组合式衬底托盘的制作方法

1.本实用新型属于半导体技术领域，具体涉及一种组合式衬底托盘。


背景技术：

2.碳化硅材料作为一种典型的宽禁带半导体材料，由于其禁带宽度大，热导率高、饱和电子迁移率高等优点，在高温、高压、高频领域有着明显的应用优势。然而碳化硅材料由于其硬度大、掺杂剂的激活效率低等问题，在应用中需要通过同质外延来解决。
3.在外延过程中，由于温度的分布不均匀导致外延的掺杂均匀性差，进而影响器件电压等关键参数的波动。碳化硅外延通常采用的是单片水平热壁式的生长腔体，一般采用感应线圈对石墨基座进行加热，气体流入为托盘的旋转提供动力；被加热的石墨基座通过热量传导或辐射将热量传递到衬底托盘，衬底托盘通过热传导作用将衬底加热。衬底托盘处在基座中心位置，由于电磁感应对基座加热的不均匀性、热传导的不均匀性和气流因素的等影响，造成托盘的温度分布并不是均匀的，导致托盘上的衬底受热也并不均匀。碳化硅外延层的浓度受温度影响较大，温度偏高的区域，一般是掺杂浓度高，因此，温度分布的不均匀造成外延层掺杂浓度的均匀性差。
4.目前，单片水平式的热壁碳化硅外延工艺，还没有一种有效的温度分布调整方法。然而，随着碳化硅单晶生长技术的进步，碳化硅衬底直径不断扩大，6英寸已经逐步成为主流产品，外延层的浓度均匀性控制更加困难，因此寻找一种改善片内温度分布的托盘结构是十分必要的。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供一种组合式衬底托盘，旨在利用不同热导率的石墨调节外延片内的温度分布，获得更加均匀的片内温度分布，提高外延层的掺杂浓度均匀性。
6.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种组合式衬底托盘，至少包括一个石墨外环和一个石墨中心盘，所述石墨外环和所述石墨中心盘同心嵌套组成一个完整的外延衬底托盘，所述石墨外环和所述石墨中心盘具有不同的热导率。
7.在一种可能的实现方式中，还包括至少一个石墨中间环，所述石墨外环、所述石墨中间环和所述石墨中心盘依次同心嵌套设置，且所述石墨中间环、所述石墨外环和所述石墨中心盘分别具有不同的热导率。
8.在一种可能的实现方式中，所述石墨外环和所述石墨中间环的中心孔均为台阶孔，各所述石墨中间环和所述石墨中心盘均设有适配不同尺寸的所述台阶孔的支撑圆盘。
9.在一种可能的实现方式中，所述石墨外环与所述石墨中间环之间、相邻的所述石墨中间环之间、以及所述石墨中间环与所述石墨中心盘之间的分界线处分别设有防自转的锁止结构。
10.在一种可能的实现方式中，所述锁止结构包括设置于所述分界线处的锁止柱。
11.在一种可能的实现方式中，所述锁止结构包括设置于所述台阶孔的台阶面上的定
位柱，所述石墨中间环和所述石墨中心盘的配合面上分别设有定位孔，所述定位孔适配所述定位柱。
12.在一种可能的实现方式中，所述锁止结构包括：设置于所述石墨外环中心孔内的定位凹槽，所述石墨中心盘的外壁设有适配所述定位凹槽的定位凸筋；其中，所述石墨中间环的外壁设有所述定位凸筋，所述石墨中间环的中心孔内设有定位凸槽，实现所述石墨中间环之间、以及所述石墨中间环与所述石墨外环和所述石墨中心盘之间的相互锁止。
13.在一种可能的实现方式中，所述石墨外环和所述石墨中间环的中心均台阶槽，各所述石墨中间环和所述石墨中心盘均设有适配不同尺寸的所述台阶槽的支撑圆盘。
14.本实用新型提供的组合式衬底托盘，与现有技术相比，有益效果在于：选用不同热导率的石墨制成石墨外环和石墨中心盘，使托盘具有不同的热导率，在不同的区域具有不同的传热效率，对应传递到衬底不同部位的热量不同，从而实现调节衬底外延片内温度的目的。在实际的操作中，可以根据不同情况，温度偏高的区域使用低热导率石墨材料，温度偏低的区域使用高热导率的石墨材料，适当的调节托盘的温度分布，优化衬底外延片内温度分布，从而获得更加均匀的外延片内温度分布，提高外延片内的掺杂浓度均匀性。
附图说明
15.图1为本实用新型实施例提供的组合式衬底托盘的爆炸结构示意图；
16.图2为本实用新型实施例提供的组合式衬底托盘的剖视结构示意图一；
17.图3为本实用新型实施例提供的组合式衬底托盘的剖视结构示意图二；
18.图4为图3所示的组合式衬底托盘的俯视结构示意图；
19.图5为本实用新型实施例提供的组合式衬底托盘的结构示意图三；
20.图6为本实用新型实施例提供的组合式衬底托盘的结构示意图四；
21.附图标记说明：
22.1、石墨外环；2、石墨中间环；3、石墨中心盘；4、定位柱；5、锁止柱；6、定位凸筋。
具体实施方式
23.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
24.请一并参阅图1至图5，现对本实用新型提供的组合式衬底托盘进行说明。所述组合式衬底托盘，至少包括一个石墨外环1和一个石墨中心盘3，石墨外环1和石墨中心盘3同心嵌套组成一个完整的外延衬底托盘，石墨外环1和石墨中心盘3具有不同的热导率。
25.本实施例提供的组合式衬底托盘，与现有技术相比，选用不同热导率的石墨制成石墨外环1和石墨中心盘3，使托盘具有不同的热导率，在不同的区域具有不同的传热效率，对应传递到衬底不同部位的热量不同，从而实现调节衬底外延片内温度的目的。在实际的操作中，可以根据不同情况，温度偏高的区域使用低热导率石墨材料，温度偏低的区域使用高热导率的石墨材料，适当的调节托盘的温度分布，优化衬底外延片内温度分布，从而获得更加均匀的外延片内温度分布，提高外延片内的掺杂浓度均匀性。
26.本实施例提供的组合式衬底托盘，将衬底托盘分解为多个部分，实现更均匀的温
度调节。该方法操作简便，调整速率快，能够提升外延片内的温度均匀性，可用于大直径外延的加工。例如应用于但不限于4寸、5寸、6寸、8寸等尺寸的衬底外延，同时，托盘分解为几个部分，每个部分的尺寸大小，均可根据外延衬底的尺寸、掺杂浓度需要的均匀性等参数进行调整。
27.此外，针对不同尺寸不同掺杂浓度的外延衬底，可以更换不同热导率的部件进行重新组装，从而降低石墨托盘成本，进而降低碳化硅外延制备成本。例如，针对石墨外环1和石墨中心盘3，可以制作系列不同热导率的石墨外环1和石墨中心盘3，根据需要达到的外延参数，可以选择更换石墨外环1或石墨中心盘3，或者选择合适的热导率组合即可。
28.对石墨热导率解释如下：石墨在室温下的导热性按照等级不同在90-110w/m*k之间。石墨体内存在温度梯度时，热量从高温处向低温处的流动。表征石墨导热能力的参数是热导率。热导率入是单位时间内、单位面积上通过的热量q(热流.密度)与温度梯度grad t之间的比例系数。
29.在一些实施例中，参见图1至图5所示，上述特征组合式衬底托盘还包括至少一个石墨中间环2，石墨外环1、石墨中间环2和石墨中心盘3依次同心嵌套设置，且石墨中间环2、石墨外环1和石墨中心盘3分别具有不同的热导率。本实施例提出的可以设置一个石墨中间环2，也可以设置多个石墨中间环2，实施例1示例如下：一个石墨外环1和石墨中心盘3；实施例2，一个石墨外环1、一个石墨中间环2和一个石墨中心盘3；实施例3，一个石墨外环1、两个石墨中间环2和一个石墨中心盘3；托盘分解为几个部分，每个部分的尺寸大小，均可根据外延衬底的尺寸、掺杂浓度需要的均匀性等参数进行调整。
30.详细说明的是，石墨外环1、石墨中间环2和石墨中心盘3组合后构成的托盘的结构和形状与一体式的托盘形状一致，例如托盘的四周设有圆形挡圈，托盘的承托面为水平平面。
31.参见图1至图3所示，作为上述特征石墨外环1和石墨中间环2的一种具体实施方式为，石墨外环1和石墨中间环2的中心孔均为台阶孔，各石墨中间环2和石墨中心盘3均设有支撑在不同尺寸的台阶孔的支撑圆盘。各部件中心设置台阶孔，外侧设置支撑圆盘，组合时，石墨中间环2放入石墨外环1的台阶孔，支撑圆盘支撑在台阶孔的台阶面上，即可实现两个部件之间的组装，石墨中心盘3为实心盘，不设置中心孔。
32.为了保证托盘整体的旋转，参见图2至图5，石墨外环1与石墨中间环2之间、相邻的石墨中间环2之间、以及石墨中间环2与石墨中心盘3之间的分界线处分别设有防自转的锁止结构。
33.如图3及图4所示，作为锁止结构的一种实施方式，锁止结构包括设置于分界线处的锁止柱5。例如，在分界线处设置锁止孔，锁止孔一半在石墨外环1上，一半在石墨中间环2上，锁止柱5插入锁止孔即可将相邻的两个部件锁止。
34.图2所示为锁止结构的另一种实施方式，锁止结构包括设置于台阶孔的台阶面上的定位柱4，石墨中间环2和石墨中心盘3的配合面上分别设有定位孔，定位孔适配定位柱4。
35.图5所示，本实施例提供的锁止结构的另一种实施方式，锁止结构包括：设置于石墨外环1中心孔内的定位凹槽，石墨中心盘3的外壁设有适配定位凹槽的定位凸筋6；其中，石墨中间环2的外壁设有定位凸筋6，石墨中间环2的中心孔内设有定位凸槽，实现石墨中间环2之间、以及石墨中间环2与石墨外环1和石墨中心盘3之间的相互锁止。
36.关于定位柱4、锁止柱5和定位凸筋6的数量，可以为一个、两个、三个等。
37.作为石墨外环1和石墨中间环2的另一种实施方式，参见图6，石墨外环1和石墨中间环2的中心均台阶槽，各石墨中间环2和石墨中心盘3均设有适配不同尺寸的台阶槽的支撑圆盘。本实施例的台阶槽相比台阶孔，台阶孔为贯穿孔，台阶槽在中心位置不贯穿，具有槽底。该实施例也设有锁止结构，锁止结构与设置台阶孔的托盘相同设置。
38.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。