半导体生长的碳化钽涂层石墨部件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体生长的碳化钽涂层石墨部件及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
半导体生长的碳化钽涂层石墨部件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体生长
，特别涉及一种半导体生长的碳化钽涂层石墨部件及其制备方法
。

技术介绍

[0002]在第三代半导体
SiC
和
GaN
生产过程中，现有的
SiC
涂层石墨圆盘和
BN
涂层石墨圆盘在高温下会与氢气和氨气等腐蚀性气体发生化学反应，导致在生产过程中石墨材料暴露在空气中，石墨材料中的杂质及腐蚀性气体对石墨材料的破坏，从而影响晶体生长的质量
。
[0003]碳化钽（
TaC
）陶瓷是一种在
3000℃
以上的超高温环境中能够保持良好机械性能的材料，其熔点可达
3880℃
，具有高比强度
、
抗氧化和耐烧蚀性能好等特点
。
这些特点可以使得
TaC
涂层在苛刻的半导体环境中仍然保持一种稳定的状态，是一种应用前景极大涂层材料
。
[0004]然而，碳化钽
TaC
材料本身硬度和脆性大，同时
TaC
陶瓷的热膨胀系数与石墨基底的热膨胀系数相差甚大，导致
TaC
涂层表面晶胞之间存在一定的缝隙，导致
TaC
涂层结合度不高，甚至脱落的现象，从而产生碳化钽涂层的强度降低
、
寿命短
、
实用性不高等问题
。
[0005]因此，现有技术需要进行改进
。

技术实现思路

[0006]现有技术中，碳化钽
TaC
材料本身硬度和脆性大，同时
TaC
陶瓷的热膨胀系数与石墨基底的热膨胀系数相差甚大，导致
TaC
涂层表面晶胞之间存在一定的缝隙，导致
TaC
涂层结合度不高，甚至脱落的现象，从而产生碳化钽涂层的强度降低
、
寿命短
、
实用性不高等问题，因此，本专利技术提供一种半导体生长的碳化钽涂层石墨部件及其制备方法用于解决上述问题
。
[0007]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种半导体生长的碳化钽涂层石墨部件的制备方法，其具体包括以下步骤：
S1、
对石墨圆盘的基底进行前处理：将石墨圆盘基底放置进氢气氛围的反应室，将反应室抽至真空，升温至
1000
‑
1500℃
，保温1‑
3h
后冷却；
S2、
制备
TaC
预涂层：制备混合盐
、Ta
源和
Ta
的氟化物的混合粉体，将
S1
提供的石墨圆盘放置在所述粉体上，进行烧结，在氩气的氛围中保持
900
‑
1500℃
，持续2‑
12h
，得到
TaC
预涂层；其中，所述混合盐为氯化钾和氯化钠；
Ta
源为
Ta
粉
、
氧化钽和碳化钽粉中的任意一种，
Ta
的氟化物为氟钽酸钾；
S3、
制备
TaC
涂层：将
S2
中形成的
TaC
预涂层转至高温烧结炉，在氩气的氛围中保持
1800
‑
2400℃
进行烧结，持续
0.5
‑
6h
，得到
TaC
涂层
。
[0008]在一种实现方式中，在
S1
中，所述石墨圆盘的热膨胀系数为5‑8×
10
‑6/K
，密度为
1.7
‑
1.9g/cm3。
[0009]在一种实现方式中，在
S2
中，
Ta
源和混合盐的摩尔比为
1:
（5‑
30
）
。
[0010]在一种实现方式中，在
S2
中，具体包括以下步骤：
S21、
将氯化钾和氯化钠进行烘干；
S22
：将
S1
烘干后的粉体进行研磨，研磨后进行混料处理；
S23
：将
Ta
源和
Ta
的氟化物添加进
S22
混合的粉体中，进行混料处理；
S24
：将
S23
混合均匀的粉体放置进容器中，将
S1
中的石墨圆盘放置于混合粉体界面上；
S25
：将
S24
的容器放置于烧结炉的反应室中，在氩气的氛围中保持
1000
‑
1500℃
，持续2‑
12h。
[0011]在一种实现方式中，在
S23
中，
Ta
源：
Ta
的氟化物摩尔比为1：（
0.1
‑
10
），反应温度为
1000
‑
1500℃
，反应时间为3‑
10h。
[0012]在一种实现方式中，在
S23
中，还包括加入
TaC
，将
Ta
源
、Ta
的氟化物和
TaC
添加进
S22
混合的粉体中，进行混料处理，其中，所述
Ta
源：
Ta
的氟化物摩尔比为
1:
（
0.1
‑
10
），所述
TaC
的质量分数为
5~15%。
[0013]在一种实现方式中，在
S3
中，高温烧结时反应温度为
1800
‑
2400℃
，反应时间为1‑
4h。
[0014]第二方面，本专利技术还提供一种半导体生长的碳化钽涂层石墨部件，其通过本专利技术任意一项所述的半导体生长的碳化钽涂层石墨部件的制备方法制成
。
[0015]在一种实现方式中，所述半导体生长的碳化钽涂层石墨部件依次包括石墨基座
、Ta
渗透层和
TaC
涂层，所述
Ta
渗透层的深度为
300~800nm
，所述
TaC
涂层的厚度为
10
‑
30
μ
m。
[0016]有益效果：本专利技术提供的半导体生长的碳化钽涂层石墨部件及其制备方法，通过制备混合盐
、Ta
源和
Ta
的氟化物的混合粉体，使得金属钽随着混合盐的蒸汽附着在石墨圆盘上形成
Ta
渗透层，将
TaC
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种半导体生长的碳化钽涂层石墨部件的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、
对石墨圆盘的基底进行前处理：将石墨圆盘基底放置进氢气氛围的反应室，将反应室抽至真空，升温至
1000
‑
1500℃
，保温1‑
3h
后冷却；
S2、
制备
TaC
预涂层：制备混合盐
、Ta
源和
Ta
的氟化物的混合粉体，将
S1
提供的石墨圆盘放置在所述粉体上，进行烧结，在氩气的氛围中保持
900
‑
1500℃
，持续2‑
12h
，得到
TaC
预涂层；其中，所述混合盐为氯化钾和氯化钠；
Ta
源为
Ta
粉
、
氧化钽和碳化钽粉中的任意一种，
Ta
的氟化物为氟钽酸钾；
S3、
制备
TaC
涂层：将
S2
中形成的
TaC
预涂层转至高温烧结炉，在氩气的氛围中保持
1800
‑
2400℃
进行烧结，持续
0.5
‑
6h
，得到
TaC
涂层
。2.
根据权利要求1所述的半导体生长的碳化钽涂层石墨部件的制备方法，其特征在于，在
S1
中，所述石墨圆盘的热膨胀系数为5‑8×
10
‑
6 /K
，密度为
1.7
‑
1.9g/cm3。3.
根据权利要求1所述的半导体生长的碳化钽涂层石墨部件的制备方法，其特征在于，在
S2
中，
Ta
源和混合盐的摩尔比为
1:
（5‑
30
）
。4.
根据权利要求1所述的半导体生长的碳化钽涂层石墨部件的制备方法，其特征在于，在
S2
中，具体包括以下步骤：
S21、
将氯化钾和氯化钠进行烘干；
S22
：将
S21
烘干后的粉体进行研磨，研磨后进行混料处理；
S23
：将
Ta
源和
Ta
的氟化...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨伟锋，靳彩霞，朱佰喜，黄宇鹏，秦志波，
申请(专利权)人：广州志橙半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：