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。除在美國和中國強化工廠外，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。這個這個過程中離不開CVD設(shè)備。 ? 在CVD設(shè)備中，襯底是不能直接放在金屬或者簡單的放置在某個底座上面進(jìn)行外延沉積，因為其中涉及到氣體流向（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，這個基座就是SiC涂層石墨基座（又可以叫做托盤）。 ?

SiC涂層石墨基座常用于金屬有機物化學(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)對外延材料生長的質(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薄膜外延生長的主流技術(shù)，具有操作簡單、生長速率可控、生長出的GaN薄膜純度高等優(yōu)點。用于GaN薄膜外延生長的承載基座，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、較強的抗熱震性等優(yōu)點，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，但在生產(chǎn)過程中石墨會因為腐蝕性氣體和金屬有機物的殘留，使其發(fā)生腐蝕掉粉，石墨基座的使用壽命會大打折扣。與此同時，掉落的石墨粉體會對芯片造成污染。 ? 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： ? （1）能夠?qū)κM(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，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為過于薄弱而導(dǎo)致抗氧化性不強，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，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，但該法沉積時間較長，反應(yīng)氣體存在一定的毒氣。

SiC涂層石墨基座的市場情況

國外廠商起步較早時，領(lǐng)先優(yōu)勢明顯，市場占有率高。國際上，SiC涂層石墨基座主流供應(yīng)商有荷蘭Xycard、德國西格里碳素（SGL）、日本東洋碳素、美國MEMC等企業(yè)，基本占據(jù)了國際市場。盡管我國已突破石墨基體表面均勻生長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SGL、日本東洋碳素等企業(yè)，國內(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SiC涂層石墨基座的使用要求。

? 我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，隨著MOCVD外延設(shè)備國產(chǎn)化率逐步提高，及其他工藝應(yīng)用擴展，未來SiC涂層石墨基座產(chǎn)品市場有望快速增長。據(jù)業(yè)內(nèi)人士初步估計，國內(nèi)石墨基座未來幾年市場將超過 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)，實現(xiàn)原材料—工藝—設(shè)備全產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化，對于保障我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。國產(chǎn)SiC涂層石墨基座領(lǐng)域方興未艾，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平指日可待。 ? ?

編輯：黃飛

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