一种mocvd设备中的石墨盘的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种MOCVD设备的石墨盘，其包括至少一个片坑，所述片坑面积大于衬底面积，且为衬底面积的整数倍，所述至少一个片坑边缘具有与衬底的角相吻合的凸角，且一定数量的衬底紧密排列后正好覆盖住所述至少一个片坑。本发明提出的石墨盘上衬底和衬底之间无间隔，整个石墨盘只有一个巨型片坑，或者是只有很少几个间隔将整个石墨盘分成几个巨型片坑。无间隔的设计能够大幅度提高石墨盘的利用率。同时，采用的衬底尽量用较小的倒角或无倒角。因此能够使得巨型片坑内的方形衬底排列的更加紧密，防止片子之间有空隙。如果有空隙，和高出的边沿一样也会引起湍流，影响气流的稳定性，从而影响外延样品的晶体质量。
【专利说明】—种MOCVD设备中的石墨盘
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体【技术领域】，特别涉及在化学气相沉积(CVD)【技术领域】中使用的石墨盘及石墨盘中的衬底排布方法
【背景技术】
[0002]MOCVD 是金属有机化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposit1n)的英文缩写。MOCVD技术之所以重要并受到如此广泛的关注是因为MOCVD技术可以精确控制和生长多种不同的原子层材料，从而实现了半导体异质结构单晶薄膜材料生长技术的飞跃，使得原来无法实现的超晶格和量子阱结构以及渐变组分的生长成为可能。人们通过新的材料结构和器件看到了过去想看但看不到的物理现象，并大大提高了器件的光电性能。首台MOCVD于1968年由美国洛克威尔公司制造，经过几十年的发展，目前的MOCVD设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机等多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备。
[0003]MOCVD生长薄膜时,主要将载流气体(Carrier gas)通过有机金属反应源的容器将反应源的饱和蒸气带至反应腔中与其它反应气体混合，然后在被加热的衬底上面发生化学反应促成薄膜的外延生长。一般而言，载流气体通常是氢气，但是也有些特殊情况下采用氮气。常用的衬底为砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、硅(Si)、碳化硅(SiC)、蓝宝石(Sapphire，A1203)及铝酸锂(LiA102)等。而通常所生长的薄膜材料主要为三五族化合物半导体材料或是二六族化合物半导体材料，这些半导体薄膜主要应用在光电器件及微电子器件等领域。由于MOCVD具有众多的优势和宽广的使用范围，因此MOCVD已经成为工业界主要的镀膜技术。MOCVD设备依用途不同，其构造和形态也各有不同。近期随着LED产业的发展壮大，MOCVD作为目前唯一一种生长LED的设备也向着高度自动化和高度集成化的产业化模式发展。除去LED产业，MOCVD在微电子器件、电力器件、太阳能电池、超导器件等各个方面的应用也越来越广泛。综上所述，在可预见的未来里，MOCVD设备的应用与发展前景是十分光明的。
[0004]石墨盘是MOCVD设备中非常重要的配件，目前常用的石墨盘都为圆形。在石墨盘上分布有一些圆形的凹槽，这些凹槽就是放置衬底的片坑。目前常用的片坑为直径2英寸、4英寸或6英寸的圆形凹槽。这些片坑的深度通常比衬底的厚度稍大，并且片坑和片坑之间有一定的距离。由上所述，目前使用的石墨盘会存在两个问题，第一、和衬底高度不一致的片坑沿会引起外延片的边缘效应，在边缘处影响气流的稳定，造成湍流，使得衬底的边缘处无法外延生长质量较好的GaN材料。第二，圆形片坑即使密排列，片坑和片坑之间也会存在未覆盖的区域，这种区域随着衬底直径的增加会越来越大，从而造成石墨盘利用率的降低和产能的下降。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种放置非圆形衬底的新型石墨盘。本发明提出了一种MOCVD设备的石墨盘，其包括至少一个片坑，所述片坑面积大于衬底面积，且为衬底面积的整数倍，所述至少一个片坑边缘具有与衬底的角相吻合的凸角，且一定数量的衬底紧密排列后正好覆盖住所述至少一个片坑。
[0006]其中，所述至少一个片坑的边缘处具有一凹槽。
[0007]其中，所述石墨盘的直径为10-150厘米。
[0008]其中，所述至少一个片坑中可以放置正方形、长方形、三角形或六边形的衬底。
[0009]其中，所述衬底具有圆形倒角。
[0010]其中，所述石墨盘为圆形。
[0011]其中，所述片坑为多个，且每个片坑之间有间隔隔开。
[0012]本发明提出的石墨盘上衬底和衬底之间无间隔，整个石墨盘只有一个巨型片坑。或者是只有很少几个间隔将整个石墨盘分成几个巨型片坑。在巨型片坑内，依靠衬底的密排列使得衬底固定。无间隔的设计能够大幅度提高石墨盘的利用率。同时，采用的衬底尽量用较小的倒角或无倒角。因此能够使得巨型片坑内的方形衬底排列的更加紧密，防止片子之间有空隙。如果有空隙，和高出的边沿一样也会引起湍流，影响气流的稳定性，从而影响外延样品的晶体质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明第一实施例中提出的MOCVD设备的石墨盘未放衬底片时的结构正视图；
[0014]图2是本发明第一实施例中提出的MOCVD设备的石墨盘放衬底片时的结构正视图；
[0015]图3是本发明第二实施例中提出的MOCVD设备的石墨盘未放衬底片时的结构正视图；
[0016]图4是本发明第二实施例中提出的MOCVD设备的石墨盘放衬底片时的结构正视图。
【具体实施方式】
[0017]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0018]现有的化学气相沉积设备的产量偏低，外延芯片的成本较高，无法满足应用的要求。经过发明人研究发现，由于现有的化学气相沉积设备的石墨盘中放置的衬底采用圆形设计，导致了石墨盘的利用率偏低，并且导致了化学气相沉积设备每一炉外延的衬底的数目受到了限制。同时，经发明人研究发现，由于片坑边沿的高度和衬底的厚度不一致，使得外延生长时在片子边沿引起湍流，导致边沿处无法生长高晶体质量的GaN材料。
[0019]下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
[0020]图1示出了本发明第一实施例中提出的MOCVD设备的石墨盘未放衬底片时的结构正视图。图2示出了本发明第一实施例中提出的MOCVD设备的石墨盘放衬底片时的结构正视图。如图1所示，所述石墨盘10为圆形石墨盘，其石墨盘10的直径为10-150厘米，优选为45厘米，这和目前Veeco公司K465i机型所采用的石墨盘的大小一致。整个石墨盘只有一个巨型片坑11，所述片坑边缘具有凸角，所述凸角与相应衬底的角吻合。石墨盘的片坑面积大于衬底的面积，片坑的面积为衬底面积的整数倍。多个衬底在片坑内密排列，衬底与衬底之间无间隔。所述衬底可为正方形也可为长方形同时也可为三角形或六边形。密排列后能够完全覆盖石墨盘的衬底形状均适用于本发明提出的石墨盘。另外在片坑11边沿处设置一直径为3毫米的半圆形凹槽14。外延时，如图2所示，石墨盘选用的衬底12为正方形的蓝宝石衬底，其边长为5厘米，这和2英寸圆形衬底的直径一致，但面积比2英寸圆形衬底要大25%。正方形蓝宝石的四个角13采用半径为I毫米的圆形倒角。正方形蓝宝石衬底在片坑11内密排列。为了取片方便，在片坑11边沿处设置一直径为3毫米的半圆形凹槽14，从而在取第一个衬底时方便使用镊子。
[0021]图3示出了本发明第二实施例中提出的MOCVD设备的石墨盘未放衬底片时的结构正视图。图4示出了本发明第二实施例中提出的MOCVD设备的石墨盘放衬底片时的结构正视图。如图3和图4所示，所述石墨盘10为圆形石墨盘，其石墨盘20的直径优选为45厘米，这依然和目前K465i机台所采用的石墨盘的大小一致。无衬底时如图3所示，整个石墨盘有四个巨型片坑211、212、213、214，四个片坑之间有宽度3毫米的间隔22，所述间隔22为两条相互垂直且交叉的间隔，其将整个石墨盘的片坑均分成所述四个巨型片坑。石墨盘的片坑面积大于衬底的面积，片坑的面积为衬底面积的整数倍。多个衬底在片坑内密排列，衬底与衬底之间无间隔。所述衬底可为正方形也可为长方形同时也可为三角形或六边形。密排列后能够完全覆盖石墨盘片坑的衬底形状均适用于本发明提出的石墨盘。每个巨型片坑211、212、213、214内放置的衬底片数可以相等也可以不等，图4示出了相等的示例图。另夕卜，本发明提出的石墨盘中的间隔22也不限于两个相互垂直且等分的间隔，其可以是一条间隔、或多条相互垂直或不垂直而成一定角度的间隔，只要每个片坑内放置对应形状的衬底片后刚好覆盖住整个片坑即可。另外，每个片坑中放置的衬底形状和大小可以不同。外延时，放满正方形衬底的石墨盘如图4所示，石墨盘选用的衬底23为正方形的蓝宝石衬底，其边长为5厘米，这和2英寸圆形衬底的直径一致，但面积比2英寸圆形衬底要大25%。正方形蓝宝石的四个角24采用半径为I毫米的圆形倒角。正方形蓝宝石衬底在片坑211、212、213和214内密排列。为了取片方便，在片坑211、212、213、214的边沿处均设置一直径为3毫米的半圆形凹槽251、252、253、254，从而在取第一个衬底时方便使用镊子。
[0022]本发明中衬底的面积为15-2500平方厘米，衬底的圆形倒角的半径小于2毫米。
[0023]本发明中所采用的无间隔石墨盘能够最大限度的利用石墨盘的表面，提高了对石墨盘的利用率，从而提高了化学气相沉积设备的产量，降低了外延芯片的成本，满足了应用的要求。同时无间隔的设计也使得生长时气流能够更均匀的喷淋到衬底表面，减少了湍流的广生。从而减少了边缘效应，提闻边缘处外延材料的晶体质量。
[0024]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种MOCVD设备的石墨盘，其包括至少一个片坑，所述片坑面积大于衬底面积，且为衬底面积的整数倍，所述至少一个片坑边缘具有与衬底的角相吻合的凸角，且一定数量的衬底紧密排列后正好覆盖住所述至少一个片坑。
2.如权利要求1所述的石墨盘，其中，所述至少一个片坑的边缘处具有一凹槽。
3.如权利要求1所述的石墨盘，其中，所述石墨盘的直径为10-150厘米。
4.如权利要求1所述的石墨盘，其中，所述至少一个片坑中可以放置正方形、长方形、三角形或六边形的衬底。
5.如权利要求1所述的石墨盘，其中，所述衬底具有圆形倒角。
6.如权利要求1所述的石墨盘，其中，所述石墨盘为圆形。
7.如权利要求1-6任一项所述的石墨盘，其中，所述片坑为多个，且每个片坑之间有间隔隔开。
【文档编号】C23C16/458GK104357805SQ201410641935
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】胡强, 李晋闽, 王军喜, 曾一平, 路红喜, 伊晓燕, 马平, 魏同波, 闫建昌, 纪攀峰 申请人:中国科学院半导体研究所