中國粉體網訊 在半導體制造中，需要要對晶圓進行各種工藝處理,，例如薄膜沉積,、刻蝕等。在這些環(huán)節(jié)中,，需要將晶圓加熱到一定溫度,，并且對溫度有著嚴格的要求，因為溫度的均勻性對產品良率有著非常重要的影響,，加熱部件必不可少,。
除了確保晶圓溫度的穩(wěn)定性和均勻性，加熱器還要面臨可怕的真空,、等離子體及化學氣體共存的工作環(huán)境,，于是，陶瓷加熱器成為了必選項,。
總之,，陶瓷加熱器是直接應用于工藝腔體中，與晶圓直接接觸,，不僅承載晶圓,，還確保晶圓獲得穩(wěn)定、均勻的工藝溫度的部件,，是半導體薄膜沉積設備中的關鍵部件,！
結構有講究
陶瓷加熱器包括承載晶圓的陶瓷基座，以及背面對其提供支承圓筒狀的支持體,。在陶瓷基座的內部或表面,，除了設置有用于加熱的電阻元件（加熱層），還有射頻電極（射頻層）,。為了能夠實現(xiàn)快速的升溫和降溫,，陶瓷基座的厚度要薄,，但過薄也會使得剛性下降。
加熱器的支持體一般采用與基座熱膨脹系數相近的陶瓷材料,。加熱器采用軸（Shaft）接合底部的獨特結構,，能保護端子和導線不受等離子體以及腐蝕性化學氣體的影響。支持體內設有熱傳導氣體進出管道,，保證加熱器溫度均勻,。基座與支持體之間用接合層進行化學接合,。
在加熱器基座內,，埋設有電阻加熱元件。它是通過采用導體漿料（鎢,、鉬或鉭）的絲網印刷法來形成漩渦形或同心圓形狀電路圖案,，當然也可使用金屬線、金屬網,、金屬箔等,。在使用絲網印刷法時，準備相同形狀的兩個陶瓷板,，在其中一方表面涂布導體漿料,。然后，對其進行燒結形成電阻發(fā)熱體,，將另一方陶瓷板夾著該電阻發(fā)熱體進行重合,，由此制作埋設在基座內的電阻元件。
選材很關鍵
陶瓷加熱器的陶瓷基體的材質可使用氮化鋁(AlN),、氮化硅(Si3N4),、氧化鋁(Al2O3)等陶瓷，其中,，氮化鋁陶瓷是陶瓷加熱器的最優(yōu)選擇,。與其它材料相比，氮化鋁陶瓷有如下特點：
（1）導熱性能好,，氮化鋁材料的理論熱導率可達到320W·m-1·K-1,；
（2）相較于其他常用陶瓷材料（尤其是氧化鋁）其熱膨脹系數（293～773K，4.18×10-6K-1）與半導體硅材料相匹配,；
（3）機械性能好,，具有優(yōu)良的耐磨耗性能，綜合機械性能優(yōu)于氧化鈹,，與氧化鋁相當,；
（4）綜合電性能優(yōu)異，電絕緣性優(yōu)良（體電阻率可達1013Ω·cm）同時介質損耗低（介電常數1MHz下約為8.0）；
（5）無毒害,，有利于環(huán)保,。
因此，氮化鋁不僅具有高導熱性,，能夠在短時間內實現(xiàn)快速升溫和降溫,，還具有良好的電絕緣性和機械強度，確保了加熱器的穩(wěn)定性和可靠性,。此外,，氮化鋁的熱膨脹系數與硅相近，這有助于減少熱應力對晶圓的影響,，提高工藝良率,。
國產替代正當時，干,！
根據市場研究機構Business Research Insights研究報告,， 2022年全球氮化鋁陶瓷加熱器市場規(guī)模為3300萬美元，預計到2031年市場規(guī)模將達到7852.9萬美元,，預測期間的復合年增長率為10%,。
目前，全球半導體用氮化鋁陶瓷加熱器的主要生產商包括NGK insulator,、MiCo Ceramics,、Boboo Hi-Tech、AMAT,、Sumitomo Electric、CoorsTek和Semixicon LLC等,。這些公司在技術研發(fā),、產品創(chuàng)新和市場份額方面占據領先地位。例如陶瓷加熱器確保晶圓表面溫度在±1.0% 以內波動,，日本礙子（NGK insulator） 生產的加熱器溫度波動小于 0.1%,，屬于優(yōu)異指標。
我國陶瓷加熱器的自主水平及國產化率較低,，與靜電吸盤等其它半導體零部件,、關鍵原材料的處境一致，國內實現(xiàn)量產的僅珂瑪科技,、中瓷電子等極個別企業(yè),，是典型的“卡脖子”技術。
作為半導體制程中的關鍵零部件,，持續(xù)推進陶瓷加熱器的國產化替代刻不容緩,。
參考來源：中國粉體網、活性釬焊,、微納研究院等,。
（中國粉體網/山川）
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