蓝宝石基材制造技术

本发明专利技术揭示了一种蓝宝石基材。该蓝宝石基材的直径∶厚度的比例不小于124∶1，和具有性能的主表面，其中所述性能包括：所述主表面的标准化弯曲度不大于0.100μm/cm2，所述主表面的标准化平坦度不大于0.100μm/cm2，所述主表面的标准化翘曲度不大于0.190μm/cm2或其任意组合。

【技术实现步骤摘要】
蓝宝石基材本申请是申请日为2007年12月21日，申请号为200780048893.5，专利技术名称为研磨蓝宝石基材的方法的申请的分案申请。
本申请一般涉及蓝宝石基材以及精整这种基材的方法。
技术介绍
基于第III族和第V族元素的单晶氮化物材料的半导体组件非常适合用于发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、显示器、晶体管和检测器之类的器件。利用第III族和第V族氮化物的半导体元件尤其可用于紫外和蓝/绿波长区域内的发光器件。例如，氮化镓(GaN)及相关材料如AlGaN、InGaN和它们的组合是高需求的氮化物半导体材料的最普通的例子。但是，由于种种原因，已经证明制造这种氮化物半导体材料的梨晶(boules)和基材是困难的。因此，在异质基底材料上外延生长氮化物半导体材料被认为是一种可行的替代方案。SiC(碳化硅)、Al2O3(蓝宝石或刚玉)和MgAl2O4(尖晶石)等基材是常用的异质基底材料。这种异质基材与氮化物半导体材料、特别是GaN具有不同的晶格结构，因此产生晶格失配。尽管面对着这种失配及其伴生问题如半导体材料覆盖层中存在应力和缺陷，工业上仍然需要大表面积、高质量的基材，特别是蓝宝石基材。但是，生产高质量、大尺寸基材仍然面临一些挑战。
技术实现思路
一个实施方式涉及一种蓝宝石基材，该基材包括大致平坦的表面，其具有选自a-平面、r-平面、m-平面和c-平面取向的晶体取向，nTTV不大于约0.037μm/cm2，其中nTTV是相对于大致平坦的表面的表面积进行标准化之后的总厚度变化，基材的直径不小于约9.0cm。另一个实施方式涉及一种蓝宝石基材，该基材包括大致平坦的表面，其具有选自a-平面、r-平面、m-平面和c-平面取向的晶体取向，TTV不大于约3.00μm，其中TTV是大致平坦的表面的总厚度变化。基材的直径不小于约6.5cm，厚度不大于约525μm。另一个实施方式涉及机械加工蓝宝石基材的方法，该方法包括使用第一固定磨料研磨蓝宝石基材的第一表面，使用第二固定磨料研磨蓝宝石基材的第一表面。第二固定磨料的平均粒度小于第一固定磨料的平均粒度，且第二固定磨料是自修整的(self-dressing)。另一个实施方式涉及提供含蓝宝石基材的蓝宝石基材组的方法，该方法包括使用磨料研磨各蓝宝石基材的第一表面，使第一表面具有c-平面取向，其中蓝宝石基材组含至少20个蓝宝石基材。各蓝宝石基材具有第一表面，该第一表面具有(i)c-平面取向、(ii)晶体m-平面取向差角度(θm)和(iii)晶体a-平面错误取向角度(θa)，其中(a)取向差角度θm的标准偏差σm不大于约0.0130和/或(b)取向差角度θa的标准偏差σa不大于约0.0325。另一实施方式涉及包括至少20个蓝宝石基材的蓝宝石基材组。各蓝宝石基材具有第一表面，该第一表面具有(i)c-平面取向、(ii)晶体m-平面取向差角度(θm)和(iii)晶体a-平面取向差角度(θa)，其中(a)取向差角度θm的标准偏差σm不大于约0.0130和/或(b)取向差角度θa的标准偏差σa不大于约0.0325。附图简要说明参考附图，能更好地理解本专利技术，本专利技术的许多特征和优点对本领域的技术人员而言将是显而易见的。图1是依据一个实施方式形成基材的方法的流程图。图2显示了根据一个实施方式的研磨设备。图3A及3B是使用依据一个实施方式的研磨工具与传统研磨工具的比较图。图4显示了根据一个实施方式的抛光设备。图5显示了c-平面取向的蓝宝石基材的取向差角度。在不同附图中使用相同的附图标记来表示类似或相同的事项。具体实施方式依据一方面，提供一种包括以下步骤的方法：使用第一固定磨料研磨蓝宝石基材的第一表面，使用第二固定磨料研磨蓝宝石基材的第一表面。该方法还要求第二固定磨料比第一固定磨料细小，这样第二固定磨料的平均粒度小于第一固定磨料的平均粒度，且第二固定磨料具有自修整研磨面。为了便于说明问题，通常可将磨料分为自由磨料和固定磨料。自由磨料通常由以粉末形式或微粒形式在液体介质中形成悬浮液的研磨粒或研磨粉组成。固定磨料与自由磨料的差别通常在于固定磨料使用在材料基质内的研磨粉，所述材料基质将研磨粉相互之间的位置固定。固定磨料通常包括结合磨料和涂敷磨料。涂敷磨料的例子是砂纸；涂敷磨料通常是平坦片(或平坦片经过几何处理形成带、薄片(flaps)等)，其依赖于在上面沉积研磨粉以及各种胶结涂层(sizecoat)和构造涂层(makecoat)的挠性基材。相反，结合磨料通常不依赖于这种基材，由于研磨粉分布在基质结合材料中，研磨粉就利用基质结合材料固定彼此间的位置。通常对这种结合磨料组件进行成形或模塑，在结合基质会软化、流动和润湿粉料的固化温度(通常高于750℃)进行热处理，然后冷却。可以使用各种三维形式，例如环形、圆锥形、圆柱形、截头圆锥形、各种多边形，并且可以形成为研磨轮、研磨块、研磨钻头等形式。本文所描述的具体实施方式使用结合磨料形式的固定研磨料组件。参看图1，显示了依据一个实施方式形成基材的方法的流程图。该方法首先在步骤101中形成单晶蓝宝石的梨晶。应理解，蓝宝石可形成为适合用作半导体器件、特别是LED/LD应用的基材的任何尺寸或形状的坯体(blank)或梨晶。因此，常见的形状是大致具有圆柱形轮廓的梨晶。根据所需的梨晶尺寸和形状以及晶体的取向，可以使用科佐池(Czochralski)法、定边喂膜生长法(Edge-DefinedFilmFedGrowth)(EFG)或凯罗珀罗(Kyropoulos)法等技术形成单晶蓝宝石。在步骤101形成单晶蓝宝石后，可以在步骤103将梨晶或坯体锯切为一片片蓝宝石，形成晶片。依据一个具体实施方式，锯切蓝宝石包括用线锯锯切大致为圆柱形的蓝宝石梨晶。用线锯锯切蓝宝石梨晶可以提供多个未经精整的蓝宝石晶片。通常，用线锯锯切的持续时间约为数小时，例如约2.0-30小时。未精整的蓝宝石晶片所需的厚度可以小于约10mm，例如约8.0mm，或小于约5.0mm。依据一个实施方式，在步骤103中用线锯锯切后，蓝宝石晶片的厚度小于约3.0mm，例如小于约1.0mm。依据一个实施方式，使用一个或多个固定磨料线锯元件，例如镀覆或涂布了研磨颗粒的线锯阵列来进行线锯锯切。在一个实施方式中，将超磨料如立方氮化硼(CBN)或金刚石涂敷在多个线锯上，使蓝宝石梨晶抵靠该线锯网高速旋转(例如，最多5000rpm)，从而单步就完成整个梨晶的切片。这种技术的一个例子是非绕卷型线锯锯切，例如由美国马萨诸塞州塞勒姆的晶体系统公司(CrystalSystemsInc.ofSalem，Mass)提供的FAST(固定磨料切片技术)。另一个例子是卷轴-卷轴(spool-to-spool)线锯锯切系统。对于由EFG方法生产的通常为带状或片形的单晶原料，线锯锯切处理不是必需的，去芯的(cored-out)(即成形的)晶片可直接用于研磨步骤。为了清楚起见，文中所用的术语“晶片”和“基材”是同义词，都指切成片的蓝宝石材料，该材料形成或经处理后，用作半导体层在其上外延生长的基材，例如用于形成光电器件。通常将未精整的蓝宝片称为晶片，将经过精整的蓝宝石片称为基材，但是在本文中使用时，这些术语不一定表示这种区别。依据图1所示的实施方式，在步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓝宝石基材，其具有：直径∶厚度的比例不小于124∶1；和具有性能的主表面，其中所述性能包括：所述主表面的标准化弯曲度不大于0.100μm/cm2，其中所述标准化弯曲度是对所述主表面的表面积标准化的所述主表面的弯曲度值；所述主表面的标准化平坦度不大于0.100μm/cm2，其中所述标准化平坦度是对所述主表面的表面积标准化的所述主表面的平坦度值；所述主表面的标准化翘曲度不大于0.190μm/cm2，其中所述标准化翘曲度是对所述主表面的表面积标准化的所述主表面的翘曲度值；或其任意组合。

【技术特征摘要】
2006.12.28 US 60/882,3511.一种蓝宝石基材，其具有：直径：厚度的比例不小于6.5:0.0525，其中所述直径不小于6.5cm；和具有性能的主表面，其中所述性能包括：所述主表面的标准化弯曲度不大于0.100μm/cm2，其中所述标准化弯曲度是对所述主表面的表面积标准化的所述主表面的弯曲度值；所述主表面的标准化翘曲度不大于0.190μm/cm2，其中所述标准化翘曲度是对所述主表面的表面积标准化的所述主表面的翘曲度值；或其组合。2.如权利要求1所述的蓝宝石基材，其中所述表面具有不大于的表面粗糙度Ra。3.如权利要求1所述的蓝宝石基材，其中所述性能包括不大于0.100μm/cm2的所述标准化弯曲度。4.如权利要求1所述的蓝宝石基材，其中所述性能进一步包括不大于0.100μm/cm2的标准化平坦度，其中所述标准化平坦度是对所述主表面的表面积标准化的所述主表面的平坦度值。5.如权利要求1所述的蓝宝石基材，其中所述性能包括不大于0.190μm/cm2的所述标准化翘曲度。6.如权利要求1所述的蓝宝石基材，其中所述性能包括不大于0.100μm/cm2的所述标准化弯曲度，且所述标准化平坦度不大于0.100μm/cm2。7.如权利要求1所述的蓝宝石基材，其中所述性能包括不大于0.100μm/cm2的所述标准化弯曲度，且所述标准化翘曲度不大于0.190μm/cm2。8.如权利要求1所述的蓝宝石基材，其中所述性能包括不大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·V·塔尼克拉，P·钦纳卡鲁潘，R·A·瑞祖托，I·K·切瑞安，R·维丹瑟姆，马修·A·辛普森，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：