CN103074608A

CN103074608A - 在石墨盘中布局衬底的方法及石墨盘

Info

Publication number: CN103074608A
Application number: CN2012100697153A
Authority: CN
Inventors: 梁秉文; 赵茂盛
Original assignee: GUANGDA PHOTOELECTRIC EQUIPMENT TECHNOLOGY (JIAXING) CO LTD
Current assignee: GUANGDA PHOTOELECTRIC EQUIPMENT TECHNOLOGY (JIAXING) CO LTD
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-05-01

Abstract

本发明提供了一种在石墨盘中布局衬底的方法和对应的石墨盘结构，其中所述方法包括：提供主衬底和填充衬底，所述填充衬底的直径小于主衬底的直径；按照最优布局在石墨盘中布局主衬底，所述最优布局为石墨盘中能够放置最多数目的主衬底所对应的布局；在主衬底以外的石墨盘表面布局所述填充衬底，所述填充衬底将石墨盘的表面填满。本发明提高了石墨盘的利用率，从而提高了化学气相沉积设备的产量，降低了外延芯片的成本，满足了应用的要求。

Description

在石墨盘中布局衬底的方法及石墨盘

技术领域

本发明涉及化学气相沉积(CVD)技术领域，特别涉及在石墨盘中布局衬底的方法及石墨盘。

背景技术

MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种化学气相外延沉积工艺。它以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长的源材料，以热分解反应方式在石墨盘上进行沉积工艺，生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。

下面对现有的化学气相沉积工艺的原理进行说明。具体地，以MOCVD为例，请参考图1所示的现有的化学气相沉积工艺设备的结构示意图。

手套箱10内形成有相对设置的喷淋头11和石墨盘12。所述喷淋头11内可以设置多个小孔，所述喷淋头11用于提供反应气体。所述石墨盘12内具有多个凹槽，每个凹槽内对应放置一片衬底121，所述衬底121的材质通常为价格昂贵的蓝宝石。所述石墨盘12的下方还形成有加热单元13，所述加热单元13对石墨盘12进行加热，石墨盘12受热升温，能够以热辐射和热传导方式对衬底121进行加热。由于衬底121放置在石墨盘12中，两者接触，因此石墨盘12对衬底121的加热以热传导为主。

在进行MOCVD工艺时，反应气体自喷淋头11的小孔进入石墨盘12上方的反应区域(靠近衬底121的表面的位置)，所述衬底121由于加热单元13的热传导加热而具有一定的温度，从而该温度使得反应气体之间进行化学反应，从而在衬底121表面沉积外延材料层。

在实际中发现，现有的化学气相沉积设备的产量偏低，外延芯片的成本较高，无法满足应用的要求。

发明内容

本发明实施例解决的问题是提供了一种在石墨盘中布局衬底的方法和石墨盘，提高了石墨盘的利用率，从而提高了化学气相沉积设备的产量，降低了外延芯片的成本，满足了应用的要求。

为了解决上述问题，本发明提供一种在石墨盘中布局衬底的方法，包括：

提供主衬底和填充衬底，所述填充衬底的直径小于主衬底的直径；

按照最优布局在石墨盘中布局主衬底，所述最优布局为石墨盘中能够放置最多数目的主衬底所对应的布局；

在主衬底以外的石墨盘表面布局所述填充衬底，所述填充衬底将石墨盘的表面填满。

可选地，所述主衬底布局于石墨盘的中部，所述填充衬底位于所述主衬底以外的石墨盘的边缘，所述主衬底和填充衬底关于石墨盘的中心呈对称排布。

可选地，所述石墨盘的直径范围为16.5～19英寸，所述主衬底的直径为4英寸，所述填充衬底的直径为2英寸，所述主衬底的数目为12个，所述主衬底沿石墨盘的中心对称排布，其中石墨盘的中心布局有3个呈等边三角形排布的主衬底，所述填充衬底的数目为9个，分为3组填充于石墨盘的边缘。

可选地，所述石墨盘的直径范围为16.5～19英寸，所述主衬底的直径为4英寸，所述填充衬底的直径为2英寸和1.5英寸，所述的主衬底的数目为12个，所述主衬底沿石墨盘的中心对称排布，其中石墨盘的中心布局3个主衬底呈等边三角形排布，直径为2英寸填充衬底的数目为9个，直径为1.5英寸填充衬底的数目为3个。

相应地，本发明还提供一种用于化学气相沉积工艺的石墨盘，所述石墨盘中布局有主衬底和填充衬底，所述主衬底的布局为石墨盘中能够放置最多数目的主衬底所对应的布局，所述填充衬底的直径小于主衬底的直径，所述填充衬底用于将石墨盘的表面填满。

可选地，所述石墨盘的直径范围为16.5～19英寸，所述主衬底的直径为4英寸，所述填充衬底的直径为2英寸和1.5英寸，所述的主衬底的数目为12个，所述主衬底沿石墨盘的中心对称排布，其中石墨盘的中心布局有3个呈等边三角形排布的主衬底，直径为2英寸填充衬底的数目为9个，直径为1.5英寸填充衬底的数目为3个。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明在主衬底以外的石墨盘表面布局所述填充衬底，最大限度的利用了石墨盘的表面，从而提高了对石墨盘的利用率，从而提高了化学气相沉积设备的产量，降低了外延芯片的成本，满足了应用的要求。

附图说明

图1是现有技术的MOCVD装置的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的在石墨盘中布局衬底的方法的流程示意图；

图3是本发明第一实施例的石墨盘的结构示意图；

图4是本发明第二实施例的石墨盘的结构示意图。

具体实施方式

现有的化学气相沉积设备的产量偏低，外延芯片的成本较高，无法满足应用的要求。经过发明人研究发现，由于现有的化学气相沉积设备的石墨盘中放置的衬底的布局不合理，导致了石墨盘的利用率偏低，并且导致了化学气相沉积设备每一炉能工艺的衬底的数目受到了限制。以现有的直径为18英寸的石墨盘为例，若其中放置4英寸衬底，则其中最多能够放置12片，石墨盘表面的利用率仅为59％，石墨盘的利用率偏低。本发明所述的石墨盘的利用率是指，石墨盘上放置的全部衬底的面积之和与石墨盘的直径对应的圆的面积的百分比。

发明人考虑，由于现有的石墨盘中通常仅放置一种尺寸的衬底，尽管本领域技术人员采用各种不同的布局对衬底进行合理排布，但是仍然有相当一部分石墨盘的表面无法利用。如果能够利用小尺寸的衬底将原有的石墨盘中布局的衬底以外的石墨盘填充，则能够大大提高石墨盘的利用率。下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

为了更好地说明本发明的技术方案，请结合图2所示的本发明一个实施例的在石墨盘中布局衬底的方法的流程示意图，本发明提供石墨盘中的衬底的布局方法包括：

步骤S1，提供主衬底和填充衬底，所述填充衬底的直径小于主衬底的直径；

步骤S2，按照最优布局在石墨盘中布局主衬底，所述最优布局为石墨盘中能够放置最多数目的主衬底所对应的布局；

步骤S3，在主衬底以外的石墨盘表面布局所述填充衬底，所述填充衬底将石墨盘的表面填满。

下面结合实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

为了更好地说明本发明的技术方案，请结合图3所示的本发明第一实施例的石墨盘的结构示意图。为了便于示意，图中仅示出了石墨盘20的正面，即石墨盘20的朝向喷淋头(未示出)的一侧的表面。

本发明首先研究主衬底21在石墨盘20中的最优布局。本发明所述的最优布局是指，当石墨盘20中仅放置主衬底21时，能够放置的主衬底21的最大数目所对应的主衬底21的布局。基于所述最优布局，能够保证石墨盘20中仅放置主衬底21时，对石墨盘20的利用率最大。本发明所述的最优布局，在衬底的直径不变的情况下，与石墨盘的直径相关。如果更换石墨盘的直径，则对应的最优布局和数目也需要相应进行调整才能获得对石墨盘的表面的最大利用。作为一个实施例，本发明将以石墨盘20的直径为18英寸为例，研究如何在其表面布局衬底以获得对其表面的最大利用。

作为一个实施例，本发明以所述主衬底21的直径为4英寸为例进行说明。在其他的实施例中，根据应用的需求，所述主衬底21的直径还可以为6英寸、8英寸、2英寸等，本领域技术人员可以根据需要进行选择。

作为可选择的实施例，所述主衬底21布局于石墨盘20的中部，主衬底21以所述石墨盘20的中心呈对称排布，这样可以保证石墨盘20在带动主衬底21进行旋转运动的时候受力平衡。

在确定主衬底21的直径为4英寸时，需要确定4英寸的主衬底21在直径为18寸的石墨盘20中的最优布局。作为一个实施例，可以利用计算机软件进行模拟，即在计算机软件中建立石墨盘20对应模型和主衬底21的对应模型，所述计算机软件可以为AutoCAD、Solid works等工程机械软件；然后，进行多次模拟排布，在石墨盘20的对应模型中放置多片主衬底21的对应模型，目的是获得多组主衬底21的对应模型的不同布局方式，从上述不同的布局方式中选择主衬底21的对应模型的数目最多的布局，该布局与主衬底21在石墨盘20中的最优布局对应。当然，在其他的实施例中，也可以不借助计算机软件，而是在石墨盘中直接摆放衬底，通过多次不同的布局，可以获得石墨盘中能够放置的主衬底的最大数目，所述最大数目对应的主衬底的布局即为主衬底在石墨盘中的最优布局。

本实施例中，利用计算机软件进行模拟，所述石墨盘20中可以放置的主衬底21的最大数目为12个，并且主衬底21布局于石墨盘20的中部，石墨盘20的中心布局有3个主衬底21，该3个主衬底21呈等边三角形排布，且该3个主衬底21与周围的其他的主衬底也呈等边三角形排布。其余的9个衬底分为3组，每组三个，也构成等边三角形排布，只是该等边三角形的三个顶点处没有主衬底。

请继续参考图3，在主衬底21的布局确定后，石墨盘20的边缘仍然有空间可以利用，本发明在石墨盘20的主衬底21以外的表面布局填充衬底22，该填充衬底22的直径小于主衬底20的直径，所述填充衬底22将石墨盘20的表面填满。本发明所述的填充衬底22的石墨盘20的表面填满，是指将尽可能多的填充衬底22填充于石墨盘20的主衬底21以外的表面，以提高对石墨盘20的利用率。

作为一个实施例，所述填充衬底22的直径为2英寸。作为其他的实施例，所述填充衬底22的直径还可以为其他的尺寸(比如1.5英寸、1英寸等)，或，所述填充衬底22可以包括两种甚至更多种不同直径的衬底(比如，填充衬底22的直径可以为3英寸和2英寸)。

请继续参考图3，作为一个实施例，所述填充衬底22位于所述主衬底21以外的石墨盘20的边缘，所述填充衬底22关于石墨盘20的中心呈对称排布。，所述石墨盘20中布局的填充衬底22的数目为9个。分为3组，排布于主衬底21外侧。

基于上述布局，石墨盘的利用率为78.1％，而按照现有技术，在同尺寸的石墨盘仅布局4英寸的衬底对石墨盘的利用率仅为59％，本发明大大提高了石墨盘的利用率。

虽然本发明以18英寸的石墨盘为例，对其布局衬底的方法以及对应的石墨盘的表面的衬底的布局结构进行了说明，但是，经过发明人研究验证发现，对于石墨盘的直径范围16.5-19英寸的石墨盘而言，按照本实施例对石墨盘进行的布局，对石墨盘的利用率均高于现有技术。

作为可选的实施例，所述石墨盘中布局的填充衬底可以有两种甚至更多的直径尺寸，以尽可能的将石墨盘的表面填满。具体地，请结合图3所示的本发明第二实施例的石墨盘的布局结构示意图。与前一实施例相同的结构采用相同的标号表示。本实施例与前一实施例的区别在于，石墨盘20中除了布局有主衬底21、2英寸的填充衬底22以外，还额外布局有3个1.5英寸的填充衬底23，进一步提高了石墨盘20的表面利用率。

作为本发明的可选实施例，可以在石墨盘制造前、石墨盘的设计阶段，利用计算机软件，基于石墨盘的直径，获得石墨盘中主衬底的最优布局以及填充衬底的布局，然后基于所述主衬底的最优布局以及填充衬底的布局，对应设计石墨盘中凹槽的尺寸和布局，该凹槽用于对应放置主衬底和填充衬底，从而基于上述凹槽的尺寸和布局，对石墨盘进行设计和制造。

综上，本发明在主衬底以外的石墨盘表面布局所述填充衬底，最大限度的利用了石墨盘的表面，从而提高了对石墨盘的利用率，从而提高了化学气相沉积设备的产量，降低了外延芯片的成本，满足了应用的要求。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种在石墨盘中布局衬底的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的在石墨盘中布局衬底的方法，其特征在于，所述主衬底布局于石墨盘的中部，所述填充衬底位于所述主衬底以外的石墨盘的边缘，所述主衬底和填充衬底关于石墨盘的中心呈对称排布。

3.如权利要求1所述的在石墨盘中布局衬底的方法，其特征在于，所述石墨盘的直径范围为16.5～19英寸，所述主衬底的直径为4英寸，所述填充衬底的直径为2英寸，所述主衬底的数目为12个，所述主衬底沿石墨盘的中心对称排布，其中石墨盘的中心布局有3个呈等边三角形排布的主衬底，所述填充衬底的数目为9个，分为3组填充于石墨盘的边缘。

4.如权利要求1所述的在石墨盘中布局衬底的方法，其特征在于，所述石墨盘的直径范围为16.5～19英寸，所述主衬底的直径为4英寸，所述填充衬底的直径为2英寸和1.5英寸，所述的主衬底的数目为12个，所述主衬底沿石墨盘的中心对称排布，其中石墨盘的中心布局3个主衬底呈等边三角形排布，直径为2英寸填充衬底的数目为9个，直径为1.5英寸填充衬底的数目为3个。

5.一种用于化学气相沉积工艺的石墨盘，其特征在于，所述石墨盘中布局有主衬底和填充衬底，所述主衬底的布局为石墨盘中能够放置最多数目的主衬底所对应的布局，所述填充衬底的直径小于主衬底的直径，所述填充衬底用于将石墨盘的表面填满。

6.如权利要求5所述的石墨盘，其特征在于，所述主衬底布局于石墨盘的中部，所述填充衬底位于所述主衬底以外的石墨盘的边缘，所述主衬底和填充衬底关于石墨盘的中心呈对称排布。

7.如权利要求5所述的石墨盘，其特征在于，所述石墨盘的直径范围为16.5～19英寸，所述主衬底的直径为4英寸，所述填充衬底的直径为2英寸，所述主衬底的数目为12个，所述主衬底沿石墨盘的中心对称排布，其中石墨盘的中心布局有3个呈等边三角形排布的主衬底，所述填充衬底的数目为9个，分为3组填充于石墨盘的边缘。

8.如权利要求5所述的石墨盘，其特征在于，所述石墨盘的直径范围为16.5～19英寸，所述主衬底的直径为4英寸，所述填充衬底的直径为2英寸和1.5英寸，所述的主衬底的数目为12个，所述主衬底沿石墨盘的中心对称排布，其中石墨盘的中心布局有3个呈等边三角形排布的主衬底，直径为2英寸填充衬底的数目为9个，直径为1.5英寸填充衬底的数目为3个。