LED藍寶石基板與芯片背部減薄制程

在LED制程中，藍寶石基板雖然受到來(lái)自Si與GaN基板的挑戰，但是考慮到成本與良率，藍寶石在近兩年內仍然具有優(yōu)勢，可以預見(jiàn)接下來(lái)藍寶石基板的發(fā)展方向是大尺寸與圖案化(PSS)。由于藍寶石硬度僅次于鉆石，因此對它進(jìn)行減薄與表面平坦化加工非常困難，在逐漸的摸索中，業(yè)界形成了一套大致相同的對于藍寶石基板進(jìn)行減薄與平坦化的工藝。

一、LED藍寶石基板加工工藝

首先對于藍寶石基板來(lái)說(shuō)，它在成為一片合格的襯底之前大約經(jīng)歷了從切割、粗磨、精磨、以及拋光幾道工序。以2英寸藍寶石為例：

1. 切割：切割是從藍寶石晶棒通過(guò)線(xiàn)切割機切割成厚度在500um左右的毛片。在這項制程中，金剛石線(xiàn)鋸是最主要的耗材，目前主要來(lái)自日本、韓國與臺灣地區。

2. 粗拋：切割之后的藍寶石表面非常粗糙，需要進(jìn)行粗拋以修復較深的刮傷，改善整體的平坦度。這一步主要采用50~80um的B4C加Coolant進(jìn)行研磨，研磨之后表面粗糙度Ra大約在1um左右。

3. 精拋：接下來(lái)是較精細的加工，因為直接關(guān)系到最后成品的良率與品質(zhì)。目前標準化的2英寸藍寶石基板的厚度為430um，因此精拋的總去除量約在30um左右?？紤]到移除率與最后的表面粗糙度Ra，這一步主要以多晶鉆石液配合樹(shù)脂錫盤(pán)以L(fǎng)apping的方式進(jìn)行加工。

大多數藍寶石基板廠(chǎng)家為了追求穩定性，多采用日本的研磨機臺以及原廠(chǎng)的多晶鉆石液。但是隨著(zhù)成本壓力的升高以及國內耗材水準的提升，目前國內的耗材產(chǎn)品已經(jīng)可以替代原廠(chǎng)產(chǎn)品，并且顯著(zhù)降低成本。

說(shuō)到多晶鉆石液不妨多說(shuō)兩句，對于多晶鉆石液的微粉部分，一般要求顆粒度要集中，形貌要規整，這樣可以提供持久的切削力且表面刮傷比較均勻。國內可以生產(chǎn)多晶鉆石微粉的廠(chǎng)家有北京國瑞升和四川久遠，而國瑞升同時(shí)可以自己生產(chǎn)鉆石液，因此在品質(zhì)與成本上具有較大優(yōu)勢。美國的Diamond Innovation最近推出了“類(lèi)多晶鉆石” ，實(shí)際是對普通單晶鉆石的一種改良，雖然比較堅固的結構能提供較高的切削力，但是同時(shí)也更容易造成較深的刮傷。

4. 拋光：多晶鉆石雖然造成的刮傷明顯小于單晶鉆石，但是仍然會(huì )在藍寶石表面留下明顯的刮傷，因此還會(huì )經(jīng)過(guò)一道CMP拋光，去除所有的刮傷，留下完美的表面。CMP工藝原本是針對矽基板進(jìn)行平坦化加工的一種工藝，現在對藍寶石基板同樣適用。經(jīng)過(guò)CMP拋光工藝的藍寶石基板在經(jīng)過(guò)層層檢測，達到合格準的產(chǎn)品就可以交給外延廠(chǎng)進(jìn)行磊晶了。

二、芯片的背部減薄制程

磊晶之后的藍寶石基板就成為了外延片，外延片在經(jīng)過(guò)蝕刻、蒸鍍、電極制作、保護層制作等一系列復雜的半導體制程之后，還需要切割成一粒粒的芯片，根據芯片的大小，一片2英寸的外延片可以切割成為數千至上萬(wàn)個(gè)CHIP。前文講到此時(shí)外延片的厚度在430um附近，由于藍寶石的硬度以及脆性，普通切割工藝難以對其進(jìn)行加工。目前普遍的工藝是將外延片從430um減薄至100um附近，然后再使用鐳射進(jìn)行切割。

1. Grinding制程：

對外延片以L(fǎng)apping的方式雖然加工品質(zhì)較好，但是移除率太低，最高也只能達到3um/min左右，如果全程使用Lapping的話(huà)，僅此加工就需耗時(shí)約2h,時(shí)間成本過(guò)高。目前的解決方式是在Lapping之前加入Grinding的制程，通過(guò)鉆石砂輪與減薄機的配合來(lái)達到快速減薄的目的。

2. Lapping制程

減薄之后再使用6um左右的多晶鉆石液配合樹(shù)脂銅盤(pán)，既能達到較高的移除率，又能修復Grinding制程留下的較深刮傷。一般來(lái)說(shuō)切割過(guò)程中發(fā)生裂片都是由于Grinding制程中較深的刮傷沒(méi)有去除，因此此時(shí)對鉆石液的要求也比較高。

除了裂片之外，有些芯片廠(chǎng)家為了增加芯片的亮度，在Lapping的制程之后還會(huì )在外延片背面鍍銅，此時(shí)對Lapping之后的表面提出了更高的要求。雖然有些刮傷不會(huì )引起裂片，但是會(huì )影響背鍍的效果。此時(shí)可以采用3um多晶鉆石液或者更小的細微性來(lái)進(jìn)行Lapping制程，以達到更好的表面品質(zhì)。