可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明旨在提供一種可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，包括若干個(gè)設(shè)置在承載盤上方的晶圓凹槽，用于置放外延晶圓襯底，所述晶圓凹槽的背面至少設(shè)置有一開槽結(jié)構(gòu)，且所述開槽結(jié)構(gòu)與石墨承載盤呈同心圓關(guān)系，所述開槽結(jié)構(gòu)并填充導(dǎo)入材料或僅開槽結(jié)構(gòu)，用于在外延生長過程中能實(shí)現(xiàn)石墨承載盤局部溫場調(diào)控，從而平衡石墨承載盤的整體溫場，提高外延晶圓的邊緣良率，改善外延晶圓的波長均勻性和整體良率。
【專利說明】可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤。

【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)光二極管(英文為Light Emitting Diode,簡稱LED)是一種固態(tài)半導(dǎo)體二極管 發(fā)光器件，被廣泛用于指示燈、顯示屏等照明領(lǐng)域。
[0003] 目前,LED外延(英文為Epitaxy)晶圓多是通過金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀(英 文為 Metal-organic Chemical Vapor Deposition，簡稱M0CVD)獲得，其制程一般為：將外延 晶圓襯底(如藍(lán)寶石襯底）放入石墨承載盤(英文為Wafer carrier)的凹槽上，連同石墨承 載盤一起被傳入M0CVD反應(yīng)室內(nèi)，襯底連同石墨承載盤被一起加熱到高溫1000°C左右，反 應(yīng)室內(nèi)通入有機(jī)金屬化合物和五族氣體，高溫裂解后在晶圓襯底上重新聚合形成LED外延 層。
[0004] 圖1展示了傳統(tǒng)的LED外延用石墨承載盤俯視圖，其上分布為若干個(gè)設(shè)置在承載 盤上方的晶圓凹槽1(英文可稱之為Pocket Profile)，用于置放外延晶圓襯底。目前LED石 墨承載盤的晶圓凹槽1設(shè)計(jì)主要有三種：平盤（Flat盤)，臺(tái)階狀邊緣盤（Rim盤）和突起狀 邊緣盤（Tab盤)。
[0005] 以GaN基LED為例，由于藍(lán)寶石晶圓襯底與GaN外延層存在較大的晶格失配和熱 失配，在外延生長過程中，襯底會(huì)產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，尤其是4寸襯底的翹曲更為嚴(yán)重現(xiàn)象，導(dǎo) 致外延片不同位置的溫場分布離散度高，例如平邊位置的溫度偏低，引起平邊位置的波長 偏長、STD良率低、表面黑洞等問題，導(dǎo)致外延良率和芯片良率偏低。因此，采用傳統(tǒng)的石墨 承載盤無法精確調(diào)控局域溫場，很難獲得均勻性良率良好的LED外延片。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】
為解決以上現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，其用于外 延生長的LED晶圓，具有溫場均勻性好、波長均勻性好、整體良率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，包括若干個(gè)設(shè)置在承載盤 上方的晶圓凹槽，用于置放外延晶圓襯底，所述晶圓凹槽的背面至少設(shè)置有一開槽結(jié)構(gòu)，且 所述開槽結(jié)構(gòu)與石墨承載盤呈同心圓關(guān)系。
[0008] 晶圓凹槽設(shè)置在承載盤上方，用于置放外延晶圓襯底，還包括石墨承載盤的邊緣 以及設(shè)置在石墨承載盤中心的軸孔。根據(jù)不同工藝參數(shù)的需要，可設(shè)置不同數(shù)量及不同尺 寸的凹槽。
[0009] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是：所述開槽結(jié)構(gòu)的形狀為連續(xù)式環(huán)形或間斷式環(huán) 形。
[0010] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是：所述開槽結(jié)構(gòu)位于晶圓襯底平邊空隙位置的下 方，并在開槽結(jié)構(gòu)中填充導(dǎo)熱系數(shù)比石墨承載盤高的高導(dǎo)熱材料。
[0011] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是：所述高導(dǎo)熱材料為石墨烯或碳化硅或鈦金屬或 鎢金屬或前述任意組合。
[0012] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是：所述開槽結(jié)構(gòu)位于晶圓襯底的下方，可以在開 槽結(jié)構(gòu)中填充導(dǎo)熱系數(shù)比石墨承載盤低的低導(dǎo)熱材料，也可不填充任何導(dǎo)熱材料。
[0013] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是：所述低導(dǎo)熱材料為陶瓷或碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂 或聚四氟乙烯或前述任意組合。
[0014] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是：所述填充高導(dǎo)熱材料的開槽結(jié)構(gòu)在晶圓凹槽背 面的位置遠(yuǎn)離石墨承載盤中心。
[0015] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是：所述不填充導(dǎo)熱材料或者填充低導(dǎo)熱材料的開 槽結(jié)構(gòu)在晶圓凹槽背面的位置靠近石墨承載盤中心。
[0016] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是：所述開槽結(jié)構(gòu)的形成方式可與晶圓凹槽一體成 型，或是在形成晶圓凹槽后采用挖槽方式成型。
[0017] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是：所述開槽結(jié)構(gòu)的高度為4~10mm。
[0018] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是：所述開槽結(jié)構(gòu)的個(gè)數(shù)與所述晶圓凹槽的圈數(shù)一 致。
[0019] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是：所述導(dǎo)熱材料的填充方式為涂覆或鍵合或前述 組合。
[0020] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，所述開槽結(jié)構(gòu)并填充導(dǎo)熱材料或僅開槽結(jié)構(gòu)，用于在外延 生長過程中能實(shí)現(xiàn)石墨承載盤局部溫場調(diào)控，從而平衡石墨承載盤的整體溫場，提高外延 晶圓的邊緣良率，改善外延晶圓的波長均勻性和整體良率。
[0021] 本發(fā)明公開的石墨承載盤，其在晶圓凹槽的背面設(shè)置開槽結(jié)構(gòu)并填充材料(或僅 開槽結(jié)構(gòu))，能夠調(diào)控石墨承載盤局部溫場（Locally Controlled Temperature),提高晶圓 襯底平邊對應(yīng)位置的溫度，從而平衡石墨承載盤的整體溫場，有利于改善平邊位置溫度偏 低導(dǎo)致波長偏長、表面黑點(diǎn)等缺陷高、STD差等問題，有效提升外延晶圓的波長均勻性、表面 良率、光電性能和芯片良率。
[0022] 上述可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，適用于LED外延制程的M0CVD方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明實(shí)施 例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比 例繪制。
[0024] 圖1是傳統(tǒng)的LED外延用石墨承載盤俯視圖（為便于理解，襯底未全部示出）。
[0025] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的石墨承載盤仰視圖。
[0026] 圖3是圖2凹槽結(jié)構(gòu)沿A-A方向的剖視圖。
[0027] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的石墨承載盤與傳統(tǒng)石墨承載盤的外延晶圓溫場對比圖。
[0028] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的石墨承載盤與傳統(tǒng)石墨承載盤的外延晶圓波長對比圖。
[0029] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例2的石墨承載盤仰視圖(外圈晶圓襯底未不出）。
[0030] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例3的石墨承載盤仰視圖(外圈晶圓襯底未不出）。
[0031] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例4的石墨承載盤仰視圖(外圈晶圓襯底未不出）。
[0032] 符號(hào)說明 1 :石墨承載盤上的晶圓凹槽；2 :石墨承載盤的邊緣；3 :石墨承載盤中心的軸孔；4 :具 有平邊的晶圓襯底；5 :平邊；6 :開槽結(jié)構(gòu)；7 :高導(dǎo)熱材料；8 :低導(dǎo)熱材料。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，有關(guān)本發(fā)明的相關(guān)技 術(shù)內(nèi)容，特點(diǎn)與功效，將可清楚呈現(xiàn)。
[0034] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施做進(jìn)一步的說明。
[0035] 實(shí)施例1 參照圖2~圖3所示，可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，包括：14個(gè)4寸（直徑約為 100. 7mm)晶圓凹槽1 (分內(nèi)外2圈排列，經(jīng)過內(nèi)外圈各晶圓凹槽中心的圓呈同心圓關(guān)系)、 石墨承載盤的邊緣2以及設(shè)置在石墨承載盤中心的軸孔3,其中晶圓凹槽1設(shè)置在承載盤 上方，用于置放具有平邊5的晶圓襯底4,以及在晶圓凹槽的背面至少設(shè)置有2個(gè)開槽結(jié)構(gòu) 6 (優(yōu)選地，其開槽數(shù)目與晶圓凹槽的圈數(shù)保持一致)，且所述開槽結(jié)構(gòu)與石墨承載盤呈同心 圓關(guān)系。
[0036] 為了精確調(diào)控平邊位置的溫度，本實(shí)施例的石墨承載盤其開槽結(jié)構(gòu)位于晶圓襯底 平邊空隙位置的下方，并在開槽結(jié)構(gòu)中填充導(dǎo)熱系數(shù)比石墨承載盤高的高導(dǎo)熱材料7(優(yōu)選 石墨烯材料)。由于石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)較石墨承載盤更好，且石墨烯具有厚度薄，導(dǎo)熱速度更 快等優(yōu)點(diǎn)，在晶圓凹槽的背面形成開槽結(jié)構(gòu)，熱輻射的加熱效果更好，從而提升平邊對應(yīng)位 置的溫度，解決該位置的波長偏長、表面黑點(diǎn)等缺陷高、STD差等問題。
[0037] 開槽結(jié)構(gòu)的形成方式可與晶圓凹槽一體成型，或是在形成晶圓凹槽后采用挖槽方 式成型。
[0038] 為便于制作并降低成本，在本實(shí)施例開槽結(jié)構(gòu)與晶圓凹槽一體成型，其形狀為連 續(xù)式環(huán)形，且加工參數(shù)為：開槽結(jié)構(gòu)的高度為4. 5mm，寬度為15mm。
[0039] 由于石墨承載盤在生長過程中高速旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致石墨承載盤載片槽（Pocket)的襯底 受離心力作用，襯底一邊會(huì)緊靠著石墨承載盤，因此在本實(shí)施例優(yōu)選填充高導(dǎo)熱材料的開 槽結(jié)構(gòu)在晶圓凹槽背面的位置遠(yuǎn)離石墨承載盤中心，如此可以有效平衡整爐各外延晶圓的 溫場，從而獲得較好的波長均勻性。填充導(dǎo)熱材料的方式可以為涂覆或者鍵合，在本實(shí)施例 優(yōu)選涂覆方式，填充厚度為〇. 5_即可。
[0040] 上述實(shí)施例提出的石墨承載盤，適用于LED外延制程的M0CVD方法。經(jīng)測定，在 外延生長過程中，藉由本發(fā)明的石墨承載盤，其在晶圓凹槽的背面設(shè)置開槽結(jié)構(gòu)并填充材 料(或僅開槽結(jié)構(gòu))，如此能夠調(diào)控石墨承載盤局部溫場，提高晶圓襯底平邊對應(yīng)位置的溫 度，從而平衡石墨承載盤的整體溫場，有利于改善平邊位置溫度偏低導(dǎo)致波長偏長、表面黑 點(diǎn)等缺陷高、STD差等問題，有效提升外延晶圓的波長均勻性、表面良率、光電性能和芯片良 率。
[0041] 參照圖Γ圖5所示，本實(shí)施例石墨承載盤外延晶圓的溫場均勻性，相較傳統(tǒng)石 墨承載盤外延晶圓的溫場均勻性平均可以提升40%以上，波長STD可以從2. 5nm下降至 1. (Tl. 5nm，即波長均勻性大大改善，有效地提升了外延產(chǎn)品良率，對于減少LED單片產(chǎn)出 成本，提升外延質(zhì)量均勻性有顯著功效。
[0042] 實(shí)施例2 參照圖6所示，與實(shí)施例1不同的是，實(shí)施例1是通過提高石墨承載盤局部區(qū)域的溫度 來實(shí)現(xiàn)溫場平衡，而本實(shí)施例僅在晶圓凹槽的背面設(shè)置開槽結(jié)構(gòu)6,但不填充導(dǎo)熱材料，開 槽結(jié)構(gòu)位于晶圓襯底的下方，且靠近石墨承載盤中心，如此可以通過降低石墨承載盤局部 區(qū)域的溫度，實(shí)現(xiàn)溫場平衡，從而在改善外延晶圓的溫場均勻性和波長均勻性的前提下，簡 化制作工藝，并降低制作成本。
[0043] 實(shí)施例3 參照圖7所示，與實(shí)施例2不同的是，本實(shí)施例在晶圓凹槽的背面設(shè)置開槽結(jié)構(gòu)后，再 填充導(dǎo)熱系數(shù)比石墨承載盤低的低導(dǎo)熱材料8,低導(dǎo)熱材料可以選用陶瓷或碳纖維增強(qiáng)酚 醛樹脂或聚四氟乙烯，在本實(shí)施例優(yōu)選碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂，并通過鍵合方式實(shí)現(xiàn)填充。本 實(shí)施例可以有效地克服傳統(tǒng)石墨盤無法控制局域溫場的困難，通過降低局部區(qū)域的導(dǎo)熱， 從而精確地控制溫場均勻性，改善4寸襯底平邊1/6面積的波長偏長、平邊位置缺陷密度高 等問題，有效提升外延片的波長均勻性、表面良率、光電性能和芯片良率。
[0044] 實(shí)施例4 參照圖8所示，與實(shí)施例1不同的是，本實(shí)施例中與內(nèi)外圈晶圓凹槽對應(yīng)的開槽結(jié)構(gòu)寬 度不一致。由于石墨承載盤的中心溫度相對較高，而邊緣溫度較低，因而優(yōu)選地，內(nèi)圈的開 槽結(jié)構(gòu)寬度為l〇mm，外圈的開槽結(jié)構(gòu)的寬度為15mm，如此填充石墨烯高導(dǎo)熱材料后，可以 更有效地保證整體石墨承載盤的溫場均勻性。需要說明的是，如果晶圓凹槽的圈數(shù)為3圈 以上，則視需要可以將開槽結(jié)構(gòu)寬度(或高度）參數(shù)值由內(nèi)至外調(diào)整為呈梯度逐漸上升。
[0045] 應(yīng)當(dāng)理解的是，上述具體實(shí)施方案為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的范圍不限于 該實(shí)施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，包括若干個(gè)設(shè)置在承載盤上方的晶圓凹槽，用于置 放外延晶圓襯底，所述晶圓凹槽的背面至少設(shè)置有一開槽結(jié)構(gòu)，且所述開槽結(jié)構(gòu)與石墨承 載盤呈同心圓關(guān)系。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，其特征在于：所述開槽結(jié)構(gòu) 并填充導(dǎo)入材料或僅開槽結(jié)構(gòu)，用于在外延生長過程中能實(shí)現(xiàn)石墨承載盤局部溫場調(diào)控， 從而平衡石墨承載盤的整體溫場，提高外延晶圓的邊緣良率，改善外延晶圓的波長均勻性 和整體良率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，其特征在于：所述開槽結(jié)構(gòu) 的形狀為連續(xù)式環(huán)形或間斷式環(huán)形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，其特征在于：所述開槽結(jié)構(gòu) 的形成方式與晶圓凹槽一體成型，或是在形成晶圓凹槽后采用挖槽方式成型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，其特征在于：所述開槽結(jié)構(gòu) 的高度為4?10mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，其特征在于：所述開槽結(jié)構(gòu) 的個(gè)數(shù)與所述晶圓凹槽的圈數(shù)一致。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，其特征在于：所述導(dǎo)熱材料 的填充方式為涂覆或鍵合或前述任意組合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，其特征在于：所述開槽結(jié)構(gòu) 位于晶圓襯底平邊空隙位置的下方，并在開槽結(jié)構(gòu)中填充導(dǎo)熱系數(shù)比石墨承載盤高的高導(dǎo) 熱材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，其特征在于：所述高導(dǎo)熱材 料為石墨烯或碳化硅或鈦金屬或鎢金屬或前述任意組合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，其特征在于：所述填充高導(dǎo) 熱材料的開槽結(jié)構(gòu)在晶圓凹槽背面的位置遠(yuǎn)離石墨承載盤中心。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，其特征在于：所述開槽結(jié)構(gòu) 位于晶圓襯底的下方，在開槽結(jié)構(gòu)中填充導(dǎo)熱系數(shù)比石墨承載盤低的低導(dǎo)熱材料，或不填 充任何導(dǎo)熱材料。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，其特征在于：所述低導(dǎo)熱 材料為陶瓷或碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂或聚四氟乙烯或前述任意組合。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)控局域溫場的石墨承載盤，其特征在于：所述不填充導(dǎo) 熱材料或者填充低導(dǎo)熱材料的開槽結(jié)構(gòu)在晶圓凹槽背面的位置靠近石墨承載盤中心。
14. 一種LED外延制程的MOCVD方法，其特征在于：使用權(quán)利要求1所述的可調(diào)控局域 溫場的石墨承載盤，以實(shí)現(xiàn)石墨承載盤局部溫場調(diào)控，從而平衡石墨承載盤的整體溫場，提 高外延晶圓的邊緣良率，改善外延晶圓的波長均勻性和整體良率。
【文檔編號(hào)】H01L21/683GK104051316SQ201410282338
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】鄭錦堅(jiān), 伍明躍, 尋飛林, 李志明, 鄧和清, 周啟倫, 李水清 申請人:廈門市三安光電科技有限公司