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SiC生長關鍵核心材料：碳化鉭涂層
2024-07-03
摘要：采用碳化鉭TaC涂層能夠解決晶體邊緣缺陷問題，提高晶體生長質量，是“長快、長厚、長大”的核心技術方向之一
一、碳化鉭涂層特點
TaC陶瓷熔點高達3880℃，具有高硬度(莫氏硬度9～10 )、較大的導熱系數(22W·m-1·K−1)、較大的抗彎強度(340～400MPa)，以及較小的熱膨脹系數(6.6×10−6K−1)，并展現出優良的熱化學穩定性和優異的物理性能，與石墨及C/C復合材料具有良好的化學相容性和力學相容性，因此TaC涂層被廣泛應用于航空航天熱防護、單晶生長、能源電子，以及醫療器械等領域。
TaC涂層石墨比裸石墨或SiC涂層石墨具有更好的耐化學腐蝕性能，可在2600°高溫下穩定使用，與眾多金屬元素不反應，是第三代半導體單晶生長和晶圓刻蝕場景中性能最好的涂層，能顯著提高工藝過程中對溫度和雜質的控制，制備高質量的碳化硅晶圓和相關外延片。尤其適用于MOCVD設備生長GaN或AlN單晶和PVT設備生長SiC單晶，所生長的單晶質量得到明顯提高。
二、碳化鉭涂層器件優勢
采用碳化鉭TaC涂層能夠解決晶體邊緣缺陷問題，提高晶體生長質量，是“長快、長厚、長大”的核心技術方向之一。業界研究也已經表明，碳化鉭涂層石墨坩堝可以實現更為均勻的加熱，從而為SiC單晶生長提供了出色的工藝控制，因此能夠大幅降低SiC晶體邊緣形成多晶的概率。此外，碳化鉭石墨涂層還有2大優勢：
(1)降低SiC缺陷
在SiC單晶缺陷的控方面，通常是有3種重要的方式，除了優化生長參數和高質量的源材料(如SiC源粉)外，改用碳化鉭涂層石墨坩堝也可以實現良好的晶體質量。
常規石墨坩堝(a)與TAC涂層坩堝(b)示意圖
根據韓國東歐大學研究，SiC晶體生長的主要雜質是氮，而碳化鉭涂層石墨坩堝能夠有效地限制了SiC晶體的氮摻入，從而可以降低微管等缺陷的產生，提高晶體質量。研究表明，在同樣條件下，傳統石墨坩堝和TAC涂層坩堝中生長的SiC晶圓中，載體濃度分別約為4.5×1017/cm和7.6×1015/cm。
常規石墨坩堝(a)與TAC涂層坩堝(b)生長SiC單晶缺陷對比
(2)提升石墨坩堝壽命
目前，SiC晶體成本一直居高不下，其中石墨耗材成本占比高達30%左右。而降低石墨耗材成本的關鍵在于提升它的使用壽命。據英國研究團隊數據，碳化鉭涂層能夠將石墨部件的使用壽命延長30-50%。以此計算，僅更換碳化鉭涂層石墨，就可以將SiC晶體成本降低9%-15%。
引自：微信公眾號 炭素邦 2024年06月22日
關鍵詞：
石墨
碳素材料
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