專利名稱：一種用于led外延晶圓制程的石墨承載盤的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種LED發(fā)光二極管外延(Epitaxy)晶圓制程中使用的石墨承載盤 (Wafer carrier)。
背景技術：
發(fā)光二極管(英文為Light Emitting Diode，簡稱LED)是一種固態(tài)半導體二極管發(fā)光器件，被廣泛用于指示燈、顯示屏等照明領域。
目前，LED外延晶圓很多通過金屬有機化合物化學氣相沉淀(英文為 Metal-organic Chemical Vapor Deposition ,簡稱M0CVD)獲取,其制程簡述如下將外延晶圓襯底(如藍寶石襯底)放入石墨承載盤(Wafer carrier)的凹槽上,連同石墨承載盤一起被傳入MOCVD反應室內，襯底連同石墨承載盤被一起加熱到高溫1000°C左右，反應室內通入有機金屬化合物和五族氣體，高溫裂解后在晶圓襯底上重新聚合形成LED外延層。
LED發(fā)光二極管外延(Epitaxy)晶圓制程中，晶圓襯底直接承載在石墨承載盤上， 因此石墨承載盤的結構對外延的良率起到重要的影響，其成為業(yè)界研究的重點。發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供一種用于LED外延晶圓制程的石墨承載盤，其用于生長的LED外延片整體良率高，波長均勻性好。
本發(fā)明的技術方案為一種用于LED外延晶圓制程的石墨承載盤，包括若干個設置在承載盤上方的晶圓凹槽，用于置放外延晶圓襯底，所述晶圓凹槽的內邊緣為下凹臺階，且具有復數個向內延伸的支撐部；還包括石墨承載盤的邊緣以及設置在石墨承載盤中心的軸孔。根據不同工藝參數的需要，可設置不同數量及不同尺寸的凹槽。
進一步地，根據本發(fā)明，在外延生長過程中，所述晶圓凹槽的內邊緣結構能夠降低氣流干擾、提聞晶圓的邊緣良率。
進一步地，根據本發(fā)明，優(yōu)選的是所述晶圓襯底的直徑Dl與臺階內徑D2的關系為0 < D1-D2 < 0. 06mm。
進一步地，根據本發(fā)明，優(yōu)選的是所述晶圓凹槽內邊緣的臺階寬度為0.2mm I. 5臟，高度為0. 03mm 0. 5臟。
進一步地，根據本發(fā)明，優(yōu)選的是所述晶圓凹槽內邊緣的臺階寬度為 0. 2mm 0. 5mm,高度為 0. 03mm 0. 5mm。
進一步地，根據本發(fā)明，優(yōu)選的是所述晶圓凹槽內邊緣的支撐部為周期性分布的關起。
進一步地，根據本發(fā)明，優(yōu)選的是所述突起寬度為0.2mm 0.5mm，高度為 0. 03mm 0. 5mm。
進一步地，根據本發(fā)明，優(yōu)選的是所述晶圓凹槽邊緣的臺階高度與突起高度一致。
進一步地，根據本發(fā)明，優(yōu)選的是所述晶圓凹槽底部為平面、凸面或者凹面。
本發(fā)明公開的石墨承載盤，具有臺階狀和向內延伸的支撐部的邊緣的晶圓凹槽， 可以將外延晶圓襯底直接托起，使外延晶圓襯底和石墨承載盤由直接接觸變?yōu)榉侵苯咏佑|，故而外延片受熱方式由原有的接觸式受熱變?yōu)闊彷椛涫绞軣幔行p少因石墨承載盤本身質量及表面狀況等因素造成外延片受熱不均勻，波長均勻性及整體良率差的狀況發(fā)生；同時還有效地避免因晶圓底部被托起后造成中空，反應室內氣流可能灌入晶圓襯底底部造成擾流導致外延晶圓襯底翹曲變大等不利因素的發(fā)生。
用于LED外延晶圓制程中的石墨承載盤，適用于LED外延制程的MOCVD方法。
附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數據是描述概要，不是按比例繪制。
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圖1是典型的LED外延用石墨承載盤截面圖。圖2是石墨承載盤平盤的晶圓凹槽的截面圖。圖3是石墨承載盤平盤的晶圓凹槽的剖面圖。圖4是石墨承載盤臺階狀邊緣盤的晶圓凹槽的截面圖。圖5是石墨承載盤臺階狀邊緣盤的晶圓凹槽的剖面圖。圖6是石墨承載盤突起狀邊緣盤的晶圓凹槽的截面圖。圖7是石墨承載盤突起狀邊緣盤的晶圓凹槽的剖面圖。圖8是本發(fā)明實施例I具有齒圈狀臺階式邊緣石墨盤承載盤的晶圓凹槽的截面圖9是本發(fā)明實施例I具有齒圈狀臺階式邊緣石墨盤承載盤的晶圓凹槽的立體圖10是本發(fā)明實施例I具有齒圈狀臺階式邊緣石墨盤承載盤的晶圓凹槽的剖面圖11是本發(fā)明實施例2具有齒圈狀臺階式邊緣石墨盤承載盤的晶圓凹槽的剖面圖12是本發(fā)明實施例3具有齒圈狀臺階式邊緣石墨盤承載盤的晶圓凹槽的剖面符號說明石墨承載盤上的晶圓凹槽；石墨承載盤的邊緣；石墨承載盤中心的軸孔；平盤晶圓凹槽的內邊緣；平盤晶圓凹槽的底面；臺階狀邊緣盤晶圓凹槽的內邊緣；臺階狀邊緣盤臺階狀邊緣；臺階狀邊緣盤晶圓凹槽底部；9:突起狀邊緣盤晶圓凹槽的內邊緣；10:突起狀邊緣盤突起狀邊緣；11:突起狀邊緣盤晶圓凹槽底部；12:具有臺階狀和突起狀邊緣的晶圓凹槽的內邊緣；13:具有臺階狀和突起狀邊緣的晶圓凹槽的臺階；14:具有臺階狀和突起狀邊緣的晶圓凹槽的突起；15:具有臺階狀和突起狀邊緣的晶圓凹槽的下凹型底部；16:外延晶圓襯底；17:反應室內流經晶圓襯底和晶圓凹槽上方的氣流；18:晶圓襯底與晶圓凹槽之間的空隙；19:具有臺階狀和突起狀邊緣的晶圓凹槽的平面型底部；20:具有臺階狀和突起狀邊緣的晶圓凹槽的上凸型底部。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述，有關本發(fā)明的相關技術內容，特點與功效，將可清楚呈現。
圖I展示了典型的LED外延用石墨承載盤截面圖，其上分布為若干個設置在承載盤上方的晶圓凹槽I (英文可稱之為Pocket Profile)，用于置放外延晶圓襯底。目前LED 石墨盤的晶圓凹槽I設計主要有三種平盤(Flat盤)，臺階狀邊緣盤(Rim盤)和突起狀邊緣盤(Tab盤)。
請參考圖2 3，平盤的晶圓凹槽邊緣為平整光滑的圓筒形表面，當外延晶圓襯底承載于其上時，襯底與石墨承載盤底部為直接接觸，當在反應室室中加熱時，熱能從石墨承載盤傳導到襯底的方式為接觸式，石墨承載盤與襯底的接觸面的特性直接決定襯底受熱是否均勻。由于平盤的單片晶圓凹槽設計使得外延晶圓襯底和石墨承載盤直接接觸，受熱方式為接觸式傳熱，外延晶圓襯底的受熱均勻程度以及外延良率很大程度上受制于石墨承載盤本身質量以及表面等狀況的影響。
請參考圖Γ5，臺階狀邊緣盤的晶圓凹槽邊緣設計有一圈臺階用于將晶圓襯底直接托起，避免了晶圓襯底和石墨承載盤晶圓凹槽底部直接接觸，使晶圓襯底的受熱方式變?yōu)榻佑|式傳熱，有效地改善晶圓襯底的受熱均勻程度，但是由于受臺階狀邊緣盤中臺階的影響，襯底與臺階接觸的部分會由于直接接觸石墨盤導致溫度過高報廢，會犧牲掉相當部分的芯粒，進而影響了芯粒良率。
請參考圖6 7，突起狀邊緣盤的晶圓凹槽邊緣用突起狀邊緣盤代替臺階狀邊緣盤， 但由于襯底邊緣大部分則被暴露于反應室的氣流干擾之下，氣流會流入襯底與石墨盤晶圓凹槽之間的空隙，導致在晶圓襯底底部形成嚴重的擾流，使外延片翹曲嚴重，導致整體外延波長良率偏低。
現有的三種類型的石墨承載盤，在量產中均未能很好解決LED外延片外延波長及標準差(STD)良率問題，因此如何提升外延良率及減小石墨承載盤對外延制程的影響成為人們研究的重點。
針對上述石墨承載盤的不足，下面各實施例提出一種兼具臺階狀和突起狀凹槽邊緣設計的用于LED外延晶圓制程的石墨承載盤，由該石墨承載盤所生長的LED外延片整體良率高，波長均勻性好，克服了傳統(tǒng)石墨承載盤的整體外延片良率不高及受熱不均勻造成的外延片波長均勻性分布不穩(wěn)定的缺點。
下面各實施例公開了一種石墨承載盤，包括若干個設置在承載盤上方的晶圓凹槽，用于置放外延晶圓襯底，晶圓凹槽的內邊緣為下凹臺階，且具有復數個向內延伸的支撐部。石墨承載盤還包括石墨承載盤的邊緣以及設置在石墨承載盤中心的軸孔。根據不同工藝參數的需要，可設置不同數量及不同尺寸的凹槽。
下面結合實施例和附圖對本發(fā)明的具體實施做進一步的說明。
實施例I參照圖I及圖8圖10所不，一種LED外延晶圓制程的石墨承載盤，包括12個晶圓凹槽I、石墨承載盤的邊緣2以及設置在石墨承載盤中心的軸孔3，其中，晶圓凹槽I設置在承載盤上方，用于置放外延晶圓襯底16。晶圓凹槽I的內邊緣12具有臺階13和突起14，晶圓凹槽I的底部15為凹面型，下凹深度H2為5μπι 30μπι，突起14呈周期性分布。晶圓凹槽的臺階寬度W為O. 2mm,高度Hl為O. 03mm。晶圓凹槽的突起寬度L為O. 2mm,高度Hl 為O. 03mm。晶圓襯底的直徑Dl與臺階內徑D2相同，使得晶圓襯底16正好置于突起狀邊緣之上，即由12個周期性分布的向內延伸的支撐部14支撐，不僅避免晶圓襯底與臺階接觸的外圍部分會由于直接接觸石墨承載盤導致溫度過高報廢，還可以避免氣流流入襯底與石墨盤晶圓凹槽之間的空隙，導致在晶圓襯底底部形成嚴重的擾流，使外延片翹曲嚴重。
實施例2參照圖11，與實施例I不同的是本實施例的晶圓凹槽底部19為平面型。其中，晶圓凹槽的臺階13寬度W為I. Omm，高度Hl為O. 15mm。晶圓凹槽的突起14寬度W為O. 4臟， 高度Hl為O. 15mm。晶圓襯底的直徑Dl比臺階內徑D2大O. 04mm,呈周期性分布突起數量為6個，使得晶圓襯底大部分置于突起狀邊緣之上，晶圓襯底的少部分外圍置于臺階狀邊緣之上。為了既保證晶圓凹槽的內邊緣下凹臺階和向內延伸的支撐部能夠有效支撐住晶圓襯底，又盡量減少晶圓襯底與石墨承載盤的接觸面積，因而與實施例I相比，晶圓凹槽的突起數量減少至6個，即可實現不僅盡可能減少晶圓襯底的外圍部分與臺階接觸會由于直接接觸石墨承載盤導致溫度過高報廢，還可以避免氣流流入襯底與石墨盤晶圓凹槽之間的空隙，導致在晶圓襯底底部形成嚴重的擾流，使外延片翹曲嚴重。
實施例3參照圖12，與實施例2不同的是本實施例的晶圓凹槽底部20為凸面型，其上凸高度 H3為5μηι 30μηι。其中，晶圓凹槽的臺階13寬度W為I. 5mm,高度Hl為O. 5mm。晶圓凹槽的突起14寬度W為O. 5mm，高度Hl為O. 5mm。晶圓襯底的直徑Dl比臺階內徑D2大O.05mm，呈周期性分布突起數量為4個。與實施例2相比，由于晶圓襯底架在晶圓凹槽的內邊緣下凹臺階上的部分稍多，所以還可以進一步減少突起數量的設置，即減少至4個周期性分布，亦可實現不僅盡可能減少晶圓襯底的外圍部分與臺階接觸會由于直接接觸石墨承載盤導致溫度過高報廢，還可以避免氣流流入襯底與石墨盤晶圓凹槽之間的空隙，導致在晶圓襯底底部形成嚴重的擾流，使外延片翹曲嚴重。
上述兼具臺階狀和突起狀邊緣的設置，一方面邊緣的晶圓凹槽的突起14可以將外延晶圓襯底邊緣直接托起，使外延晶圓襯底除了與晶圓凹槽的突起14接觸的大部分(部分實施例還包括晶圓襯底外圍的小部分)，其余均懸空置于石墨承載盤凹槽上，在外延生長時，外延晶圓襯底由原來的熱傳導方式受熱變?yōu)闊彷椛涫绞軣?，大大改善外延晶圓襯底在高溫受熱時在單位面積上受熱效率的一致性，從而可以大大提升外延片波長均勻性及波長良率；另一方面，晶圓凹槽的臺階13在外延晶圓襯底邊緣可以有效阻止反應室氣流17流入晶圓襯底與晶圓凹槽之間的空隙18中造成擾流，進而有效改善外延波長均勻性及波長良率。
上述各實施例提出的石墨承載盤，適用于LED外延制程的MOCVD方法。經測定，藉由本發(fā)明的石墨承載盤，在外延生長過程中，晶圓凹槽的內邊緣結構能夠降低氣流干擾、提高晶圓的邊緣良率。具體來說，其外延波長均勻性及波長良率，相較傳統(tǒng)石墨承載盤的成長的外延波長均勻性及波長良率平均可以提升10%以上，大大提升了外延產品良率，對于減少LED單片產出成本，提升外延質量均勻性有顯著功效。
應當理解的是，上述具體實施方案為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的范圍不限于該實施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于LED發(fā)光二極管外延制程中的石墨承載盤，其特征在于包括若干個設置在承載盤上方的晶圓凹槽，用于置放外延晶圓襯底，所述晶圓凹槽的內邊緣為下凹臺階，且具有復數個向內延伸的支撐部。
2.根據權利要求I所述的用于LED發(fā)光二極管外延制程中的石墨承載盤，其特征在于在外延生長過程中，所述晶圓凹槽的內邊緣結構能夠降低氣流干擾、提高晶圓的邊緣良率。
3.根據權利要求I所述的用于LED發(fā)光二極管外延制程中的石墨承載盤，其特征在于所述晶圓襯底的直徑Dl與臺階內徑D2的關系為0 ( D1-D2 < O. 06mm。
4.根據權利要求I所述的用于LED發(fā)光二極管外延制程中的石墨承載盤，其特征在于所述晶圓凹槽內邊緣的臺階寬度為O. 2mm I. 5mm。
5.根據權利要求4所述的用于LED發(fā)光二極管外延制程中的石墨承載盤，其特征在于所述晶圓凹槽內邊緣的臺階寬度為O. 2mnT0. 5mm。
6.根據權利要求I所述的用于LED發(fā)光二極管外延制程中的石墨承載盤，其特征在于所述晶圓凹槽內邊緣的支撐部為周期性分布的突起。
7.根據權利要求5所述的用于LED發(fā)光二極管外延制程中的石墨承載盤，其特征在于所述突起寬度為O. 2mm O. 5mm。
8.根據權利要求5或6所述的用于LED發(fā)光二極管外延制程中的石墨承載盤，其特征在于所述晶圓凹槽邊緣的臺階高度與突起高度一致。
9.根據權利要求I所述的用于LED發(fā)光二極管外延制程中的石墨承載盤，其特征在于所述晶圓凹槽底部為平面、凸面或者凹面。
10.一種LED外延制程的MOCVD方法，其特征在于使用權利要求I所述的用于LED發(fā)光二極管外延制程中的石墨承載盤，以所述晶圓凹槽的內邊緣結構能夠降低氣流干擾、提聞晶圓的邊緣良率。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供一種用于LED外延晶圓制程的石墨承載盤，該石墨承載盤包括若干個設置在承載盤上方的晶圓凹槽，用于置放外延晶圓襯底，所述晶圓凹槽的內邊緣為下凹臺階，且具有復數個向內延伸的支撐部；還包括石墨承載盤的邊緣以及設置在石墨承載盤中心的軸孔。根據不同工藝參數的需要，可設置不同數量及不同尺寸的凹槽。所述結構能夠降低反應室氣流干擾、提高晶圓的邊緣良率。
文檔編號H01L21/673GK102983093SQ20121050637
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權日2012年12月3日
發(fā)明者謝祥彬, 南琦, 潘磊 申請人:安徽三安光電有限公司