一、藍(lán)寶石襯底拋光技術(shù)

　　初的半導(dǎo)體基片(襯底片)拋光沿用機(jī)械拋光、例如氧化鎂、氧化鋯拋光等，但是得到的晶片表面損傷是及其嚴(yán)重的。直到60年代末，一種新的拋光技術(shù)——化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)(CMP Chemical Mechanical Polishing )取代了舊的方法。CMP技術(shù)綜合了化學(xué)和機(jī)械拋光的優(yōu)勢(shì)：

　　化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)

        單純的化學(xué)拋光，拋光速率較快，表面光潔度高，損傷低，完美性好，但表面平整度和平行度差，拋光后表面一致性差;單純的機(jī)械拋光表面一致性好，表面平整度 高，但表面光潔度差，損傷層深。 化學(xué)機(jī)械拋光可以獲得較為完美的表面，又可以得到較高的拋光速率，得到的平整度比其他方法高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，是目前能夠?qū)崿F(xiàn)全局平面化的只有有用方法。依據(jù)機(jī) 械加工原理、半導(dǎo)體材料工程學(xué)、物力化學(xué)多相反應(yīng)多相催化理論、表面工程學(xué)、半導(dǎo)體化學(xué)基礎(chǔ)理論等，對(duì)硅單晶片化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)機(jī)理、動(dòng)力學(xué)操控過 程和影響因素研究標(biāo)明，化學(xué)機(jī)械拋光是一個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng)，它存在著兩個(gè)動(dòng)力學(xué)過程：(1)拋光首先使吸附在拋光布上的拋光液中的氧化劑、催化劑等與襯底 片表面的硅原子在表面進(jìn)行氧化還原的動(dòng)力學(xué)過程。這是化學(xué)反應(yīng)的主體。(2)拋光表面反應(yīng)物脫離硅單晶表面，即解吸過程使未反應(yīng)的硅單晶重新裸露出來的動(dòng) 力學(xué)過程。它是操控拋光速率的另一個(gè)重要過程。硅片的化學(xué)機(jī)械拋光過程是以化學(xué)反應(yīng)為主的機(jī)械拋光過程，要獲得質(zhì)量好的拋光片，必須使拋光過程中的化學(xué)腐 蝕作用與機(jī)械磨削作用達(dá)到一種平衡。如果化學(xué)腐蝕作用大于機(jī)械拋光作用，則拋光片表面產(chǎn)生腐蝕坑、桔皮狀波紋。如果機(jī)械磨削作用大于化學(xué)腐蝕作用，則表面 產(chǎn)生高損傷層。

　　藍(lán)寶石研磨液

　 　藍(lán)寶石研磨液(又稱為藍(lán)寶石拋光液)是用于在藍(lán)寶石襯底的研磨和減薄的研磨液。藍(lán)寶石研磨液由質(zhì)量聚晶金剛石微粉、復(fù)合分散劑和分散介質(zhì)組成。藍(lán)寶石研 磨液利用聚晶金剛石的特性，在研磨拋光過程中保持高切削效率的同時(shí)不易對(duì)工件產(chǎn)生劃傷。可以應(yīng)用在藍(lán)寶石襯底的研磨和減薄、光學(xué)晶體、硬質(zhì)玻璃和晶體、超 硬陶瓷和合金、磁頭、硬盤、芯片等領(lǐng)域的研磨和拋光。

　　 藍(lán)寶石研磨液在藍(lán)寶石襯底方面的應(yīng)用：1. 外延片生產(chǎn)前襯底的雙面研磨：多用藍(lán)寶石研磨液研磨一道或多道，根據(jù)終藍(lán)寶石襯底研磨要求用6um、3um、1um不等。2. LED芯片背面減薄：為解決藍(lán)寶石的散熱問題，需要將藍(lán)寶石襯底的厚度減薄，從450nm左右減至100nm左右。主要有兩步：先在橫向減薄機(jī)上，用 50-70um的砂輪研磨磨去300um左右的厚度;再用拋光機(jī)(秀和、NTS、WEC等)針對(duì)不同的研磨盤(錫/銅盤)，采用合適的藍(lán)寶石研磨液(水 /油性)對(duì)芯片背面拋光，從150nm減至100nm左右。

　　藍(lán)寶石拋光液

　　藍(lán)寶石拋光液是以高純度硅粉為原料，經(jīng)特殊工藝生產(chǎn)的一種高純度低金屬離子型拋光產(chǎn)品。藍(lán)寶石拋光液主要用于藍(lán)寶石襯底的拋光。還可泛用用于多種材料納米級(jí)的高平坦化拋光，如：硅片、化合物晶體、精密光學(xué)器件、寶石等的拋光加工。

　　二、藍(lán)寶石襯底加工流程

　　長晶:利用長晶爐生長尺寸大且高質(zhì)量的單晶藍(lán)寶石晶體定向:確保藍(lán)寶石晶體在掏棒機(jī)臺(tái)上的正確位置,便于掏棒加工

　　掏棒:以特定方式從藍(lán)寶石晶體中掏取出藍(lán)寶石晶棒(包括去頭尾、端面磨)

　　滾磨:用外圓磨床進(jìn)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(zhì)以及以及掏取后的晶棒尺寸與方位是否合客戶規(guī)格

　　定向:在切片機(jī)上準(zhǔn)確定點(diǎn)藍(lán)寶石晶棒的位置,以便于精細(xì)切片加工

　　切片:將藍(lán)寶石晶棒切成薄薄的晶片

　　研磨:去除切片時(shí)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(jī)械強(qiáng)度,避免應(yīng)力集中造成缺 陷,45°倒角0.1-0.2mm。

　　拋光:改善晶片粗糙度,使其表面達(dá)到外延片磊晶級(jí)的精度 (先雙面拋光，再單面拋光。正面粗糙度<0.3um，背面粗糙度0.4um-1um)清洗:去除晶片表面的污染物(如:微塵顆粒,金屬,有機(jī)玷污物等) 品檢:以高精密檢測(cè)儀器檢驗(yàn)晶片品質(zhì)(平坦度,表面微塵顆粒等),以合乎客戶要求。

　    藍(lán)寶石襯底拋光機(jī)的工藝流程：

　　1第一步：下料----磨削外周----周邊倒角----斜面磨削

　　2.藍(lán)寶石襯底粘貼到盤上----磨削平面----手工清洗----斜面拋光

　　3.第三步，鏡面研磨----手工清洗----研磨平面----手工清洗

　　4.第四步，藍(lán)寶石襯底下盤----手工清洗----拋光----清洗----檢查表面質(zhì)量。

　　實(shí)際使用中的各種晶片，都是由晶棒切割加工制成，在用內(nèi)圓切片機(jī)或線切割機(jī)將半導(dǎo)體晶棒切割成晶片時(shí)，因切割條件總會(huì)有變化，切割片在厚度和平整度等方面 都存在偏差。如果切割條件不合適，還會(huì)造成較深的損傷層。晶片拋光過程中表面去除量很小，所以需要用研磨來有用改善晶片的彎曲度、平整度與平行度的偏差， 并降低損傷層厚度。