng)力基本消除，整個(gè)晶片退火均勻，退火后的晶片翹曲度小。
  具體實(shí)施例方式實(shí)施例I低溫區(qū)升溫(I):將切割后的4英寸藍(lán)寶石晶片裝入特殊工裝內(nèi)，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(qū)保溫⑵溫度保持200°C 3個(gè)小時(shí)。低溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(3):在溫度 升至200°C并且保溫I. 5小時(shí)后，旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。中溫區(qū)升溫(4):低溫保溫結(jié)束后，以2°C/分鐘的升溫速率從200°C升溫至700°C。中溫區(qū)保溫(5):溫度保持700°C 8個(gè)小時(shí)。中溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(6):在溫度升至700°C并且保溫4小時(shí)后，旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。高溫區(qū)升溫(7):中溫保溫結(jié)束后，以0. 5°C /分鐘的升溫速率從700°C升溫至1000°C。高溫區(qū)保溫(8):溫度保持1000°C 16個(gè)小時(shí)。高溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(9):在溫度升至1000°C并且保溫8小時(shí)后，旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。降溫(10):高溫保溫結(jié)束后，以10°C /小時(shí)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(jīng)測試，整個(gè)翹曲度小于5微米，加工應(yīng)力基本消除。實(shí)施例2:低溫區(qū)升溫(I):將雙面研磨后的4英寸藍(lán)寶石晶片裝入特殊工裝內(nèi)，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(qū)保溫⑵溫度保持300°C 4個(gè)小時(shí)。低溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(3):在溫度升至200°C并且保溫2小時(shí)后，旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。中溫區(qū)升溫(4):低溫保溫結(jié)束后，以2°C/分鐘的升溫速率從200°C升溫至800°C。中溫區(qū)保溫(5):溫度保持800°C 6個(gè)小時(shí)。中溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(6):在溫度升至800°C并且保溫3小時(shí)后，旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。高溫區(qū)升溫(7):中溫保溫結(jié)束后，以0. 5°C /分鐘的升溫速率從800°C升溫至1100°C。高溫區(qū)保溫⑶溫度保持1100°C 12個(gè)小時(shí)。高溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(9):在溫度升至1100°C并且保溫6小時(shí)后，旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。降溫(10):高溫保溫結(jié)束后，以30°C/小時(shí)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(lán)寶石雙磨晶片，整個(gè)翹曲度小于5微米，加工應(yīng)力基本消除。實(shí)施例3 低溫區(qū)升溫(I):將單磨研磨后的4英寸藍(lán)寶石晶片裝入特殊工裝內(nèi)，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(qū)保溫⑵溫度保持200°C 3個(gè)小時(shí)。低溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(3):在溫度升至200°C并且保溫I. 5小時(shí)后，旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。中溫區(qū)升溫(4):低溫保溫結(jié)束后，以2. 5°C /分鐘的升溫速率從200°C升溫至800°C。中溫區(qū)保溫(5):溫度保持800°C 10個(gè)小時(shí)。中溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(6):在溫度升至800°C并且保溫5小時(shí)后，旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。高溫區(qū)升溫(7):中溫保溫結(jié)束后，以1°C /分鐘的升溫速率從800°C升溫至1600°C。高溫區(qū)保溫⑶溫度保持1600°C 18個(gè)小時(shí)。高溫區(qū)旋轉(zhuǎn)(9):在溫度升至1600°C并且保溫9小時(shí)后，旋轉(zhuǎn)退火工裝180度。降溫(10):高溫保溫結(jié)束后，以500C /小時(shí)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(lán)寶石單磨晶片，整個(gè)翹曲度小于5微米，加工應(yīng)力基本消除。以上說明書中描述的只是本發(fā)明的具體實(shí)施方式，各種舉例說明不對本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的具體實(shí)施方式
做修改或變形， 而不背離發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
1.ー種藍(lán)寶石晶片的退火方法，其特征在于包括以下步驟 (1)將藍(lán)寶石晶片裝入退火爐中，快速直接升溫至低溫度區(qū)域150°C 300°C，保溫2 4小時(shí)，此階段升溫時(shí)間為I 2小時(shí)； (2)經(jīng)過低溫保溫一段時(shí)間后，升溫至中溫區(qū)域600°C 800°C，保溫5 10小時(shí)，此階段升溫時(shí)間為4 6小時(shí)； (3)經(jīng)過中溫保溫一段時(shí)間后，升溫至高溫區(qū)域900°C 1600°C，保溫10 20小時(shí)，此階段保溫時(shí)間為6 20小吋。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種藍(lán)寶石晶片的退火方法，其特征在于在升溫保溫過程中，適時(shí)旋轉(zhuǎn)裝載藍(lán)寶石襯底的エ裝，使退火的晶片在退火爐中旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種藍(lán)寶石晶片的退火方法，其特征在于高溫保溫結(jié)束后，以每小時(shí)10°C 50°C降溫至室溫出爐。