半导体设备用陶瓷加热器（Ceramic Heater）国产化正当时

今天我们给大家介绍半导体装备关键部件——陶瓷加热器（Ceramic Heater）。欢迎大家进行补充，艾邦建有半导体陶瓷产业交流群，扫码下方二维码即可申请进入：

一、什么是陶瓷加热器

在集成电路等半导体装置制造工序中，要对半导体晶圆进行成膜处理及蚀刻处理等各种处理。在对晶圆进行加工制造工艺中，需要将晶圆加热到一定温度下进行，且对晶圆温度的均匀性有非常严格的要求，因为晶圆温度的均匀性对半导体芯片的质量有着非常重要的影响；同时还需要在真空、等离子体、化学气体等环境下工作，这就要用到陶瓷加热器。

图陶瓷加热器，来源：住友电工

图陶瓷加热器，来源：CoorsTek

陶瓷加热器应用于半导体薄膜沉积设备（CVD、PECVD、ALD）、激光退火设备的工艺腔室内，与晶圆直接接触，承载并使晶圆获得稳定、均匀的工艺温度及成膜条件。陶瓷加热器可实现均匀温度分布，对晶圆均匀加热，使衬底表面上进行高精度的反应并生成薄膜。

图氮化铝加热器

图陶瓷加热器结构，来源：JUMP

近年来，对半导体晶片成膜的膜的材质多样化，有Si膜、SiN膜、SiO2膜、SiON 膜、W膜等，因此，需要能够在 400℃左右~ 800℃左右的高温区域内进行的处理的半导体制造装置。铝金属加热器的热膨胀系数大，且有微粒产生的问题，不能在500℃以上温度使用，具有局限性。陶瓷加热器具有导热性好、耐热冲击性好且加工性较好的优势。

表氮化铝加热器与铝加热器性能对比

半导体设备用陶瓷加热器（Ceramic Heater）国产化正当时

陶瓷加热器的陶瓷基体的材质可使用氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)等陶瓷。其中，从热传导性良好的观点考虑，优选氮化铝，从刚性高的观点考虑，优选氮化硅或氧化铝。氮化铝具有电绝缘性和优异的导热性，对于需散热的应用而言，它是理想之选，此外，由于其热膨胀系数接近硅，且具有优异的等离子体抗性，目前备受关注。

二、陶瓷加热器的制备工艺

通常，陶瓷加热器包括上面具有晶圆载放面的陶瓷制陶瓷基体和在背面对其提供支承的圆筒形的支持体，在陶瓷基体的内部或表面，除了设置有用于加热的电阻发热体电路，还设置有RF电极及静电卡盘用电极等导电体。

半导体设备用陶瓷加热器（Ceramic Heater）国产化正当时

根据专利CN104582019A，将氮化铝粉、氧化钇等材料球磨混合，喷雾干燥后进行模压成型制成两个生坯，脱脂烧结后得到烧结体。在烧结体之一的一侧表面上利用丝网印刷涂布导电浆料，脱脂烧结，形成电阻发热体；在另一烧结体的一侧表面涂布以粘合用氮化铝为主成分的材料，并进行脱脂烧结处理，使形成有以该粘合用氮化铝为主成分的材料的面，和形成有电阻发热体的面相互对置重合，进行接合。由此，制作出埋设有电阻发热体的陶瓷基体。在晶片搭载面相反侧的背面接合AlN制的圆筒形支持体。在接合时，使用以氮化铝为主成分的接合材料进行化学接合。对该陶瓷基体加工埋头孔，使电阻发热体从背面在支持体的内径区域露出，对电阻发热体连接用于供电的外部端子，对外部端子连接供电线。

电阻发热体可通过使用导体浆料（钨W、钼Mo或钽Ta）的丝网印刷法来形成漩涡形或同心圆形状电路图案，也可使用金属线、金属网、金属箔等。

三、陶瓷加热器国产化正当时

根据市场研究机构Business Research Insights研究报告， 2022年全球氮化铝陶瓷加热器市场规模为3300万美元，预计到2031年市场规模将达到7852.9万美元，预测期间的复合年增长率为10%。

图全球氮化铝陶瓷加热器市场规模/百万，来源：Business Research Insights

当使用氮化铝加热器时，存在诸如漏电流、RF网深度以及阻抗等问题，对于匹配腔室来说非常关键。陶瓷加热器材料密度、热导率和体积电阻率影响加热器的性能，技术壁垒高。

目前，陶瓷加热器主要供应商有日本碍子、MICO ceramic、AMAT、Sumitomo Electric、CoorsTek、Semixicon LLC、BoBoo Hitech等。全球陶瓷加热器市场由日本公司主导。目前，我国陶瓷加热器的自主水平及国产化率，与静电吸盘等其它半导体零部件、关键原材料的处境一致，是“卡脖子”技术。但是国内半导体行业的发展给国产化带来了机遇，目前国内陶瓷加热器等半导体核心陶瓷部件行业发展迅速，国内中瓷电子、珂玛科技等企业取得了一定的进展。

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