CN106381480A - 一种提高mocvd加热均匀性的晶片载盘制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备方法，包括以下步骤：利用石墨压制成带有凹槽的晶片载盘胚体，将胚体经烧结制成晶片载盘，在晶片载盘受热时的低温区的凹槽的立面上固定凸起或蚀刻凹痕，在晶片载盘表面上沉积保护膜。在晶片载盘受热时温度低于其它区域的凹槽的里面上固定凸起或蚀刻凹痕能够提高凹槽内表面的粗糙度，进而提高凹槽立面热发射率，使得低温区凹槽温度提高，进而提高整体温度均匀性。

Description

一种提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备方法
技术领域
本发明涉及一种提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备工艺，属于金属有机物化学气相沉积反应设备(MOCVD)技术领域。
背景技术
MOCVD是在气相外延生长(VPE，Vapor Phase Epitaxy)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术，它以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原材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，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。
MOCVD反应腔温度的均匀性是生产高质量薄膜的关键性因素，以GaN生长为例，一般要求加热器上方的晶片盘温度高达1200℃，温度控制误差不超过±0.5℃，由于在MOCVD设备中，加热器和载盘通常没有直接的接触，这就不仅要对加热器提出更高要求，晶片载盘(2)的设计也至关重要。
常规MOCVD设备的加热装置分为内圈(3)、中圈(4)、外圈(5)三部分，如图1所示，内圈(3)和外圈(4)加热装置都比较小，中圈(5)的加热面积最大。支撑轴带动石墨载盘高度旋转，而支撑轴导热系数大，载盘向支撑轴传递相当的热量，导致中心加热区域的温度比其他部分的温度低。
同时，加热装置外圈(5)部分表面电负荷过重。晶片载盘(2)边缘区域除与晶片载盘(2)其他区域相同的上表面散热外，其侧面也存在辐射散热，特别是工艺尾气从晶片载盘边缘区域流过，会带走热量，因此为晶片载盘(2)外圈加热所需的功率比较大，但是为了尽可能的扩大晶片载盘(2)表面温度均匀区域的宽度，外圈(5)的尺寸反而较小，所以加热装置外圈(5)部分表面电负荷非常大，不利于在晶片载盘(2)边缘区域获得工艺所需要的高温。
总之，仅依靠现有的加热方法和装置，晶片载盘实际受热基本都存在晶片载盘受热不均匀的问题，使得每个凹槽(1)内部温度实际上达不到温度均匀的状态，使得凹槽内部的衬底出现翘曲，而薄膜沉淀形状与衬底形状直接相关，衬底变形不利于薄膜的均匀沉积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备方法。
为了实现上述目的，本发明包括，一种提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备方法，包括以下步骤：利用石墨压制成带有凹槽的晶片载盘胚体，将胚体经烧结制成晶片载盘，其特征在于，在晶片载盘受热时的低温区的凹槽的立面上固定凸起或蚀刻凹痕，在晶片载盘表面上沉积保护膜。
通过在晶片载盘受热时温度低于其它区域的凹槽的里面上固定凸起或蚀刻凹痕能够提高凹槽内表面的粗糙度。
在MOCVD设备中，传热方式以辐射和气流对流为主，在高温的时候更主要通过辐射的方式对载盘等部件进行加热。在加热器中通过给发热体通电，使发热体达到较高的温度，呈现红热状态，产生热量向外辐射。热辐射量的多少就直接影响凹槽内部的温度。
发热体的热辐射能力以热发射率来表征。物体的热发射率的大小由其材料和表面粗糙度等因素决定。粗糙度的提高能够提高热发射率。由于晶片载盘上无法实现每个凹槽内部单独加热控温。通过提高低温区凹槽立面的粗糙度能够提高凹槽里面对衬底的热辐射，从而提高部分由于受热不均造成的低温衬片的温度。实现整个载盘温度的热均一致，提高产品品质。
优选的，所述在凹槽立面上刻蚀凹痕，为对凹槽立面进行喷砂处理。
优选的，所述喷砂处理，采用刚玉作为喷砂介质，刚玉目数为80-100目，所用气压在0.6-0.8MPa范围内，喷砂距离在12-15cm范围内，喷射角度以凹槽立面为基准，喷射方向与立面之间的夹角在60°-75°范围内。
优选的，所述在凹槽立面上刻蚀凹痕，为通过化学蚀刻在凹槽立面上蚀刻凹痕。
优选的，所述化学蚀刻包括以下步骤：1)在凹槽立面上通过旋转涂胶的方式涂敷正性光刻胶；2)对光刻胶进行曝光显影去除部分光刻胶，暴露凹痕蚀刻区域；3)利用KOH和K2CO3混合溶液刻蚀凹痕蚀刻区域，蚀刻深度为1.3-1.6微米，宽度为0.8-1.2微米。
优选的，所述在凹槽的立面上固定凸起，为在凹槽立面上粘结高热辐射率材料，形成凸起。
优选的，所述高热辐射率材料由10-15％的MnO2、8-10％的Co2O3、8-10％的CuO，1-2％的CeO和余量Fe2O3组成，混合物混合均匀后在1300℃-1350℃下反应烧结1-2小时，烧结后经粉末研磨制成320目一下的粉料颗粒，称取1g粉料与1mL耐热胶混均后利用丝网印刷法涂布在凹槽立面上。
优选的，所述耐热胶为0.5-1％的铬酐，化学式为CrO3，1-2％的铝溶胶，化学式为Al2O3·nH2O，余量为硅胶组成的水基胶。
优选的，所述保护膜为SiC薄膜或TiC薄膜。
附图说明
图1是MOCVD反应腔示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
如图1所示，反应腔内晶片载盘2的底端由转轴带动旋转。同时加热装置固定在晶片载盘的下侧。加热装置有内圈3、中圈4和外圈5组成，晶片载盘上设置有凹槽1。为了提高各个晶片载盘整体以及凹槽内部温度均匀性，对晶片载盘上在受热情况下温度相对较低的凹槽进行处理。具体步骤如下：利用石墨压制成带有凹槽的晶片载盘胚体，将胚体经烧结制成晶片载盘，在晶片载盘受热时的低温区的凹槽的立面上固定凸起或蚀刻凹痕，以提高凹槽内立面的粗糙度，在晶片载盘表面上沉积保护膜。利用粗糙度提高能够提高发热效率的远离，使低温凹槽能够收到更多的热辐射从而保持整体的温度均匀性。
对于提高粗糙度使用了如下三种方式：
第一实施例
对凹槽立面进行喷砂处理，形成凹痕。
喷砂处理，采用刚玉作为喷砂介质，刚玉目数为80-100目，所用气压在0.6-0.8MPa范围内，喷砂距离在12-15cm范围内，喷射角度以凹槽立面为基准，喷射方向与立面之间的夹角在60°-75°范围内。经过喷砂处理后，凹槽立面热发射率提高了35％。
第二实施例
通过化学蚀刻在凹槽立面上蚀刻凹痕。
化学蚀刻包括以下步骤：1)在凹槽立面上通过旋转涂胶的方式涂敷正性光刻胶；2)对光刻胶进行曝光显影去除部分光刻胶，暴露凹痕蚀刻区域；3)利用KOH和K2CO3混合溶液刻蚀凹痕蚀刻区域，蚀刻深度为1.3-1.6微米，宽度为0.8-1.2微米。
通过此方法处理后，凹槽立面热发射率提高了37％。
第三实施例
在凹槽立面上粘结高热辐射率材料，形成凸起。
所述高热辐射率材料由10-15％的MnO2、8-10％的Co2O3、8-10％的CuO，1-2％的CeO和余量Fe2O3组成，混合物混合均匀后在1300℃-1350℃下反应烧结1-2小时，烧结后经粉末研磨制成320目一下的粉料颗粒，称取1g粉料与1mL耐热胶混均后利用丝网印刷法涂布在凹槽立面上。
所述耐热胶为0.5-1％的铬酐，化学式为CrO3，1-2％的铝溶胶，化学式为Al2O3`nH2O，余量为硅胶组成的水基胶。
经此方法处理后，凹槽的热发射率提高了38％。
晶片载盘的表面一般沉积的保护膜为SiC薄膜或TiC薄膜。这两种膜行业内普遍使用，效果优良且稳定。

Claims (9)

1.一种提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备方法，包括以下步骤：利用石墨压制成带有凹槽的晶片载盘胚体，将胚体经烧结制成晶片载盘，其特征在于，在晶片载盘受热时的低温区的凹槽的立面上固定凸起或蚀刻凹痕，在晶片载盘表面上沉积保护膜。
2.根据权利要求1所述的提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备方法，其特征在于，所述在凹槽立面上刻蚀凹痕，为对凹槽立面进行喷砂处理。
3.根据权利要求2所述的提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备方法，其特征在于，所述喷砂处理，采用刚玉作为喷砂介质，刚玉目数为80-100目，所用气压在0.6-0.8MPa范围内，喷砂距离在12-15cm范围内，喷射角度以凹槽立面为基准，喷射方向与立面之间的夹角在60°-75°范围内。
4.根据权利要求1所述的提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备方法，其特征在于，所述在凹槽立面上刻蚀凹痕，为通过化学蚀刻在凹槽立面上蚀刻凹痕。
5.根据权利要求4所述的提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备方法，其特征在于，所述化学蚀刻包括以下步骤：1)在凹槽立面上通过旋转涂胶的方式涂敷正性光刻胶；2)对光刻胶进行曝光显影去除部分光刻胶，暴露凹痕蚀刻区域；3)利用KOH和K2CO3混合溶液刻蚀凹痕蚀刻区域，蚀刻深度为1.3-1.6微米，宽度为0.8-1.2微米。
6.根据权利要求1所述的提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备方法，其特征在于，所述在凹槽的立面上固定凸起，为在凹槽立面上粘结高热辐射率材料，形成凸起。
7.根据权利要求6所述的提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备方法，其特征在于，所述高热辐射率材料由10-15％的MnO2、8-10％的Co2O3、8-10％的CuO，1-2％的CeO和余量Fe2O3组成，混合物混合均匀后在1300℃-1350℃下反应烧结1-2小时，烧结后经粉末研磨制成320目一下的粉料颗粒，称取1g粉料与1mL耐热胶混均后利用丝网印刷法涂布在凹槽立面上。
8.根据权利要求7所述的提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备方法，其特征在于，所述耐热胶为0.5-1％的铬酐，化学式为CrO3，1-2％的铝溶胶，化学式为Al2O3`nH2O，余量为硅胶组成的水基胶。
9.根据权利要求1至8任一项所述的提高MOCVD加热均匀性的晶片载盘制备方法，其特征在于，所述保护膜为SiC薄膜或TiC薄膜。
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