Способ получения пластин лейкосапфира Советский патент 1991 года по МПК H01L21/08 

Изобретение- отнЬсится к области электронной техники сможет быть использовано в производстве подложек для кремниевых и других псзяупроводниковых микросхем.

Известен способ получения лейкосапфира, заключакщийся в том, что объемные кристаллы калибруют (т.е. шлифуют по образующей до требуемого диаметра), разрезаиуг на пластины, а затем подвергают шлифовке и полировке,; Недостатком известного способа являются большие потери лейкосапфира на опершцси резки. Так, значительные механические усилия резания и деформации отрезного диска ввиду чрезвычайно высокой твердости сапфира требуют для предотвращения раскалывания пластин в процессе резки увеличивать их толщину до 1,0-1,2 мм,

СП хотя конечная толщина гшастин должна

ф быть меньше 600 мкм. Кроме того, для

00 сохранения приемлемой геометрии пласQтин и достаточной износоустойчивости

ел отрезного диска толщина основы и режущей кромки диска увеличены в 1,52 раза по сравнению с аналогичным инструментом для кремния, Все это ведет к дополнительным потерям лейкосапфира.

Известен способ получения пластин лейкосапфира, вдшючающнй р зрезание ленты лейкосапфира на квадр.атные заготовки,, шлифовю/ заготовок до требуемых размеров и полировку. Недостатком известного способа является низкий процент выхода годных на операциях шлифовки (брак от растрескивания пластин) и полировки (брак по царапинам и рискам) . Брак при шлифовании пластин объясняется по пери ферии калиброванных пластин густой -т сетки трепцсн. Брак после полирования вызван наличием в приповерхностном нарушенном слое пластин janMasHbtx зе рен, внедренных при шлифовании. В про цессе полировки эти зерна, значитепьно превосходящие по своим размерам полированную фракцию царапают обра,батываемую поверхность. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения пластин лейкосапфира, включающий резку ленты лейкосапфира, ориентированной в Ш1ос :кости (Г012), на квадратные заготовки, шлифовку заготовок до требуемых размеров, вакуумно-терьмческую обра.ботку шлифованных ппастин и их полировку. Термообработка тхроводится в вакууме (10-1СГ) мл.рт.ст. при температуре (i500-1800)C в течение 1-2 ч и способствует уменыиению царапин и рнсок на поверхности полированных .пластин, В этом способе по сравнению с объемными кристаллами снижена на норма расход§ лейкосапфира на отрезаемую тшастину. Кроме того, дпя разрезания лент лейкосапфира, при равном объеме выпуска пластин с объем ными монокристаллами, требуется в 20-25 раз меньше отрезшлх станков и в 30-40 раз меньше алмазных отрезных дийков. Однако, как показывает практи ка гфоыьшленного использования способа-прототипа, его недостатком является низкий выход годных (не более 70% на операции шлифовки. Целью изобретения является повышение процента выхода годных пластин пу тем снижения уровня остаточных напряжений заготовок. Поставленная цель достигается тем что в способе получения пластин лейкосапфира, включающем резку ленты лей косапфир а, ориентированной в плоскости (То 12) на квадратные заготовки, калибройку заготовок до требуемого диаметра, шлифовку, вакуумно-термическую об работку шлифованных пластин и их полировку, перед калибровкой зах-отовок проводят отжиг в течение 0,5-2 ч при температуре, равной 0,75-0,95 Tj. лейкосапфира.i Сущность изобретения заключается в следукщем. Ленты лейкосапфира, выращенные методом Степанова, отличаются повышенной .плотностью дислокахщй и высоким уровнем остаточных напряжений. По сравнению с наиболее качественными объемными кристаллами, получаеь11ами методом Киропулоса, в лейкосапфировых лентах плотность дислокаций превышена на 1,5-2 порядка, а величина остаточных напряжений - в 20-30 раз. Известно, что процессы зфупкого разрушения и развития треЩинв монокристаллах протекают тем интенсивнее, чем вьпие плотность дефектов и уровень остаточМйх напряжений. Как показали исследования, Щ1и шлифовке кристаллографической плоскости (То 12) трещины в монокристаллах сапфира с уровнем остаточных напряжений 200 кг/см в два раза длиннее, чем в монокристаллах с уровнем напряжений 10 кг/см, Выявилось что Г1ри калибровке квадратных заготовок, нарезанных из лент лейкосапфира, ориентированных по плоскости (IOI2), происходит интенсивное развитие трещин от края вглубь пластин. Этот процесс усиливается еще и тем, что в пластинах ориентации () к их образующим выходят под углом 90 плоскости спайности (oTl2) и (1120), Можно предположить, :что при калибровке пластин из ленты на их периферии образуется сеть трещин, понижакядих величину напряжения хрупкого разрушения. Дальнейшее развитие достаточно глубоких трещин при шлифовании пластин дриводит к их растрескиванию. Действительно, в процессе шлифования развитие трещин, приводящее к растрескиванию, начинается с того края пла1стины, положение которого кристаллографически связано с взаимным расположением плоскостей спайности, t; ., процессы хрупкого разрушения и развития трепщн при калибровке квадратных заготовок можно ослабить и устранить путем существенного уменьшения уровня остаточных напряжений, снижения плотности дислокаций. Цель достигается отжигом квадратных заготовок при температурах, близких к точке плавления лейкосапфира (Т,,),

за счет протекания пластической деформации.

Верхний предел 0,95 „, (1933 с) в данном интервале температур отжига ограничивается появляющейся опасностью подппавления заготовок лейкосапфира за счет возможных скачков температуры. Нижний предел ограничен ско-. ростью протекания пластической деформации. При температуре ниже О, 75 () для снятия напряжений требуется увеличивать время отжига до 10 и более часов. Нижний предел времени отжига обусловлен необходимостью достаточно полного снятия остаточных напряженийI а верхний определен практически, и при любых условиях отжига, в рекомендуемых пределах, обеспечивает достижение дели.

Пример. Исходные ленты лейкосап ра, ориентированные в плоскости (Т012), разрезают на квадратные заготовки алмазными дисками с внешней режущей кромкой. Заготовки отжигают в вакууме 4« .рт.ст. при Т , что составляет 0,83 Т,, в течение I ч. Подъем температуры iipoизводят со скоростью 20 С/мия, сброс со скоростью 15 с/мин. Затем квадратные заготовки калибруют на круглошлифовальном станке алмазным даском на металлической связке до диаметра 60 мм. Следукщий процесс шлифования осуществляется на ппоскошлифовальномстанке СШ алмазном диском зернистостью алмаза 100/80 на органической

связке. Шлифованные пластины отжигают при Т в течение 1 ч в вакууме рт.ст. Полирование |, осуществляют в два этапа: грубое по- I лирование алмазной пастой 10/7 и су- , пер иншиное полирование коллоидальной окисью кремния.

Выход годных на операции шлифовки

составил 98% по сравнению с 42-68Z в способе-прототипе (партия пластин - : 120 шт. D 60 мм).

Пример 2. Исходные ленты лейкосапфира, ориентированные в nnocKOCTtji

(Т012), разрезают на квадратные заготовки, которые отжигают затем при (0,94 Тпд) в течение 0,3 ч. Подъем температуры до осуществляется в вакууме не хуже

рт.ст. со скоростью 25 С/мин, при достижении температуры производят напуск инертного газа Не до давления 460 мм рт.ст. Дальнейший подьем температуры осуществляют с такой же ско-

ростью -25 С/мин. Скорость сброса температуры -20с/мин. Затем заготовки калибруют до диаметра 76 мм, шлифуют, подвергают вакуумнотермической обработке (режимы которой приведеш

в примере I), полируют.

Выход годных на операции шлифовки составил 99% по сравнению с 4268% в способе-прототипе (партьш пластин - 100 шт, О 76 мм).

Использование предлагаемого способа увеличило выход годных на 30%.

СПОСОБ ПОШЧЕГОГЯ ПЛАСТИН ЛЕЙКОСАПФИРА, включающий резку ленты лейкосапфира, ориентированной в плоскости (То 12), на квадратные заготовки, шлифовку заготовок до требуемых размеров, вакуумно-термическуго обработку пшифованных гшастин и их полировку, отличаю тем, что, с целью повыше1 11К процента выхода годных хшастиы ггутем снижения уровня остаточиьх напряжений заготовок, перед пиифовкой заготовок проводят отжиг в течеш е 0,5-2 ч при тем-пературе, равной 0,75-0,95 температуры плавления лейкосапфира. (Л