[發(fā)明專利]一種藍寶石晶棒生產(chǎn)工藝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410673571.1
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104451879A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設計）人: 孫占喜;李吾臣;李莉;藺崇召
• 申請（專利權）人: 河南晶格光電科技有限公司
• 主分類號: C30B29/20
• 分類號: C30B29/20;C30B17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種藍寶石生產(chǎn)工藝，具體涉及一種改良泡生法生產(chǎn)藍寶石晶棒的工藝。

背景技術

藍寶石，又名剛玉，其化學組成為三氧化鋁（Al₂O₃）。藍寶石具有高聲速、高硬度、高強度、耐高溫、抗腐蝕性、光學穿透帶寬、絕緣性好等優(yōu)良性能，因而被大量用在光學元件、紅外裝置及光罩材料上，是光電領域內(nèi)一種重要的基礎性材料。在民用方面藍寶石可用于打印機、復印機、照相機鏡頭、投影儀、手機屏等改善其光學性能，用于大規(guī)模集成電路襯底，用于GaN外延生長的商業(yè)化襯底形成LED芯片，用于超導襯底、鐵電襯底等。另外，藍寶石

晶體也是國防軍事領域不可缺少的關鍵性新材料。例如藍寶石可用于紅外軍用裝置（紅外分析儀、夜視儀、偵察儀和制導儀）的多光譜寬波段窗口、高馬赫數(shù)導彈上的整流罩、激光引力波干涉儀上的光學材料、二代導航衛(wèi)星使用要求的星載氫原子鐘微波諧振腔材料、大規(guī)模射頻藍寶石-硅（Silicon-on-Sapphire，SOS）集成電路的襯底等。

藍寶石晶體生長方法常見的有提拉法、導模法、水平區(qū)熔法、溫梯法、泡生法和熱交換法等。提拉法可以生長最大尺寸為F150mm的（1101）、（1120）方向的晶體，只能從中切取直徑小于F75mm的（0001）晶體，中心區(qū)域存在核心而有較大熱應力和高缺陷密度，而且晶體技術壁壘無法進一步進行擴產(chǎn)。熱交換法可生長大尺寸藍寶石晶體，但由于成本較高，很少用于襯底，主要針對軍方市場。導模法設備簡單、能耗低、成本低，但晶體內(nèi)應力大、質(zhì)量差；水平區(qū)熔法生長的晶體內(nèi)應力小、質(zhì)量高，但設備復雜、成品率低。溫梯法存在晶體尺寸不能太大，不能太長的問題；同時由于和坩堝下降法一樣晶體與坩堝直接接觸，不可避免的帶入雜質(zhì)以及較大的應力和較高的位錯密度。同時晶體成本太高，產(chǎn)量太低。泡生法適合于生長大尺寸的藍寶石晶體，目前世界上最大的200公斤藍寶石單晶棒就是由美國的Rubicon?公司用泡生法生長的，現(xiàn)階段泡生法生長的藍寶石單晶市場占有率將近70%。但是泡生法生長晶體時當晶體與剩余的熔體脫離時通常會產(chǎn)生較大的熱沖擊，最重要的是該方法是從頂部生長晶體很容易引入氣泡造成晶體質(zhì)量缺陷。

因此，迫切需要開發(fā)一種新技術或者是對現(xiàn)有技術進行改進以滿足市場的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術存在的弊端，提供一種晶體體積大、完整性好、位錯密度小、光學均勻性高、次品率低、成本低的藍寶石晶棒生產(chǎn)工藝。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種藍寶石晶棒生產(chǎn)工藝，其包括以下步驟：

步驟1、清爐：裝料前將爐內(nèi)熱場及爐體內(nèi)的氧化物清理干凈，確保爐內(nèi)無雜質(zhì)；

步驟2、加料并封爐：將高純氧化鋁原料準備好并填充至晶體爐腔內(nèi)，架設好晶種后小心將清理過的熱場按工藝安裝，檢查爐子密封圈完好將爐體密封，測量熱場間距并記錄；

步驟3、抽真空：封爐完畢檢查各個放氣口是否關閉、檢查機械泵及擴散泵油位合格后打開機械泵及旁路閥抽低真空，爐內(nèi)氣壓≤6.5pa時開始檢漏，檢漏合格依次打開機械泵及前級閥2分鐘后開擴散泵，待泵油預熱完畢開主閥將爐體抽高真空，直到達到工藝所需的要求；

步驟4、升溫化料：當真空值達到預定真空時確認水壓正常后，啟動加熱電源，利用鎢桿電加熱至2000～2200℃使氧化鋁原料加熱、融化成熔液，當溫度達到所需的溫度后恒溫4小時后觀察化料情況，如果料未化則以0.5～1.5KW/h的升溫速度升溫直到原料完全融化成熔液；

步驟5、晶體生長過程：當氧化鋁原料完全融化為熔液時將晶種緩慢下降直到接觸到熔液表面，在晶種與熔液的固液界面上開始生長和晶種相同的晶體結構的單晶；

步驟6、冷卻：晶體生長結束后停爐通過降溫冷卻使晶體最后凝固成一整個單晶晶錠，等溫度降至室溫之后將晶錠取出；

步驟7、鉆取晶棒：把從直拉單晶爐中取出的單晶棒固定在線切割臺上，通過純水研磨，用鉆鋸將單晶棒切割成所需要的尺寸；

步驟8、檢測：檢測單晶棒相關技術參數(shù)，然后對晶棒進行微觀檢測分選即可得到晶棒產(chǎn)品。

步驟1所述的原料高純氧化鋁的純度為99.99%。

步驟3所述的高真空度為5.5×10^-3～9.5×10^-3pa。

步驟5所述的晶體生長是在單晶爐內(nèi)完成，整個流程約160～200小時。