CN106653664A - 砷化镓晶圆用除氧托盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种砷化镓晶圆用除氧托盘。该砷化镓晶圆用除氧托盘包括底座和定位组件；底座开设有贯通底座且用于安装砷化镓晶圆的安装孔，安装孔的侧壁上设有限位凸起；定位组件能够与底座固定连接，且定位组件与限位凸起能够分别与砷化镓晶圆的相对的两个表面的边缘相抵接而夹持固定砷化镓晶圆；其中，底座和定位组件的熔点均在1000℃以上。上述砷化镓晶圆用除氧托盘能够简化砷化镓晶圆的除氧工艺的操作、提高除氧效率且能够较为稳固地固定砷化镓晶圆。

Description

砷化镓晶圆用除氧托盘

技术领域

本发明涉及半导体光电技术领域，尤其涉及一种砷化镓晶圆用除氧托盘。

背景技术

在半导体单晶晶圆上外延生长高质量单晶半导体薄膜或者异质结是绝大部分半导体光电器件研发的核心技术环节。砷化镓(GaAs)晶圆作为一种晶格匹配度较高的半导体晶圆，经常被用作高质量II-VI族、III-V族半导体光电器件的外延生长基片。

分子束外延技术是一种在超高真空环境(P<1×10^-8Pa)中，在单晶的半导体晶圆片上外延生长高质量半导体薄膜的技术手段。目前已经被广泛应用于高质量半导体光电器件以及高迁移率半导体晶体管的制备和加工。在分子束外延生长工艺中，GaAs晶圆先被固定到一个样品托上，连同样品托一起放置到一个可加热的平台上；在加热平台上经过高温加热处理以后，GaAs晶圆表面的氧化层脱落，露出原子级平整的单晶表面；随后，通过高纯元素蒸发源向GaAs晶圆表面提供原子或者分子束流，进而，在GaAs表面进行高质量的半导体薄膜的沉积和外延生长。

在整个外延生长工艺中，具有原子级平整度的单晶GaAs表面是进一步进行高质量半导体薄膜外延生长的基本条件，因此，有效的去除GaAs表面的氧化层对于整套工艺是至关重要的工艺流程，目前的去氧工艺通常为：首先，将GaAs晶圆固定在圆盘状的钼金属样品托上，固定的方法通常是使用Ga金属涂层将GaAs和钼(Mo)样品托粘接在一起，形成GaAs/Ga/Mo的结构；随后，将钼金属样品托传入分子束外延的生长室的可加热平台，通过背面的热电阻丝炉盘对样品托的背面进行加热，样品托通过Ga金属涂层可以有效地将热量传递给GaAs晶圆，当GaAs晶圆表面温度达到除氧温度的时候，GaAs晶圆表面氧化层就会被缓慢蒸发而除去，进而露出单晶的晶圆表面。

在除氧过程中，Ga金属涂层起到了两个重要作用：(1)在高温条件下，熔融状态的Ga涂层可以利用其表面张力将GaAs晶圆牢牢吸附在钼样品托表面，从而在去氧过程中达到固定样品的目的；(2)Ga涂层具有很好的导热性能，可以有效地将钼样品托的热量传递给GaAs晶圆，使得GaAs晶圆表面温度均匀升高，最终达到均匀除去晶圆表面的氧化层的目的。因此，在整套工艺中，均匀的Ga涂层对晶圆的表面去氧过程是至关重要的。

为了实现均匀的Ga涂层的制备，通常需要先将Mo样品托加热至约100℃，然后，将Ga金属颗粒融化在样品托表面上，再把GaAs晶圆放置在Ga涂层上面，在样品托上反复旋转GaAs晶圆多次，从而确保GaAs晶圆与Ga金属涂层紧密粘合在一起。以上操作平均每次加工要耗时半个小时以上，工艺繁琐，而且还很容易在GaAs与Mo样品托之间出现一些不均匀的空气空洞，而一旦出现空洞，其所对应的GaAs晶圆表面就成为了低温区域，最终导致其无法去氧，从而变成光电器件的失效区，造成晶圆的浪费，效率较低。且由于GaAs晶圆的去氧温度条件较为苛刻，若高于去氧温度区间，会导致整个晶圆过热，从而破坏晶圆表面的原子级平整表面，因此，不能通过提高去氧温度来实现Ga金属涂层的空洞对应的低温区域的去氧，否则会导致整片晶圆表面的失效，仍然会导致晶圆的浪费。同时，在对样品托进行高温热处理的过程中，如果加热温度过高，会导致Ga金属涂层蒸发而导致GaAs晶圆从钼样品托上脱落，影响后续的外延生长。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够简化砷化镓晶圆的除氧工艺的操作、提高除氧效率且能够较为稳固地固定砷化镓晶圆的砷化镓晶圆用除氧托盘。

一种砷化镓晶圆用除氧托盘，包括：

底座，开设有贯通所述底座且用于安装所述砷化镓晶圆的安装孔，所述安装孔的侧壁上设有限位凸起；

定位组件，能够与所述底座固定连接，且所述定位组件与所述限位凸起能够分别与所述砷化镓晶圆的相对的两个表面的边缘相抵接而夹持固定所述砷化镓晶圆；

其中，所述底座和所述定位组件的熔点均在1000℃以上。

上述砷化镓晶圆的底座上开设有贯通底座且用于安装砷化镓晶圆的安装孔，安装孔的侧壁上设有限位凸起，定位组件能够与底座固定连接，定位组件与限位凸起能够分别与砷化镓晶圆的相对的两个表面的边缘相抵接而夹持固定砷化镓晶圆，使得当使用上述砷化镓晶圆用除氧托盘固定砷化镓晶圆时，只需将砷化镓晶圆安装到安装孔中，再将定位组件与底座固定连接，以使砷化镓晶圆夹持在限位凸起和定位组件之间即可，操作十分简单；且由于砷化镓晶圆是安装在安装孔内的，且熔点均在1000℃以上的限位凸起和定位组件通过夹持晶圆的边缘实现晶圆的固定，使得砷化镓晶圆的相对的两个表面能够尽可能地直接暴露在热辐射下，而无需使用Ga金属涂层来传导热量和粘结固定底座和砷化镓晶圆，从而避免了使用Ga金属涂层导致的空气空洞问题和Ga金属涂层蒸发而导致GaAs晶圆从样品托上脱落的问题，因此，上述砷化镓晶圆用除氧托盘能够简化砷化镓晶圆的除氧工艺的操作、提高除氧效率且能够较为稳固地固定砷化镓晶圆。

在其中一个实施例中，所述定位组件包括环形板和螺纹紧固件，所述螺纹紧固件能够穿设于所述环形板后与所述底座固定连接，而将所述环形板与所述底座固定连接，其中，所述环形板能够与所述砷化镓晶圆的边缘相抵接，并与所述限位凸起共同配合夹持固定所述砷化镓晶圆，所述环形板和所述螺纹紧固件的熔点均在1000℃以上。

在其中一个实施例中，所述环形板上开设有多个沿所述环形板的内圈间隔设置的缺口。

在其中一个实施例中，当所述环形板固定在所述底座上时，所述环形板与所述安装孔共轴设置，所述环形板的内径小于所述安装孔的直径，且所述环形板的内径与所述安装孔的直径相差不超过2毫米。

在其中一个实施例中，所述环形板的厚度为0.1毫米～2毫米。

在其中一个实施例中，所述环形板为钼板或钽板。

在其中一个实施例中，还包括透明的限位板，所述限位板能够收容于所述安装孔内，并能够与所述限位凸起相抵接，所述限位板能够与所述底座共同配合形成用于安装所述砷化镓晶圆的容置槽，当所述限位板收容于所述安装孔内时，所述限位板和所述定位组件共同配合夹持固定所述砷化镓晶圆，所述限位板的熔点在1000℃以上。

在其中一个实施例中，所述限位板为氧化铝板或碳化硅板。

在其中一个实施例中，所述限位板的厚度为300微米～800微米。

在其中一个实施例中，所述安装孔为圆形，所述限位凸起沿所述安装孔的一个开口设置一周，并与所述安装孔共轴设置，所述限位凸起的内圈与所述安装孔的半径相差不超过1毫米。

附图说明

图1为一实施方式的砷化镓晶圆用除氧托盘安装有砷化镓晶圆的轴向剖面图；

图2为图1所示的砷化镓晶圆用除氧托盘的立体分解图；

图3为图2所示的砷化镓晶圆用除氧托盘的底座的另一角度的结构示意图；

图4为图2所示的砷化镓晶圆用除氧托盘底座和定位组件组装在一起的结构示意图；

图5为图2所示的砷化镓晶圆用除氧托盘的定位组件的环形板的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，一实施方式的砷化镓晶圆用除氧托盘10，能够在砷化镓晶圆20的表面的氧化层的去除工艺中用于固定砷化镓晶圆20。该砷化镓晶圆用除氧托盘10包括底座100和定位组件200。

请一并参阅图2和图3，底座100上开设有贯通底座100且用于安装砷化镓晶圆20的安装孔110，安装孔110的侧壁上设有限位凸起120。具体的，底座100为环形圆板，底座100的内圈为安装孔110，即安装孔110为圆孔。可以理解，在其它实施例中，安装孔110也不限于为圆孔，安装孔110也可以为正方形、六边形等等。

其中，底座100的熔点在1000℃以上，以确保底座100在砷化镓晶圆20除氧工艺中高温处理不会融化。具体的，底座100为钼底座或不锈钢底座。

进一步的，限位凸起120为沿安装孔110的一个开口设置一周，并与安装孔110共轴设置，限位凸起120的内圈的半径与安装孔110的半径相差不超过1毫米，以尽可能地防止限位凸起120对砷化镓晶圆20的表面的遮挡，以使砷化镓晶圆20在加热过程中能够尽可能地暴露在热辐射中。

可以理解，限位凸起120也不限于为沿安装孔110的一个开口设置一周的结构，在其它实施例中，限位凸起120为块状，此时，限位凸起120为多个，为多个沿安装孔110的一个开口间隔设置一周。

定位组件200能够与底座100固定连接，定位组件200与限位凸起120能够分别与砷化镓晶圆20的相对的两个表面的边缘相抵接而夹持固定砷化镓晶圆20。其中，定位组件200的熔点在1000℃以上。

请一并参阅图4，具体的，定位组件200包括环形板210和螺纹紧固件220，螺纹紧固件220能够穿设于环形板210后与底座100固定连接，而将环形板210与底座100固定连接，其中，环形板210能够与砷化镓晶圆20的边缘相抵接，并与限位凸起120共同配合夹持固定砷化镓晶圆20。

其中，环形板210的熔点在1000℃以上。具体的，环形板210为钼板或钽板。

请一并参阅图5，进一步的，环形板210上开设有多个沿环形板210的内圈间隔设置的缺口212，能够给晶圆20在加热过程中的形变提供一定的空间，防止晶圆20在加热过程中的形变而造成环形板210发生形变，以使环形板210能够重复利用。具体在图示的实施例中，缺口212为5个。

进一步的，环形板210的厚度为0.1毫米～2毫米，从而在保证环形板210不会变形的前提下，使环形板210尽可能薄。

进一步的，当环形板210固定在底座100上时，环形板210与安装孔10共轴设置，环形板210的内径小于安装孔110的直径，且环形板210的内径与安装孔110的直径相差不超过2毫米，以尽可能地防止环形板210对砷化镓晶圆20的表面的遮挡，以使砷化镓晶圆20在加热过程中能够尽可能地暴露在热辐射中。

其中，螺纹紧固件220的熔点均在1000℃以上。具体的，螺纹紧固件220为钼螺丝或钽螺丝。具体的，螺纹紧固件220为多个，多个螺纹紧固件220沿安装孔110的周缘间隔设置。具体在图示的实施例中，螺纹紧固件220为6个，可以理解，在其它实施例中，螺纹紧固件220也可以为2个、3个、5个或者大于6个。

可以理解，定位组件200也不限于为上述结构，在其它实施例中，定位组件200还可以包括多个沿安装孔110的周缘设置、且能够转动地安装于底座100上的限位杆，此时，限位杆和限位凸起120分别与砷化镓晶圆20的两个相对的表面的边缘相抵接而夹持砷化镓晶圆20。然而，通过环形板210的形式限位，能够使砷化镓晶圆20固定地更加稳固，因此，在本实施例中，定位组件200采用环形板210的形式。

请再次一并参阅图1和图2，进一步的，砷化镓晶圆用除氧托盘10还包括透明的限位板300，限位板300能够收容于安装孔110内，并能够与限位凸起120相抵接，限位板300能够与底座100共同配合形成用于安装砷化镓晶圆20的容置槽，当限位板300收容于安装孔110内时，限位板300和定位组件200的环形板210共同配合夹持固定砷化镓晶圆20。具体的，限位板300为圆形板；砷化镓晶圆20、限位板300、环形板210和安装孔110共轴设置。

其中，限位板300的熔点在1000℃以上。具体的，限位板300为氧化铝板或碳化硅板；优选的，限位板300为氧化铝板，相对于碳化硅板，氧化铝板的价格较为便宜，有利于降低生产成本。

进一步的，限位板300的厚度为300微米～800微米，该厚度范围内的限位板300可以在保证透光性的前提下，给予砷化镓晶圆20良好的机械支撑。更进一步的，限位板300的厚度为400微米～500微米。

进一步的，当限位板300收容于安装孔110内时，限位板300远离限位凸起120的一面到底座100安装有环形板210的一面的最小距离大于或等于砷化镓晶圆20的厚度，以使当砷化镓晶圆20夹持在限位凸起120和限位板300之间时，砷化镓晶圆20远离限位凸起120的一面与底座100平齐或者略高出底座100。

上述砷化镓晶圆用除氧托盘10至少有以下优点：

(1)上述砷化镓晶圆20的底座100上开设有用于安装砷化镓晶圆20的安装孔110，安装孔110的侧壁上设有限位凸起120，定位组件200能够与底座100固定连接，定位组件200与限位凸起120能够分别与砷化镓晶圆20的相对的两个表面的边缘相抵接而夹持固定砷化镓晶圆20，使得当使用上述砷化镓晶圆用除氧托盘10固定砷化镓晶圆20时，只需将砷化镓晶圆20安装到安装孔110中，再将定位组件200与底座100固定连接，以使砷化镓晶圆20夹持在限位凸起120和定位组件200之间即可，操作十分简单；且由于砷化镓晶圆20是安装在安装孔110内的，且熔点均在1000℃以上的限位凸起120和定位组件200通过夹持晶圆20的边缘实现晶圆20的固定，使得砷化镓晶圆20的相对的两个表面能够尽可能地暴露在热辐射下，而无需使用Ga金属涂层来传导热量和粘结固定底座100和砷化镓晶圆20，从而避免了使用Ga金属涂层导致的空气空洞问题和Ga金属涂层蒸发而导致GaAs晶圆20从样品托上脱落的问题，因此，上述砷化镓晶圆用除氧托盘10能够简化砷化镓晶圆20的除氧工艺的操作、提高除氧效率且能够较为稳固地固定砷化镓晶圆20。

同时由于砷化镓晶圆20是安装在安装孔110内的，且熔点均在1000℃以上的限位凸起120和定位组件200通过夹持晶圆20的边缘实现晶圆20的固定，使得砷化镓晶圆20的相对的两个表面能够尽可能地暴露在热辐射下，能够大大的降低砷化镓晶圆的去氧化层的加热温度，以使砷化镓晶圆20的去氧化层的温度降低了整整200℃，降低了去氧能耗。

(2)通过设置能够收容于安装孔110内的透明的限位板300，限位板300能够与限位凸起120相抵接，且限位板300能够与底座100共同配合形成用于安装砷化镓晶圆20的容置槽，以使砷化镓晶圆20能够夹持固定在限位板300和定位组件200之间，从而达到支撑砷化镓晶圆20以及透热透光的效果，限位板300的使用也可以有效避免砷化镓晶圆20在去氧过程中出现由于热胀冷缩所导致的碎裂事故，而且设置限位板300还可以在配合压片的情况下承载非规则晶圆片，进行小尺寸的晶圆的去氧以及外延生长。而由于限位板300为透明的，热源产生的辐射热量能够完全透过限位板300，而不会对晶圆20的热辐射处理产生影响。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种砷化镓晶圆用除氧托盘，其特征在于，包括：

底座，开设有贯通所述底座且用于安装所述砷化镓晶圆的安装孔，所述安装孔的侧壁上设有限位凸起；

定位组件，能够与所述底座固定连接，且所述定位组件与所述限位凸起能够分别与所述砷化镓晶圆的相对的两个表面的边缘相抵接而夹持固定所述砷化镓晶圆；

其中，所述底座和所述定位组件的熔点均在1000℃以上。

2.根据权利要求1所述的砷化镓晶圆用除氧托盘，其特征在于，所述定位组件包括环形板和螺纹紧固件，所述螺纹紧固件能够穿设于所述环形板后与所述底座固定连接，而将所述环形板与所述底座固定连接，其中，所述环形板能够与所述砷化镓晶圆的边缘相抵接，并与所述限位凸起共同配合夹持固定所述砷化镓晶圆，所述环形板和所述螺纹紧固件的熔点均在1000℃以上。

3.根据权利要求2所述的砷化镓晶圆用除氧托盘，其特征在于，所述环形板上开设有多个沿所述环形板的内圈间隔设置的缺口。

4.根据权利要求2所述的砷化镓晶圆用除氧托盘，其特征在于，当所述环形板固定在所述底座上时，所述环形板与所述安装孔共轴设置，所述环形板的内径小于所述安装孔的直径，且所述环形板的内径与所述安装孔的直径相差不超过2毫米。

5.根据权利要求2所述的砷化镓晶圆用除氧托盘，其特征在于，所述环形板的厚度为0.1毫米～2毫米。

6.根据权利要求2所述的砷化镓晶圆用除氧托盘，其特征在于，所述环形板为钼板或钽板。

7.根据权利要求1所述的砷化镓晶圆用除氧托盘，其特征在于，还包括透明的限位板，所述限位板能够收容于所述安装孔内，并能够与所述限位凸起相抵接，所述限位板能够与所述底座共同配合形成用于安装所述砷化镓晶圆的容置槽，当所述限位板收容于所述安装孔内时，所述限位板和所述定位组件共同配合夹持固定所述砷化镓晶圆，所述限位板的熔点在1000℃以上。

8.根据权利要求7所述的砷化镓晶圆用除氧托盘，其特征在于，所述限位板为氧化铝板或碳化硅板。

9.根据权利要求7所述的砷化镓晶圆用除氧托盘，其特征在于，所述限位板的厚度为300微米～800微米。

10.根据权利要求1所述的砷化镓晶圆用除氧托盘，其特征在于，所述安装孔为圆形，所述限位凸起沿所述安装孔的一个开口设置一周，并与所述安装孔共轴设置，所述限位凸起的内圈的半径与所述安装孔的半径相差不超过1毫米。