中國(guó)粉體網(wǎng)訊 據(jù)日經(jīng)中文網(wǎng)消息，東洋炭素將在全球增產(chǎn)用于半導(dǎo)體制造裝置核心零部件。除在美國(guó)和中國(guó)強(qiáng)化工廠外，該公司還將開始在意大利生產(chǎn)，加上在日本的增產(chǎn)投資，到2027年將合計(jì)投資360億日元。其在承載碳化硅晶圓的托盤（基座）、被稱為“Susceptor”的核心零部件領(lǐng)域擁有全球5成以上份額。
那么，這個(gè)承載晶圓的托盤到底是什么？
在晶圓制造過程中，一些晶圓襯底上要進(jìn)一步構(gòu)建外延層以便于制造器件，典型的有LED發(fā)光器件，需要在硅襯底上面制備GaAs的外延層；在導(dǎo)電型的SiC襯底上面生長(zhǎng)SiC外延層用于構(gòu)建諸如SBD、MOSFET等的器件，用于高壓、大電流等功率應(yīng)用；在半絕緣型的SiC襯底上面構(gòu)建GaN外延層，進(jìn)一步構(gòu)造HEMT等器件，用于通信等射頻應(yīng)用。這個(gè)過程中離不開CVD設(shè)備。
在CVD設(shè)備中，襯底是不能直接放在金屬或者簡(jiǎn)單的放置在某個(gè)底座上面進(jìn)行外延沉積，因?yàn)槠渲猩婕暗綒怏w流向（水平、垂直）、溫度、壓力、固定、脫落污染物等各方面的影響因素。因此需要用到一個(gè)基座，然后將襯底放置在盤上，然后再利用CVD技術(shù)在襯底上面進(jìn)行外延沉積，這個(gè)基座就是SiC涂層石墨基座（又可以叫做托盤）。
來源：Axitron官網(wǎng)
SiC涂層石墨基座常用于金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）設(shè)備中支撐和加熱單晶襯底的部件。SiC涂層石墨基座的熱穩(wěn)定性、熱均勻性等性能參數(shù)對(duì)外延材料生長(zhǎng)的質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用，因此是MOCVD設(shè)備的核心關(guān)鍵部件。
金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）技術(shù)是目前進(jìn)行藍(lán)光LED中GaN薄膜外延生長(zhǎng)的主流技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)單、生長(zhǎng)速率可控、生長(zhǎng)出的GaN薄膜純度高等優(yōu)點(diǎn)。用于GaN薄膜外延生長(zhǎng)的承載基座，作為MOCVD設(shè)備反應(yīng)腔內(nèi)重要部件，需要有耐高溫、熱傳導(dǎo)率均勻、化學(xué)穩(wěn)定性良好、較強(qiáng)的抗熱震性等優(yōu)點(diǎn)，石墨材料能滿足上述條件。
來源：TOYO TASON
石墨基座作為MOCVD設(shè)備中的核心零部件之一，是襯底基片的承載體和發(fā)熱體，直接決定薄膜材料的均勻性和純度，因此它的品質(zhì)直接影響了外延片的制備，同時(shí)隨著使用次數(shù)增加、工況環(huán)節(jié)變化，又極容易損耗，屬于耗材。
雖然石墨具有優(yōu)異的熱導(dǎo)率和穩(wěn)定性使其作為MOCVD設(shè)備的基座部件有很好的優(yōu)勢(shì)，但在生產(chǎn)過程中石墨會(huì)因?yàn)楦g性氣體和金屬有機(jī)物的殘留，使其發(fā)生腐蝕掉粉，石墨基座的使用壽命會(huì)大打折扣。與此同時(shí)，掉落的石墨粉體會(huì)對(duì)芯片造成污染。
涂層技術(shù)的出現(xiàn)能夠提供表面粉體固定、增強(qiáng)熱導(dǎo)率、均衡熱分布，成為了解決該問題的主要技術(shù)。石墨基座在MOCVD設(shè)備中使用環(huán)境，石墨基座表面涂層應(yīng)滿足如下特點(diǎn)：
（1）能夠?qū)κM(jìn)行全面包裹，并且致密性好，否則石墨基座在腐蝕氣體中容易被腐蝕。
（2）與石墨基座結(jié)合強(qiáng)度高，保證在經(jīng)歷多次高溫低溫循環(huán)后，涂層不易脫落。
（3）具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，避免涂層在高溫且具有腐蝕性的氣氛中失效。
SiC具有耐腐蝕高熱導(dǎo)率、抗熱沖擊、高的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，能很好地在GaN外延氣氛中工作。除此之外，SiC的熱膨脹系數(shù)與石墨的熱膨脹系數(shù)相差很小，因此SiC是作為石墨基座表面涂層的首選材料。
目前常見的SiC主要是3C、4H以及6H型，不同晶型的SiC用途不同。如4H-SiC可制造大功率器件；6H-SiC最穩(wěn)定，可制造光電器件；3C-SiC因其結(jié)構(gòu)與GaN相似，可用于生產(chǎn)GaN外延層，制造SiC-GaN射頻器件。3C-SiC也通常被稱為β-SiC，β-SiC的一個(gè)重要用途就是用作薄膜和涂層材料，因此，目前β-SiC是作涂層的主要的材料。
碳化硅涂層制備方法
目前，SiC涂層的制備方法主要有凝膠-溶膠法、包埋法、刷涂法、等離子噴涂法、化學(xué)氣相反應(yīng)法(CVR)和化學(xué)氣相沉積法(CVD)。
包埋法
該方法是高溫固相燒結(jié)的一種，主要是以Si粉和C粉混合作為包埋粉，將石墨基體置于包埋粉中，在惰性氣體中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，最終在石墨基體表面得到SiC涂層。該法工藝簡(jiǎn)單，且涂層與基體之間結(jié)合比較好，但沿著厚度方向涂層均勻性較差，易產(chǎn)生較多孔洞導(dǎo)致抗氧化性較差。
刷涂法
刷涂法主要是將液態(tài)原料涂刷在石墨基體表面，然后在一定的溫度下原料固化，制備出涂層。該法工藝簡(jiǎn)單而且成本較低，但是刷涂法制備出的涂層與基體的結(jié)合較弱，涂層均勻性較差，涂層較薄且抗氧化性較低，需要其他方法進(jìn)行輔助。
等離子噴涂法
等離子噴涂法主要是等離子槍將熔化或者半融化狀態(tài)的原料噴射在石墨基體表面，然后凝固粘結(jié)形成涂層。該方法操作簡(jiǎn)單，可以制備出較為致密的碳化硅涂層，但該方法所制備的碳化硅涂層往往因?yàn)檫^于薄弱而導(dǎo)致抗氧化性不強(qiáng)，因此一般用于SiC復(fù)合涂層的制備以提高涂層的質(zhì)量。
凝膠-溶膠法
凝膠-溶膠法主要是制備出均勻透明的溶膠溶液覆蓋在基體表面，干燥成凝膠后進(jìn)行燒結(jié)得到涂層。 該法操作簡(jiǎn)單、成本較低，但制備出的涂層存在抗熱震性較低、容易開裂等缺點(diǎn)，無法廣泛使用。
化學(xué)氣相反應(yīng)法（CVR）
CVR主要是通過利用Si和SiO2粉在高溫下生成SiO蒸汽，在C材料基體表面發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，從而生成SiC涂層。該法制備出的SiC涂層與基體之間結(jié)合較為緊密，但是反應(yīng)溫度較高，成本也較高。
化學(xué)氣相沉積法（CVD）
CVD是目前制備基體表面SiC涂層的主要技術(shù)，主要過程是氣相反應(yīng)物原料在基體表面發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，最后在基體表面沉積制備得到SiC涂層。CVD技術(shù)制備的SiC涂層與基體表面結(jié)合緊密，能有效提高基體材料的抗氧化性以及抗燒蝕性，但該法沉積時(shí)間較長(zhǎng)，反應(yīng)氣體存在一定的毒氣。
SiC涂層石墨基座的市場(chǎng)情況
國(guó)外廠商起步較早時(shí)，領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)明顯，市場(chǎng)占有率高。國(guó)際上，SiC涂層石墨基座主流供應(yīng)商有荷蘭Xycard、德國(guó)西格里碳素（SGL）、日本東洋碳素、美國(guó)MEMC等企業(yè)，基本占據(jù)了國(guó)際市場(chǎng)。盡管我國(guó)已突破石墨基體表面均勻生長(zhǎng)SiC涂層的關(guān)鍵核心技術(shù)，但高質(zhì)量的石墨基體依然依賴德國(guó)SGL、日本東洋碳素等企業(yè)，國(guó)內(nèi)企業(yè)提供的石墨基體由于熱導(dǎo)率、彈性模量、剛性模量、晶格缺陷等質(zhì)量問題影響使用壽命，尚不能滿足MOCVD設(shè)備對(duì)SiC涂層石墨基座的使用要求。
我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，隨著MOCVD外延設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率逐步提高，及其他工藝應(yīng)用擴(kuò)展，未來SiC涂層石墨基座產(chǎn)品市場(chǎng)有望快速增長(zhǎng)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士初步估計(jì)，國(guó)內(nèi)石墨基座未來幾年市場(chǎng)將超過 5億元。
SiC涂層石墨基座作為化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化設(shè)備的核心部件，掌握其生產(chǎn)制造的關(guān)鍵核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)原材料—工藝—設(shè)備全產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化，對(duì)于保障我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。國(guó)產(chǎn)SiC涂層石墨基座領(lǐng)域方興未艾，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平指日可待。
參考來源：
文玉：SiC涂層石墨基座技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究
王卓�。夯谑砻娓男許iC涂層的制備及性能研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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