[发明专利]一种具有过渡层结构的半导体用石墨基座盘及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有过渡层结构的半导体用石墨基座盘及其制备方法，包括从下往上依次包括依次层叠的石墨基座盘基体、第一SiC界面层、Si过渡层、第二SiC界面层、热解炭过渡层以及梯度SiC涂层。本发明在反应室高温下沉积的硅过渡层可与石墨基座盘基体在反应界面处形成致密第一SiC界面层，从而构成化学键结合，提高涂层的结合强度，在反应室高温下沉积的硅过渡层可与石墨基座盘基体在反应界面处形成致密第一SiC界面层，从而构成化学键结合，提高涂层的结合强度，梯度SiC涂层的组分含量呈线性梯度分布，进一步缓解涂层与基体之间的热匹配差异；本发明可缓解涂层与基体之间的热应力，可有效避免涂层裂纹的产生，提高其使用寿命。

技术领域

本发明涉及半导体外延生长设备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种具有过渡层结构的半导体用石墨基座盘及其制备方法。

背景技术

MOCVD是在气相外延生长的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术，通常MOCVD系统中的晶体生长都是在常压或低压(10-100Torr)下通H2的冷壁石英反应室中进行，衬底温度为500-1200℃,用直流加热石墨基座盘,H2通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。

半导体用石墨基座盘是MOCVD设备用外延生长单晶SiC、InP、GaN、AlN半导体的关键耗材，在半导体芯片产业链上起到不可替代的作用。石墨具有耐高温、高导热、高温强度高等优异特性，是作为外延单晶衬底基座盘基体的首选材料，但石墨材料易氧化、易腐蚀、耐磨损性较差，易产生石墨粉体，在真空下容易释放吸附气体，污染工艺生长环境，极大降低半导体薄膜的质量，因此不可直接用于生长半导体，必须要在石墨基座盘表面涂覆一层均匀致密的SiC陶瓷涂层。

SiC涂层具有优异的抗热震性能、抗氧化、抗气流冲刷、低气体渗透性，与石墨材料具有良好的化学相容性及机械相容性，且在高于1200℃时仍然能够稳定存在，并对H2,HCl,NH3具有优异的耐酸碱性能。因此，在半导体单晶材料的外延过程中，SiC涂层可完全保护石墨基座盘基体材料，提高其完整性，净化生长环境，延长使用寿命。

然而由于SiC涂层的热膨胀系数较大(约为4.5×10-6/K)，与石墨基座盘基体具有较大的热膨胀差异，导致SiC涂层在制备及使用过程中残余应力过大，当涂层界面处的剪切应力峰值大于涂层的结合强度时，涂层就会开裂、甚至脱落，导致整个石墨盘失效报废，从而造成经济损失和生产成本的提高。

因此，本领域技术人员亟需提供一种具有过渡层结构的半导体用石墨基座盘及其制备方法，解决SiC涂层与石墨基材界面明显，呈机械咬合，涂层的结合力差，同时涂层中的内应力难以释放，从而造成涂层开裂失效的问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的提供一种具有过渡层结构的半导体用石墨基座盘及其制备方法，在石墨基座盘基体与碳化硅涂层之间制备过渡层，从而缓解涂层与基体之间的热应力，可有效避免涂层裂纹的产生，提高其使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供一种具有过渡层结构的半导体用石墨基座盘，由内至外包括依次层叠的石墨基座盘基体、第一SiC界面层、Si过渡层、第二SiC界面层、热解炭过渡层以及梯度SiC涂层；其中，第一SiC界面层、Si过渡层、第二SiC界面层、热解炭过渡层以及梯度SiC涂层在石墨基座盘表面全覆盖，所述梯度SiC涂层包括SiC组份和C组份，SiC组份含量从内至外从0％逐渐增加到100％，C组份含量从内至外从100％逐渐减少到0％。

优选的，所述梯度SiC涂层的厚度为60-100μm，所述梯度SiC涂层的粗糙度低于2μm。

优选的，所述Si过渡层的厚度为5-10μm，所述热解炭过渡层厚度为1-5μm。

优选的，所述第一SiC界面层以及第二SiC界面层的厚度为50-500nm。

本发明还提供一种具有过渡层结构的半导体用石墨基座盘的制备方法，包括以下步骤：