[发明专利]一种石墨基体无裂纹TaC涂层及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨基体无裂纹TaC涂层，本发明还涉及该石墨基 体无裂纹TaC涂层的制造方法，属于晶体、半导体材料生产制备领域， 主要用于晶体、半导体生产用石墨等炭素材料或部件的高性能涂层的制 备。

技术背景

晶体、半导体生产用石墨材料是指晶体、半导体生产用的基座、坩 埚、发热体、导流筒、操作手、工装石墨等高温高纯石墨材料或部件， 它的纯度和化学稳定性等性能直接关系到半导体材料的纯度、性能和品 质，因而是晶体、半导体生产的关键材料。由于石墨中的挥发性气体或 晶体、半导体生产过程与石墨反应气体，对晶体、半导体的性能和品质 产生重大的影响，国际上通用的作法是采用密封性能良好的高温耐腐 蚀、抗侵蚀涂层技术，对石墨进行表面改性，减少或消除石墨对晶体、 半导体成分、结构和性能的影响，从而达到对晶体、半导体成分、性能 的精确控制，提高材料的品质。

目前，国内外普遍采用的是化学气相沉积高性能SiC、BN涂层技术， 一方面防止石墨中的挥发性气体对晶体、半导体的影响，提高了石墨的 品质；另一方面，阻止了腐蚀性气体与石墨的反应及碳元素的气相扩散。 然而，实践证明，对于一些要求更高的新型半导体或有高温腐蚀性气体 时，进行SiC、BN涂层后石墨部件，仍然可能对生产的半导体产生较大 的污染和较大的影响。如MOCVD生长技术制备GaN、GaAlN外延片时， 受高温NH₃、H₂等气体的腐蚀，SiC中的碳及BN中的硼仍会以气态的形 式(如CH₄、SiH₄、BH₃)对GaN半导体的质量产生影响。因此，必须采 用高温稳定性更高、抗腐蚀性更强的物质作为涂层材料，才能获得高品 质GaN等半导体。

TaC熔点高(3880℃)，在还原气氛下能耐受包括王水在内酸、碱、 盐几乎所有物质的侵蚀(仅HF+HNO₃复合酸除外)，高温化学稳定性和耐 腐蚀性远高于SiC、BN，且TaC与石墨具有良好的化学相容性，因而， TaC是性能优异的石墨涂层材料。目前，美国、日本已经开始研制TaC 涂层用于GaN、GaAlN、AlN、GaAs、InP等新型晶体、半导体生产用石 墨涂层。

如日本东洋炭素株式会社已开始了TaC涂层的研究，并于2006年在 我国进行了有关单一TaC制备技术专利(碳化钽被覆碳材料及其制造方 法，200680000138.5公开，未授权)的申请。

但就目前的TaC制备技术来说，主要是单一TaC涂层的制备，它的 缺点就是：涂层薄时，抗透气性不高，达不到应有的目的；而当涂层的 厚度超过一定的值(如20μm)时，涂层易出现裂纹，从而失去对石墨 的保护。主要原因是TaC涂层的热膨胀系数大，约为半导体用高纯石墨 热膨胀系数的两倍以上，直接在高纯石墨进行TaC涂层，很容易出现裂 纹而报废。必须解决TaC涂层与半导体石墨的热膨胀失配的问题，才能 顺利实现高性能的TaC涂层对半导体石墨的表面改性。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种表面沉积出热应力 小、无宏观裂纹、耐腐蚀、热稳定性好的石墨基体无裂纹TaC涂层。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种碳化物涂层不易开 裂、热震性好、能提高整体涂层的抗腐蚀和抗扩散的能力的石墨基体无 裂纹TaC涂层的制造方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的石墨基体无裂纹TaC涂层， 包括石墨基体，在所述的石墨基体上沉积过渡涂层，在所述的过渡涂层 外层沉积一层TaC主涂层；所述的过渡涂层由SiC-TaC共沉积涂层构 成，或由SiC-TaC共沉积涂层和SiC/TaC多层涂层两种过渡层复合构 成；所述的过渡涂层为SiC-TaC共沉积涂层和SiC/TaC多层涂层两种 过渡层复合构成时，所述的SiC-TaC共沉积涂层作为第一过渡层，所 述的SiC/TaC多层涂层作为第二过渡层，然后结束过渡涂层的沉积或进 行SiC-TaC共沉积涂层和SiC/TaC多层涂层交替沉积多次；SiC-TaC 共沉积过渡涂层厚度为15～30μm，SiC/TaC多层涂层中SiC涂层厚度 为0.05～5μm，TaC涂层厚度为0.05～5μm，TaC主涂层厚度为5～1000 μm。

本发明提供的石墨基体无裂纹TaC涂层的制造方法，其方法是：