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(zhì)量，是“長快、長厚、長大”的核心技術(shù)方向之一

一、碳化鉭涂層特點(diǎn)

TaC陶瓷熔點(diǎn)高達(dá)3880℃，具有高硬度(莫氏硬度9～10 )、較大的導(dǎo)熱系數(shù)(22W·m-1·K−1)、較大的抗彎強(qiáng)度(340～400MPa)，以及較小的熱膨脹系數(shù)(6.6×10−6K−1)，并展現(xiàn)出優(yōu)良的熱化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的物理性能，與石墨及C/C復(fù)合材料具有良好的化學(xué)相容性和力學(xué)相容性，因此TaC涂層被廣泛應(yīng)用于航空航天熱防護(hù)、單晶生長、能源電子，以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域。

TaC涂層石墨比裸石墨或SiC涂層石墨具有更好的耐化學(xué)腐蝕性能，可在2600°高溫下穩(wěn)定使用，與眾多金屬元素不反應(yīng)，是第三代半導(dǎo)體單晶生長和晶圓刻蝕場(chǎng)景中性能最好的涂層，能顯著提高工藝過程中對(duì)溫度和雜質(zhì)的控制，制備高質(zhì)量的碳化硅晶圓和相關(guān)外延片。尤其適用于MOCVD設(shè)備生長GaN或AlN單晶和PVT設(shè)備生長SiC單晶，所生長的單晶質(zhì)量得到明顯提高。

二、碳化鉭涂層器件優(yōu)勢(shì)

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(zhì)量，是“長快、長厚、長大”的核心技術(shù)方向之一。業(yè)界研究也已經(jīng)表明，碳化鉭涂層石墨坩堝可以實(shí)現(xiàn)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(yōu)勢(shì)：

(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(yōu)化生長參數(shù)和高質(zhì)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(shí)現(xiàn)良好的晶體質(zhì)量。

常規(guī)石墨坩堝(a)與TAC涂層坩堝(b)示意圖

根據(jù)韓國東歐大學(xué)研究，SiC晶體生長的主要雜質(zhì)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(chǎn)生，提高晶體質(zhì)量。研究表明，在同樣條件下，傳統(tǒng)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(guī)石墨坩堝(a)與TAC涂層坩堝(b)生長SiC單晶缺陷對(duì)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(dá)30%左右。而降低石墨耗材成本的關(guān)鍵在于提升它的使用壽命。據(jù)英國研究團(tuán)隊(duì)數(shù)據(jù)，碳化鉭涂層能夠?qū)⑹考氖褂脡勖娱L30-50%。以此計(jì)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(hào) 炭素邦 2024年06月22日