藍寶石基材的制作方法與工藝

藍寶石基材本申請是申請日為2007年12月21日，申請號為200780048893.5，發明名稱為研磨藍寶石基材的方法的申請的分案申請。技術領域本申請一般涉及藍寶石基材以及精整這種基材的方法。

背景技術：
基于第III族和第V族元素的單晶氮化物材料的半導體組件非常適合用于發光二極管(LED)、激光二極管(LD)、顯示器、晶體管和檢測器之類的器件。利用第III族和第V族氮化物的半導體元件尤其可用于紫外和藍/綠波長區域內的發光器件。例如，氮化鎵(GaN)及相關材料如AlGaN、InGaN和它們的組合是高需求的氮化物半導體材料的最普通的例子。但是，由于種種原因，已經證明制造這種氮化物半導體材料的梨晶(boules)和基材是困難的。因此，在異質基底材料上外延生長氮化物半導體材料被認為是一種可行的替代方案。SiC(碳化硅)、Al2O3(藍寶石或剛玉)和MgAl2O4(尖晶石)等基材是常用的異質基底材料。這種異質基材與氮化物半導體材料、特別是GaN具有不同的晶格結構，因此產生晶格失配。盡管面對著這種失配及其伴生問題如半導體材料覆蓋層中存在應力和缺陷，工業上仍然需要大表面積、高質量的基材，特別是藍寶石基材。但是，生產高質量、大尺寸基材仍然面臨一些挑戰。

技術實現要素：
一個實施方式涉及一種藍寶石基材，該基材包括大致平坦的表面，其具有選自a-平面、r-平面、m-平面和c-平面取向的晶體取向，nTTV不大于約0.037μm/cm2，其中nTTV是相對于大致平坦的表面的表面積進行標準 化之后的總厚度變化，基材的直徑不小于約9.0cm。另一個實施方式涉及一種藍寶石基材，該基材包括大致平坦的表面，其具有選自a-平面、r-平面、m-平面和c-平面取向的晶體取向，TTV不大于約3.00μm，其中TTV是大致平坦的表面的總厚度變化。基材的直徑不小于約6.5cm，厚度不大于約525μm。另一個實施方式涉及機械加工藍寶石基材的方法，該方法包括使用第一固定磨料研磨藍寶石基材的第一表面，使用第二固定磨料研磨藍寶石基材的第一表面。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)。另一個實施方式涉及提供含藍寶石基材的藍寶石基材組的方法，該方法包括使用磨料研磨各藍寶石基材的第一表面，使第一表面具有c-平面取向，其中藍寶石基材組含至少20個藍寶石基材。各藍寶石基材具有第一表面，該第一表面具有(i)c-平面取向、(ii)晶體m-平面取向差角度(θm)和(iii)晶體a-平面錯誤取向角度(θa)，其中(a)取向差角度θm的標準偏差σm不大于約0.0130和/或(b)取向差角度θa的標準偏差σa不大于約0.0325。另一實施方式涉及包括至少20個藍寶石基材的藍寶石基材組。各藍寶石基材具有第一表面，該第一表面具有(i)c-平面取向、(ii)晶體m-平面取向差角度(θm)和(iii)晶體a-平面取向差角度(θa)，其中(a)取向差角度θm的標準偏差σm不大于約0.0130和/或(b)取向差角度θa的標準偏差σa不大于約0.0325。附圖簡要說明參考附圖，能更好地理解本發明，本發明的許多特征和優點對本領域的技術人員而言將是顯而易見的。圖1是依據一個實施方式形成基材的方法的流程圖。圖2顯示了根據一個實施方式的研磨設備。圖3A及3B是使用依據一個實施方式的研磨工具與傳統研磨工具的比較圖。圖4顯示了根據一個實施方式的拋光設備。圖5顯示了c-平面取向的藍寶石基材的取向差角度。在不同附圖中使用相同的附圖標記來表示類似或相同的事項。具體實施方式依據一方面，提供一種包括以下步驟的方法：使用第一固定磨料研磨藍寶石基材的第一表面，使用第二固定磨料研磨藍寶石基材的第一表面。該方法還要求第二固定磨料比第一固定磨料細小，這樣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。為了便于說明問題，通常可將磨料分為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體介質中形成懸浮液的研磨粒或研磨粉組成。固定磨料與自由磨料的差別通常在于固定磨料使用在材料基質內的研磨粉，所述材料基質將研磨粉相互之間的位置固定。固定磨料通常包括結合磨料和涂敷磨料。涂敷磨料的例子是砂紙；涂敷磨料通常是平坦片(或平坦片經過幾何處理形成帶、薄片(flaps)等)，其依賴于在上面沉積研磨粉以及各種膠結涂層(sizecoat)和構造涂層(makecoat)的撓性基材。相反，結合磨料通常不依賴于這種基材，由于研磨粉分布在基質結合材料中，研磨粉就利用基質結合材料固定彼此間的位置。通常對這種結合磨料組件進行成形或模塑，在結合基質會軟化、流動和潤濕粉料的固化溫度(通常高于750℃)進行熱處理，然后冷卻。可以使用各種三維形式，例如環形、圓錐形、圓柱形、截頭圓錐形、各種多邊形，并且可以形成為研磨輪、研磨塊、研磨鉆頭等形式。本文所描述的具體實施方式使用結合磨料形式的固定研磨料組件。參看圖1，顯示了依據一個實施方式形成基材的方法的流程圖。該方法首先在步驟101中形成單晶藍寶石的梨晶。應理解，藍寶石可形成為適合用作半導體器件、特別是LED/LD應用的基材的任何尺寸或形狀的坯體(blank)或梨晶。因此，常見的形狀是大致具有圓柱形輪廓的梨晶。根據所需的梨晶尺寸和形狀以及晶體的取向，可以使用科佐池(Czochralski)法、定邊喂膜生長法(Edge-DefinedFilmFedGrowth)(EFG)或凱羅珀羅(Kyropoulos)法等技術形成單晶藍寶石。在步驟101形成單晶藍寶石后，可以在步驟103將梨晶或坯體鋸切為一片片藍寶石，形成晶片。依據一個具體實施方式，鋸切藍寶石包括用線鋸鋸切大致為圓柱形的藍寶石梨晶。用線鋸鋸切藍寶石梨晶可以提供多個未經精整的藍寶石晶片。通常，用線鋸鋸切的持續時間約為數小時，例如約2.0-30小時。未精整的藍寶石晶片所需的厚度可以小于約10mm，例如約8.0mm，或小于約5.0mm。依據一個實施方式，在步驟103中用線鋸鋸切后，藍寶石晶片的厚度小于約3.0mm，例如小于約1.0mm。依據一個實施方式，使用一個或多個固定磨料線鋸元件，例如鍍覆或涂布了研磨顆粒的線鋸陣列來進行線鋸鋸切。在一個實施方式中，將超磨料如立方氮化硼(CBN)或金剛石涂敷在多個線鋸上，使藍寶石梨晶抵靠該線鋸網高速旋轉(例如，最多5000rpm)，從而單步就完成整個梨晶的切片。這種技術的一個例子是非繞卷型線鋸鋸切，例如由美國馬薩諸塞州塞勒姆的晶體系統公司(CrystalSystemsInc.ofSalem，Mass)提供的FAST(固定磨料切片技術)。另一個例子是卷軸-卷軸(spool-to-spool)線鋸鋸切系統。對于由EFG方法生產的通常為帶狀或片形的單晶原料，線鋸鋸切處理不是必需的，去芯的(cored-out)(即成形的)晶片可直接用于研磨步驟。為了清楚起見，文中所用的術語“晶片”和“基材”是同義詞，都指切成片的藍寶石材料，該材料形成或經處理后，用作半導體層在其上外延生長的基材，例如用于形成光電器件。通常將未精整的藍寶片稱為晶片，將經過精整的藍寶石片稱為基材，但是在本文中使用時，這些術語不一定表示這種區別。依據圖1所示的實施方式，在步驟103中經過鋸切形成多個藍寶石晶片后，可以對未精整的藍寶石晶片的表面進行處理。通常可對未精整藍寶石晶片的一個或兩個主要相對表面進行研磨，以提高表面的精整度。依據一個實施方式，在步驟105中對未精整藍寶石晶片進行粗磨。粗磨步驟可包括對未精整藍寶石基材兩個主表面的研磨。通常，粗磨處理以合理的高材料去除速率除去足夠多的材料，從而消除主表面由于線鋸鋸切造成的不規則性。因此，粗磨過程可除去未精整藍寶石基材主表面上不少于約30微米的材料，例如除去未精整藍寶石晶片主表面上不少于約40微米、或不少 于約50微米的材料。通常，粗磨過程可使用固定粗磨料，該粗磨料包含在結合材料基質中的粗磨顆粒。粗磨顆粒可包括常規的研磨顆粒，例如晶體材料或陶瓷材料，包括氧化鋁、二氧化硅、碳化硅、氧化鋯-氧化鋁等。作為補充或另選地，粗磨顆粒可包括超磨顆粒，包括金剛石和立方氮化硼或它們的混合物。在一些具體的實施方式中采用超磨顆粒。使用超磨顆粒的實施方式可使用非超磨陶瓷材料(例如上述的那些陶瓷材料)作為填料。關于粗磨料的其它方面，粗磨顆粒的平均粒徑不大于約300微米，例如不大于約200微米，甚至不大于約100微米。依據一個具體實施方式，粗磨顆粒的平均粒徑在約2.0微米至約300微米的范圍內，例如在約10微米至200微米的范圍內，更優選在約10微米至100微米的范圍內。典型的粗磨顆粒的平均粒徑在約25微米至75微米的范圍內。如上所述，粗磨料包含結合材料基質。通常，結合材料基質可包括金屬或金屬合金。合適的金屬包括鐵、鋁、鈦、青銅、鎳、銀、鋯、它們的合金等。在一個實施方式中，粗磨料包含不超過約90體積％的結合材料，例如不超過約85體積％的結合材料。通常，粗磨料包含不少于約30體積％的結合材料，甚至不少于約40體積％的結合材料。在一個具體的實施方式中，粗磨料中結合材料的含量在約40體積％至90體積％的范圍內。具體磨輪的例子包括US6,102,789、US6,093,092和US6,019,668中所描述的那些磨輪，這些專利文獻通過參考結合于此。通常，粗磨過程包括將未精整的藍寶石晶片設置在支架上，使藍寶石晶片相對于粗磨表面旋轉。參看圖2，它以部分剖開的示意圖的形式，顯示了典型研磨設備200的示意圖。研磨設備200可包括設置在支架201上的未精整晶片203，使得晶片203至少部分地凹入支架201。支架201可以旋轉，因而帶動未精整晶片203旋轉。具有磨邊207的磨輪205(圖中以剖開形式顯示)可以相對于未精整晶片203旋轉，從而研磨未精整晶片的表面；晶片203和磨輪205可以朝相同的方向旋轉(例如，都為順時針或逆時針)，由于旋轉軸之間的差異而產生研磨作用。如圖中所示，除了使磨輪205旋轉外，還可以向磨輪203施加下向力209。如圖中所示，粗磨料可以是具有圍繞內輪周邊的大致呈圓形的磨邊207的磨輪。依據一個實施方式，細磨處理包括使磨輪以大于約2000轉/分鐘(rpm)、例如大于約3000rpm、例如在3000-6000rpm范圍內的速度旋轉。通常使用液體冷卻劑，包括水性冷卻劑和有機冷卻劑。在一個具體的實施方式中，可以使用自修整粗磨表面。不同于許多常規固定磨料，自修整磨料通常不需要在使用過程中進行修整或額外的調理，特別適合于精確且穩定的研磨。對于自修整，結合材料基質可具有與研磨顆粒相應的特定組成、孔隙率和濃度，從而在研磨顆粒被磨平(wearflat)時，結合材料基質能夠如所期望的那樣破裂。在此，隨著研磨顆粒被磨平，基質的負載力增加，導致結合材料基質破裂。破裂有益地導致磨損的顆粒丟失，暴露出新鮮顆粒以及與之相關聯的新鮮切割邊。具體而言，自修整粗磨料的結合材料基質的破裂韌度小于約6.0MPa-m1/2，例如小于約5.0MPa-m1/2，特別在約1.0MPa-m1/2至3.0MPa-m1/2的范圍內。通常，自修整粗磨料中的一些結合材料被孔替代，這些孔通常是互連的孔隙。因此，結合材料的實際含量低于上述值。在一個具體實施方式中，粗磨料的孔隙率不小于約20體積％，例如不小于約30體積％，通常在約30體積％至約80體積％之間，例如約30體積％至約80體積％，約30體積％至約70體積％。依據一個實施方式，粗磨料包含約50體積％至約70體積％的孔隙。應理解，孔隙可以是開放或閉合的，在具有較高百分孔隙率的粗磨料中，孔隙通常是開放的互連孔。孔徑通常在約25微米至約500微米的范圍內，例如約150微米至約500微米的范圍內。上述孔相關值和文中描述的孔相關值是聯系各種組件的預加工或預研磨提出的。依據一個實施方式，限制粗磨顆粒的含量，以進一步提高自修整能力。例如，粗磨料含有不超過約50體積％、不超過40體積％、不超過30體積％、例如不超過約20體積％、甚至不超過約10體積％的粗磨顆粒。在一個具體實施方式中，粗磨料包含不少于約0.5體積％且不超過約25體積％的粗磨顆粒，例如在約1.0體積％至約15體積％范圍內的粗磨顆粒，或特別在約2.0體積％至約10體積％范圍內的粗磨顆粒。參看圖3，所示兩幅圖比較了自修整磨料表面和傳統磨料表面施加于 磨輪的法向力與研磨時間之間的函數關系。如圖所示，在所示三個研磨操作301、302和303(301-303)的每一個中，自修整磨料都具有基本恒定的峰值法向力。另外，研磨操作301-303相互比較的峰值法向力幾乎無差別。相反，對于傳統磨料表面，各研磨操作304、305、306和307(304-307)相互比較，為了有效研磨表面所需的法向力增加，并且在各研磨操作304-307的過程中，法向力也增加。研磨過程中的法向力這樣增加，很容易導致明顯的表面缺陷和表面下缺陷(高缺陷密度)以及不均勻的研磨，即使經常進行修整操作也是如此。依據一個實施方式，在使用自修整粗磨料的研磨過程中，峰值法向力包括在研磨操作期間向基材表面施加的不超過約200N/mm寬度(沿著基材與磨輪之間的接觸面測得)的法向力。在另一個實施方式中，在研磨操作期間，施加的峰值法向力不大于約150N/mm寬度，例如不大于約100N/mm寬度，甚至不大于約50N/mm寬度。粗磨后，晶片的平均表面粗糙度Ra通常小于約1微米。通常，隨后進行細磨，這樣不僅可以改善基材的宏觀性質，包括平坦度、彎曲度、翹曲度、總厚度變化和表面粗糙度，而且可以減少尺度更小的缺陷，例如減少表面下損害，例如結晶度損害，尤其包括減少或消除晶體位錯。在一些情況中，第一粗磨步驟可以省略，或者用精研(lapping)操作代替，精研操作使用通常為漿料形式的自由磨料。在這種情況中，第二研磨操作使用上述自修整固定磨料。再回頭討論圖1所示的實施方式，在步驟105中完成粗磨后，在步驟107中對藍寶石晶片進行細磨。細磨過程通常除去材料，直到基本上消除粗磨過程105導致的缺陷。因此，依據一個實施方式，細磨過程從藍寶石基材主表面上除去不少于約5.0微米的材料，例如不少于約8.0微米的材料，或者不少于約10微米的材料。在另一個實施方式中，除去更多的材料，這樣從藍寶石基材表面上除去的材料不少于約12微米，甚至不少于約15微米。通常，細磨步驟107在一個表面上進行，這一點與步驟105中的粗磨過程不同，后者可包括在未精整藍寶石晶片的兩個主表面上都進行研磨。細磨可使用固定細磨料，其包括在結合材料基質中的細磨顆粒。細磨 顆粒可包括常規的研磨顆粒，例如晶體材料或陶瓷材料，包括氧化鋁、二氧化硅、碳化硅、氧化鋯-氧化鋁或超磨顆粒，例如金剛石和立方氮化硼，或它們的混合物。在一些具體的實施方式中采用超磨顆粒。使用超磨顆粒的實施方式可使用非超磨陶瓷材料(例如上述的那些陶瓷材料)作為填料。依據一個實施方式，細磨料含有不超過約50體積％、不超過40體積％、不超過30體積％、例如不超過約20體積％、甚至不超過約10體積％的細磨顆粒。在一個具體實施方式中，細磨料包含不少于約0.5體積％且不超過約25體積％的細磨顆粒，例如在約1.0體積％至約15體積％范圍內的細磨顆粒，或特別在約2.0體積％至約10體積％范圍內的細磨顆粒。關于細磨料的其它方面，細磨顆粒的平均粒徑不大于約100微米，例如不大于約75微米，甚至不大于約50微米。依據一個具體實施方式，細磨顆粒的平均粒徑在約2.0微米至約50微米的范圍內，例如在約5微米至35微米的范圍內。通常，粗固定磨料和細固定磨料之間的平均粒徑差值至少為10微米，通常至少為20微米。類似于粗磨料，細磨料可包含結合材料基質，該結合材料基質可包括金屬或金屬合金之類的材料。合適的金屬包括鐵、鋁、鈦、青銅、鎳、銀、鋯、它們的合金。在一個實施方式中，細磨料包含不超過約70體積％的結合材料，例如不超過約60體積％的結合材料，或不超過約50體積％的結合材料。依據另一個實施方式，細磨料包含不超過約40體積％的結合材料。通常，細磨料中結合材料的含量不少于約10體積％，通常不少于15體積％，或不少于20體積％。此外，細固定磨料可包括一定程度的孔隙率。在一個具體實施方式中，細磨料的孔隙率不小于約20體積％，例如不小于約30體積％，通常在約30體積％至約80體積％之間，例如約50體積％至約80體積％，或約30體積％至約70體積％。依據一個實施方式，細磨料包含約50體積％至70體積％的孔隙。應理解，孔隙可以是開放或閉合的，在具有較高百分孔隙率的細磨料中，孔隙通常是開放的互連孔。孔徑通常在約25微米至約500微米的范圍內，例如約150微米至500微米的范圍內。在步驟107的細磨過程中，如上所述，細磨料是自修整的。類似于自 修整粗磨料，自修整細磨料包含結合材料基質，其通常包括具有特定破裂韌度的金屬。依據一個實施方式，結合材料基質的破裂韌度小于約6.0MPa-m1/2，例如小于約5.0MPa-m1/2，特別在約1.0MPa-m1/2至約3.0MPa-m1/2的范圍內。US6,755,729和US6,685,755中描述了自修整細磨組件，這些專利文獻通過參考結合于此。通常，細磨過程107包括與上述粗磨過程105中描述的類似的設備和過程。也就是通常將未精整藍寶石晶片設置在支架上，使藍寶石晶片相對于細磨表面旋轉，所述細磨表面通常是具有圍繞內輪周邊的大致呈圓形的磨邊的磨輪。依據一個實施方式，細磨處理包括使磨輪以大于約2000轉/分鐘(rpm)、例如大于約3000rpm、例如在3000-6000rpm范圍內的速度旋轉。通常使用液體冷卻劑，包括水性冷卻劑和有機冷卻劑。如上所述，細磨料可以是自修整的，因此通常具有在自修整粗磨料中描述的性質。但是，依據一個實施方式，在細磨過程中的峰值法向力包括在細磨操作期間所施加的不超過約100N/mm寬度的法向力。在另一個實施方式中，在研磨操作期間，峰值法向力不大于約75N/mm寬度，例如不大于約50N/mm寬度，甚至不大于約40N/mm寬度。以上關于粗磨料和細磨料的描述涉及實際研磨工具的固定磨料組件。顯然，這些組件不構成研磨工具的整體，僅僅是工具中經設計用于接觸工件(基材)的一部分，固定磨料組件可以為區段形式。在未精整藍寶石晶片經過細磨后，晶片的平均表面粗糙度Ra通常小于約0.10微米，例如小于約0.05微米。在對藍寶石晶片細磨(107)后，可以對晶片進行如EP0221454B1中所描述的應力釋放處理。如文中所描述的，應力釋放可通過蝕刻或退火處理進行。退火可以在1000℃以上的溫度進行數小時。再參看圖1的實施方式，在步驟107細磨后，在步驟111中對經過研磨的藍寶石晶片進行拋光。通常，拋光利用在晶片表面與加工工具之間的漿料，晶片和加工工具可以相互相對移動，以進行拋光操作。利用漿料的拋光操作通常落在化學-機械拋光(CMP)的類別中，漿料可包括懸浮在液體介質中的疏松研磨顆粒，以有利于從晶片上除去精確量的材料。因此，依 據一個實施方式，拋光過程111可包括CMP，使用含磨料和添加劑化合物的漿料，所述添加劑化合物的作用是增強或緩和材料的去除。化學組分可以是例如磷化合物。實際上，磨料提供機械組分，添加劑提供化學活性組分。疏松磨料通常是納米級的，平均粒徑小于1微米，通常小于200納米。通常，中值粒度(medianparticlesize)在略窄的范圍內，例如在約10-150納米的范圍內。為了解釋技術術語，低于約1微米的中值粒度通常表示一種對應于下文所述的主題內容的拋光過程，在該過程中是通過以低材料去除速率進行機械加工來進行表面精修整。如果中值粒度大于約1.0微米，例如約2.0-5.0微米，則機械加工通常為精研操作。特別有用的疏松磨料是氧化鋁，例如多晶或單晶γ-氧化鋁形式的氧化鋁。如上所述，在漿料中可存在磷添加劑。通常，磷添加劑的濃度在約0.05重量％-5.0重量％的范圍內，例如約0.10重量％-3.0重量％的范圍內。具體實施方式采用的濃度在略窄的范圍內，例如約0.10重量％-2.0重量％。依據一個實施方式，磷化合物含氧，其中氧與磷元素鍵合。該類材料稱為氧磷(oxophosphorus)材料。具體地，氧磷化合物含一價、三價或五價的磷，在具體的實施方式中，使用含五價磷的氧磷化合物可以進行有效的機械加工。在其它實施方式中，除了與氧鍵合外，磷還可以與碳鍵合，通常稱為有機磷化合物，也就是膦酸酯/鹽。其它磷化合物包括磷酸酯/鹽、焦磷酸酯/鹽、連二磷酸酯/鹽、堿式磷酸酯/鹽、亞磷酸酯/鹽、焦亞磷酸酯/鹽、次磷酸酯/鹽和鏻化合物。具體的磷化合物包括磷酸鉀、六偏磷酸鈉、羥基膦酰乙酸(Belcor575)和氨基三-(亞甲基膦酸)(Mayoquest1320)。通常，包含磨料組分和含磷化合物的添加劑的漿料通常是水性的，即是基于水的。實際上漿料通常具有堿性pH，例如pH大于約8.0，例如大于約8.5。pH的數值最多約為12。關于對經過研磨的藍寶石晶片進行拋光的設備，圖4顯示了依據一個實施方式的拋光設備的基本結構的示意圖。設備401包括加工工具，在此情況中是由拋光墊410和支撐拋光墊的臺板組成的工具。臺板和拋光墊410具有大致相同的直徑。臺板可沿著箭頭所指的旋轉方向圍繞中心軸旋 轉。模板412具有多個圓形凹槽，各凹槽分別容納基片414，基片414夾在拋光墊410和模板412之間。帶有基片414的模板412繞其中心軸旋轉，其中rp表示從拋光墊旋轉中心到模板412中心的徑向距離，rt表示從各基片到模板旋轉中心的徑向距離。設備401的構造是常用于拋光操作的構造，但是也可以使用不同的構造。與無磷基添加劑的漿料相比，向漿料中加入磷化合物通常會提高材料去除速率(MRR)。就此而言，這種提高可用MRRadd/MRRcon的比值表示，依據一個實施方式，該比值不小于約1.2。MRRadd表示包含磨料和含磷化合物的添加劑的漿料的材料去除速率，而MRRcon是對照漿料在完全相同的處理條件下的材料去除速率，對照漿料與上述漿料基本完全相同，僅僅是無包含磷化合物的添加劑。依據其它實施方式，該比值較大，例如不小于約1.5，甚至不小于約1.8，在一些特定的樣品中，去除速率是僅含氧化鋁磨料但無磷化合物添加劑的漿料的兩倍。雖然上文中已經重點討論了幾種實施方式，包括基于氧化鋁基拋光漿料的實施方式，但是也可以使用具有極佳效果的其它研磨材料，包括二氧化硅、氧化鋯、碳化硅、碳化硼、金剛石等。實際上，含磷基化合物的氧化鋯基漿料經證實具有特別良好的拋光性質，即與氧化鋁基材上只有二氧化硅相比，材料去除速率提高了30％-50％。依據一個特定方面，提供一種高表面積藍寶石基材，該基材包括大致平坦的表面，其具有a-平面取向、r-平面取向、m-平面取向或c-平面取向，并且包括受控的維數。文中所用的術語“x-平面取向”表示基材具有大致沿著晶體x-平面延伸的主表面，根據基材的具體規格，例如終端客戶所規定的規格，通常具有輕微的偏離x-平面的取向差。具體的取向包括r-平面和c-平面取向，某些實施方式采用c-平面取向。如上所述，基材可具有所需的受控維數。受控維數的一種量度是總厚度變化，包括TTV(總厚度變化)和nTTV(標準化的總厚度變化)中的至少一種。例如，依據一個實施方式，TTV通常不大于約3.00μm，例如不大于約2.85μm，甚至不大于約2.75μm。上述TTV參數與大尺寸晶片、特別是 具有受控厚度的大尺寸晶片相關。例如，一些實施方式中直徑可以不小于約6.5cm，厚度不大于約490μm。依據某些實施方式，上述TTV參數與特別大尺寸的晶片相關，包括直徑不小于7.5cm、不小于9.0cm、不小于9.5cm或不小于10.0cm的晶片。晶片尺寸還可以用表面積表示，上述TTV值可以與表面積不小于約40cm2、不小于約70cm2、不小于約80cm2、甚至不小于約115cm2的基材相關。另外，晶片的厚度可以進一步控制在不大于約500μm、例如不大于約490μm的值上。應注意，文中在描述晶片、基材或梨晶尺寸時使用的術語“直徑”是指與晶片、基材或梨晶吻合的最小圓周的直徑。因此，如果這類組件具有一個或多個平面(flats)，這類平面不會影響組件的直徑。各種實施方式具有受控良好的nTTV，例如不大于約0.037μm/cm2。在具體的實施方式中，具有更佳的nTTV，例如不大于0.035μm/cm2，甚至不大于0.032μm/cm2。尤其是這些受控nTTV可以在大尺寸基材中獲得，例如基材的直徑不小于約9.0cm，甚至不小于約10.0cm。晶片尺寸還可以用表面積表示，上述nTTV值可以與表面積不小于約90cm2、不小于約100cm2、不小于約115cm2的基材相關。關于藍寶石基材的總厚度變化值，TTV是藍寶石基材(忽略邊緣禁區，該區域通常包括從晶片邊緣圍繞晶片圓周延伸的3.0mm的環)的最大厚度與最小厚度之間的絕對差值，nTTV是該值(TTV)對藍寶石基材的表面積進行標準化后的值。測量總厚度變化的方法如ASTM標準F1530-02中所述。通常，nTTV值以及本發明揭示的所有其它標準化的特征，可以針對具有大致平坦表面和大致圓形周長的藍寶石基材進行標準化，所述藍寶石基材可包括用于識別基材取向的平面。依據一個實施方式，藍寶石基材的表面積不小于約25cm2，例如不小于約30cm2，不小于35cm2，甚至不小于約40cm2。而且，所述基材可具有更大的表面積，例如大致平坦的表面的表面積不小于約50cm2，甚至不小于約60cm2，或不小于約70cm2。藍寶石基材的直徑可大于約5.0cm(2.0英寸)，例如不小于約6.0cm(2.5英寸)。但是，藍寶石基材的直徑一般為7.5cm(3.0英寸)或更大，特別包括10cm(4.0英寸)的晶片。關于藍寶石基材的其它特征，在一個實施方式中，藍寶石基材的大致平坦的表面的表面粗糙度Ra不大于約例如不大于約或約為甚至不大于約可以獲得更佳的表面粗糙度，例如不大于約例如不大于約或不大于約依據上述方法處理的藍寶石基材的大致平坦表面還具有優良的平坦度。表面的平坦度通常理解為表面與最佳擬合參考平面的最大偏差(參見ASTMF1530-02)。就此而言，標準化的平坦度是用大致平坦表面的表面積對表面平坦度進行標準化之后得到的數值。依據一個實施方式，大致平坦的表面的標準化平坦度(n-平坦度)大于約0.100μm/cm2，例如不大于約0.080μm/cm2，甚至不大于約0.070μm/cm2。而且，大致平坦的表面的標準化平坦度可以小于、例如不大于約0.060μm/cm2，或不大于約0.050μm/cm2。依據本發明方法處理的藍寶石基材的翹曲度減小，翹曲度用標準化的翹曲度表示，在下文中稱為n-翹曲度。基材的翹曲度通常理解為基材與最佳擬合參考平面之間中心表面的偏差(參見ASTMF697-92(99))。關于n-翹曲度的測量，翹曲度根據藍寶石基材的表面積進行標準化。依據一個實施方式，n-翹曲度不大于約0.190μm/cm2，例如不大于約0.170μm/cm2，甚至不大于約0.150μm/cm2。大致平坦的表面還具有減小的彎曲度。表面的彎曲度通常理解為表面或一部分表面凹陷或變形的絕對測量值，該值是相對于與任何厚度變化無關的基材中心線測量的。依據本發明方法處理的基材的大致平坦表面還具有減小的標準化彎曲度(n-彎曲度)，該值是用大致平坦表面的表面積標準化后得到的彎曲度值。因此，在一個實施方式中，大致平坦表面的n-彎曲度不大于約0.100μm/cm2，例如不大于約0.080μm/cm2，甚至不大于約0.070μm/cm2。依據另一個實施方式，基材的n-彎曲度在約0.030μm/cm2至約0.100μm/cm2的范圍內，特別在約0.040μm/cm2至約0.090μm/cm2的范圍內。關于藍寶石基材的取向，如上所述，大致平坦的表面具有c-平面取向。C-平面取向可包括大致平坦表面與c-平面在各個方向上人為造成或特意形成的傾斜角度。就此而言，依據一個實施方式，藍寶石基材的大致平坦表 面的傾斜角度不大于約2.0°，例如不大于約1.0°。通常，傾斜角度不小于約0.10°，或不小于0.15°。傾斜角度是在基材表面法線與c-平面法線之間形成的角度。依據文中所述的實施方式，藍寶石晶片的加工需要產生控制良好的晶片-晶片精準性。更具體地，關于c-平面取向的晶片，晶片表面相對于藍寶石晶體的c-平面的精確取向應該精確固定，特別是通過晶片-晶片結晶差異定量地固定。參看圖5，Z是藍寶石拋光表面的單位法線，θA、θM和θC是分別與a-平面、m-平面和c-平面規化正交的正交單位矢量。A和M分別是θA、θM在藍寶石表面限定的平面上的投影(A＝θA-Z(θA.Z)，M＝θM-Z(θM.Z))。a-方向上的取向差角度是θA與其在含A和M的平面上的投影之間的角度，而m-方向上的取向差角度是θM與其在含A和M的平面上的投影之間的角度。取向差角度標準變差σ是取向差角度在整個晶片組(通常至少包括20個晶片)中的標準偏差。依據實施方式，如文中所述進行加工，特別是結合上文詳述的研磨過程，得到多個具有精確晶體取向的藍寶石晶片。基材組通常具有不少于20個晶片，有時具有30或更多個晶片，各基材組中的晶片可來自不同藍寶石芯或梨晶。應注意，一個組可包括若干單獨包裝的亞組。晶片組的θM在整個晶片組中的標準偏差σM不大于約0.0130度，例如不大于0.0110度，或不大于0.0080度。晶片組的θA的標準偏差σA不大于約0.0325度，例如不大于0.0310度，或不大于0.0280度。與現有技術中制造用于LED/LD基材的晶片/基材的方法相比，本發明的實施方式具有顯著的優點。例如，依據若干實施方式，使用粗磨料(常稱為自修整粗固定磨料)結合自修整細磨料，以及特定的CMP拋光技術和化學處理，有利于生產具有優良幾何性質(即nTTV、n-翹曲度、n-彎曲度和n-平坦度)的精確精整藍寶石晶片。除了控制幾何性質外，上文提供的方法再結合精確的線鋸鋸切，有利于獲得在整個基材上對傾斜角度差異具有良好控制的精確取向的晶片。在這些方面，改善的幾何性質以及對基材與基材間表面取向的精確控制，有利于生產具有更均一發光性質的穩定可靠的LED/LD器件。經歷文中所述的各處理步驟之后，經過處理的藍寶石基材表面通常具有適合用于LED/LD器件的晶體結構。例如，在一些實施方式中，根據X射線圖譜分析測得的位錯密度小于1E6/cm2。特別值得注意的是，通過本發明實施方式對大尺寸基材和具有受控厚度的基材實現了對尺寸和/或晶體取向的控制。在這些方面，依據現有技術水平，對于給定厚度，對尺寸和晶體的控制隨著晶片尺寸(表面積)的增加而迅速變差。因此，現有技術的加工通常依賴于增加厚度以至少部分地保持尺寸控制和晶體控制。相反，本發明的實施方式可以提供基本與厚度無關并且對晶片或基材尺寸依賴性減小的這種控制。實施例以下實施例提供了依據若干實施方式處理晶片的方法，尤其描述了生產具有改善的尺寸性質和取向的高表面積晶片的加工參數。在以下實施例中，依據本發明實施方式加工和形成直徑為2英寸、3英寸和4英寸的c-平面藍寶石晶片。如上所述，從對梨晶進行切割或切片開始加工。使用線鋸鋸切技術將梨晶切開，其中將梨晶放在涂敷了切割元件(例如金剛石顆粒)的線鋸上，并開始旋轉。梨晶高速旋轉，旋轉速度在約2000rpm至5000rpm的范圍內。在梨晶旋轉的同時，梨晶與多個線鋸鋸段接觸，所述線鋸鋸段通常在與梨晶表面相切的方向上高速往返運動，從而促進鋸切。線鋸鋸段以約100次循環/分鐘的速度往返運動。可以引入其它液體，例如漿料，以促進切片。在此情況中，線鋸鋸切處理持續數小時，在約4-8小時的范圍內。應理解線鋸鋸切處理的持續時間至少部分地依賴于被切片的梨晶的直徑，因此可以持續8小時以上。在線鋸鋸切后，晶片的平均厚度約為1.0mm或更薄。通常，晶片的平均表面粗糙度(Ra)小于約1.0微米，平均總厚度變化約為30微米，平均彎曲度約為30微米。在用線鋸鋸切梨晶后產生晶片，對該晶片進行研磨處理。研磨過程至少包括第一粗磨過程和第二細磨過程。在粗磨過程中，使用自修整粗磨輪， 例如PICO型磨輪，Coarse#3-17-XL040，由圣戈本磨料公司(Saint-GobainAbrasives，Inc.)生產，該磨輪結合了平均粒度約60-80微米的金剛石砂粒。例如，使用Strasbaugh7AF超精密磨機完成對晶片的粗磨。下表1提供了粗磨過程的周期和參數。在下表1和2中，在一系列重復研磨步驟中連續去除材料。步驟1-3表示在所述磨輪和夾盤速率以及進給速率下進行的主動研磨步驟。在無偏置的情況下停頓，即進給速率為零。此外，在相反方向以進給速率進行提升，磨輪以所示的進給速率從基材表面提升。表1：在粗磨過程之后，對晶片進行細磨處理。細磨過程也使用自修整磨輪，例如IRIS型磨輪Fine#4-24-XL073，由圣戈本磨料公司(Saint-GobainAbrasives，Inc.)生產，該磨輪使用平均粒度約10-25微米的金剛石磨粒。同樣，在該實施例中使用Strasbaugh7AF超精密磨機完成對晶片的細磨。與粗磨過程相比，細磨過程中在表2所示的特定加工周期和參數下處理晶片。表2在粗磨和細磨過程后，如上所述對藍寶石晶片進行應力釋放處理。在應力釋放后，對藍寶石晶片進行最后的拋光。制備幾種拋光漿料，用于研究pH和磷酸酯/鹽的作用以及堿和鈣的作用。如下所述，表3顯示了對基本漿料(漿料1)的改進。使用直徑2”的C-平面藍寶石圓盤，在Buehler ECOMET4拋光機上進行拋光。拋光在H2墊(可購自美國賓夕法尼亞州費城的羅門哈斯公司(RohmandHaasCompanyofPhiladelphia，PA))上進行，漿料流速為40毫升/分鐘，臺板轉速為400rpm，支架轉速為200，下向力為3.8psi。表3表4漿料編號化學組成1氧化鋁漿料，10％固體，含NaOH2氧化鋁漿料，10％固體，含NaOH3氧化鋁漿料，10％固體，含NaOH4氧化鋁漿料，10％固體，含NaOH5氧化鋁漿料，10％固體，含NaOH和1％焦磷酸鈉6氧化鋁漿料，10％固體，含NaOH和1％Dequest20667氧化鋁漿料，10％固體，含NaOH和1％Dequest20548氧化鋁漿料，10％固體，含NaOH9氧化鋁漿料，10％固體，含KOH10氧化鋁漿料，10％固體，含氫氧化鋁11氧化鋁漿料，10％固體，含NaOH和1％氯化鈣關于拋光數據，從上述表3和表4可以看出，漿料3和漿料4顯示，當pH從9遷移到11時，拋光性能明顯提高。另外，已經發現表面精整度更佳，這意味著生產率更高。有機膦酸(漿料6和7)和無機磷酸鹽(漿料5) 進一步提高了表面精整度和材料去除速率。較高的堿性pH可以提高去除速率和精整度，與氫氧化鉀(漿料9)和氫氧化銨(漿料10)相比，氫氧化鈉是合適的增加pH的途徑(漿料8)。漿料11組合使用了作為疏松磨料組分的氧化鋁，從而顯著影響了材料的去除速率，使之適中。在對藍寶石晶片進行了上述處理后，進行晶片尺寸幾何性質(dimensionalgeometry)的表征。通過比較依據本發明方法和使用常規方法加工的藍寶石晶片的尺寸幾何性質，可以得到比較數據，所述常規方法依賴于用自由研磨漿料進行的精研而非研磨。表5中提供了比較數據，TTV和翹曲度的單位是微米，而nTTV和n-翹曲度的單位是微米/厘米2，直徑(d)和厚度(t)的單位分別是英寸和微米。表5對于所有晶片直徑，基本表面的法線與晶片c軸之間的角度小于1度。此外，測量晶片組中各晶片的取向差角度θM和θA，以檢測晶片與晶片之間的偏差度，用標準偏差σM和σA定量地表示。結果列于表6。表6，取向差角度標準偏差σ依據實施例處理的晶片具有改善的尺寸幾何性質，特別是改善的TTV、nTTV、翹曲度和n-翹曲度，以及以取向差角度標準偏差表示的結晶精確性。表5中的各值是至少8個數據的平均值。表6中所示的標準偏差值σ是在依據上述處理流程制得的晶片和用常規處理方法制得的晶片的不同晶片組 中測得的，其中在常規處理中，在整個研磨過程中都使用精研。值得注意的是，實施例通常在比常規處理薄的晶片厚度下實現尺寸幾何性質的改善，這些性質用TTV和翹曲度值定量地表示。一些實施方式還對各晶片的尺寸幾何性質提供了更好的控制，使之更加穩定，并且還對晶片組提供了更佳的晶體學控制。而且，實施例提供了改善的可縮放性，表現為尺寸幾何性質隨著晶片直徑的增加而提高。雖然固定磨料研磨一般已經用于精整應用中，但是本發明人發現在嚴密尺寸控制下加工藍寶石晶片是特定的方法特征。常規加工方法依賴低進給速率和高夾盤速率來改善尺寸幾何性質。但是，已經發現這種低進給速率(例如0.5微米/秒)和高夾盤速率(例如590rpm)產生具有過度n-彎曲度、n-翹曲度和/或nTTV的晶片。增強尺寸控制能在非常規處理條件下獲得成功的原因至今為止還未得到完全理解，但是似乎與藍寶石基材、尤其是大尺寸基材(例如3英寸和4英寸的藍寶石基材)的機械加工相關。依據文中所述的實施方式，以顯著的高產率和生產率產生高表面積、高質量的用于支撐有源器件的基材。文中所提供的加工程序所產生的晶片具有可重復的、在尺寸上高度精確的幾何晶體學參數。而且，文中提供的實施方式提供了處理技術、參數、化學試劑和設備的獨特組合，表現出與現有技術和常規方法的差異，可提供具有明顯改善的尺寸幾何性質和晶體精確性的晶片。上述主題內容應認為是說明性的，不構成限制，所附權利要求書意在覆蓋落在本發明的真正范圍之內的所有這樣的改進、提高和其他實施方式。因此，為得到法律允許的最大范圍，本發明的范圍由對以下權利要求書和其等同內容所允許作的最寬泛的解釋來確定，并且不受前面的詳細描述的限制或限定。