專利名稱：石墨盤、具有上述石墨盤的反應腔室的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及化學氣相沉積(CVD)技術領域，特別涉及化學氣相沉積設備的石
墨盤、反應腔室。
背景技術：
MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)是在氣相外延生長(VPE)的基礎上發(fā)展起來的一種化學氣相外延沉積工藝。它以III族、II族元素的有機化合物和V、VI族元素的氫化物等作為晶體生長的源材料，以熱分解反應方式在石墨盤上進行沉積工藝，生長各種III -V族、II - VI族化合物半導體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。下面對現(xiàn)有的化學氣相沉積工藝的原理進行說明。具體地，以MOCVD為例，請參考圖I所示的現(xiàn)有的化學氣相沉積工藝設備的結構示意圖。手套箱10內形成有相對設置的噴淋頭11和石墨盤12。所述噴淋頭11內可以設置多個小孔，所述噴淋頭11用于提供反應氣體。所述石墨盤12內具有多個凹槽，每個凹槽內對應放置一片襯底121，所述襯底121的材質通常為價格昂貴的藍寶石。所述石墨盤12的下方還形成有加熱單元13，所述加熱單元13對石墨盤12進行加熱，石墨盤12受熱升溫，能夠以熱輻射和熱傳導方式對襯底121進行加熱。由于襯底121放置在石墨盤12中，兩者接觸，因此石墨盤12對襯底121的加熱以熱傳導為主。在進行MOCVD工藝時，反應氣體自噴淋頭11的小孔進入石墨盤12上方的反應區(qū)域(靠近襯底121的表面的位置)，所述襯底121由于加熱單元13的熱傳導加熱而具有一定的溫度，從而該溫度使得反應氣體之間進行化學反應，從而在襯底121表面沉積外延材料層。在實際中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的化學氣相沉積工藝的均勻性不高，外延芯片的良率偏低。
實用新型內容本實用新型實施例解決的問題是提供了一種石墨盤、含有上述石墨盤的反應腔室，提高了對襯底(尤其是發(fā)生了變形的襯底)的加熱的均勻性，改善了化學氣相沉積工藝的均勻性，提高了外延芯片的良率。為了解決上述問題，本實用新型提供一種化學氣相沉積工藝的石墨盤，具有用于放置襯底的凹槽，包括孔洞，位于與所述襯底的邊緣對應的石墨盤中，所述孔洞用于減少對襯底邊緣的熱輻射?？蛇x地，所述孔洞與凹槽相連通?？蛇x地，所述凹槽的側壁和底部形成V型。可選地，還包括支撐架，用于將襯底懸置，使得襯底與石墨盤不接觸?？蛇x地，所述支撐架的材質為石英、石墨、氮化硼、陶瓷或氧化鋯中的一種或多種。可選地，所述支撐架的頂部固定于凹槽兩側的石墨盤上，所述支撐架的底部用于放置襯底。[0014]可選地，所述支撐架為Z型或階梯型?？蛇x地，所述襯底的正面、石墨盤的正面和支撐架的正面齊平。相應地，本實用新型還提供一種化學氣相沉積設備的反應腔室，包括所述的石墨盤。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點本實用新型通過在與所述襯底的邊緣對應的石墨盤中設置孔洞，減少對襯底邊緣的熱輻射，減小襯底的邊緣與襯底的中部之間的溫差，提高襯底受熱的均勻性；進一步有優(yōu)化地，本實用新型實施例提供的石墨盤的凹槽具有與之對應的支撐架，利用該支撐架將襯底懸置，使得襯底與石墨盤不接觸，在進行化學氣相沉積工藝時，石墨盤作為襯底的熱源(石墨盤在加熱單元的加熱下升溫，能夠以熱輻射和熱傳導方式提供 熱量)，由于襯底與石墨盤不接觸，因此利用本實用新型所述的石墨盤能夠實現(xiàn)對襯底的加熱以熱輻射方式為主，消除了現(xiàn)有技術利用熱傳導加熱給襯底上各點的加熱的不均勻造成的影響，提高了對襯底加熱的均勻性，相應改善了化學氣相沉積工藝的均勻性和襯底上形成的外延材料層的均勻性；進一步優(yōu)化地，所述支撐架的正面、襯底的正面與石墨盤的正面齊平，可以避免由于襯底正面的氣流分布不均勻；進一步優(yōu)化地，所述支撐架懸掛于所述凹槽兩側的石墨盤上，所述支撐架的頂部固定于所述凹槽的兩側的石墨盤上，所述支撐架的底部用于放置襯底，所述支撐架的形狀為Z型圓環(huán)，當襯底需要隨著石墨盤一起轉動的時候，有利于保證襯底與石墨盤的相對穩(wěn)定。
圖I是現(xiàn)有技術的MOCVD裝置的結構示意圖；圖2是是本實用新型第一實施例的石墨盤的結構示意圖；圖3是本實用新型第二實施例的石墨盤的結構示意圖；圖4是圖3所示的石墨盤的俯視結構示意圖；圖5是本實用新型第三實施例的石墨盤的結構示意圖；圖6是本實用新型第四實施例的石墨盤的結構示意圖；圖7是本實用新型第五實施例的石墨盤的結構示意圖；圖8是本實用新型第六實施例的石墨盤的結構示意圖；圖9是本實用新型第七實施例的石墨盤的結構示意圖；圖10是圖9中的支撐架的底部結構示意圖；圖11是本實用新型第八實施例的石墨盤的結構示意圖；圖12是本實用新型第九實施例的石墨盤的結構示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)有技術的化學氣相沉積工藝的均勻性不高，外延芯片的良率偏低。經(jīng)過發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，由于襯底受熱不均勻(襯底的各點有溫差)導致化學氣相沉積工藝后在襯底上形成的外延材料層不均勻。由于邊緣效應影響，石墨盤對襯底加熱過程中，襯底邊緣的溫度高于襯底中部的溫度。為了減小襯底邊緣的溫度，本發(fā)明通過在襯底邊緣附近的石墨盤中設置孔洞，減小對襯底邊緣的熱輻射或熱傳導。具體地，該孔洞可以位于與襯底的邊緣對應的石墨盤中，比如，該孔洞可以位于襯底兩側的石墨盤中，并且該孔洞可以與放置襯底的凹槽的側壁相連通或者不連通；該孔洞也可以位于襯底邊緣下方的石墨盤中，該孔洞可以與凹槽的底部相連通或不連通(不連通即為孔洞與凹槽之間具有石墨盤隔離)。下面結合實施例對本實用新型的技術方案進行詳細的說明。為了更好地說明本實用新型的技術方案，請結合圖2所示的本實用新型第一實施例的石墨盤的結構示意圖。石墨盤20的正面向上，石墨盤20內具有凹槽，所述凹槽具有底部和側壁。本實用新型所述的凹槽的側壁為凹槽的垂直于石墨盤20的正面的兩側，所述凹槽的底部露出下方的石墨盤20。本實用新型所述的石墨盤的正面是石墨盤的朝向噴淋頭(未示出)一側的表面，以上定義適用于全文，特此說明。本實用新型所述的孔洞位于襯底22兩側的石墨盤20內，且該孔洞上方覆蓋有石墨盤20，與孔洞直接暴露于噴淋頭下方相比，本實施例可以防止孔洞內發(fā)生化學反應而形·成填充物，并且使得襯底22兩側的表面為平整的表面，有利于襯底22上方的源氣體形成均勻的分布。下面請參考圖3所示的本實用新型第二實施例的石墨盤的結構示意圖。與第一實施例相同的結構米用相同的標號表不。本實施例與第一實施例的區(qū)別在于，凹槽的底部設置有支撐架21，該支撐架21環(huán)繞凹槽的側壁和底部一周，襯底22位于支撐架21上方。作為一個實施例，圖3所示的石墨盤20中僅有一個凹槽，在其他的實施例中，石墨盤中可以有多個凹槽。所述支撐架21用于將襯底22懸置，使得襯底22與石墨盤20不接觸，從而消除由于襯底22與石墨盤20接觸帶來的熱傳導，使得石墨盤20對襯底22的加熱為熱輻射或以熱輻射為主。請結合圖4，為圖3所示的石墨盤的俯視示意圖。所述支撐架21的形狀為環(huán)形。該環(huán)形的支撐架21環(huán)繞凹槽的側壁和底部一周，襯底22位于支撐架21上方。請繼續(xù)參考圖3，作為本實用新型的一個可選實施例，支撐架21位于襯底22的下方。襯底22的背面與石墨盤20不接觸。所述支撐架21的高度L應滿足，當襯底22呈現(xiàn)碗狀的變形(即襯底22的中部朝向凹槽的底部變形)時，襯底22的背面仍然與石墨盤20不接觸。作為本實用新型的又一可選實施例，所述支撐架21的高度L與襯底22的厚度D之和應等于凹槽H的深度。本實用新型所述的襯底22的厚度D是指未發(fā)生形變的襯底的正面(朝向噴淋頭一側的表面)和背面(與正面相對的表面)之間的垂直距離。本實用新型所述的支撐架的高度L是指支撐架21的正面與背面(與正面相對、且與噴淋頭距離最遠的一側的表面)的距離。作為一個實施例，所述凹槽的深度H范圍為300微米 2毫米，所述襯底22的厚度D范圍為300微米 I. 5毫米，相應地，所述支撐架21的高度L范圍為290微米 I. 7毫米。本實施例中，雖然襯底22的側面與凹槽的側壁仍然有部分接觸，通過該部分接觸，石墨盤20能夠以熱傳導方式將部分熱量傳給襯底22，但是熱傳導方式傳導的熱量有限，對襯底22的受熱的均勻性影響不大。在其他的實施例中，可以在襯底22的兩側與石墨盤20之間設置透明的絕熱層，該絕熱層的材質可以為石英、氮化硼、藍寶石、陶瓷或氧化鋯中的一種或者其中的混合。作為一個實施例，所述支撐架21的寬度應盡可能小，以減小與襯底22的接觸。作為優(yōu)選的實施例，所述支撐架21的寬度范圍為其上方放置襯底的半徑的1/10 1/20以保證能夠穩(wěn)定的將襯底22懸空。作為一個實施例，所述支撐架21的材質為石墨，其可以與石墨盤20 —體化加工而成，也可以單獨加工，然后通過螺絲螺母等機械零件與石墨盤20固定在一起或者通過耐熱膠與石墨盤20粘合為一體。作為優(yōu)選的實施例，所述支撐架21的材質應為透明材質，這樣保證支撐架21下方的石墨盤20的熱量可以透過支撐架21傳輸至襯底22。例如所述支撐架21的材質可以為石英、氮化硼、藍寶石、陶瓷或氧化鋯中的一種或者其中的混合。本實施例中，所述支撐架21 的材質為藍寶石。由于石墨盤20在工藝過程中可能會旋轉運動，為了保證襯底22在石墨盤中能穩(wěn)定，所述凹槽的側壁與底部可以有一定的傾斜，側壁的側面和底部形成V型，目的是使得凹槽的底部的直徑大于凹槽的頂部的直徑，整個凹槽呈圓臺狀，保證襯底22在隨石墨盤20的旋轉過程中的位置相對穩(wěn)定。下面請結合圖5所示的本實用新型第三實施例的石墨盤的結構示意圖。與前一實施例相同的結構采用相同的標號。本實施例與前一實施例的區(qū)別在于，石墨盤20中具有孔洞，該孔洞位于襯底22的邊緣的凹槽的側壁。本實用新型實施例的孔洞設置在石墨盤20的正面，也是為了便于石墨盤20的加工制作。在其他的實施例中，所述孔洞可以位于襯底的邊緣下方的石墨盤中，也可以位于襯底的邊緣的兩側的石墨盤中；該孔洞可以與凹槽相連通，或者該孔洞與凹槽之間可以有部分石墨盤隔絕。下面請參考圖6所示的本實用新型第四實施例的石墨盤的結構示意圖。與前一實施例相同的結構米用相同的標號表不。本實施例與前一實施例的區(qū)別在于，所述支撐架21懸掛于所述凹槽兩側的石墨盤20上，所述支撐架21的頂部固定于所述凹槽的兩側的石墨盤20上，所述支撐架21的底部用于放置襯底22。所述支撐架21為階梯型。即，支撐架21的頂部與凹槽兩側的石墨盤20的正面接觸，支撐架21的側面石墨盤20接觸，所述支撐架21的底部懸置于凹槽上。所述支撐架21的底部用于放置襯底22，支撐架21的側壁將襯底22的側面與石墨盤隔離，使得襯底22與石墨盤20完全不接觸，這樣可以減小石墨盤20以熱傳導方式將熱量傳輸給襯底22，使得石墨盤20對襯底22的加熱以熱輻射方式為主，從而進一步改善對襯底22的受熱的均勻性。作為優(yōu)選的實施例，所述支撐架21的正面、襯底22的正面與石墨盤20的正面齊平，這樣可以防止支撐架21和石墨盤20對襯底22上方的氣體帶來影響，提高襯底22上方的氣流分布的均勻性。本實用新型所述的支撐架的正面是指支撐架的朝向噴淋頭(未示出)一側的表面，以上定義適用于全文。作為本實用新型的一個實施例，襯底22的邊緣的凹槽的底部具有孔洞，該孔洞與凹槽相連通，可以在利用同一工藝步驟制作，便于石墨盤20的加工和制作。下面請結合圖7所示的本實用新型第五實施例的石墨盤的結構示意圖，與前一實施例相同的部件米用相同的標號表不。本實施例與前一實施例的區(qū)別在于，凹槽的側壁和底部形成V型，相應地，支撐架21的形狀為Z型，所述支撐架21懸掛于凹槽兩側的石墨盤20上，所述支撐架21的頂部固定于凹槽的兩側的石墨盤20上，所述支撐架21的底部用于放置襯底22。采用本實施例所述的Z型的支撐架21可以更好地固定襯底22，防止襯底22隨著石墨盤20轉動的過程中被甩出去。本實施例中，孔洞位于襯底22的邊緣的下方的石墨盤20中。下面請參考圖8所示的本實用新型第六實施例的石墨盤的結構示意圖，與前一實施例相同的結構米用相同的標號表不。本實施例與前一實施例的區(qū)別在于，所述襯底22的正面、支撐架21的正面和石墨盤20的正面齊平，這樣有利于改善襯底22表面的氣體分布的均勻性。下面請參考圖9所示的本實用新型第七實施例的石墨盤的結構示意圖，與前一實施例相同的結構米用相同的標號表不。本實施例與前一實施例的區(qū)別在于，襯底22的邊緣的側壁和底部均形成有孔洞，并且在本實施例中該孔洞與凹槽相連通。在其他的實施例中， 所述孔洞與凹槽之間還可以有部分石墨盤隔離。本實施例中，所述支撐架21的形狀為階梯型，該支撐架21的側壁與凹槽兩側的石墨盤20不接觸，這樣可以防止石墨盤20通過支撐架21的側壁將熱量傳導給襯底22，防止對襯底22的邊緣加熱過多造成襯底22的邊緣溫度高于襯底22的中部的溫度，進一步改善襯底22的溫度分布的均勻性。本實施例中，所述支撐架21的底部與石墨盤20不接觸，也可以防止石墨盤20通過支撐架21將熱量傳遞給襯底22的邊緣，減小襯底22的邊緣與中部的溫度差異，進一步改善襯底22的溫度的分布的均勻性。為了進一步減小石墨盤通過支撐架傳導給襯底的熱量，改善襯底的邊緣和中部的溫度分布的均勻性，作為可選的實施例，還可以在支撐架的與襯底接觸的部分形成孔隙，這樣進一步減小支撐架與襯底的接觸面積。具體地，請參考圖10所示的圖9中的支撐架的底部的結構示意圖。作為一個實施例，支撐架的頂部(未圖示)放置于石墨盤上，支撐架的底部(即用于放置襯底的部分)為雙環(huán)形結構。如圖，該支撐架的底部具體包括外環(huán)211、內環(huán)212和連接外環(huán)211和內環(huán)212的連接橋213。采用所述雙環(huán)形結構的支撐架與襯底的接觸面積少，減少了石墨盤通過支撐架向襯底的熱傳導的熱量傳輸。作為本實用新型的又一實施例，所述支撐架的形狀還可以為多個支撐柱(pin)，比如所述支撐架可以為三個呈等邊三角形排布的支撐柱，等邊三角形的中心與凹槽的中心位于同一垂直線上(該垂直線與凹槽的底部垂直)。采用支撐柱結構將襯底懸置于凹槽內，可以進一步減小襯底與石墨盤之間的熱傳導。下面請參考圖11所示的本實用新型第八實施例的石墨盤的結構示意圖。與第六實施例相同的結構米用相同的標號表不。本實施例與第六實施例的區(qū)別在于，襯底22正面向上放置于階梯形的支撐架21上，所述襯底22的正面、支撐架21的正面和石墨盤20的正面齊平。在其他實施例中，可以不采用支撐架而直接將襯底放置于石墨盤的凹槽中。本實施例與第六實施例的區(qū)別在于，孔洞的形狀和位置不同。本實施例的孔洞位于襯底121的邊緣的底部，與凹槽底部相連通。本實用新型的孔洞的深度自凹槽的側壁下方沿襯底121的徑向向襯底121的中部方向的依次減小，整個孔洞呈三角狀。采用所述孔洞可以進一步消除襯底邊緣的熱輻射。下面請參考圖12所示的本實用新型第九實施例的石墨盤的結構示意圖。與第七實施例相同的結構米用相同的標號表不。與前一實施例的區(qū)別在于，支撐架21位于凹槽的中部，且所述支撐架21由多個支撐柱構成。本實施例中,所述支撐柱的數(shù)目為3個，所述支撐柱呈等邊三角形排布，等邊三角形的中心與凹槽的中心位于同一垂直線上(該垂直線與凹槽的底部垂直)。采用本實施例的支撐柱結構將襯底懸置于凹槽內，可以進一步減小襯底與石墨盤之間的熱傳導。綜上，本實用新型通過在與所述襯底的邊緣對應的石墨盤中設置孔洞，減少對襯底邊緣的熱輻射，減少對襯底的邊緣的熱輻射，減小襯底的邊緣與襯底的中部之間的溫差，提高襯底受熱的均勻性；本實用新型實施例提供的石墨盤的凹槽具有與之對應的支撐架，利用該支撐架將襯底懸置，使得襯底與石墨盤不接觸，在進行化學氣相沉積工藝時，石墨盤作為襯底的熱源(石墨盤在加熱單元的加熱下升溫，能夠以熱輻射和熱傳導方式提供熱量)，由于襯底與石墨盤不接觸，因此利用本實用新型所述的石墨盤能夠實現(xiàn)對襯底的加熱以熱輻射方式為主，消除了現(xiàn)有技術利用熱傳導加熱給襯底上各點的加熱的不均勻造成的影響，提高了對襯底加熱的均勻性，相應改善了化學氣相沉積工藝的均勻性和襯底上形成的外延材料層的均勻性； 進一步優(yōu)化地，所述支撐架的正面、襯底的正面與石墨盤的正面齊平，可以避免由于襯底正面的氣流分布不均勻；進一步優(yōu)化地，所述支撐架懸掛于所述凹槽兩側的石墨盤上，所述支撐架的頂部固定于所述凹槽的兩側的石墨盤上，所述支撐架的底部用于放置襯底，所述支撐架的形狀為Z型圓環(huán)，當襯底需要隨著石墨盤一起轉動的時候，有利于保證襯底與石墨盤的相對穩(wěn)定。雖然本實用新型己以較佳實施例披露如上，但本實用新型并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本實用新型的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求1.一種化學氣相沉積工藝的石墨盤，具有用于放置襯底的凹槽，其特征在于，包括孔洞，位于與所述襯底的邊緣對應的石墨盤中，所述孔洞用于減少對襯底的邊緣的熱輻射。
2.如權利要求I所述的石墨盤，其特征在于，所述孔洞與凹槽相連通。
3.如權利要求I所述的石墨盤，其特征在于，所述凹槽的側壁和底部形成V型。
4.如權利要求I所述的石墨盤，其特征在于，還包括與凹槽對應的支撐架，用于將襯底懸置，使得襯底與石墨盤不接觸。
5.如權利要求4所述的石墨盤，其特征在于，所述支撐架的頂部固定于凹槽兩側的石墨盤上，所述支撐架的底部用于放置襯底。
6.如權利要求5所述的石墨盤，其特征在于，所述支撐架為Z型或階梯型。
7.如權利要求5所述的石墨盤，其特征在于，所述襯底的正面、石墨盤的正面和支撐架的正面齊平。
8.一種化學氣相沉積設備的反應腔室，其特征在于，包括如權利要求I所述的石墨盤。
專利摘要本實用新型解決的技術問題是提供了一種化學氣相沉積工藝的石墨盤和含有上述石墨盤的反應腔室，其中所述石墨盤具有用于放置襯底的凹槽，包括孔洞，位于與所述襯底的邊緣對應的石墨盤中，所述孔洞用于減少對襯底邊緣的熱輻射。本實用新型減小了襯底的邊緣與襯底的中部之間的溫差，提高襯底受熱的均勻性，改善了化學氣相沉積工藝的均勻性，提高了外延芯片的良率。
文檔編號C23C16/458GK202626287SQ201220059120
公開日2012年12月26日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權日2012年2月22日
發(fā)明者梁秉文 申請人:光達光電設備科技(嘉興)有限公司