中国粉体网讯 在半导体制造中，需要要对晶圆进行各种工艺处理，例如薄膜沉积、刻蚀等。在这些环节中，需要将晶圆加热到一定温度，并且对温度有着严格的要求，因为温度的均匀性对产品良率有着非常重要的影响，加热部件必不可少。
除了确保晶圆温度的稳定性和均匀性，加热器还要面临可怕的真空、等离子体及化学气体共存的工作环境，于是，陶瓷加热器成为了必选项。
总之，陶瓷加热器是直接应用于工艺腔体中，与晶圆直接接触，不仅承载晶圆，还确保晶圆获得稳定、均匀的工艺温度的部件，是半导体薄膜沉积设备中的关键部件！
结构有讲究
陶瓷加热器包括承载晶圆的陶瓷基座，以及背面对其提供支承圆筒状的支持体。在陶瓷基座的内部或表面，除了设置有用于加热的电阻元件（加热层），还有射频电极（射频层）。为了能够实现快速的升温和降温，陶瓷基座的厚度要薄，但过薄也会使得刚性下降。
加热器的支持体一般采用与基座热膨胀系数相近的陶瓷材料。加热器采用轴（Shaft）接合底部的独特结构，能保护端子和导线不受等离子体以及腐蚀性化学气体的影响。支持体内设有热传导气体进出管道，保证加热器温度均匀。基座与支持体之间用接合层进行化学接合。
在加热器基座内，埋设有电阻加热元件。它是通过采用导体浆料（钨、钼或钽）的丝网印刷法来形成漩涡形或同心圆形状电路图案，当然也可使用金属线、金属网、金属箔等。在使用丝网印刷法时，准备相同形状的两个陶瓷板，在其中一方表面涂布导体浆料。然后，对其进行烧结形成电阻发热体，将另一方陶瓷板夹着该电阻发热体进行重合，由此制作埋设在基座内的电阻元件。
选材很关键
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，氮化铝陶瓷是陶瓷加热器的最优选择。与其它材料相比，氮化铝陶瓷有如下特点：
（1）导热性能好，氮化铝材料的理论热导率可达到320W·m-1·K-1；
（2）相较于其他常用陶瓷材料（尤其是氧化铝）其热膨胀系数（293～773K，4.18×10-6K-1）与半导体硅材料相匹配；
（3）机械性能好，具有优良的耐磨耗性能，综合机械性能优于氧化铍，与氧化铝相当；
（4）综合电性能优异，电绝缘性优良（体电阻率可达1013Ω·cm）同时介质损耗低（介电常数1MHz下约为8.0）；
（5）无毒害，有利于环保。
因此，氮化铝不仅具有高导热性，能够在短时间内实现快速升温和降温，还具有良好的电绝缘性和机械强度，确保了加热器的稳定性和可靠性。此外，氮化铝的热膨胀系数与硅相近，这有助于减少热应力对晶圆的影响，提高工艺良率。
国产替代正当时，干！
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%。
目前，全球半导体用氮化铝陶瓷加热器的主要生产商包括NGK insulator、MiCo Ceramics、Boboo Hi-Tech、AMAT、Sumitomo Electric、CoorsTek和Semixicon LLC等。这些公司在技术研发、产品创新和市场份额方面占据领先地位。例如陶瓷加热器确保晶圆表面温度在±1.0% 以内波动，日本碍子（NGK insulator） 生产的加热器温度波动小于 0.1%，属于优异指标。
我国陶瓷加热器的自主水平及国产化率较低，与静电吸盘等其它半导体零部件、关键原材料的处境一致，国内实现量产的仅珂玛科技、中瓷电子等极个别企业，是典型的“卡脖子”技术。
作为半导体制程中的关键零部件，持续推进陶瓷加热器的国产化替代刻不容缓。
参考来源：中国粉体网、活性钎焊、微纳研究院等。
（中国粉体网/山川）
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