[發(fā)明專利]一種具有過渡層結構的半導體用石墨基座盤及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112391675B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設計）人: 汪洋;楊建;蘇凱;李權
• 申請（專利權）人: 南京工業(yè)大學
• 主分類號: C30B25/12
• 分類號: C30B25/12;C30B29/36;C30B29/40
• 代理公司: 南京勤行知識產權代理事務所(普通合伙) 32397
• 代理人: 尹英

本發(fā)明公開了一種具有過渡層結構的半導體用石墨基座盤及其制備方法，包括從下往上依次包括依次層疊的石墨基座盤基體、第一SiC界面層、Si過渡層、第二SiC界面層、熱解炭過渡層以及梯度SiC涂層。本發(fā)明在反應室高溫下沉積的硅過渡層可與石墨基座盤基體在反應界面處形成致密第一SiC界面層，從而構成化學鍵結合，提高涂層的結合強度，在反應室高溫下沉積的硅過渡層可與石墨基座盤基體在反應界面處形成致密第一SiC界面層，從而構成化學鍵結合，提高涂層的結合強度，梯度SiC涂層的組分含量呈線性梯度分布，進一步緩解涂層與基體之間的熱匹配差異；本發(fā)明可緩解涂層與基體之間的熱應力，可有效避免涂層裂紋的產生，提高其使用壽命。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體外延生長設備技術領域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有過渡層結構的半導體用石墨基座盤及其制備方法。

背景技術

MOCVD是在氣相外延生長的基礎上發(fā)展起來的一種新型氣相外延生長技術，通常MOCVD系統中的晶體生長都是在常壓或低壓(10-100Torr)下通H2的冷壁石英反應室中進行，襯底溫度為500-1200℃,用直流加熱石墨基座盤,H2通過溫度可控的液體源鼓泡攜帶金屬有機物到生長區(qū)。

半導體用石墨基座盤是MOCVD設備用外延生長單晶SiC、InP、GaN、AlN半導體的關鍵耗材，在半導體芯片產業(yè)鏈上起到不可替代的作用。石墨具有耐高溫、高導熱、高溫強度高等優(yōu)異特性，是作為外延單晶襯底基座盤基體的首選材料，但石墨材料易氧化、易腐蝕、耐磨損性較差，易產生石墨粉體，在真空下容易釋放吸附氣體，污染工藝生長環(huán)境，極大降低半導體薄膜的質量，因此不可直接用于生長半導體，必須要在石墨基座盤表面涂覆一層均勻致密的SiC陶瓷涂層。

SiC涂層具有優(yōu)異的抗熱震性能、抗氧化、抗氣流沖刷、低氣體滲透性，與石墨材料具有良好的化學相容性及機械相容性，且在高于1200℃時仍然能夠穩(wěn)定存在，并對H2,HCl,NH3具有優(yōu)異的耐酸堿性能。因此，在半導體單晶材料的外延過程中，SiC涂層可完全保護石墨基座盤基體材料，提高其完整性，凈化生長環(huán)境，延長使用壽命。

然而由于SiC涂層的熱膨脹系數較大(約為4.5×10-6/K)，與石墨基座盤基體具有較大的熱膨脹差異，導致SiC涂層在制備及使用過程中殘余應力過大，當涂層界面處的剪切應力峰值大于涂層的結合強度時，涂層就會開裂、甚至脫落，導致整個石墨盤失效報廢，從而造成經濟損失和生產成本的提高。

因此，本領域技術人員亟需提供一種具有過渡層結構的半導體用石墨基座盤及其制備方法，解決SiC涂層與石墨基材界面明顯，呈機械咬合，涂層的結合力差，同時涂層中的內應力難以釋放，從而造成涂層開裂失效的問題。

發(fā)明內容

為了克服現有技術的上述缺陷，本發(fā)明的提供一種具有過渡層結構的半導體用石墨基座盤及其制備方法，在石墨基座盤基體與碳化硅涂層之間制備過渡層，從而緩解涂層與基體之間的熱應力，可有效避免涂層裂紋的產生，提高其使用壽命。

為實現上述目的，本發(fā)明提供一種具有過渡層結構的半導體用石墨基座盤，由內至外包括依次層疊的石墨基座盤基體、第一SiC界面層、Si過渡層、第二SiC界面層、熱解炭過渡層以及梯度SiC涂層；其中，第一SiC界面層、Si過渡層、第二SiC界面層、熱解炭過渡層以及梯度SiC涂層在石墨基座盤表面全覆蓋，所述梯度SiC涂層包括SiC組份和C組份，SiC組份含量從內至外從0％逐漸增加到100％，C組份含量從內至外從100％逐漸減少到0％。

優(yōu)選的，所述梯度SiC涂層的厚度為60-100μm，所述梯度SiC涂層的粗糙度低于2μm。

優(yōu)選的，所述Si過渡層的厚度為5-10μm，所述熱解炭過渡層厚度為1-5μm。

優(yōu)選的，所述第一SiC界面層以及第二SiC界面層的厚度為50-500nm。

本發(fā)明還提供一種具有過渡層結構的半導體用石墨基座盤的制備方法，包括以下步驟：