CN216919482U - 一种石墨盘及反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种石墨盘及反应装置，涉及半导体技术领域，该石墨盘包括石墨盘本体，所述石墨盘本体的上表面开设有至少一用于放置外延晶圆衬底的凹槽，所述凹槽内设有若干个支撑件，靠近所述石墨盘本体的中心的两个支撑件通过一连接件连接以形成一凸起支撑面，远离所述石墨盘本体的中心的两个支撑件之间的凹槽表面向下凹陷以形成一凹坑，以使所述石墨盘本体在高速旋转时，置于所述凹槽内的所述外延晶圆衬底受热均匀。本实用新型能够解决现有技术中因石墨盘高速转动，影响外延晶圆衬底的外延层波长均一性的技术问题。

Description

一种石墨盘及反应装置

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种石墨盘及反应装置。

背景技术

MOCVD是指金属有机化学气相沉积工艺(Metal-organic Chemical VaporDeposition),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源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V主族、Ⅱ-Ⅵ副族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶或者多晶材料，MOCVD是一种典型的气相外延生长技术，在半导体材料、LED光电器件及薄膜制备方面应用非常广泛。应用于LED光电器件的MOCVD反应装置一般包括石墨盘，石墨盘上设有若干个凹槽。具体为，在反应腔内，将外延晶圆衬底放于石墨盘的凹槽内，石墨盘加热到设定温度，通入反应气体，气体在反应腔内完成分解和反应，以使它们在外延晶圆衬底上沉积形成外延层。

目前比较常见的应用于LED光电器件中的MOCVD反应装置为中微 (A7)/Veeco(K700/K868)机型，其垂直式腔体设置在稼动率方面有较为明显的优势，但是由于其石墨盘有较高的转速、流场及温场的原因，具体为，在外延生长过程中，外延晶圆衬底由于石墨盘高速转动产生离心力不一致，内侧的外延晶圆衬底微微翘起，导致内外侧边缘产生一定的温度差，从而造成外延晶圆衬底上沉积形成外延层的波长分布不均及STD偏大，尤其是在外圈表现的更明显。然而随着mini-LED的兴起以及MOCVD的发展，外延层波长均匀性在mini-LED 光电器件中占着至关重要的作用，外延层波长均一性较差将直接影响mini-LED 光电器件的性能，甚至影响其在半导体与器件中应用的性能。

因此，现有石墨盘普遍存在因石墨盘高速转动，影响外延晶圆衬底的外延层波长均一性的技术问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种石墨盘及反应装置，旨在解决现有技术中因石墨盘高速转动，影响外延晶圆衬底的外延层波长均一性的技术问题。

本实用新型的一方面在于提供一种石墨盘，所述石墨盘包括：石墨盘本体，所述石墨盘本体的上表面开设有至少一用于放置外延晶圆衬底的凹槽，所述凹槽内设有若干个支撑件，靠近所述石墨盘本体的中心的两个支撑件通过一连接件连接以形成一凸起支撑面，远离所述石墨盘本体的中心的两个支撑件之间的凹槽表面向下凹陷以形成一凹坑，以使所述石墨盘本体在高速旋转时，置于所述凹槽内的所述外延晶圆衬底受热均匀。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过本实用新型提供的石墨盘，石墨盘本体上设有若干个放置外延晶圆衬底的凹槽，凹槽内设有若干个支撑件，凹槽内靠近石墨盘本体的中心的两个相邻支撑件通过一连接件连接形成一凸起支撑面，凹槽内远离石墨盘本体的中心的两个相邻支撑件之间向下凹陷形成一凹坑，凹槽形成靠近石墨盘本体的中心的一侧边缘垫高，远离石墨盘本体的中心的一侧边缘向下凹陷的结构，当外延晶圆衬底在凹槽内外延生长时，石墨盘本体高速旋转，外延晶圆衬底在离心力的作用下，远离石墨盘本体的中心的边缘一侧的离心力大于靠近石墨盘本体的中心的边缘一侧，外延晶圆衬底靠近石墨盘本体的中心的边缘一侧会因为离心力小而微微翘起造成外延层生长的不同边缘区域温度差异，生长不均匀，波长均一性较差，而该石墨盘使外延晶圆衬底靠近石墨盘本体的中心的边缘一侧变高，远离石墨盘本体的中心的边缘一侧降低，微微翘起的边缘直接贴合支撑面，达到石墨盘的均匀传热，平衡了因高速转动造成的不同边缘区域的温度差异，从而解决了现有技术中因石墨盘高速转动，影响外延晶圆衬底的外延层波长均一性的技术问题。

根据上述技术方案的一方面，所述支撑面与所述凹槽中心连线形成的夹角，及所述凹坑与所述凹槽中心连线形成的夹角保持一致，呈40°-50°。

根据上述技术方案的一方面，所述支撑面的高度范围为0.1-0.2mm，所述凹坑的深度范围为0.1-0.2mm。

根据上述技术方案的一方面，所述凹槽围绕所述石墨盘本体的中心排列成圆弧形状。

根据上述技术方案的一方面，所述凹槽内的边缘设有8个均匀间隔设置的所述支撑件，其中，两支撑件连接形成的所述支撑面向上弯曲形成弧形，两个支撑件之间的凹槽表面向下凹陷形成一弧形凹坑。

根据上述技术方案的一方面，所述凹槽包括设于靠近所述石墨盘本体中心的内圈凹槽，及远离所述石墨盘本体中心的外圈凹槽，所述内圈凹槽与所述外圈凹槽的形状大小一致。

根据上述技术方案的一方面，所述石墨盘本体的上表面设有均匀间隔排列的7个所述内圈凹槽及16个所述外圈凹槽。

根据上述技术方案的一方面，所述内圈凹槽内的所述支撑面的高度小于所述外圈凹槽内的所述支撑面的高度，所述内圈凹槽内的所述凹坑的深度小于所述外圈凹槽内的所述凹坑的深度。

根据上述技术方案的一方面，所述石墨盘本体具有碳化硅涂层。

本实用新型的另一方面在于提供一种反应装置，该反应装置包括上述技术方案中的石墨盘。

附图说明

本实用新型的上述与/或附加的方面与优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显与容易理解，其中：

图1为本实用新型第一实施例中石墨盘的俯视图；

图2为本实用新型第一实施例中凹槽的示意图；

图3为本实用新型第一实施例中凹槽的剖视图；

图4为本实用新型第一实施例中石墨盘的剖视图；

附图元器件符号说明：

石墨盘本体10，凹槽20，内圈凹槽21，外圈凹槽22，支撑面30，凹坑40，支撑件200。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征与优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型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实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”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”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造与操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定与限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的与所有的组合。

请参阅图1-图4，所示为本实用新型第一实施例提供的一种石墨盘，该石墨盘包括石墨盘本体10，石墨盘本体10用于给外延晶圆衬底传导热量，其形状为圆形，石墨盘本体10上具有碳化硅涂层，碳化硅是用石英砂、石油焦等原料通过高温冶炼而成，碳化硅材料导热系数高，具有优良的导热性能，能使热量均匀分布于石墨盘本体10的各个区域，避免因热量传导的不均匀造成不同区域的温度差异，导致外延晶圆衬底因温度差异造成均一性差。同时碳化硅材料化学性能稳定，石墨盘本体10上具有碳化硅涂层，能够保护石墨盘本体10不受反应气体的侵蚀，延长了石墨盘本体10的使用寿命。

其中，石墨盘本体10上表面开设有至少一用于放置外延晶圆衬底的凹槽20。具体地，当石墨盘本体10上表面只开设一个用于放置外延晶圆衬底的凹槽20 时，主要应用于对稼动率要求不高的石墨盘，无需设置多个凹槽就能实现上述功能；当石墨盘本体10上表面开设多个用于放置外延晶圆衬底的凹槽20时，多个凹槽20围绕石墨盘本体10的中心排列成圆弧形状，凹槽20的多个设置提升了石墨盘的稼动率及降低了生产的成本。凹槽20包括设于靠近石墨盘本体10 中心的内圈凹槽21，及远离石墨盘本体10中心的外圈凹槽22，其设有7个均匀间隔排列的内圈凹槽21及16个均匀间隔排列的外圈凹槽22，内圈凹槽21与外圈凹槽22的形状大小一致，均为圆弧形状，凹槽20的内圈凹槽21及外圈凹槽22的两圈设置，提高了石墨盘本体10上不同圈位外延晶圆衬底生长外延层的均一性，避免凹槽20的内圈凹槽21、中间凹槽及外圈凹槽22的三圈设置，因石墨盘本体高速转动外延晶圆衬底产生的离心力，在离心力的作用下，三圈中的外延晶圆衬底上由于位置不同生长的外延层的均一性不一致，导致不同圈位的外延层的波长均一性不一致，波长差大幅度增加，影响其在mini-LED光电器件中的性能，甚至影响其在半导体与器件中应用的性能。

需要说明的是，凹槽20内设有若干个支撑件200，每个凹槽20内的边缘设有8个均匀间隔设置的支撑件200，用于承接外延晶圆衬底，靠近石墨盘本体 10的中心的两个支撑件200通过一连接件连接以形成一凸起支撑面30，支撑面 30呈弧形，支撑面30的高度为0.1-0.2mm，支撑面30的高度超过0.2mm，外延晶圆衬底会有因为离心力而脱落的风险，支撑面30的高度小于0.1mm，外延晶圆衬底上的外延层生长不均匀，波长均一性差，达不到理想效果。当石墨盘本体10在高速转动时，靠近石墨盘本体10中心的外延晶圆衬底边缘的离心力小于远离石墨盘本体10中心的外延晶圆衬底边缘的离心力，导致靠近石墨盘本体10中心的外延晶圆衬底边缘微微翘起，造成外延晶圆衬底不同边缘区域温度差异，受热不均匀，外延层生长波长均一性差。而支撑面30的设置让微微翘起的边缘直接贴合于支撑面30上，达到石墨盘的均匀传热，平衡了因高速转动造成的不同边缘区域的温度差异。

除此之外，远离石墨盘本体的中心的两个支撑件200之间的凹槽20表面向下凹陷以形成一凹坑40，与支撑面30对应，凹坑40呈弧形，凹坑40的深度为 0.1-0.2mm，支撑面30与凹槽20中心连线形成的夹角，及凹坑40与凹槽20中心连线形成的夹角保持一致，呈40°-50°，同样的，夹角超过50°，外延晶圆衬底会有因为离心力而脱落的风险，支撑面30的高度小于40°，外延晶圆衬底上的外延层生长不均匀，波长均一性差，达不到理想效果。

需要提及的是，外圈凹槽22的支撑面30高度高于内圈凹槽21的支撑面30 高度，相应的，外圈凹槽22的凹坑40深度高于内圈凹槽21的凹坑40深度。差异的来源是因为外圈凹槽22的离心力所引起的外延晶圆衬底的翘曲差大于内圈凹槽21的离心力所引起的外延晶圆衬底的翘曲差。差异的设计以最大幅度的缩小外延层的波长差，提升其均一性。

具体为，当外延晶圆衬底放置于石墨盘本体10上的凹槽20内，石墨盘本体10加热至设定温度，保持在外延晶圆衬底的外延层生长的温度范围。石墨盘本体10高速旋转以使反应气体均匀沉积在外延晶圆衬底上。但是由于石墨盘本体10的高速转动，外延晶圆衬底会产生离心力，靠近石墨盘本体10中心的外延晶圆衬底边缘的离心力小于远离石墨盘本体10中心的外延晶圆衬底边缘的离心力，外延晶圆衬底靠近石墨盘本体10的中心的边缘一侧会因为离心力小而微微翘起，支撑面30及凹坑40的设置，微微翘起的边缘直接贴合于支撑面30上，平衡因高速转动造成的不同边缘区域的温度差异，提升了外延层的波长均一性。

相比于现有技术，本实施例提供的石墨盘，有益效果在于：通过本实用新型提供的石墨盘，石墨盘本体上设有若干个放置外延晶圆衬底的凹槽，凹槽内设有若干个支撑件，凹槽内靠近石墨盘本体的中心的两个相邻支撑件通过一连接件连接形成一凸起支撑面，凹槽内远离石墨盘本体的中心的两个相邻支撑件之间向下凹陷形成一凹坑，凹槽形成靠近石墨盘本体的中心的一侧边缘垫高，远离石墨盘本体的中心的一侧边缘向下凹陷的结构，当外延晶圆衬底在凹槽内外延生长时，石墨盘本体高速旋转，外延晶圆衬底在离心力的作用下，远离石墨盘本体的中心的边缘一侧的离心力大于靠近石墨盘本体的中心的边缘一侧，外延晶圆衬底靠近石墨盘本体的中心的边缘一侧会因为离心力小而微微翘起造成外延层生长的不同边缘区域温度差异，生长不均匀，波长均一性较差，而该石墨盘使外延晶圆衬底靠近石墨盘本体的中心的边缘一侧变高，远离石墨盘本体的中心的边缘一侧降低，微微翘起的边缘直接贴合支撑面，达到石墨盘的均匀传热，平衡了因高速转动造成的不同边缘区域的温度差异，从而解决了现有技术中因石墨盘高速转动，影响外延晶圆衬底的外延层波长均一性的技术问题。

本实用新型的第二实施例提供了一种反应装置，该反应装置包括上述实施例当中的石墨盘。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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

Claims (10)

1.一种石墨盘，其特征在于，所述石墨盘包括：石墨盘本体，所述石墨盘本体的上表面开设有至少一用于放置外延晶圆衬底的凹槽，所述凹槽内设有若干个支撑件，靠近所述石墨盘本体的中心的两个支撑件通过一连接件连接以形成一凸起支撑面，远离所述石墨盘本体的中心的两个支撑件之间的凹槽表面向下凹陷以形成一凹坑，以使所述石墨盘本体在高速旋转时，置于所述凹槽内的所述外延晶圆衬底受热均匀。

2.根据权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，所述支撑面与所述凹槽中心连线形成的夹角，及所述凹坑与所述凹槽中心连线形成的夹角保持一致，呈40°-50°。

3.根据权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，所述支撑面的高度范围为0.1-0.2mm，所述凹坑的深度范围为0.1-0.2mm。

4.根据权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，所述凹槽围绕所述石墨盘本体的中心排列成圆弧形状。

5.根据权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，所述凹槽内的边缘设有8个均匀间隔设置的所述支撑件，其中，两支撑件连接形成的所述支撑面向上弯曲形成弧形，两个支撑件之间的凹槽表面向下凹陷形成一弧形凹坑。

6.根据权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，所述凹槽包括设于靠近所述石墨盘本体中心的内圈凹槽，及远离所述石墨盘本体中心的外圈凹槽，所述内圈凹槽与所述外圈凹槽的形状大小一致。

7.根据权利要求6所述的石墨盘，其特征在于，所述石墨盘本体的上表面设有均匀间隔排列的7个所述内圈凹槽及16个所述外圈凹槽。

8.根据权利要求6所述的石墨盘，其特征在于，所述内圈凹槽内的所述支撑面的高度小于所述外圈凹槽内的所述支撑面的高度，所述内圈凹槽内的所述凹坑的深度小于所述外圈凹槽内的所述凹坑的深度。

9.根据权利要求1所述的石墨盘，其特征在于，所述石墨盘本体具有碳化硅涂层。

10.一种反应装置，其特征在于，该反应装置包括权利要求1-9中任意一项所述的石墨盘。

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