[发明专利]用于LED外延晶圆制程的石墨承载盘

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种LED外延晶圆制程中使用的石墨承载盘。

背景技术

发光二极管（英文为Light Emitting Diode，简称LED）是一种固态半导体二极管发光器件，被广泛用于指示灯、显示屏等照明领域。

目前，LED外延（英文为Epitaxy）晶圆多是通过金属有机化合物化学气相沉淀（英文为Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD）获得，其制程一般为：将外延晶圆衬底（如蓝宝石衬底）放入石墨承载盘（英文为Wafer carrier）的凹槽上，连同石墨承载盘一起被传入MOCVD反应室内，衬底连同石墨承载盘被一起加热到高温1000℃左右，反应室内通入有机金属化合物和五族气体，高温裂解后在晶圆衬底上重新聚合形成LED外延层。

图1展示了传统的LED外延制程用石墨承载盘俯视图，其上分布为若干个设置在承载盘上方的晶圆凹槽1（英文可称之为Pocket Profile），用于置放外延晶圆衬底。目前，LED石墨承载盘的晶圆凹槽1的设计主要有三种类型：平盘（Flat盘），台阶状边缘盘（Rim盘）和突起状边缘盘（Tab盘）。

采用上述传统石墨承载盘的外延晶圆制程，以氮化镓基LED为例，普遍存在以下问题：（1）由于生长在蓝宝石衬底上的LED晶圆存在较大的晶格失配和热失配，较大尺寸（如4寸以上）的蓝宝石衬底在外延制程中会出现严重的翘曲现象，导致衬底平边位置悬空，使得平边区域温度偏低，加上气流扰动严重，容易引起平边波长偏长、波长均匀性差、表面缺陷密度高等问题；（2）在MOCVD反应室内，由于石墨承载盘在生长过程中高速旋转（转速500~1200RPM），加上离心力作用，石墨承载盘凹槽上的衬底一边会紧靠着石墨承载盘，从而引起边缘局部区域温度偏高，波长偏短甚至不发光，导致波长均匀性差、表面良率低、芯片良率低等问题（如图2所示）。

发明内容

    为解决以上现有技术不足，本发明提供一种LED外延晶圆制程的石墨承载盘，其用于外延生长的LED晶圆，具有整体良率高，波长均匀性好的优点。

本发明的技术方案为：用于LED外延晶圆制程的石墨承载盘，包括若干个设置在承载盘上方的晶圆凹槽，用于置放外延晶圆衬底，所述晶圆凹槽的内侧边缘设置有一挡板结构，且所述挡板与晶圆衬底成互补关系，二者以挡板、晶圆衬底的平边为重合边构成大致圆形。

晶圆凹槽设置在承载盘上方，用于置放外延晶圆衬底，还包括石墨承载盘的边缘以及设置在石墨承载盘中心的轴孔。根据不同工艺参数的需要，可设置不同数量及不同尺寸的凹槽。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述挡板的形状为月牙形或扇形。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述挡板与晶圆衬底互补形成的圆形，其直径与晶圆衬底的直径相同。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述挡板远离石墨承载盘中心，且所述挡板平边中点与石墨承载盘中心的连线与平边呈垂直关系。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述挡板的形成方式可与晶圆凹槽一体成型，或是在形成晶圆凹槽后采用填充方式成型。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述填充材料为导热系数比石墨承载盘高的高导热材料。

 进一步地，根据本发明，优选的是：所述高导热材料为石墨烯或碳化硅或钛金属或钨金属或前述任意组合。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述挡板的高度低于或者等于晶圆凹槽内侧边缘的高度。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述挡板的高度低于晶圆凹槽内侧边缘高度差值为0.03mm～0.5mm，更优选为0.3mm。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述挡板的面积占所述晶圆衬底的面积之比小于或者等于1/5。

进一步地，根据本发明，在外延生长过程中，所述挡板结构能够减少晶圆凹槽中的晶圆衬底平边空隙位置，保证晶圆衬底平边温度和气流稳定，提高外延晶圆的边缘良率。

进一步地，根据本发明，优选的是：所述晶圆凹槽内边缘包括若干个支撑部，用于支持晶圆衬底。

 进一步地，根据本发明，优选的是：所述晶圆凹槽底部为平面、凸面或者凹面。

本发明公开的石墨承载盘，其在晶圆衬底平边处设置挡板结构，构成一互补图形，能够减少晶圆凹槽中的晶圆衬底平边空隙位置，保证晶圆衬底平边温度和气流稳定，从而改善波长标准差（STD）和解决边缘的表面异常问题（如缺陷密度高），提高外延晶圆的边缘良率。