CN105568371A - 一种改善硅基氮化物各圈波长均值的石墨盘 - Google Patents

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刘小平
孙钱
孙秀建
黄应南
詹晓宁
吕小翠
张晗芸
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/12—Substrate holders or susceptors

Abstract

本发明公开了一种改善硅基氮化物各圈波长均值所使用的石墨盘，涉及MOCVD用石墨盘的技术领域。该石墨盘包括石墨盘盘体及分布于盘体上表面用于放置硅衬底的多个圆形凹槽；每个凹槽中包括：槽体、环形上凸底面、第一侧壁、圆台以及第二侧壁。所述凹槽在盘体上的分布分为内与外圈；所述内和外圈凹槽的环形上凸底面高度值相同时外圈凹槽的圆台高度值比内圈凹槽的低2-30um，或者，所述内和外圈凹槽的圆台高度值相同时外圈凹槽的环形上凸底面高度值比内圈凹槽的高2-30um。本发明能有效缩小MOCVD中硅基氮化物各圈波长均值差异较大的现象，提高硅衬底GaN基外延生长的波长均匀性与良率，并且延长MOCVD设备中一些零部件的使用寿命。

Description

一种改善硅基氮化物各圈波长均值的石墨盘
【技术领域】
本发明涉及化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)技术领域，特别涉及一种用于金属有机化学气相沉积(Metal-organicChemicalVaporDeposition，以下简称MOCVD)用的石墨盘。
【背景技术】
金属有机化学气相沉积是一种利用有机金属热分解反应进行气相外延生长薄膜的化学气相沉积技术，它采用III族、II族元素的有机化合物和V族、VI族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长III-V族、II-VI族化合物半导体材料以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料，这些半导体薄膜主要应用在光电器件及微电子器件等领域。
石墨盘是MOCVD设备中非常重要的配件，目前常用的石墨盘都是圆形，在石墨盘上分布有一些圆形的凹槽，这些凹槽即用于放置衬底。石墨基盘是由高纯石墨制成，并在表面镀有SiC涂层。外延生长过程，在MOCVD的反应腔中，通过加热灯丝对盛放有衬底的石墨盘进行辐射加热，由热电偶与温度控制器控制温度，这样温度控制精度一般可达0.2℃或更低。
目前，外延生长GaN基外延片时，所使用的衬底分为2英寸与4英寸等，多数公司以2英寸为主，目前也在往4英寸发展。目前的VeecoK465i与C4型MOCVD机台4英寸外延生长使用的石墨盘如图1所示，石墨盘中凹槽的分布分为内、外两圈，其中标号1-10的凹槽称为外圈，标号为11-14的凹槽称为内圈。在外延生长时，此两种机型中生长的外延片都存在内圈波长均值比外圈短1-6nm的现象。对于此种现象，多数时候采用的是降低内圈温度来拉长内圈外延片波长。然而此方法不能完全改善内、外圈波长均值的差异，并且还会对MOCVD设备中一些零部件造成使用寿命缩短等问题。
MOCVD中外延生长GaN基外延片时，目前使用的衬底材质绝大多数为蓝宝石(Al2O3)衬底、少数公司使用SiC衬底和Si衬底。由于Si衬底和蓝宝石(Al2O3)衬底与III-V族氮化物外延层的晶格失配与热膨胀系数的差异，在外延生长过程中外延片都会发生翘曲，但两者翘曲现象会有差别。外延片产生翘曲造成片子受热不均匀，对外延层质量有影响，并且III-V族氮化物发光外延片的波长对温度较为敏感，容易造成外延片内波长差异较大，会对后续的芯片制程以及分选工作造成时间和成本的大幅增加及良率的降低，特别是对于大尺寸外延，翘曲现象会更严重，如目前各公司在积极开发的4英寸外延，带来的良率损失与成本增加也会更严重。
专利授权号为CN203794982U提出了一种改善内圈波长均匀性与拉近各圈波长均值的石墨基盘，此石墨盘主要是针对2英寸衬底而言，并且主要适用于蓝宝石(Al2O3)衬底上生长的外延片；而Si衬底上生长III-V族氮化物外延片技术还在发展中，MOCVD中使用的石墨基盘的与蓝宝石(Al2O3)衬底使用的石墨基盘情况不一致，对于硅衬底上的外延也与蓝宝石衬底上的差异也很大。
【发明内容】
由于现有硅衬底上外延III-V族氮化物半导体材料技术还在发展中以及现有MOCVD中生长III-V族氮化物半导体材料使用的石墨盘主要针对的是蓝宝石衬底，本发明的目的在于提供的改善MOCVD中硅基氮化物各圈波长均值的石墨盘，提高和改善硅衬底上外延III-V族氮化物外延片的波长均匀性，机台外延良率，并能延长MOCVD设备中一些零部件的使用寿命。
本发明解决技术问题所提供的方案是：
改善硅基氮化物各圈波长均值所使用的石墨盘，所述石墨盘包括石墨盘盘体21及分布于盘体21上表面用于放置硅衬底的多个圆形凹槽；且所述多个凹槽在所述盘体21上基本呈圆周分布的，可根据其在盘体上的分布分为内圈和外圈，且所述外圈的直径大于所述内圈的直径；
每个所述凹槽中包括：槽体、底面、第一侧壁以及用于放置所述硅衬底的圆台，其中，所述底面为位于所述槽体底部，且所述底面为向上拱形凸起的环形；所述第一侧壁于所述槽体内部自所述底面边缘背离所述石墨盘盘体弯折延伸而成；所述圆台于所述槽体内部自所述第一侧壁的顶端向外弯折延伸而成；
位于所述内和外圈凹槽的环形上凸底面高度值相同时外圈凹槽的圆台高度值比内圈凹槽的低2-30um；或，
位于所述内和外圈凹槽的圆台高度值相同时外圈凹槽的环形上凸底面高度值比内圈凹槽的高2-30um。
进一步优选地，位于所述内和外圈凹槽的环形上凸底面高度值相同时，且所述环形上凸底面高度值范围为5-100um，位于所述内圈中凹槽的圆台高度值比位于所述外圈中凹槽的高2-30um，且所述内和外圈中凹槽的圆台高度值范围为30-130um。
进一步优选地，位于所述内和外圈凹槽的圆台高度值相同时，且所述圆台的高度值范围为30-130um，位于所述内圈中凹槽的环形上凸底面高度值比位于所述外圈中凹槽的高2-30um，且所述内和外圈中凹槽的环形上凸底面高度值范围为5-100um。
进一步优选地，所述凹槽中还包括第二侧壁，所述第二侧壁于所述槽体内部自所述圆台边缘背离所述石墨盘盘体弯折延伸而成，且所述第二侧壁的顶端与所述槽体表面内边缘相接。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1.本发明应用于MOCVD中硅衬底上生长GaN基外延片，通过对石墨盘中内、外圈凹槽内的设计结构与参数的调整能较好的解决MOCVD中硅衬底上GaN基外延片内、外圈波长均值的差异，避免通过大幅改变内圈设置温度等方式满足外延生长，提高外延片的波长均匀性与良率。
2.本发明通过石墨盘凹槽内的设计结构与参数的调整，不需大幅的改变内圈设置温度来达到内、外圈波长均值相当，对于MOCVD中一些零部件的使用寿命也可延长，节约设备维护时间与成本，从而降低生产成本。
【附图说明】
图1是本发明具有14个凹槽的生长4英寸外延片的石墨基盘结构示意图。
图2是本发明在硅衬底上生长GaN基外延片设计使用的Ring石墨基盘凹槽截面图及外延片翘曲现象状态示意图。
附图标记说明
石墨盘的盘体21石墨盘表面26
凹槽环形上凸底面22硅衬底27
第一侧壁23长度L21、L22
圆台24高度H21、H22、H23
第二侧壁25
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作进一步详述。
实施例一：
参考图2是本发明提供的改善MOCVD机台中4英寸硅基氮化物内、外圈波长均值所使用的石墨盘，石墨盘包括石墨盘的盘体21及分布于盘体21上表面用于安放4英寸硅衬底的多个凹槽。在具体实施例中，该凹槽直径大小为可放置2英寸、4英寸、6英寸、8英寸甚至直径更大的硅衬底27。
本实施例中多个凹槽在盘体21上基本呈圆周分布的，可根据其在盘体上的分布分为内圈和外圈，且外圈的直径大于内圈的直径。
本实施例中内和外圈每个凹槽中包括：槽体21、底面22、第一侧壁23、圆台24以及第二侧壁25，其中，底面22为位于槽体底部，且底面为环形、向上拱形凸起；第一侧壁23自底面边缘背离石墨盘盘体弯折延伸而成；圆台24自第一侧壁23的顶端向外弯折延伸而成；第二侧壁25自圆台边缘背离石墨盘盘体21弯折延伸而成，第二侧壁25的顶端与槽体表面26内边缘相接。
在本实施例中，内圈凹槽和外圈凹槽的环形上凸底面22高度值H21取值为30um，内圈凹槽的圆台24的高度值H22为60um、外圈凹槽的圆台24高度值比内圈凹槽的低3um。
实施例二：
参考图2是本发明提供的改善MOCVD机台中4英寸硅基氮化物内、外圈波长均值所使用的石墨盘，其特征在于，石墨盘包括石墨盘的盘体21及分布于盘体21上表面用于安放4英寸硅衬底的多个凹槽。在具体实施例中，该凹槽直径大小为可放置2英寸、4英寸、6英寸、8英寸甚至直径更大的硅衬底27。
本实施例中多个凹槽在盘体21上基本呈圆周分布的，可根据其在盘体上的分布分为内圈和外圈，且外圈的直径大于内圈的直径。
本实施例中内和外圈每个凹槽中包括：槽体21、底面22、第一侧壁23、圆台24以及第二侧壁25，其中，底面22为位于槽体底部，且底面为环形、向上拱形凸起；第一侧壁23自底面边缘背离石墨盘盘体弯折延伸而成；圆台24自第一侧壁23的顶端向外弯折延伸而成；第二侧壁25自圆台边缘背离石墨盘盘体21弯折延伸而成，第二侧壁25的顶端与槽体表面26内边缘相接。
在本实施例中，内圈凹槽和外圈凹槽的圆台24高度值H22取值为100um，内圈凹槽的环形上凸底面22高度值H21为50um、外圈凹槽的环形上凸底面22高度值21比内圈凹槽的高8um。

Claims (4)

1.改善硅基氮化物各圈波长均值的石墨基盘，其特征在于，所述石墨盘包括石墨盘的盘体21及分布于所述盘体21上表面用于安放硅衬底的多个凹槽，且所述多个凹槽在所述盘体21上基本呈圆周分布的，可根据其在盘体上的分布分为内圈和外圈，且所述外圈的直径大于所述内圈的直径；
每个所述凹槽中包括：槽体、底面、第一侧壁以及用于放置所述硅衬底的圆台，其中，所述底面为位于所述槽体底部，且所述底面为向上拱形凸起的环形；所述第一侧壁于所述槽体内部自所述底面边缘背离所述石墨盘盘体弯折延伸而成；所述圆台于所述槽体内部自所述第一侧壁的顶端向外弯折延伸而成；
位于所述内和外圈中凹槽的环形上凸底面高度值相同，位于所述内圈中凹槽的圆台的高度值比位于所述外圈中凹槽的高2-30um；或，
位于所述内和外圈中凹槽的圆台高度值相同，位于所述外圈中凹槽的环形上凸底面高度值比内圈凹槽的高2-30um。
2.根据权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，
位于所述内和外圈中凹槽的环形上凸底面高度值相同，且所述环形上凸底面高度值范围为5-100um，位于所述内圈中凹槽的圆台高度值比位于所述外圈中凹槽的高2-30um，且所述内和外圈中凹槽的圆台高度值范围为30-130um。
3.根据权利要求1所述的的石墨盘，其特征在于，
位于所述内和外圈中凹槽的圆台高度值相同，且所述圆台的高度值范围为30-130um，位于所述内圈中凹槽的环形上凸底面高度值比位于所述外圈中凹槽的高2-30um，且所述内和外圈中凹槽的环形上凸底面高度值范围为5-100um。
4.如权利要求1-3任意一项所述的石墨盘，其特征在于，
所述凹槽中还包括第二侧壁，所述第二侧壁于所述槽体内部自所述圆台边缘背离所述石墨盘盘体弯折延伸而成，且所述第二侧壁的顶端与所述槽体表面内边缘相接。
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