CN118335683B

CN118335683B - 一种半导体基座、半导体基座的制备方法及半导体基座的应用

Info

Publication number: CN118335683B
Application number: CN202410756756.2A
Authority: CN
Inventors: 廖家豪; 夏家志; 柴攀; 万强
Original assignee: Hunan Dezhi New Material Co ltd
Current assignee: Hunan Dezhi New Materials Co.,Ltd.
Priority date: 2024-06-13
Filing date: 2024-06-13
Publication date: 2024-08-23
Anticipated expiration: 2044-06-13
Also published as: CN118335683A

Abstract

本发明涉及半导体制造的技术领域，提供了一种半导体基座、半导体基座的制备方法及半导体基座的应用。所述半导体基座包括基座，设置于基座上表面的第一碳化硅涂层和设置于基座下表面的第二碳化硅涂层；所述第一碳化硅涂层上表面的发射率小于所述第二碳化硅涂层下表面的发射率且所述第一碳化硅涂层上表面的发射率与所述第二碳化硅涂层下表面的发射率的比值为1:（1‑1.2）。本发明通过优化设置于基座上表面和下表面的碳化硅涂层的粗糙度和碳化硅涂层厚度，使半导体基座下表面的热发射率较大，半导体基座上表面的热发射率较小，有利于提高半导体基座整体蓄热能力，使半导体基座形成均匀的温场，最终提高晶圆上的薄膜成膜质量。

Description

一种半导体基座、半导体基座的制备方法及半导体基座的应用

技术领域

本发明涉及半导体制造的技术领域，具体涉及一种半导体基座、半导体基座的制备方法及半导体基座的应用。

背景技术

石墨基座常用于金属有机物化学气相沉积（MOCVD）设备中支撑和加热单晶衬底的部件。石墨基座的热稳定性、热均匀性等性能参数对外延材料生长的质量起到决定性作用，因此是MOCVD设备的核心关键部件。石墨基座作为MOCVD设备中的核心零部件之一，是衬底基片的承载体和发热体，直接决定薄膜材料的均匀性和纯度，因此基座的热稳定性和热均匀性直接影响了外延片的制备，同时随着使用次数增加、工况环节变化，又极容易损耗，属于耗材。

因此，亟需研发一种具有热稳定性和热均匀性的基座。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种半导体基座、半导体基座的制备方法及半导体基座的应用。

本发明通过优化基座上表面和下表面沉积的碳化硅涂层的粗糙度和碳化硅涂层厚度，使半导体基座下表面的热发射率上升，半导体基座上表面的热发射率下降，有利于提高半导体基座整体蓄热能力，使半导体基座形成均匀的温场，最终提高晶圆上的薄膜成膜质量。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种半导体基座，包括基座，设置于基座上表面的第一碳化硅涂层和设置于基座下表面的第二碳化硅涂层；所述第一碳化硅涂层上表面的发射率小于所述第二碳化硅涂层下表面的发射率且所述第一碳化硅涂层上表面的发射率与所述第二碳化硅涂层下表面的发射率的比值为1:（1-1.2）。

可选的，所述第一碳化硅涂层上表面的发射率为0.88-0.995。

可选的，所述第一碳化硅涂层的厚度小于所述第二碳化硅涂层的厚度。

可选的，所述第一碳化硅涂层上表面的粗糙度小于所述第二碳化硅涂层下表面的粗糙度。

可选的，所述第一碳化硅涂层的厚度与所述第二碳化硅涂层的厚度的比值为1:（2-30）。

可选的，所述第一碳化硅涂层上表面的粗糙度与所述第二碳化硅涂层下表面的粗糙度的比值为1:（2-60）。

本发明第二方面提供了一种制备第一方面所述半导体基座的方法，所述方法包括：取一上表面和下表面粗糙度相等的基座，将其置于沉积室中；在所述基座的上表面沉积第一碳化硅涂层；在所述基座的下表面沉积第二碳化硅涂层，对所述第一碳化硅涂层的上表面和所述第二碳化硅涂层的下表面进行打磨，得到所述半导体基座。

本发明第三方面提供了一种金属有机物化学气相沉积设备，包括第一方面所述的半导体基座和/或第二方面所述的方法制备得到的半导体基座。

本发明采用上述技术方案具有以下有益效果：

本发明通过优化基座上表面和下表面沉积的碳化硅涂层的粗糙度和碳化硅涂层厚度，通过使半导体基座上表面的第一碳化硅涂层上表面的粗糙度小于基座下表面的第二碳化硅涂层下表面的粗糙度，使第一碳化硅涂层的厚度小于第二碳化硅涂层的厚度，使半导体基座下表面的热发射率上升，半导体基座上表面的热发射率下降，有利于提高半导体基座整体蓄热能力，使半导体基座形成均匀的温场，最终提高晶圆上的薄膜成膜质量。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本文中，在没有特别说明的情况下，数据范围均包括端点。

附图说明

图1所示为由对比例2的半导体基座制成的实物光电盘的温场分布图。

图2所示为由实施例1的半导体基座制成的实物光电盘的温场分布图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

除非另有定义，本发明中所使用的所有科学和技术术语具有与本发明涉及技术领域的技术人员通常理解的相同的含义。

本发明第一方面提供了一种半导体基座，包括基座，设置于基座上表面的第一碳化硅涂层和设置于基座下表面的第二碳化硅涂层；所述第一碳化硅涂层上表面的发射率小于所述第二碳化硅涂层下表面的发射率且所述第一碳化硅涂层上表面的发射率与所述第二碳化硅涂层下表面的发射率的比值为1:（1-1.2）。所述第一碳化硅涂层的上表面是指设置于基座上表面远离基座的一侧。所述第二碳化硅涂层的下表面是指设置于基座下表面的碳化硅涂层中远离基座的一侧。

本发明中，所述第一碳化硅涂层上表面的发射率与所述第二碳化硅涂层下表面的发射率的比值为1:（1-1.2），例如可以为1:1.11、1:1.12、1:1.13、1:1.14、1:1.15、1:1.16、1:1.17、1:1.18、1:1.19及1:1.2。本发明中发射率的测试方法为将直径≥60 mm的碳化硅样块放在测试台上，使用发射率测试仪进行测试，测试范围设置在6-14 µm，设备示数误差±0.02，测试精度≤0.1 FS。

在一些实施例中，所述第一碳化硅涂层上表面的发射率与所述第二碳化硅涂层下表面的发射率的比值为1:（1.02-1.11），例如可以为1:1.02、1:1.04、1:1.06、1:1.08、1:1.1及1:1.11。

在一些实施例中，所述第一碳化硅涂层上表面的发射率为0.88-0.995，例如可以为0.88、0.89、0.9、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98及0.995。

在一些实施例中，所述第一碳化硅涂层的厚度小于所述第二碳化硅涂层的厚度。所述厚度的测试方法为通过使用千分尺测量。通过使第一碳化硅涂层的厚度小于所述第二碳化硅涂层的厚度，从而使得第一碳化硅涂层上表面的发射率小于第二碳化硅涂层下表面的发射率，有利于提高半导体基座的热均匀性。

在一些实施例中，所述第一碳化硅涂层的厚度与所述第二碳化硅涂层的厚度的比值为1:（2-30），例如可以为1:2、1:5、1:10、1:15、1:20、1:25及1:30。

在一些实施例中，所述第一碳化硅涂层的厚度为0.2 mm-5 mm，例如可以为0.2mm、0.5 mm、1 mm、2 mm、3 mm、4 mm及5 mm。

在一些实施例中，所述第一碳化硅涂层上表面的粗糙度小于所述第二碳化硅涂层下表面的粗糙度。

在一些实施例中，所述第一碳化硅涂层上表面的粗糙度与所述第二碳化硅涂层下表面的粗糙度的比值为1:（2-60），例如可以为1:2、1:5、1:10、1:20、1:30、1:40、1:50及1:60。本发明中粗糙度的测试方法为通过粗糙度测量仪检测其表面的粗糙度数值。通过使第一碳化硅涂层上表面的粗糙度小于所述第二碳化硅涂层下表面的粗糙度，使第一碳化硅涂层上表面的发射率小于所述第二碳化硅涂层下表面的发射率，从而使半导体基座的蓄热能力更强，使半导体基座的热场更加均匀。

在一些实施例中，所述第一碳化硅涂层上表面的粗糙度为0.5 µm-15 µm，例如可以为0.5 µm、1 µm、2 µm、4 µm、6 µm、8 µm、10 µm及15 µm。

在一些实施例中，所述基座为石墨基座和/或玻璃碳基座。

在一些实施例中，所述基座的热膨胀系数为4.5-5×10^-6/℃，如可以为4.5×10^-6/℃、4.6-5×10^-6/℃、4.7-5×10^-6/℃、4.8-5×10^-6/℃、4.9-5×10^-6/℃、5×10^-6/℃。

在一些实施例中，所述基座上表面的粗糙度与下表面粗糙度各自独立地小于0.1mm。

在一些实施例中，所述基座上表面的粗糙度与下表面粗糙度相等且小于0.1 mm。

在一些实施例中，所述基座的直径误差控制在0.02 mm以内。

在一些实施例中，所述基座的平面度小于0.1 mm。所述平面度的测试方法为通过塞尺测量石墨表面的平面度误差。

在一些实施例中，所述基座的厚度为5 mm-16 mm，如可以为5 mm、6 mm、8 mm、10mm、12 mm、14 mm及16 mm。

本发明第二方面提供了一种制备第一方面所述半导体基座的方法，所述方法包括：

取一上表面和下表面粗糙度相等的基座，将其置于沉积室中；

在所述基座的上表面沉积第一碳化硅涂层；

在所述基座的下表面沉积第二碳化硅涂层；

对所述第一碳化硅涂层的上表面和所述第二碳化硅涂层的下表面进行打磨，得到所述半导体基座。

在一些实施例中，所述第一碳化硅涂层和第二碳化硅涂层的沉积条件各自独立地包括：将硅烷烃和氢气通入沉积室，硅烷烃和还原性气体的流量比为1:（8-16），如1:8、1:10、1:12、1:14及1:16；沉积温度为1350℃-1450℃，如1350 ℃、1370 ℃、1390 ℃、1400 ℃、1420 ℃、1440 ℃及1450 ℃；沉积压力为5 kPa-20 kPa，如5 kPa、8 kPa、10 kPa、12 kPa、14 kPa、16 kPa、18 kPa及20 kPa。

在一些实施例中，所述硅烷烃包括碳原子数为C1-C4的碳硅气源和/或氯硅气源；优选地，所述碳硅气源包括甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷和聚甲基硅烷（PMS）中的至少一种；优选地，所述氯硅气源包括甲基氯硅烷、二甲基氯硅烷和三氯甲基硅烷（MTS）中的至少一种。

在一些实施例中，所述硅烷烃的流量为10 L/min-40 L/min，如10 L/min、20 L/min、25 L/min、30 L/min、35 L/min及40 L/min。

在一些实施例中，所述还原性气体为氢气。

在一些实施例中，所述还原性气体的流量为160 L/min-320 L/min，如160 L/min、200 L/min、240 L/min、280 L/min及320 L/min。

在一些实施例中，所述沉积条件还包括：通入惰性气体作为载气，所述惰性气体包括氩气、氦气和氮气。

在一些实施例中，所述氩气流量为2 L/min-30 L/min，如2 L/min、10 L/min、15L/min、20 L/min、25 L/min及30 L/min。

在一些实施例中，在基座的上下表面沉积厚度相同的碳化硅涂层，而后对所述第一碳化硅涂层的上表面和所述第二碳化硅涂层的下表面进行打磨，使得第一碳化硅涂层及第二碳化硅涂层达到各自预定的厚度，从而得到本发明所述半导体基座。所述打磨的方式不受限制，可以为平磨或精加工。

在一些实施例中，沉积时间为30h-600h，如可以为30h、50h、100h、200h、300h、400h、500h及600h，沉积的第一碳化硅涂层的厚度和第二碳化硅涂层的厚度相同。

在一些实施例中，可以在基座的上下表面沉积不同时间的碳化硅，从而得到不同厚度的碳化硅涂层。在一些实施例中，直接在基座的上表面沉积预定厚度的第一碳化硅涂层，在基座的下表面沉积预定的第二碳化硅涂层。在一些实施例中，在基座的上下表面沉积不同厚度的碳化硅涂层，而后通过打磨的方式使第一碳化硅涂层及第二碳化硅涂层各自独立地达到预定的厚度。

在一些实施例中，在所述基座的上表面沉积第一碳化硅涂层，沉积时间为30 h-500 h，如30 h、50 h、100 h、150 h、200 h、250 h及300 h。

在一些实施例中，在所述基座的下表面沉积第二碳化硅涂层，沉积时间为100 h-600 h，如100 h、200 h、300 h、400 h、500 h及600 h。

本发明第三方面提供了一种金属有机物化学气相沉积设备，包括第一方面所述的半导体基座和/第二方面所述方法制备得到的半导体基座。

本发明的半导体基座具有较好的温场均匀性，有利于提高半导体基座整体的蓄热能力。

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下面结合具体实施例详细描述本发明，这些实施例用于理解而不是限制本发明。

实施例1

实施例用于说明本发明所述的半导体基座的制备方法。

（1）将石墨基座置于化学气相沉积炉（CVD沉积炉）中，以保护气体Ar将CH₃SiCl₃气体和H₂通入CVD沉积炉，其中，CH₃SiCl₃气体流量为20 L/min，H₂气体流量为240 L/min，保护气体Ar流量为10 L/min，设置沉积的工艺参数：沉积温度为1400 ℃，沉积压力为10 kPa，沉积时间为300 h，化学气相沉积完成后，停止通入反应气体，并持续通入保护气体氩气降温处理，得到沉积于石墨基座上表面的第一碳化硅涂层和沉积于石墨基座下表面的第二碳化硅涂层。

（2）对第一碳化硅涂层和第二碳化硅涂层进行打磨处理，使第一碳化硅涂层的厚度约为0.5 mm，第一碳化硅涂层上表面的粗糙度为1 µm，使第二碳化硅涂层的厚度约为10mm，第二碳化硅涂层的下表面的粗糙度约为50 µm。

实施例2

本实施例用于说明第一碳化硅涂层的厚度与第二碳化硅涂层的厚度的比值不同时石墨基座的制备。

实施例2-1

按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，第一碳化硅涂层的厚度为0.4 mm，所述第二碳化硅涂层的厚度为10 mm。

实施例2-2

按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，第一碳化硅涂层的厚度为2 mm，所述第二碳化硅涂层的厚度为10 mm。

实施例2-3

按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，第一碳化硅涂层的厚度为5 mm，所述第二碳化硅涂层的厚度为10 mm。

实施例3

本实施例用于说明第一碳化硅涂层上表面的粗糙度与第二碳化硅涂层下表面的粗糙度的比值不同时石墨基座的制备。

实施例3-1

按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，第一碳化硅涂层上表面的粗糙度为5 µm，所述第二碳化硅涂层下表面的粗糙度为50 µm。

实施例3-2

按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，第一碳化硅涂层上表面的粗糙度为10 µm，所述第二碳化硅涂层下表面的粗糙度为50 µm。

对比例1

本对比例用于说明第一碳化硅涂层与第二碳化硅涂层下表面的粗糙度和厚度的关系不适用时石墨基座的制备。

按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，第一碳化硅涂层的厚度大于第二碳化硅涂层的厚度，第一碳化硅涂层上表面的粗糙度大于第二碳化硅涂层下表面的粗糙度。第一碳化硅涂层的厚度为15 mm，第二碳化硅涂层的厚度为10 mm。第一碳化硅涂层上表面的粗糙度为60 µm，第二碳化硅涂层下表面的粗糙度为50 µm。

对比例2

按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，第一碳化硅涂层的厚度等于第二碳化硅涂层的厚度，第一碳化硅涂层上表面的粗糙度等于第二碳化硅涂层下表面的粗糙度。第一碳化硅涂层的厚度为10 mm，第二碳化硅涂层的厚度为10 mm。第一碳化硅涂层上表面的粗糙度为50 µm，第二碳化硅大涂层的粗糙度为50 µm。

对比例3

本对比例用于说明第一碳化硅涂层与第二碳化硅涂层的厚度的关系不适用时石墨基座的制备。

按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，第一碳化硅涂层的厚度大于第二碳化硅涂层的厚度。第一碳化硅涂层的厚度为15 mm，第二碳化硅涂层的厚度为10 mm。

对比例4

本对比例用于说明第一碳化硅涂层与第二碳化硅涂层下表面的粗糙度的关系不适用时石墨基座的制备。

按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，第一碳化硅涂层上表面的粗糙度大于第二碳化硅涂层下表面的粗糙度。第一碳化硅涂层上表面的粗糙度为60 µm，第二碳化硅涂层下表面的粗糙度为50 µm。

测试例：

将实施例和对比例进行如下测试。实验结果见表1。

（1）发射率：通过发射率测试仪分别测试实施例和对比例的表面发射率，测试范围设置在6-14 µm，设备示数误差±0.02，测试精度≤0.1FS。

（2）发射率差值：第二碳化硅涂层下表面的发射率-第一碳化硅涂层上表面的发射率。

表1

图1为由对比例2的半导体基座制成的实物光电盘的温场分布图，图2为由实施例1的半导体基座制成的实物光电盘的温场分布图，绿色区域代表生产所需的温度范围。图1中显示的为第一碳化硅涂层上表面的粗糙度等于第二碳化硅涂层下表面的粗糙度及第一碳化硅涂层的厚度等于第二碳化硅涂层的厚度时的半导体基座的温场分布图。图2中显示的为第一碳化硅涂层上表面的粗糙度小于第二碳化硅涂层下表面的粗糙度，第一碳化硅涂层的厚度小于第二碳化硅涂层的厚度的半导体基座的温场分布图。图2与图1相比，图2的温场比图1的温场更加均匀，即热场均匀性更好，即减小第一碳化硅涂层上表面的厚度和降低粗糙度有助于提高光电盘的蓄热能力，从而提高热场均匀性。

通过上述实施例与对比例可知，使半导体基座上表面的第一碳化硅涂层上表面的粗糙度小于基座下表面的第二碳化硅涂层下表面的粗糙度，使第一碳化硅涂层的厚度小于第二碳化硅涂层的厚度，能够使半导体基座下表面的热发射率大，使半导体基座上表面的热发射率小，有利于提高半导体基座整体蓄热能力，使半导体基座形成均匀的温场，最终提高晶圆上的薄膜成膜质量。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种半导体基座，其特征在于，包括基座，设置于基座上表面的第一碳化硅涂层和设置于基座下表面的第二碳化硅涂层；所述第一碳化硅涂层的厚度小于所述第二碳化硅涂层的厚度，所述第一碳化硅涂层上表面的粗糙度小于所述第二碳化硅涂层下表面的粗糙度，所述第一碳化硅涂层上表面的发射率小于所述第二碳化硅涂层下表面的发射率且所述第一碳化硅涂层上表面的发射率与所述第二碳化硅涂层下表面的发射率的比值为1:（1.02-1.2）。

2.根据权利要求1所述的半导体基座，其特征在于，所述第一碳化硅涂层上表面的发射率与所述第二碳化硅涂层下表面的发射率的比值为1:（1.02-1.11）；和/或，

所述第一碳化硅涂层上表面的发射率为0.88-0.995。

3.根据权利要求1所述的半导体基座，其特征在于，所述第一碳化硅涂层的厚度与所述第二碳化硅涂层的厚度的比值为1:（2-30）；和/或，

所述第一碳化硅涂层的厚度为0.2 mm-5 mm。

4.根据权利要求1所述的半导体基座，其特征在于，所述第一碳化硅涂层上表面的粗糙度与所述第二碳化硅涂层下表面的粗糙度的比值为1:（2-60）；和/或，

所述第一碳化硅涂层上表面的粗糙度为0.5 µm-15 µm。

5.根据权利要求1所述的半导体基座，其特征在于，所述基座为石墨基座和/或玻璃碳基座；和/或，

所述基座的热膨胀系数为4.5-5×10^-6/℃；和/或，

所述基座的厚度为5 mm-16 mm。

6.一种制备权利要求1-5中任意一项所述半导体基座的方法，其特征在于，所述方法包括：

在所述基座的上表面沉积第一碳化硅涂层；

在所述基座的下表面沉积第二碳化硅涂层；

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一碳化硅涂层和第二碳化硅涂层的沉积条件各自独立地包括：将硅烷烃和氢气通入沉积室，硅烷烃和还原性气体的流量比为1:（8-16），沉积温度为1350 ℃-1450 ℃，沉积压力为5 kPa-20 kPa。

8.一种金属有机物化学气相沉积设备，其特征在于，包括权利要求1-5中任意一项所述的半导体基座和/或权利要求6或7所述方法制备得到的半导体基座。