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SiC生长关键核心材料：碳化钽涂层
2024-07-03
摘要：采用碳化钽TaC涂层能够解决晶体边缘缺陷问题，提高晶体生长质量，是“长快、长厚、长大”的核心技术方向之一
一、碳化钽涂层特点
TaC陶瓷熔点高达3880℃，具有高硬度(莫氏硬度9～10 )、较大的导热系数(22W·m-1·K−1)、较大的抗弯强度(340～400MPa)，以及较小的热膨胀系数(6.6×10−6K−1)，并展现出优良的热化学稳定性和优异的物理性能，与石墨及C/C复合材料具有良好的化学相容性和力学相容性，因此TaC涂层被广泛应用于航空航天热防护、单晶生长、能源电子，以及医疗器械等领域。
TaC涂层石墨比裸石墨或SiC涂层石墨具有更好的耐化学腐蚀性能，可在2600°高温下稳定使用，与众多金属元素不反应，是第三代半导体单晶生长和晶圆刻蚀场景中性能最好的涂层，能显著提高工艺过程中对温度和杂质的控制，制备高质量的碳化硅晶圆和相关外延片。尤其适用于MOCVD设备生长GaN或AlN单晶和PVT设备生长SiC单晶，所生长的单晶质量得到明显提高。
二、碳化钽涂层器件优势
采用碳化钽TaC涂层能够解决晶体边缘缺陷问题，提高晶体生长质量，是“长快、长厚、长大”的核心技术方向之一。业界研究也已经表明，碳化钽涂层石墨坩埚可以实现更为均匀的加热，从而为SiC单晶生长提供了出色的工艺控制，因此能够大幅降低SiC晶体边缘形成多晶的概率。此外，碳化钽石墨涂层还有2大优势：
(1)降低SiC缺陷
在SiC单晶缺陷的控方面，通常是有3种重要的方式，除了优化生长参数和高质量的源材料(如SiC源粉)外，改用碳化钽涂层石墨坩埚也可以实现良好的晶体质量。
常规石墨坩埚(a)与TAC涂层坩埚(b)示意图
根据韩国东欧大学研究，SiC晶体生长的主要杂质是氮，而碳化钽涂层石墨坩埚能够有效地限制了SiC晶体的氮掺入，从而可以降低微管等缺陷的产生，提高晶体质量。研究表明，在同样条件下，传统石墨坩埚和TAC涂层坩埚中生长的SiC晶圆中，载体浓度分别约为4.5×1017/cm和7.6×1015/cm。
常规石墨坩埚(a)与TAC涂层坩埚(b)生长SiC单晶缺陷对比
(2)提升石墨坩埚寿命
目前，SiC晶体成本一直居高不下，其中石墨耗材成本占比高达30%左右。而降低石墨耗材成本的关键在于提升它的使用寿命。据英国研究团队数据，碳化钽涂层能够将石墨部件的使用寿命延长30-50%。以此计算，仅更换碳化钽涂层石墨，就可以将SiC晶体成本降低9%-15%。
引自：微信公众号 炭素邦 2024年06月22日
关键词：
石墨
碳素材料
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