一种表面sic涂层石墨托盘的制备方法及应用
技术领域
1.本发明属于半导体材料领域，尤其涉及一种表面sic涂层石墨托盘的制备方法及应用。
背景技术：
2.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、hc、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。
3.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。
4.因此，本领域技术人员亟需提供一种具有高结合强度的石墨托盘表面sic涂层的制备方法，解决sic涂层与石墨基材界面明显、机械咬合差、涂层的结合力差，从而造成涂层开裂失效的技术难题。
技术实现要素：
5.本发明所要解决的技术问题是sic涂层与石墨基材界面明显，机械咬合差，涂层的结合力差，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种表面sic涂层石墨托盘的制备方法及应用。
6.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
7.一种表面sic涂层石墨托盘的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)取石墨托盘作为基体；
9.(2)利用含有nh3的气体对石墨托盘进行刻蚀处理；
10.(3)对刻蚀后的石墨托盘表面进行吹扫，去除刻蚀后的残留粉尘；
11.(4)采用化学气相沉积法在处理后的石墨托盘表面沉积sic涂层。
12.优选的，步骤(2)中所述刻蚀处理具体包括：将石墨托盘在真空条件下，控制温度800-1200℃，随后通入nh3气浓度体积分数为5-50％的nh3与惰性气体的混合气体，气体流量0.1-10l/min，压力控制在100-10000pa，刻蚀1-5h，待停止通入气体后，继续保温0.5-2h。
13.本技术选择氨气作为刻蚀气体，氨气在800-1200℃即可与石墨发生刻蚀反应，反
应温度偏低，能耗较小；如果温度过高，反应会很剧烈，无法控制表面结构。控制气体流量可以控制腐蚀速率。
14.优选的，所述停止通入气体的时间点在刻蚀进行3h内，气体流量从通入的设定值线性减少至0后。
15.在通入气体的过程中，气体流量为y＝a-b
·
t，其中，y代表nh
3-ar混合气体的气体流量，a为通入的混合气体总量，b为大于0的正数，t代表时间。气体流量随时间线性减少，当t小于或等于3h时，刻蚀效率最高，效果最好。
16.优选的，步骤(3)中所述吹扫为采用100l/min惰性气体通入进行吹扫。
17.优选的，所述吹扫可在刻蚀完成后的保温阶段进行。
18.优选的，步骤(4)中所述化学气相沉积法具体为：采用含硅、含碳的气源物质为前驱体，沉积温度1000～1400℃，沉积时间为1～20h，形成sic涂层。
19.石墨基体被氨气刻蚀后出现开孔，此时引入化学沉积法进行沉积，使得涂层与石墨基体结合强度更高。
20.优选的，所述化学气相沉积法中，采用氩气为稀释气，氢气为载气。
21.优选的，所述刻蚀采用分布均匀的多孔状的图形模板。
22.采用分布均匀的多孔状图形模板进行刻蚀，能够保证石墨托盘基体在刻蚀之后出现开孔，形成粗糙多孔的刻蚀表面，以咬合后续的sic涂层。
23.优选的，所述刻蚀采用数控喷头，使得刻蚀按照上述多孔状图形模板进行。
24.本技术同时使用物理和化学方法进行刻蚀，物理方法控制数控喷头及其走向，保证气体按照图形进行刻蚀，化学方法则利用氨气在高温下的腐蚀性完成刻蚀。
25.在同一个技术构思下，本技术还提供一种表面sic涂层石墨托盘的应用，采用所述半导体用表面sic涂层石墨托盘制备方法制备得到，石墨托盘作为单晶半导体材料应用在芯片中。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
27.(1)高温条件下nh3气对石墨具有一定的腐蚀性，本技术利用nh3对石墨托盘表面刻蚀，得到粗糙多孔的刻蚀表面，有利于sic涂层对托盘基体的机械咬合，提高涂层与基体的结合强度。
28.(2)采用物理与化学相结合的刻蚀方法，保证石墨托盘能够刻蚀得到粗糙多孔的刻蚀表面，以方便后续的咬合。
29.(3)将本技术基体与涂层结合强度高的sic涂层石墨托盘应用在单晶半导体芯片材料中，能够避免芯片因为涂层开裂脱落导致失效，延长芯片的使用寿命。
具体实施方式
30.为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
31.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
32.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市
场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
33.实施例1：
34.本实施例的表面sic涂层石墨托盘的制备方法，包括以下步骤：
35.(1)对石墨托盘进行超声清洗，去除表面灰尘；
36.(2)对石墨托盘基体进行刻蚀处理；
37.(3)采用n2气对腐蚀后的石墨托盘表面进行吹扫，去除刻蚀后的残留粉尘；
38.(4)采用化学气相沉积工艺在处理后的石墨托盘表面沉积sic涂层；
39.步骤(2)中，将石墨托盘放入真空炉内，温度升高至1000℃，炉内压力0.1pa，随后通入nh3气浓度为10％的nh
3-ar混合气体，气体流量5l/min，压力控制在5000pa，在3h内气体流量从设定值线性减少至0后，继续保温1h，同时通入100l/min高纯ar气，进行吹扫。随后关闭气体，并随炉冷却降温。
40.步骤(3)中，采用含硅、含碳的气源物质为前驱体，氩气为稀释气，氢气为载气，沉积温度1200℃，沉积时间为10h，形成sic涂层；刻蚀采用分布均匀的多孔状的图形模板，使用数控喷头喷射nh
3-ar混合气体，使得刻蚀按照上述多孔状图形模板进行。
41.采用上述方法制备得到的半导体用表面sic涂层石墨托盘，sic涂层与石墨基底结合紧密，作为单晶半导体芯片材料进行应用。
42.实施例2：
43.本实施例的表面sic涂层石墨托盘的制备方法，包括以下步骤：
44.(1)对石墨托盘进行超声清洗，去除表面灰尘；
45.(2)对石墨托盘基体进行刻蚀处理；
46.(3)采用n2气对腐蚀后的石墨托盘表面进行吹扫，去除刻蚀后的残留粉尘；
47.(4)采用化学气相沉积工艺在处理后的石墨托盘表面沉积sic涂层；
48.步骤(2)中，将石墨托盘放入真空炉内，温度升高至1000℃，炉内压力0.1pa，随后通入nh3气浓度为30％的nh
3-ar混合气体，气体流量10l/min，压力控制在5000pa，在3h内气体流量从设定值线性减少至0后，继续保温1h，同时通入100l/min高纯ar气，进行吹扫。随后关闭气体，并随炉冷却降温。
49.步骤(3)中，采用含硅、含碳的气源物质为前驱体，氩气为稀释气，氢气为载气，沉积温度1000℃，沉积时间为12h，形成sic涂层；刻蚀采用分布均匀的多孔状的图形模板，使用数控喷头喷射nh
3-ar混合气体，使得刻蚀按照上述多孔状图形模板进行。
50.采用上述方法制备得到的半导体用表面sic涂层石墨托盘，sic涂层与石墨基底结合紧密，作为单晶半导体芯片材料进行应用。