CN219470276U - 一种石墨载盘以及金属有机化合物化学气相沉淀设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种石墨载盘以及金属有机化合物化学气相沉淀设备，石墨载盘包括：载盘本体，所述载盘本体具有相对设置的第一表面和第二表面；至少一个晶圆槽，所述晶圆槽为从所述第一表面向所述第二表面凹陷形成的凹槽，所述晶圆槽的外边缘包括迎风区域和非迎风区域；斜坡结构，所述斜坡结构设置于所述晶圆槽的所述迎风区域的外边缘处，所述斜坡结构为从所述第一表面向所述晶圆槽内部凹陷形成的倾斜表面。本实用新型可以改善外延层厚度的均匀性以及外延层中不同材料组分的均匀性。

Description

一种石墨载盘以及金属有机化合物化学气相沉淀设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种石墨载盘以及金属有机化合物化学气相沉淀设备。

背景技术

金属有机化学气相沉积工艺(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，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。应用于光电器件的MOCVD反应装置一般包括石墨载盘，石墨载盘上设有若干个凹槽。具体为，在反应腔内，将晶圆片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片上沉积形成外延层。

但由于石墨载盘在MOCVD机台程序运行过程中，会顺时针/逆时针旋转，会受到迎风面和背风面的影响，外延源例如是MO源在迎风面位置少，对于形成于晶圆片上的外延层的均匀性影响较大，存在迎风面波长偏短的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种石墨载盘以及金属有机化合物化学气相沉淀设备，可以改善外延层厚度的均匀性以及外延层中不同材料组分的均匀性。

根据本实用新型的一方面，提供了一种石墨载盘，包括：

载盘本体，载盘本体具有相对设置的第一表面和第二表面；

至少一个晶圆槽，晶圆槽为从第一表面向第二表面凹陷形成的凹槽，晶圆槽的外边缘包括迎风区域和非迎风区域；

斜坡结构，斜坡结构设置于晶圆槽的迎风区域的外边缘处，斜坡结构为从第一表面向晶圆槽内部凹陷形成的倾斜表面。

可选的，斜坡结构关于预设平面镜像对称，预设平面为不共线的第一预设点、第二预设点和第三预设点确定的平面，第一预设点为晶圆槽的中心，第二预设点位于晶圆槽的外边缘，第三预设点位于斜坡结构上，第一预设点、第二预设点和第三预设点在载盘本体所在平面的正投影位于同一直线上。

可选的，晶圆槽的边缘设置有第四预设点，晶圆槽的中心与第四预设点的连线和预设平面之间的角度范围为0-50°；其中，以石墨载盘的中心为圆心，以石墨载盘的中心与晶圆槽的中心的连线为半径画圆，圆与晶圆槽的迎风区域的外边缘的交点为第四预设点。

可选的，在斜坡结构的长度延伸方向上，斜坡结构包括第一端和第二端，晶圆槽的中心和第一端的连线与晶圆槽的中心和第二端的连线之间的角度范围为0-120°。

可选的，斜坡结构包括靠近晶圆槽的第一边缘与远离晶圆槽的第二边缘，第一边缘与第二边缘在载盘本体所在平面的正投影之间的最大距离小于晶圆槽的深度。

可选的，第一边缘与迎风区域的外边缘重合；

或者，沿平行第一表面的方向，第一边缘与迎风区域的外边缘具有预设距离。

可选的，斜坡结构的倾斜表面包括平面、凹面和凸面中的任意一种。

可选的，石墨载盘还包括：至少一个定位柱，至少一个定位柱位于斜坡结构上。

可选的，石墨载盘还包括：至少一个缓冲槽，至少一个缓冲槽位于斜坡结构与晶圆槽之间，缓冲槽连接斜坡结构和晶圆槽。

可选的，石墨载盘包括一个缓冲槽，一个缓冲槽与预设平面相交；其中，预设平面为不共线的第一预设点、第二预设点和第三预设点确定的平面，第一预设点为晶圆槽的中心，第二预设点位于晶圆槽的外边缘，第三预设点位于斜坡结构上，第一预设点、第二预设点和第三预设点在载盘本体所在平面的正投影位于同一直线上；

或者，石墨载盘包括至少两个缓冲槽，至少两个缓冲槽在斜坡结构与晶圆槽之间的区域均匀分布。

可选的，缓冲槽在垂直于载盘本体所在平面的截面图形包括三角形、矩形、弧形以及锯齿形中的至少一种。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种金属有机化合物化学气相沉淀设备，包括本实用新型实施例任意所述的石墨载盘。

本实用新型实施例技术方案提供的石墨载盘包括：载盘本体，载盘本体具有相对设置的第一表面和第二表面；至少一个晶圆槽，晶圆槽为从第一表面向第二表面凹陷形成的凹槽，晶圆槽的外边缘包括迎风区域和非迎风区域；斜坡结构，斜坡结构设置于晶圆槽的迎风区域的外边缘处，斜坡结构为从第一表面向晶圆槽内部凹陷形成的倾斜表面。本实用新型通过设置斜坡结构可以增大MO源与晶圆片的接触面积，有助于气流和MO源停留，改善形成于晶圆片上的外延层厚度的均匀性。此外，由于斜坡结构可以减少晶圆片边缘与石墨载盘的接触，可以降低晶圆片的温度，从而有助于提高In组分的并入，进一步改善形成于晶圆片上的外延层中不同材料组分的均匀性。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a-图1b是本实用新型实施例提供的一种石墨载盘的结构示意图；

图2是图1a沿X1X2的剖面结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种晶圆槽的剖面结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的又一种石墨载盘的结构示意图；

图8a-图8b是图7沿X3X4的剖面结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的一种晶圆槽的结构示意图；

图10是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的结构示意图；

图11是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图；

图12是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图；

图13是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图；

图14是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型实施例提供了一种石墨载盘，图1a是本实用新型实施例提供的一种石墨载盘的结构示意图，参考图1a，石墨载盘包括：载盘本体10，载盘本体10具有相对设置的第一表面和第二表面；至少一个晶圆槽20，晶圆槽20为从第一表面向第二表面凹陷形成的凹槽，晶圆槽20的外边缘包括迎风区域和非迎风区域；斜坡结构21，斜坡结构21设置于晶圆槽20的迎风区域的外边缘处，斜坡结构21为从第一表面向晶圆槽20内部凹陷形成的倾斜表面。

其中，在实际生长过程中，迎风区域的定义与石墨载盘旋转的方向有关。示例性的，在机台生长过程中，若石墨载盘是顺时针旋转的，迎风区域可以是迎风面，即以载盘本体10的中心为圆心，载盘本体10的中心到晶圆槽20中心的连线为半径顺时针旋转画圆，该圆与晶圆槽20外边缘的第一个交点所在区域即为迎风区域；在其他实施例中，若石墨载盘是逆时针旋转的，则以载盘本体10的中心为圆心，载盘本体10的中心到晶圆槽20中心的连线为半径逆时针旋转画圆，该圆与晶圆槽20外边缘的第一个交点所在区域即为迎风区域。参考图1a，石墨载盘包括三个晶圆槽20，晶圆槽20用于放置晶圆片，其形状为圆形，外延源MO源可以为晶圆片的生长提供环境，石墨盘本体10用于给晶圆片传导热量，当石墨载盘以高速的旋转速度进行旋转时，会带动晶圆片高速旋转，斜坡结构21可以增大迎风区域外延源MO源与晶圆片的接触面积，有助于气流和MO源停留，改善形成于晶圆片上的外延层厚度的均匀性；在晶圆片的生长过程中，需要In组分的并入，由于斜坡结构21可以减少晶圆片边缘与石墨载盘的接触，降低晶圆片的温度，从而有助于提高In组分的并入，进一步改善形成于晶圆片上的外延层中不同材料组分的均匀性。可选地，参考图1b，图1b为石墨载盘逆时针旋转时的可选结构。

可选的，参考图1a，斜坡结构21关于预设平面镜像对称，预设平面为不共线的第一预设点、第二预设点F和第三预设点B确定的平面，第一预设点为晶圆槽的中心O，第二预设点F位于晶圆槽的外边缘，第三预设点B位于斜坡结构21上，第一预设点、第二预设点F和第三预设点B在载盘本体10所在平面的正投影位于同一直线上。

其中，斜坡结构21关于预设平面镜像对称，可以使得MO源与晶圆片的接触的更均匀，从而改善形成于晶圆片上的外延层厚度的均匀性以及外延层中不同材料组分的均匀性。

可选的，参考图1a，晶圆槽的边缘设置有第四预设点A，晶圆槽的中心O与第四预设点A的连线和预设平面之间的角度范围为0-50°；其中，以石墨载盘的中心为圆心，以石墨载盘的中心与晶圆槽的中心O的连线为半径画圆，圆与晶圆槽20的迎风区域的外边缘的交点为第四预设点。

其中，晶圆槽的中心O与第四预设点A的连线和预设平面之间的角度范围大于50°时，斜坡结构21可能会超过晶圆槽20的迎风区域范围，造成非迎风区域波长的不均匀。因此，设置晶圆槽的中心O与第四预设点A的连线和预设平面之间的角度范围为0-50°，可以保证斜坡结构21的设置在晶圆槽20的迎风区域，增大迎风区域的MO源与晶圆片的接触面积，有助于气流和MO源停留，改善形成于晶圆片上的外延层厚度的均匀性以及外延层中不同材料组分的均匀性。

可选的，在斜坡结构21的长度延伸方向上，斜坡结构21包括第一端C和第二端D，晶圆槽的中心O和第一端C的连线与晶圆槽的中心O和第二端D的连线之间的角度范围为0-120°。

其中，若晶圆槽的中心O和第一端C的连线与晶圆槽的中心O和第二端D的连线之间的角度范围大于120°时，同样会使得斜坡结构21的超过晶圆槽20的迎风区域范围，气流和MO源停留会造成非迎风区域波长的不均匀。因此，设置晶圆槽的中心O和第一端C的连线与晶圆槽的中心O和第二端D的连线之间的角度范围为0-120°，可以保证斜坡结构21的设置在晶圆槽20的迎风区域，增大迎风区域的MO源与晶圆片的接触面积，有助于气流和MO源停留，改善形成于晶圆片上的外延层厚度的均匀性以及外延层中不同材料组分的均匀性。

可选的，图2是图1a沿X1X2的剖面结构示意图，参考图2，斜坡结构21包括靠近晶圆槽20的第一边缘30与远离晶圆槽20的第二边缘40，第一边缘30与第二边缘40在载盘本体10所在平面的正投影之间的最大距离E小于晶圆槽20的深度H。

其中，当石墨载盘以高速的旋转速度进行旋转时，石墨载盘会带动晶圆片的高速旋转，第一边缘30与第二边缘40在载盘本体10所在平面的正投影之间的最大距离E的范围大于晶圆槽20的深度H时，会使得晶圆片因为有离心力的作用产生脱落的风险。因此，设置第一边缘30与第二边缘40在载盘本体10所在平面的正投影之间的最大距离E小于晶圆槽20的深度H，既能有助于气流和MO源停留，改善形成于晶圆片上的外延层厚度的均匀性以及外延层中不同材料组分的均匀性，还能防止晶圆片有脱落的风险。

可选的，图3是本实用新型实施例提供的一种晶圆槽的剖面结构示意图，参考图2和图3，第一边缘30与迎风区域的外边缘重合；或者，图4是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图，参考图4，沿平行第一表面的方向，第一边缘30与迎风区域的外边缘具有预设距离。

其中，图2-图4仅仅时斜坡结构的不同示例，图2是第一边缘30与迎风区域的外边缘重合，并且在晶圆槽20的底面上；图3是第一边缘30与迎风区域的外边缘重合，并且高于晶圆槽20的底面；图4是沿平行第一表面的方向，第一边缘30与迎风区域的外边缘具有预设距离，预设距离可以根据需要具体设置，示例性的，预设距离小于第一边缘30与第二边缘40在载盘本体10所在平面的正投影之间的最大距离。

可选的，图5是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图，图6是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图，参考图2-图6，斜坡结构21的倾斜表面包括平面、凹面和凸面中的任意一种。

其中，倾斜表面为平面、凹面和凸面的设计，均有助于增大迎风区域的MO源与晶圆片的接触面积，有助于气流和MO源停留，改善形成于晶圆片上的外延层厚度的均匀性以及外延层中不同材料组分的均匀性。

可选的，图7是本实用新型实施例提供的又一种石墨载盘的结构示意图，图8a或图8b是图7沿X3X4的剖面结构示意图，参考图7、图8a和图8b，石墨载盘还包括：至少一个定位柱22，至少一个定位柱22设于斜坡结构21上。可选地，如图8a，定位柱22仅形成于斜坡结构21靠近晶圆槽20一侧的边缘；或者，如图8b，定位柱22完全覆盖斜坡结构21的表面。其中，定位柱22可以阻挡晶圆片，防止晶圆片在高速旋转时飞离凹槽。定位柱22的截面形状可以为圆形、椭圆、方形、三角形或多边形，该截面为平行晶圆槽20底面的平面，在其他实施例中，定位柱22靠近晶圆槽20一侧还可以设置与晶圆片边缘贴合的曲面，本实用新型中定位柱22能实现阻挡晶圆片的功能即可，不对定位柱22的形状做限制。本实施例中定位柱22可以和斜坡结构21一体形成，以简化制备流程；可选地，定位柱22与斜坡结构21的连接方式还可以为粘接或卡接等连接方式，本实施新型在此不做限定。

可选的，图9是本实用新型实施例提供的一种晶圆槽的结构示意图，参考图9，石墨载盘还包括：至少一个缓冲槽23，至少一个缓冲槽23位于斜坡结构21与晶圆槽20之间，缓冲槽23连接斜坡结构21和晶圆槽20。其中，缓冲槽23的深度大于晶圆槽20的深度。

其中，缓冲槽23可以进一步地对气流进行缓冲，有助于气流和MO源停留，改善形成于晶圆片上的外延层厚度的均匀性以及外延层中不同材料组分的均匀性。

可选的，参考图9，石墨载盘包括一个缓冲槽23，一个缓冲槽23与预设平面相交；其中，预设平面为不共线的第一预设点、第二预设点F和第三预设点B确定的平面，第一预设点为晶圆槽的中心O，第二预设点F位于晶圆槽的外边缘，第三预设点B位于斜坡结构21上，第一预设点、第二预设点F和第三预设点B在载盘本体10所在平面的正投影位于同一直线上。或者，图10是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的结构示意图，参考图10，石墨载盘包括至少两个缓冲槽23，至少两个缓冲槽23在斜坡结构21与晶圆槽20之间的区域均匀分布。

其中，缓冲槽23数量越多，对气流的缓冲作用越强，可以更加有助于气流和MO源停留，改善形成于晶圆片上的外延层厚度的均匀性以及外延层中不同材料组分的均匀性。

可选的，缓冲槽23在垂直于载盘本体10所在平面的截面图形包括三角形、矩形、弧形以及锯齿形中的至少一种。

其中，图11是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图，图12是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图，图13是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图，图14是本实用新型实施例提供的又一种晶圆槽的剖面结构示意图，参考图11-图14，三角形、矩形、弧形以及锯齿形的设计均有助于对气流进行缓冲，有助于气流和MO源停留，改善形成于晶圆片上的外延层厚度的均匀性以及外延层中不同材料组分的均匀性。

本实用新型实施例在上述实施例的基础上还提供了一种金属有机化合物化学气相沉淀设备，包括本实用新型实施例任意所述的石墨载盘。

本实用新型提供的金属有机化合物化学气相沉淀设备与本实用新型实施例任意所述的石墨载盘所具有技术效果相同。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本实用新型中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本实用新型的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (12)

1.一种石墨载盘，其特征在于，包括：

载盘本体(10)，所述载盘本体(10)具有相对设置的第一表面和第二表面；

至少一个晶圆槽(20)，所述晶圆槽(20)为从所述第一表面向所述第二表面凹陷形成的凹槽，所述晶圆槽(20)的外边缘包括迎风区域和非迎风区域；

斜坡结构(21)，所述斜坡结构(21)设置于所述晶圆槽(20)的所述迎风区域的外边缘处，所述斜坡结构(21)为从所述第一表面向所述晶圆槽内部凹陷形成的倾斜表面。

2.根据权利要求1所述的石墨载盘，其特征在于，所述斜坡结构(21)关于预设平面镜像对称，所述预设平面为不共线的第一预设点、第二预设点(F)和第三预设点(B)确定的平面，所述第一预设点为所述晶圆槽的中心(O)，所述第二预设点(F)位于所述晶圆槽(20)的外边缘，所述第三预设点(B)位于所述斜坡结构(21)上，所述第一预设点、所述第二预设点(F)和所述第三预设点(B)在所述载盘本体(10)所在平面的正投影位于同一直线上。

3.根据权利要求2所述的石墨载盘，其特征在于，所述晶圆槽的边缘设置有第四预设点(A)，所述晶圆槽的中心(O)与所述第四预设点(A)的连线和所述预设平面之间的角度范围为0-50°；其中，以所述石墨载盘的中心为圆心，以所述石墨载盘的中心与所述晶圆槽的中心(O)的连线为半径画圆，所述圆与所述晶圆槽(20)的迎风区域的外边缘的交点为所述第四预设点(A)。

4.根据权利要求1所述的石墨载盘，其特征在于，在所述斜坡结构(21)的长度延伸方向上，所述斜坡结构(21)包括第一端(C)和第二端(D)，所述晶圆槽的中心(O)和所述第一端(C)的连线与所述晶圆槽的中心(O)和所述第二端(D)的连线之间的角度范围为0-120°。

5.根据权利要求1所述的石墨载盘，其特征在于，所述斜坡结构(21)包括靠近所述晶圆槽(20)的第一边缘(30)与远离晶圆槽(20)的第二边缘(40)，所述第一边缘(30)与所述第二边缘(40)在所述载盘本体(10)所在平面的正投影之间的最大距离(E)小于晶圆槽(20)的深度(H)。

6.根据权利要求5所述的石墨载盘，其特征在于，所述第一边缘(30)与所述迎风区域的外边缘重合；

或者，沿平行所述第一表面的方向，所述第一边缘(30)与所述迎风区域的外边缘具有预设距离。

7.根据权利要求1所述的石墨载盘，其特征在于，所述斜坡结构(21)的倾斜表面包括平面、凹面和凸面中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的石墨载盘，其特征在于，还包括：至少一个定位柱(22)，所述至少一个定位柱(22)位于所述斜坡结构(21)上。

9.根据权利要求1所述的石墨载盘，其特征在于，还包括：至少一个缓冲槽(23)，所述至少一个缓冲槽(23)位于所述斜坡结构(21)与所述晶圆槽(20)之间，所述缓冲槽(23)连接所述斜坡结构(21)和所述晶圆槽(20)。

10.根据权利要求9所述的石墨载盘，其特征在于，

所述石墨载盘包括一个缓冲槽(23)，所述一个缓冲槽(23)与预设平面相交；其中，所述预设平面为不共线的第一预设点、第二预设点(F)和第三预设点(B)确定的平面，所述第一预设点为所述晶圆槽的中心(O)，所述第二预设点(F)位于所述晶圆槽的外边缘，所述第三预设点(B)位于所述斜坡结构(21)上，所述第一预设点、所述第二预设点(F)和所述第三预设点(B)在所述载盘本体(10)所在平面的正投影位于同一直线上；

或者，所述石墨载盘包括至少两个缓冲槽(23)，所述至少两个缓冲槽(23)在所述斜坡结构(21)与所述晶圆槽(20)之间的区域均匀分布。

11.根据权利要求9所述的石墨载盘，其特征在于，所述缓冲槽(23)在垂直于所述载盘本体(10)所在平面的截面图形包括三角形、矩形、弧形以及锯齿形中的至少一种。

12.一种金属有机化合物化学气相沉淀设备，其特征在于，包括权利要求1-11任一所述的石墨载盘。