[發明專利]可調控局域溫場的石墨承載盤

有效

• 申請號: 201410282338.0
• 申請日: 2014-06-23
• 公開（公告）號: CN104051316B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 鄭錦堅;伍明躍;尋飛林;李志明;鄧和清;周啟倫;鄭建森;李水清;康俊勇
• 申請（專利權）人: 廈門市三安光電科技有限公司
• 主分類號: H01L21/683
• 分類號: H01L21/683;H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，尤其涉及一種可調控局域溫場的石墨承載盤。

背景技術

發光二極管（英文為Light Emitting Diode，簡稱LED）是一種固態半導體二極管發光器件，被廣泛用于指示燈、顯示屏等照明領域。

目前，LED外延（英文為Epitaxy）晶圓多是通過金屬有機化合物化學氣相沉淀（英文為Metal-organic Chemical Vapor Deposition，簡稱MOCVD）獲得，其制程一般為：將外延晶圓襯底（如藍寶石襯底）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MOCVD反應室內，襯底連同石墨承載盤被一起加熱到高溫1000℃左右，反應室內通入有機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。

圖1展示了傳統的LED外延用石墨承載盤俯視圖，其上分布為若干個設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設計主要有三種：平盤（Flat盤），臺階狀邊緣盤（Rim盤）和突起狀邊緣盤（Tab盤）。

以GaN基LED為例，由于藍寶石晶圓襯底與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，襯底會產生翹曲現象，尤其是4寸襯底的翹曲更為嚴重現象，導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，導致外延良率和芯片良率偏低。因此，采用傳統的石墨承載盤無法精確調控局域溫場，很難獲得均勻性良率良好的LED外延片。

發明內容

為解決以上現有技術不足，本發明提供一種可調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、整體良率高的優點。

本發明的技術方案為：可調控局域溫場的石墨承載盤，包括若干個設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置有一開槽結構，且所述開槽結構與石墨承載盤呈同心圓關系。

晶圓凹槽設置在承載盤上方，用于置放外延晶圓襯底，還包括石墨承載盤的邊緣以及設置在石墨承載盤中心的軸孔。根據不同工藝參數的需要，可設置不同數量及不同尺寸的凹槽。

進一步地，根據本發明，優選的是：所述開槽結構的形狀為連續式環形或間斷式環形。

進一步地，根據本發明，優選的是：所述開槽結構位于晶圓襯底平邊空隙位置的下方，并在開槽結構中填充導熱系數比石墨承載盤高的高導熱材料。

進一步地，根據本發明，優選的是：所述高導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。

進一步地，根據本發明，優選的是：所述開槽結構位于晶圓襯底的下方，可以在開槽結構中填充導熱系數比石墨承載盤低的低導熱材料，也可不填充任何導熱材料。

進一步地，根據本發明，優選的是：所述低導熱材料為陶瓷或碳纖維增強酚醛樹脂或聚四氟乙烯或前述任意組合。

進一步地，根據本發明，優選的是：所述填充高導熱材料的開槽結構在晶圓凹槽背面的位置遠離石墨承載盤中心。

進一步地，根據本發明，優選的是：所述不填充導熱材料或者填充低導熱材料的開槽結構在晶圓凹槽背面的位置靠近石墨承載盤中心。

進一步地，根據本發明，優選的是：所述開槽結構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。

進一步地，根據本發明，優選的是：所述開槽結構的高度為4~10mm。

進一步地，根據本發明，優選的是：所述開槽結構的個數與所述晶圓凹槽的圈數一致。

進一步地，根據本發明，優選的是：所述導熱材料的填充方式為涂覆或鍵合或前述組合。

進一步地，根據本發明，所述開槽結構并填充導熱材料或僅開槽結構，用于在外延生長過程中能實現石墨承載盤局部溫場調控，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。

本發明公開的石墨承載盤，其在晶圓凹槽的背面設置開槽結構并填充材料（或僅開槽結構），能夠調控石墨承載盤局部溫場（Locally Controlled Temperature），提高晶圓襯底平邊對應位置的溫度，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致波長偏長、表面黑點等缺陷高、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。

上述可調控局域溫場的石墨承載盤，適用于LED外延制程的MOCVD方法。