[发明专利]一种碳化硅外延晶片生长用样品托上的复合涂层制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅外延晶片生长用样品托上的复合涂层制备方法，包括步骤：S1、采用射频线圈加热型CVD设备，在石墨材质样品托上沉积一层SiC涂层；S2、采用羊毛毡吸附旋转打磨的方式，在SiC涂层上镶嵌金刚石微纳颗粒；S3、在金刚石微纳颗粒上方异质外延一层金刚石多晶薄膜；S4、采用自动磨抛设备，对金刚石多晶膜表面进行研磨抛光；S5、采用步骤S1的相同方法，在金刚石多晶膜的表面沉积一层SiC涂层；S6、重复步骤S2至S5，获得具有多个周期性结构的复合涂层。该方法可以在样品托本体上实现具有高热导率和非均匀散热特性的复合涂层结构，可降低碳化硅外延过程中热应力型BPD位错的形成概率。

技术领域

本发明涉及晶体合成技术，特别涉及一种碳化硅外延晶片生长用样品托上的复合涂层制备方法。

背景技术

碳化硅单晶材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，可很好地满足现代电子技术找高温、高功率、高电压、高频率及高辐射等恶劣条件的应用要求。与传统的硅材料器件不同，碳化硅器件不能直接制作在碳化硅单晶材料上，必须在单晶衬底上生长高质量的外延层，然后在外延层上制造各类结构的器件。

在各种碳化硅外延层制备方法中，化学气相沉积(CVD)最为常用，其结合台阶流的生长模式能实现一定厚度和掺杂浓度的碳化硅外延材料，可满足产业化量产的基本要求。在当前CVD法生长碳化硅外延材料的工艺过程中，普遍采用均匀石墨材质托盘来承载或支撑生长用的碳化硅单晶衬底。为了避免在高温环境下石墨托盘体材料中的杂质元素被析出而污染设备腔体和影响外延生长质量，通常会在石墨托表面沉积碳化钽(TaC)、碳化硅(SiC)等耐高温涂层。相比于TaC，SiC与石墨托盘本体的结合更加牢固，且SiC涂层可以在现成的碳化硅CVD外延设备上进行制备。最表面覆盖有SiC涂层样的品托，可减少由于样品托材质与SiC衬底晶片不一致而造成沉积过程中微观动力学的差异，有利于降低因边缘效应导致晶片边缘和中心之间的掺杂浓度和厚度等参数差异。

在生长过程中，炉腔和加热结构的构造及反应气体在流动方向的耗尽模式会引起衬底晶片表面温度分布不均匀，典型情况是中心温度高于边缘。温度分布不均匀所导致的热应力是对称成对出现型的基平面位错(BPD)的主要产生原因，BPD会对双极型器件稳定性产生严重影响，是制约目前碳化硅双极型器件不能商业化的主要原因。

衬底晶片的背面直接与样品托表面接触，因此它们之间的热传导效率也会极大影响晶片的生长温度均匀性。由于石墨体材料本身具有比较低导热系数(150w/m·k)，而SiC涂层的热导率只有80w/m·k，衬底晶片表面的温度不均匀将无法通过高效的热传导来进行缓解。上述由温度不均匀引起的问题严重影响碳化硅外延晶片的产品质量和生产成本。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种碳化硅外延晶片生长用样品托上的复合涂层制备方法。应用在承载碳化硅衬底晶片的样品托上，以减少在碳化硅外延生长中衬底晶片表面的温度分布不均匀的程度，从而降低对称成对出现型的BPD位错概率，同时有利于外延层的掺杂浓度和厚度均匀性控制。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种碳化硅外延晶片生长用样品托上的复合涂层制备方法，包括以下步骤：

S1)最底层碳化硅(SiC)涂层的沉积：将样品托本体放入到射频线圈加热型的化学气相沉积设备的腔体内，通入反应气体，在样品托本体表面发生反应沉积、并形成一层碳化硅(SiC)涂层；

S2)金刚石微纳颗粒的镶嵌：采用羊毛毡吸附旋转打磨的方式，在碳化硅(SiC)涂层上镶嵌金刚石微纳颗粒；

S3)金刚石多晶膜的异质外延生长：将步骤S2所获得的表面覆盖嵌有金刚石微纳颗粒和碳化硅(SiC)涂层的样品托放入到微波等离子化学气相沉积(MPCVD)设备腔体内，通入反应气体，以嵌在碳化硅(SiC)涂层的金刚石微纳颗粒为初始成核点，在碳化硅(SiC)涂层上异质外延生长、形成一层金刚石多晶薄膜；