LED藍寶石基板與芯片背部減薄工藝解析

　　目前在LED制程中，藍寶石基板雖然受到來自Si與GaN基板的挑戰，但是考慮到成本與良率，藍寶石在近幾年來具有一定的優勢，因此對它進行減薄與表面平坦化加工非常困難，在逐漸的摸索中，業界形成了一套大致相同的對于藍寶石基板進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說，它在成為一片合格的襯底之前大約經歷了從切割、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線切割機切割成厚度在500um左右。在這項制程中，金剛石線鋸是最主要的耗材，目前主要來自日本、韓國與臺灣地區。

　　2.粗拋：切割之后的藍寶石表面非常粗糙，需要進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：接下來是較精細的加工，因為直接關系到最后成品的良率與品質。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。考慮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的方式進行加工。

　　大多數藍寶石基板廠家為了追求穩定性，多采用日本的研磨機臺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耗材水準的提升，目前國內的耗材產品已經可以替代原廠產品，并且顯著降低成本。

　　說到多晶鉆石液不妨多說兩句，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。國內可以生產多晶鉆石微粉的廠家有北京國瑞升和四川久遠，而國瑞升同時可以自己生產鉆石液，因此在品質與成本上具有較大優勢。美國的DiamondInnovation最近推出了“類多晶鉆石”，實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，但是仍然會在藍寶石表面留下明顯的刮傷，因此還會經過一道CMP拋光，去除所有的刮傷，留下完美的表面。CMP工藝原本是針對矽基板進行平坦化加工的一種工藝，現在對藍寶石基板同樣適用。經過CMP拋光工藝的藍寶石基板在經過層層檢測，達到合格準的產品就可以交給外延廠進行磊晶了。

　　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，外延片在經過蝕刻、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個CHIP。前文講到此時外延片的厚度在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，然后再使用鐳射進行切割。

　　Grinding制程：

　　對外延片以Lapping的方式雖然加工品質較好，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，僅此加工就需耗時約2h，時間成本過高。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的配合來達到快速減薄的目的。

　　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，既能達到較高的移除率，又能修復Grinding制程留下的較深刮傷。一般來說切割過程中發生裂片都是由于Grinding制程中較深的刮傷沒有去除，因此此時對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的制程之后還會在外延片背面鍍銅，此時對Lapping之后的表面提出了更高的要求。雖然有些刮傷不會引起裂片，但是會影響背鍍的效果。此時可以采用3um多晶鉆石液或者更小的細微性來進行Lapping制程，以達到更好的表面品質。