化學氣相沉積生長TaC 涂層的高通量熱力學分析

孫清云， 陳 輝， 李士棟， 張翅騰飛

(1.湖北隆中實驗室， 湖北 襄陽 441000；2.中國機械總院集團武漢材料保護研究所有限公司， 湖北 武漢 430030)

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半導體單晶和外延生長的工藝流程需要在高溫和高侵蝕環境中進行[1]，生長爐的熱區通常會使用高純石墨為基材的構件，例如:加熱體、坩堝、隔熱罩和托盤等。 然而，SiC 和AlN 等單晶和外延生長的工藝溫度通常高達1 600～2 600 ℃[2]，加上高純氫氣和其它氣氛的強腐蝕作用，會導致石墨構件的層狀結構在生長過程中剝落，使得所生長材料的致命缺陷增多，摻雜濃度失控[3]，因此，需要在高純石墨構件表面沉積高溫防護涂層，以改善高純石墨構件的耐高溫和耐腐蝕性能。

TaC 涂層具有極低的飽和蒸汽壓、較小的熱膨脹系數和較強的抗熱震性[4]，可以在2 600 ℃的高溫下穩定工作，且與石墨基材表現出極高的相容性[5]，可以將石墨件內部的顆粒和雜質與外界生長環境隔絕[6]，是半導體單晶和外延生長領域中石墨件的理想防護材料，特別是在GaN、AlN 和SiC 的單晶或外延生長領域[7-9]，能夠大大提高所得單晶或外延片的良率。

化學氣相沉積法(CVD)制備的TaC 涂層具有高結晶性、高致密度和高純度等特點，最適合應用于高溫高蝕的工作環境[10]。 常見的揮發性Ta 源有Ta 基金屬有機物[Ta(OC2H5)5和Ta(N(CH)3)2)5等]和TaCl5，Ta基金屬有機物擁有極高的C/Ta 比值和大量N、O 等雜質元素，通常用于制備Ta2O5涂層，若用于TaC 體系中，則會在產物中形成大量難以去除的異相雜質(游離碳、氧化物和氮化物)[11]。 TaCl5具有良好的揮發性，且鹵素的加入可以增加TaC 涂層的沉積速率?！?br>