CN104047051A - 用于led外延晶圆制程的石墨承载盘 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种用于LED外延晶圆制程的石墨承载盘，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，所述晶圆凹槽的内侧边缘设置有一挡板结构，且所述挡板与晶圆衬底成互补关系，二者以挡板、晶圆衬底的平边为重合边构成大致圆形，所述挡板结构能够减少在外延生长过程晶圆凹槽中的晶圆衬底平边空隙位置，保证晶圆衬底平边温度和气流稳定，从而提高外延晶圆衬底的边缘良率。

Description

用于LED外延晶圆制程的石墨承载盘

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种LED外延晶圆制程中使用的石墨承载盘。

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外延制程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的设计主要有三种类型：平盘（Flat盘），台阶状边缘盘（Rim盘）和突起状边缘盘（Tab盘）。

采用上述传统石墨承载盘的外延晶圆制程，以氮化镓基LED为例，普遍存在以下问题：（1）由于生长在蓝宝石衬底上的LED晶圆存在较大的晶格失配和热失配，较大尺寸（如4寸以上）的蓝宝石衬底在外延制程中会出现严重的翘曲现象，导致衬底平边位置悬空，使得平边区域温度偏低，加上气流扰动严重，容易引起平边波长偏长、波长均匀性差、表面缺陷密度高等问题；（2）在MOCVD反应室内，由于石墨承载盘在生长过程中高速旋转（转速500~1200RPM），加上离心力作用，石墨承载盘凹槽上的衬底一边会紧靠着石墨承载盘，从而引起边缘局部区域温度偏高，波长偏短甚至不发光，导致波长均匀性差、表面良率低、芯片良率低等问题（如图2所示）。

发明内容

    为解决以上现有技术不足，本发明提供一种LED外延晶圆制程的石墨承载盘，其用于外延生长的LED晶圆，具有整体良率高，波长均匀性好的优点。

本发明的技术方案为：用于LED外延晶圆制程的石墨承载盘，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，所述晶圆凹槽的内侧边缘设置有一挡板结构，且所述挡板与晶圆衬底成互补关系，二者以挡板、晶圆衬底的平边为重合边构成大致圆形。

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：所述挡板的形状为月牙形或扇形。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述挡板与晶圆衬底互补形成的圆形，其直径与晶圆衬底的直径相同。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述挡板远离石墨承载盘中心，且所述挡板平边中点与石墨承载盘中心的连线与平边呈垂直关系。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述挡板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填充方式成型。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述填充材料为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：所述挡板的高度低于或者等于晶圆凹槽内侧边缘的高度。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述挡板的高度低于晶圆凹槽内侧边缘高度差值为0.03mm～0.5mm，更优选为0.3mm。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述挡板的面积占所述晶圆衬底的面积之比小于或者等于1/5。

进一步地，根据本发明，在外延生长过程中，所述挡板结构能够减少晶圆凹槽中的晶圆衬底平边空隙位置，保证晶圆衬底平边温度和气流稳定，提高外延晶圆的边缘良率。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述晶圆凹槽内边缘包括若干个支撑部，用于支持晶圆衬底。

 进一步地，根据本发明，优选的是：所述晶圆凹槽底部为平面、凸面或者凹面。

本发明公开的石墨承载盘，其在晶圆衬底平边处设置挡板结构，构成一互补图形，能够减少晶圆凹槽中的晶圆衬底平边空隙位置，保证晶圆衬底平边温度和气流稳定，从而改善波长标准差（STD）和解决边缘的表面异常问题（如缺陷密度高），提高外延晶圆的边缘良率。

用于LED外延晶圆制程中的石墨承载盘，适用于LED外延制程的MOCVD方法。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1是传统的LED外延用石墨承载盘俯视图（只示意出虚线框的带平边晶圆衬底）。

图2是传统石墨承载盘上外延生长的4寸蓝光LED晶圆的波长Mapping图。

图3是本发明实施例的LED外延用石墨承载盘俯视图（只示意出虚线框的带平边晶圆衬底）。

图4是图3虚线框中的晶圆凹槽放大示意图（为便于理解，衬底未示出）。

图5是图4凹槽结构沿A-A方向的剖视图。

图6是图4凹槽结构沿B-B方向的剖视图。

图7是本发明实施例的石墨承载盘上外延生长的4寸蓝光LED晶圆的波长Mapping图。

图8是本发明实施例的石墨承载盘与传统石墨承载盘的外延晶圆波长对比图。

符号说明

    1：石墨承载盘上的晶圆凹槽；2：石墨承载盘的边缘；3：石墨承载盘中心的轴孔；4：具有平边的晶圆衬底；5：挡板结构；6：晶圆凹槽的内侧边缘；7：支撑部。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，有关本发明的相关技术内容，特点与功效，将可清楚呈现。

下面结合实施例和附图对本发明的具体实施做进一步的说明。

实施例

参照图3~图6所示，一种LED外延晶圆制程的石墨承载盘，包括：14个4寸（直径约为100.7mm）晶圆凹槽1、石墨承载盘的边缘2以及设置在石墨承载盘中心的轴孔3，其中晶圆凹槽1设置在承载盘上方，用于置放具有平边的晶圆衬底4（为便于说明，仅图示出一个晶圆凹槽中的晶圆衬底），以及在晶圆凹槽的内侧边缘6设置有一挡板结构5，该挡板与晶圆衬底成互补关系，二者以挡板、晶圆衬底的平边为重合边构成圆形。

为便于与具有平边的晶圆衬底形成互补关系，挡板的形状可为月牙形或扇形，在本实施例优选月牙形，具有月牙形的挡板与晶圆衬底互补形成的圆形，其直径与晶圆衬底的直径相同。

由于石墨承载盘在生长过程中高速旋转，导致石墨承载盘载片槽（Pocket）的衬底受离心力作用，衬底一边会紧靠着石墨承载盘，因此在本实施例优选挡板的位置远离石墨承载盘中心，及尽可能朝向石墨承载盘的外边缘，且所述挡板平边中点与石墨承载盘中心的连线与平边呈垂直关系，如此可以有效保证整炉各外延晶圆波长的均匀性。

挡板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填充方式成型。为便于制作，在本实施例优选挡板与晶圆凹槽一体成型，且加工参数优选为挡板高度低于晶圆凹槽内侧边缘高度差值ΔH 为0.3mm。

为了减少晶圆衬底与晶圆凹槽接触的面积，减少因接触位置温度高导致的波长偏短问题，在本实施例优选晶圆凹槽内边缘包括4个支撑部7，支撑部为圆边锯齿状（Serration），用于支持晶圆衬底，避免直接接触，如此可进一步提升外延晶圆的光电性能和良品率等。

晶圆凹槽底部可以选用平面、凸面或者凹面，在本实施例晶圆凹槽底部为平面的情形下，为不影响外延晶圆的有效外延面积，在本实施例优选挡板的面积占所述晶圆衬底的面积之比小于1/5即可。

在上述石墨承载盘的晶圆凹槽内侧设置挡板结构，该挡板与晶圆衬底成互补关系，二者以挡板、晶圆衬底的平边为重合边构成圆形，如此可减少晶圆凹槽中的晶圆衬底平边空隙位置，保证晶圆衬底平边温度和气流稳定，改善4寸外延片在外延生长过程由于翘曲导致的平边位置气流扰动、温度偏低等问题，从而改善波长均匀性（如图7所示），提高外延晶圆的边缘良率，解决晶圆衬底平边位置的黑洞等问题，提升整体良率。

上述实施例提出的石墨承载盘，适用于LED外延制程的MOCVD方法。经测定，藉由本发明的石墨承载盘，在外延生长过程中，与晶圆衬底平边紧挨的挡板结构，能够降低晶圆衬底平边气流干扰、改善晶圆的边缘良率。具体来说，其外延波长均匀性及波长良率，相较传统石墨承载盘的成长的外延波长均匀性及波长良率平均可以提升20%以上（如图8所示），大大提升了外延产品良率，对于减少LED单片产出成本，提升外延质量均匀性有显著功效。

应当理解的是，上述具体实施方案为本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.用于LED外延晶圆制程的石墨承载盘，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，所述晶圆凹槽的内侧边缘设置有一挡板结构，且所述挡板与晶圆衬底成互补关系，二者以挡板、晶圆衬底的平边为重合边构成大致圆形。

2.根据权利要求1所述的用于LED外延制程的石墨承载盘，其特征在于：在外延生长过程中，所述挡板结构能够减少晶圆凹槽中的晶圆衬底平边空隙位置，保证晶圆衬底平边温度和气流稳定，提高外延晶圆的边缘良率。

3.根据权利要求1所述的用于LED外延制程的石墨承载盘，其特征在于：所述挡板远离石墨承载盘中心，且所述挡板平边中点与石墨承载盘中心的连线与平边呈垂直关系。

4.根据权利要求1所述的用于LED外延制程的石墨承载盘，其特征在于：所述挡板的形状为月牙形或扇形。

5.根据权利要求1所述的用于LED外延制程的石墨承载盘，其特征在于：所述挡板与晶圆衬底互补形成的圆形，其直径与晶圆衬底的直径相同。

6.根据权利要求1所述的用于LED外延制程的石墨承载盘，其特征在于：所述挡板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填充方式成型。

7.根据权利要求6所述的用于LED外延制程的石墨承载盘，其特征在于：所述填充材料为导热系数比石墨承载盘高的高导热材料。

8.根据权利要求7所述的用于LED外延制程的石墨承载盘，其特征在于：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。

9.根据权利要求1所述的用于LED外延制程的石墨承载盘，其特征在于：所述挡板的高度低于或者等于晶圆凹槽内侧边缘的高度。

10.根据权利要求9所述的用于LED外延制程的石墨承载盘，其特征在于：所述挡板的高度低于晶圆凹槽内侧边缘高度差值为0.03mm～0.5mm。

11.根据权利要求1所述的用于LED外延制程的石墨承载盘，其特征在于：所述挡板的面积占所述晶圆衬底的面积之比小于或者等于1/5。

12.一种LED外延制程的MOCVD方法，其特征在于：使用权利要求1所述的用于LED发光二极管外延制程中的石墨承载盘，以所述挡板结构减少晶圆凹槽中的晶圆衬底平边空隙位置，保证晶圆衬底平边温度和气流稳定，提高外延晶圆的边缘良率。