[发明专利]可调控局域温场的石墨承载盘

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种可调控局域温场的石墨承载盘。

背景技术

发光二极管（英文为Light Emitting Diode，简称LED）是一种固态半导体二极管发光器件，被广泛用于指示灯、显示屏等照明领域。

目前，LED外延（英文为Epitaxy）晶圆多是通过金属有机化合物化学气相沉淀（英文为Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD）获得，其制程一般为：将外延晶圆衬底（如蓝宝石衬底）放入石墨承载盘（英文为Wafer carrier）的凹槽上，连同石墨承载盘一起被传入MOCVD反应室内，衬底连同石墨承载盘被一起加热到高温1000℃左右，反应室内通入有机金属化合物和五族气体，高温裂解后在晶圆衬底上重新聚合形成LED外延层。

图1展示了传统的LED外延用石墨承载盘俯视图，其上分布为若干个设置在承载盘上方的晶圆凹槽1（英文可称之为Pocket Profile），用于置放外延晶圆衬底。目前LED石墨承载盘的晶圆凹槽1设计主要有三种：平盘（Flat盘），台阶状边缘盘（Rim盘）和突起状边缘盘（Tab盘）。

以GaN基LED为例，由于蓝宝石晶圆衬底与GaN外延层存在较大的晶格失配和热失配，在外延生长过程中，衬底会产生翘曲现象，尤其是4寸衬底的翘曲更为严重现象，导致外延片不同位置的温场分布离散度高，例如平边位置的温度偏低，引起平边位置的波长偏长、STD良率低、表面黑洞等问题，导致外延良率和芯片良率偏低。因此，采用传统的石墨承载盘无法精确调控局域温场，很难获得均匀性良率良好的LED外延片。

发明内容

为解决以上现有技术不足，本发明提供一种可调控局域温场的石墨承载盘，其用于外延生长的LED晶圆，具有温场均匀性好、波长均匀性好、整体良率高的优点。

本发明的技术方案为：可调控局域温场的石墨承载盘，包括若干个设置在承载盘上方的晶圆凹槽，用于置放外延晶圆衬底，所述晶圆凹槽的背面至少设置有一开槽结构，且所述开槽结构与石墨承载盘呈同心圆关系。

晶圆凹槽设置在承载盘上方，用于置放外延晶圆衬底，还包括石墨承载盘的边缘以及设置在石墨承载盘中心的轴孔。根据不同工艺参数的需要，可设置不同数量及不同尺寸的凹槽。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述开槽结构的形状为连续式环形或间断式环形。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述开槽结构位于晶圆衬底平边空隙位置的下方，并在开槽结构中填充导热系数比石墨承载盘高的高导热材料。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述高导热材料为石墨烯或碳化硅或钛金属或钨金属或前述任意组合。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述开槽结构位于晶圆衬底的下方，可以在开槽结构中填充导热系数比石墨承载盘低的低导热材料，也可不填充任何导热材料。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述低导热材料为陶瓷或碳纤维增强酚醛树脂或聚四氟乙烯或前述任意组合。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述填充高导热材料的开槽结构在晶圆凹槽背面的位置远离石墨承载盘中心。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述不填充导热材料或者填充低导热材料的开槽结构在晶圆凹槽背面的位置靠近石墨承载盘中心。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述开槽结构的形成方式可与晶圆凹槽一体成型，或是在形成晶圆凹槽后采用挖槽方式成型。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述开槽结构的高度为4~10mm。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述开槽结构的个数与所述晶圆凹槽的圈数一致。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述导热材料的填充方式为涂覆或键合或前述组合。

进一步地，根据本发明，所述开槽结构并填充导热材料或仅开槽结构，用于在外延生长过程中能实现石墨承载盘局部温场调控，从而平衡石墨承载盘的整体温场，提高外延晶圆的边缘良率，改善外延晶圆的波长均匀性和整体良率。

本发明公开的石墨承载盘，其在晶圆凹槽的背面设置开槽结构并填充材料（或仅开槽结构），能够调控石墨承载盘局部温场（Locally Controlled Temperature），提高晶圆衬底平边对应位置的温度，从而平衡石墨承载盘的整体温场，有利于改善平边位置温度偏低导致波长偏长、表面黑点等缺陷高、STD差等问题，有效提升外延晶圆的波长均匀性、表面良率、光电性能和芯片良率。

上述可调控局域温场的石墨承载盘，适用于LED外延制程的MOCVD方法。