本发明专利技术一种用于改良外延过程中衬底晶片表面温场的方法，首先选取复合衬底晶片，在初始温度和外延起始温度不同时，计算出复合衬底晶片中第一种材料的体积变化和第二种材料的体积变化，然后根据第一种材料的体积变化和第二种材料的体积变化计算出复合衬底晶片变形后的球面半径；再根据计算得出的R0值在载体上开设衬底球径结构；然后把复合衬底晶片置放到衬底球径结构中，在HVPE中进行半导体材料生长。本发明专利技术改善了半导体材料外延过程起始阶段衬底晶片表面温场的均匀性，提高外延起始层与原有材料的衔接质量，降低了工艺调试难度，提高了外延半导体材料的质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体材料外延设备结构及设计方法
，特别是涉及一种。
技术介绍
气相沉积和气相外延技术被广泛应用于材料外延，二者均是在衬底晶片上生长材料，外延材料的优劣受外延条件的影响，要得到优良的外延材料就需要保证良好的外延条件。气相外延主要的控制条件有温度、压力、反应物的量等条件。但是在温度的控制上，目前主要的方法是先加热衬底晶片的载体，载体再将热量传递给衬底晶片。由于载体比衬底晶片大很多，因此载体的温度很容易控制，当载体温度稳定后，衬底晶片与载体之间的热传递情况在很大程度上影响衬底晶片生长表面的温度。 在半导体材料外延过程中，使用的衬底晶片可以分为两大类单晶衬底和复合衬底晶片两大类。使用复合衬底晶片晶片时，由于复合衬底晶片中各成分的热胀系数不一样，当外延起始温度与常温相差较大(相差数百摄氏度)时，衬底晶片出现凹下或者凸起形变。此时，衬底晶片与载体的接触情况发生变化，所以衬底晶片表面的温度分布情况也发生变化，温度分布出现不均匀，直接影响衬底晶片上外延材料的质量，而且处于不同的外延起始温度下，外延速度也不相同，所以衬底晶片表面局部温度不同会引起外延材料的厚度不同。如说明书附图5和图6所示，以氮化镓(GaN)材料生长为例，氮化镓(GaN)材料生长过程中，采用石墨为载体，把蓝宝石氮化镓复合衬底晶片通过载体放置到HVPE设备中进行氮化镓材料生长。HVPE技术做厚膜外延是从复合衬底晶片(常用的复合衬底晶片是由430 u m蓝宝石与4 y m氮化镓过渡层构成，但也可以由其他厚度构成)开始的，然后外延到需要的厚度。HVPE技术开始外延的时刻是关键时刻，关系到整个外延晶体的质量，因为如果HVPE外延的第一层出现大量的位错和缺陷，那么在衬底晶片以后的外延过程将会把位错和缺陷放大，从而导致整片衬底晶片的晶体质量下降。目前的HVPE技术在氮化镓蓝宝石复合衬底上再次外延过程中，往往是开始外延时复合衬底表面的温度差影响外延起始层的晶体质量。由于蓝宝石和氮化镓材料之间的热膨胀系数存在很大的差异，当处于外延起始温度后，蓝宝石氮化镓复合衬底晶片显球壳状，导致衬底晶片与载体之间出现夹层，夹层的出现使载体与衬底晶片之间出现热传递差异，衬底晶片表面的温场不均匀，外延起始层出现高位错密度和高缺陷密度，影响整个外延材料的晶体质量。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术的缺点的问题，提供一种，降低了工艺的调试难度，改善了半导体材料外延过程中起始阶段衬底晶片的表面温场的均匀性，提高半导体材料生长的质量。—种，包括以下步骤①、选取复合衬底晶片，在初始温度(常温)和外延起始温度不同时，首先计算出复合衬底晶片中第一种材料的体积变化和第二种材料的体积变化，然后根据第一种材料的体积变化和第二种材料的体积变化计算出复合衬底晶片变形后的球面半径； 第一种材料的体积变化公式为 Ji r2 a a ! (T2 -T1) = 0 - Ji r2 a ( I )， 整理公式(I )得到以下公式31 r2 a a i (T2 -T1) + n r2 a = 0 4 n /3( 2)； a代表第一种材料的厚度； a i代表第一种材料的体积热胀系数； T1代表初始温度(常温)； T2代表外延起始温度； 0代表变形后的复合衬底晶片球面对应的立体角度； T代表复合衬底晶片的半径； R0代表变形后的复合衬底晶片球面半径； 第二种材料的体积变化公式为Ji r2 b a 2 (T2-T1) = 0 -3ir2*b (3),整理公式(3)得到以下公式nr2 h a 2 (T2 -T1) + ji r2 b = 0 4 n /3 ( 4 )；a代表第一种材料的厚度；b代表第二种材料的厚度；a 2代表第二种材料的体积热胀系数； T1代表初始温度(常温)； T2代表外延起始温度； 0代表变形后的复合衬底晶片球面对应的立体角度； T代表复合衬底晶片的半径； R0代表变形后的复合衬底晶片球面半径； 最后由上述公式(2 )和(4 )计算得出Rtl值，R0的单位是mm ； ②、首先选择用于放置复合衬底晶片的载体，再根据步骤①计算得出的R0值在所述载体上开设用于材料生长的复数衬底球径结构,所述衬底球径结构的球径为Rtl,所述衬底球径结构与所述复合衬底晶片变形后球面相匹配吻合； ③、把所述复合衬底晶片置放于所述载体的衬底球径结构中，再把容置有复合衬底晶片的载体放置到氢化物气相外延HVPE设备中进行半导体材料生长。在其中一个实施例中，所述衬底球径结构的底部为凹槽。在其中一个实施例中，所述凹槽的截面形状呈圆弧形、椭圆弧形、抛物线形、渐开线形、指数函数线形。在其中一个实施例中，所述衬底球径结构的底部为凸起。在其中一个实施例中，所述凸起的截面形状呈圆弧形、椭圆弧形、抛物线形、渐开线形、指数函数线形。在其中一个实施例中，所述第一材料为复合衬底晶片的表面，所述第二种材料为复合衬底晶片的背面，所述第二种材料接触所述衬底球径结构。在其中一个实施例中，所述载体采用石墨、硅、碳化硅、本体加涂层复合材料材质；每个载体上具有复数个衬底球径结构，衬底球径结构可以是一个、两个、三个……η个等；所述载体的衬底球径结构不限于用于生长氮化镓材料，可以是III族氮化物，也可以是其他半导体材料生长，也可以是其他化学材料生长等。上述，先计算出的复合衬底晶片在外延起始温度下变形后的球面半径，再在复合衬底晶片的载体上设置与复合衬底晶片变形后的球面半径相匹配吻合的衬底球径结构，此衬底球径结构改善了半导体材料外延过程起始阶段衬底晶片表面温场(即是温度分布情况)的均匀性，提高外延起始层与原有材料的衔接质量，提高了外延起始层晶体的质量，在外延起始阶段生长的低密度位错和缺陷的晶体层有利于外延出高质量的晶体材料，降低了工艺调试难度，提高了外延半导体材料的质量。当温度由常温变化到外延起始温度条件下，所述衬底球径结构使衬底晶片仍然能 和载体良好接触，热传递良好，平衡衬底晶片表面的温场，实现衬底晶片表面温度均匀，特征统一，在外延起始阶段外延一层位错密度和缺陷密度低的晶体层，有利于之后外延出高质量的晶体材料。附图说明图I为复合衬底晶片在常温下的结构示意图。图2为理论计算时复合衬底晶片在外延起始温度下的结构示意图。图3为实施例中本专利技术所设计的载体的结构示意图。图4为实施例中使用本专利技术所设计的载体在外延起始温度下与复合衬底晶片结合的结构示意图。图5为现有技术中所设计的载体的结构示意图。图6为现有技术中所设计的载体在外延起始温度下与复合衬底晶片结合的结构示意图。以下是本专利技术零部件符号标记说明 载体10、衬底球径结构11、复合衬底晶片20、第一种材料21、第二种材料22、空隙30。具体实施例方式为能进一步了解本专利技术的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本专利技术的优点与精神，藉由以下结合附图与具体实施方式对本专利技术的详述得到进一步的了解。一种，包括以下步骤 ①、选取由两种材料构成的复合衬底晶片20，其中第一种材料21 (即是复合衬底晶片20的表面)的体积热胀系数为α !，第二种材料22 (即是复合衬底晶片20的背面)的体积本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于改良外延过程中衬底晶片表面温场的方法，其特征在于，包括以下步骤：①、选取复合衬底晶片，在初始温度和外延起始温度不同时，首先计算出复合衬底晶片中第一种材料的体积变化和第二种材料的体积变化，然后根据第一种材料的体积变化和第二种材料的体积变化计算出复合衬底晶片变形后的球面半径；第一种材料的体积变化公式为：πr2·a·α1·（T2？？T1）=θ·[(R0+a)3·4π/3？？？R03·4π/3？]？？πr2·a？？？(１)，整理公式(１)得到以下公式：πr2·a·α1·（T2？？T1）+？πr2·a？=θ·[(R0+a)3？？？R03？]·4π/3？？ ？(２)；a？代表：第一种材料的厚度；α1 代表：第一种材料的体积热胀系数；T1 代表：初始温度；T2 代表：外延起始温度；θ代表：变形后的复合衬底晶片球面对应的立体角度；r 代表：复合衬底晶片的半径；R0 代表：变形后的复合衬底晶片球面半径；第二种材料的体积变化公式为：πr2·b·α2·（T2？T1）=θ·[(R0+a+b)3·4π/3？（R0+a)？3·？4π/3？]？πr2·b (３)，整理公式(３)得到以下公式：πr2·b·α2·（T2？？T1）+？πr2·b？=？θ·[(R0+？a+b)3？？？（R0？+a）3]·4π/3？？ (４)；a？代表：第一种材料的厚度；b？代表：第二种材料的厚度；α２ 代表：第二种材料的体积热胀系数；T1 代表：初始温度；T2 代表：外延起始温度；θ代表：变形后的复合衬底晶片球面对应的立体角度；r 代表：复合衬底晶片的半径；R0 代表：变形后的复合衬底晶片球面半径；最后由上述公式(２)和(４)计算得出R0值，R0的单位是mm；②、首先选择用于放置复合衬底晶片的载体，再根据步骤①计算得出的R0值在所述载体上开设用于材料生长的复数衬底球径结构，所述衬底球径结构的球径为R0，所述衬底球径结构与所述复合衬底晶片变形后球面相匹配吻合；③、把所述复合衬底晶片置放于所述载体的衬底球径结构中，再把容置有复合衬底晶片的载体放置到氢化物气相外延HVPE设备中进行半导体材料生长。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵红军，刘鹏，张国义，童玉珍，孙永健，毕绿燕，
申请(专利权)人：东莞市中镓半导体科技有限公司，北京大学，
类型：发明
国别省市：
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