LED藍(lán)寶石基板與芯片背部減薄制程

在LED制程中，藍(lán)寶石基板雖然受到來自Si與GaN基板的挑戰(zhàn)，但是考慮到成本與良率，藍(lán)寶石在近兩年內(nèi)仍然具有優(yōu)勢(shì)，可以預(yù)見接下來藍(lán)寶石基板的發(fā)展方向是大尺寸與圖案化(PSS)。由于藍(lán)寶石硬度僅次于鉆石，因此對(duì)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(duì)于藍(lán)寶石基板進(jìn)行減薄與平坦化的工藝。

一、LED藍(lán)寶石基板加工工藝

首先對(duì)于藍(lán)寶石基板來說，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(lán)寶石為例：

1. 切割：切割是從藍(lán)寶石晶棒通過線切割機(jī)切割成厚度在500um左右的毛片。在這項(xiàng)制程中，金剛石線鋸是最主要的耗材，目前主要來自日本、韓國與臺(tái)灣地區(qū)。

2. 粗拋：切割之后的藍(lán)寶石表面非常粗糙，需要進(jìn)行粗拋以修復(fù)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：接下來是較精細(xì)的加工，因?yàn)橹苯雨P(guān)系到最后成品的良率與品質(zhì)。目前標(biāo)準(zhǔn)化的2英寸藍(lán)寶石基板的厚度為430um，因此精拋的總?cè)コ考s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脂錫盤以Lapping的方式進(jìn)行加工。

大多數(shù)藍(lán)寶石基板廠家為了追求穩(wěn)定性，多采用日本的研磨機(jī)臺(tái)以及原廠的多晶鉆石液。但是隨著成本壓力的升高以及國內(nèi)耗材水準(zhǔn)的提升，目前國內(nèi)的耗材產(chǎn)品已經(jīng)可以替代原廠產(chǎn)品，并且顯著降低成本。

說到多晶鉆石液不妨多說兩句，對(duì)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(guī)整，這樣可以提供持久的切削力且表面刮傷比較均勻。國內(nèi)可以生產(chǎn)多晶鉆石微粉的廠家有北京國瑞升和四川久遠(yuǎn)，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(shì)。美國的Diamond Innovation最近推出了“類多晶鉆石” ，實(shí)際是對(duì)普通單晶鉆石的一種改良，雖然比較堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)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(lán)寶石表面留下明顯的刮傷，因此還會(huì)經(jīng)過一道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(duì)矽基板進(jìn)行平坦化加工的一種工藝，現(xiàn)在對(duì)藍(lán)寶石基板同樣適用。經(jīng)過CMP拋光工藝的藍(lán)寶石基板在經(jīng)過層層檢測(cè)，達(dá)到合格準(zhǔn)的產(chǎn)品就可以交給外延廠進(jìn)行磊晶了。

二、芯片的背部減薄制程

磊晶之后的藍(lán)寶石基板就成為了外延片，外延片在經(jīng)過蝕刻、蒸鍍、電極制作、保護(hù)層制作等一系列復(fù)雜的半導(dǎo)體制程之后，還需要切割成一粒粒的芯片，根據(jù)芯片的大小，一片2英寸的外延片可以切割成為數(shù)千至上萬個(gè)CHIP。前文講到此時(shí)外延片的厚度在430um附近，由于藍(lán)寶石的硬度以及脆性，普通切割工藝難以對(duì)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(duì)外延片以Lapping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(dá)到3um/min左右，如果全程使用Lapping的話，僅此加工就需耗時(shí)約2h,時(shí)間成本過高。目前的解決方式是在Lapping之前加入Grinding的制程，通過鉆石砂輪與減薄機(jī)的配合來達(dá)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脂銅盤，既能達(dá)到較高的移除率，又能修復(fù)Grinding制程留下的較深刮傷。一般來說切割過程中發(fā)生裂片都是由于Grinding制程中較深的刮傷沒有去除，因此此時(shí)對(duì)鉆石液的要求也比較高。

除了裂片之外，有些芯片廠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(duì)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(xì)微性來進(jìn)行Lapping制程，以達(dá)到更好的表面品質(zhì)。