用于金属有机物化学沉积设备的衬托盘及其制作工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种用于金属有机物化学沉积设备的衬托盘的制作工艺，包括以下步骤：在纯度≥９８％、平均粒径０．５μｍ以下、具有流动性的碳化硅微粉中添加烧结助剂，采用干式混合法形成混合物；采用干压成型工艺压制成型以形成坯体；对坯体进行高温真空烧结；对烧结后的坯体磨削加工以形成衬托盘。本发明专利技术还涉及一种采用上述工艺制作而成的用于金属有机物化学沉积设备的衬托盘。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体设备制造
，特别是涉及一种用于金属有机物化学沉积设备的衬托盘及其制作工艺。
技术介绍
MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)设备，即金属有机物化学气 相沉积设备，是化合物半导体外延材料研究和生产的关键设备，特别适合化合物半导体功 能结构材料的规模化工业生产，是其它半导体设备所无法替代的核心半导体设备，是当今 世界上生产半导体光电器件和微波器件材料的主要手段，是当今信息产业发展、国防高新 技术突破不可缺少的战略性高技术半导体设备。用MOCVD设备生长薄膜材料，是将II或III族金属有机化合物与VI或V族元素 的氢化物共同通入反应室，混合气体流经加热的衬底表面时发生一系列化学反应，并外延 生长成化合物单晶薄膜。一般衬底片都是安放在一个可以旋转的衬托盘上面，由于加热温度很高，这就要 求衬托盘的物理化学性能很稳定。早期的衬托盘是高纯石墨制成，高纯石墨在400°C就要发 生强烈氧化，即使温度不高，长期应用也因氧化而掉粉末，会对MOCVD生长室内造成杂质污 染。后来人们发现碳化硅(SiC)涂层石墨具有耐高温、抗氧化、纯度高、和耐酸碱盐及有机 试剂等特性，物理化学性能稳定，因此SiC涂层石墨衬托盘作为新耗材在MOCVD设备中逐步 代替了高纯石墨衬托盘。但是SiC涂层石墨衬托盘也有它的局限处一是在高温下SiC涂 层会因升华而逐渐损耗，二是其内的高纯石墨造价昂贵，成本较大。
技术实现思路
基于上述问题提出本专利技术。本专利技术提供了一种用于金属有机物化学沉积设备的碳化硅陶瓷衬托盘及其制作 工艺，利用碳化硅这一种无机非金属材料具有的高硬度、高耐磨性、摩擦系数低、抗氧化性 强、热稳定性好、热膨胀系数低、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性达到以下目 的一避免了石墨衬托盘的掉粉末造成的杂质污染，二弃用价格昂贵的高纯石墨从而节约 了制造成本。根据本专利技术的一个方面，提出了一种用于金属有机物化学沉积设备的衬托盘的制 作工艺，包括以下步骤在纯度> 98%、平均粒径0. 5μπι以下、具有流动性的碳化硅微粉中 添加烧结助剂，采用干式混合法形成均勻混合物；采用干压成型工艺压制成型以形成坯体； 对坯体进行高温真空烧结；对烧结后的坯体磨削加工以形成衬托盘。有利地，添加的烧结助剂由碳、硼或硼化物构成，从而混合物的重量百分比组分 为碳化硅90% 95%，碳4% 8%，硼或硼化物 2%。混合方式可以为干式混合。 有利地，采用干压成型技术进行双向模压成型形成坯体。坯体密度可以达到1. 7 1. Sg/cm3。有利地，形成坯体的步骤还包括采用数控加工工艺，对坯体进行近尺寸加工。 有利地，在高温真空烧结步骤中，将坯体置于真空烧结炉内，经过2000°C 2200°C的高温，使其密度增加到3. 05 3. lOg/cm3。具体地，在高温真空烧结步骤中，使用 的控温制度为室温下经过2. 5h升温到1000°C温度，然后在1000°C温度下经过Ih升温到 1500°C温度，之后经过0. 5 0. 7h升温到2000 2200°C，在2000 2200°C下保温2 4h，最后自然冷却。根据本专利技术的另一方面，提出了一种采用上述制作工艺制造的用于金属有机物化 学沉积设备的衬托盘。另外，本专利技术的衬托盘考虑了不同尺寸衬底的拓展，可以采用环形对称设计，放置 2英寸至6英寸的衬底。本专利技术的用于金属有机物化学沉积设备的衬托盘，其上可以放置各种衬底，包括 硅片、蓝宝石、碳化硅等常用的外延用衬底片。本专利技术的用于金属有机物化学沉积设备的衬托盘，其可以用于外延生长包括GaN、 GaAs、InGaN、AlGaN、AlInGaN在内的各种III-V族和II-VI化合物半导体材料或热处理。本专利技术的用于金属有机物化学沉积设备的衬托盘，其用于材料生长或热处理时， 受热温度最高可以达到1500 1600°C。本专利技术具有以下优点1)所制作的碳化硅陶瓷衬托盘具有的高硬度、高耐磨性、摩擦系数低、抗氧化性 强、热稳定性好、热膨胀系数低、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性；2)加工工艺简单，制作成本低。附图说明图1是根据本专利技术的衬托盘的制作工艺示意图。图2是根据本专利技术的制作工艺的一个具体实施方式制作的碳化硅陶瓷衬托盘的 实物图。具体实施例方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在说明 书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本专利技术实施方式的 说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种限制。如附图1中所示，本专利技术公开了一种用于金属有机物化学沉积设备的衬托盘的制 作工艺，该制作工艺包括以下步骤在纯度> 98%、平均粒径0. 5μπι以下、具有流动性的碳 化硅微粉中添加烧结助剂并形成混合物；采用干压成型工艺压制成型以形成坯体；对坯体 进行高温真空烧结；对烧结后的坯体磨削加工以形成衬托盘。有利地，添加的烧结助剂由碳、硼或硼化物构成，从而混合物的重量百分比组分 为碳化硅90% 95%，碳4% 8%，硼或硼化物 2%。在上述重量百分比范围内， 可以作出各种重量百分比组合，例如碳化硅90%、碳8%、硼或硼化物2%，碳化硅94%、碳 5%、硼或硼化物1%。有利地，碳化硅微粉和烧结助剂混合方式为干式混合。还可以采用的干压成型技术为双向模压成型以形成坯体。坯体密度可以达到 1. 7 1. 8g/cm3。形成坯体的步骤还可以包括采用数控加工工艺，对坯体进行近尺寸加工。在高温真空烧结步骤中，将坯体置于真空烧结炉内，经过2000 2200°C的高温，使其密度增加到3. 05 3. lOg/cm3。进一步地，在高温真空烧结步骤中，使用的控温制度为 室温下经过2. 5h升温到1000°C温度，然后在1000°C温度下经过Ih升温到1500°C温度，之 后经过0. 5 0. 7h升温到2000 2200°C，在2000 2200°C下保温2 4h，最后自然冷 却。本专利技术还涉及一种根据上述制作工艺制造的用于金属有机物化学沉积设备的衬 托盘。有利地，所述衬托盘采用环形对称设计。下面具体说明根据本专利技术的制作工艺的一个具体实施例。如附图1中所示，具体而言，本实施例的衬托盘的制作工艺，可分为以下四个步 骤(一 )干式混合过程在纯度> 98%、平均粒径0. 5 μ m以下、流动性良好的碳化硅亚微米级微粉中添加 烧结助剂碳和硼，这里的微粉优选高致密度高纯度亚微米级α _SiC，混合物的重量百分比 组分为碳化硅95%，碳4%，硼1%。采用干式混合法形成均勻混合物。( 二)成型过程(1)采用干压成型工艺，根据含烧成收缩率的坯体生产图纸选择压机及参数，进行 双向模压成型。坯体密度达到1. 8g/cm3,同时保证表面光洁、平整、没有坑凹、裂纹等坯体缺 陷。(2)采用数控加工工艺，对坯体进行近尺寸加工，完成坯体加工图纸要求，使其具 备烧结条件。(三)烧结过程将近尺寸加工完成的坯体置于真空烧结炉内，经过2200°C的高温，使其密度增加 到3. lOg/cm3，并具有高温烧结碳化硅的特性。采用的高温真空烧结技术属固相烧结，晶界 干净，无液相存在。选用的控温制度为室温下经过2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于金属有机物化学沉积设备的衬托盘的制作工艺，包括以下步骤：　　在纯度≥９８％、平均粒径０．５μｍ以下、具有流动性的碳化硅微粉中添加烧结助剂并形成混合物；　　采用干压成型工艺压制成型以形成坯体；　　对坯体进行高温真空烧结；　　对烧结后的坯体磨削加工以形成衬托盘。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：殷海波，王晓亮，胡国新，冉军学，肖红领，张露，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]