今天我們給大家介紹半導體裝備關鍵部件——陶瓷加熱器（Ceramic Heater）。歡迎大家進行補充，艾邦建有半導體陶瓷產業交流群，掃碼下方二維碼即可申請進入：
在集成電路等半導體裝置制造工序中，要對半導體晶圓進行成膜處理及蝕刻處理等各種處理。在對晶圓進行加工制造工藝中，需要將晶圓加熱到一定溫度下進行，且對晶圓溫度的均勻性有非常嚴格的要求，因為晶圓溫度的均勻性對半導體芯片的質量有著非常重要的影響；同時還需要在真空、等離子體、化學氣體等環境下工作，這就要用到陶瓷加熱器。
陶瓷加熱器應用于半導體薄膜沉積設備（CVD、PECVD、ALD）、激光退火設備的工藝腔室內，與晶圓直接接觸，承載并使晶圓獲得穩定、均勻的工藝溫度及成膜條件。陶瓷加熱器可實現均勻溫度分布，對晶圓均勻加熱，使襯底表面上進行高精度的反應并生成薄膜。
圖 陶瓷加熱器結構，來源：JUMP
近年來，對半導體晶片成膜的膜的材質多樣化，有Si膜、SiN膜、SiO2膜、SiON 膜、W膜等，因此，需要能夠在 400℃左右~ 800℃左右的高溫區域內進行的處理的半導體制造裝置。鋁金屬加熱器的熱膨脹系數大，且有微粒產生的問題，不能在500℃以上溫度使用，具有局限性。陶瓷加熱器具有導熱性好、耐熱沖擊性好且加工性較好的優勢。
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，從熱傳導性良好的觀點考慮，優選氮化鋁，從剛性高的觀點考慮，優選氮化硅或氧化鋁。氮化鋁具有電絕緣性和優異的導熱性，對于需散熱的應用而言，它是理想之選，此外，由于其熱膨脹系數接近硅，且具有優異的等離子體抗性，目前備受關注。
通常，陶瓷加熱器包括上面具有晶圓載放面的陶瓷制陶瓷基體和在背面對其提供支承的圓筒形的支持體，在陶瓷基體的內部或表面，除了設置有用于加熱的電阻發熱體電路，還設置有RF電極及靜電卡盤用電極等導電體。
根據專利CN104582019A，將氮化鋁粉、氧化釔等材料球磨混合，噴霧干燥后進行模壓成型制成兩個生坯，脫脂燒結后得到燒結體。在燒結體之一的一側表面上利用絲網印刷涂布導電漿料，脫脂燒結，形成電阻發熱體；在另一燒結體的一側表面涂布以粘合用氮化鋁為主成分的材料，并進行脫脂燒結處理，使形成有以該粘合用氮化鋁為主成分的材料的面，和形成有電阻發熱體的面相互對置重合，進行接合。由此，制作出埋設有電阻發熱體的陶瓷基體。在晶片搭載面相反側的背面接合AlN制的圓筒形支持體。在接合時，使用以氮化鋁為主成分的接合材料進行化學接合。對該陶瓷基體加工埋頭孔，使電阻發熱體從背面在支持體的內徑區域露出，對電阻發熱體連接用于供電的外部端子，對外部端子連接供電線。
電阻發熱體可通過使用導體漿料（鎢W、鉬Mo或鉭Ta）的絲網印刷法來形成漩渦形或同心圓形狀電路圖案，也可使用金屬線、金屬網、金屬箔等。
三、陶瓷加熱器國產化正當時
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模為3300萬美元，預計到2031年市場規模將達到7852.9萬美元，預測期間的復合年增長率為10%。
圖??全球氮化鋁陶瓷加熱器市場規模/百萬，來源：Business Research Insights
當使用氮化鋁加熱器時，存在諸如漏電流、RF網深度以及阻抗等問題，對于匹配腔室來說非常關鍵。陶瓷加熱器材料密度、熱導率和體積電阻率影響加熱器的性能，技術壁壘高。
目前，陶瓷加熱器主要供應商有日本礙子、MICO ceramic、AMAT、Sumitomo Electric、CoorsTek、Semixicon LLC、BoBoo Hitech等。全球陶瓷加熱器市場由日本公司主導。目前，我國陶瓷加熱器的自主水平及國產化率，與靜電吸盤等其它半導體零部件、關鍵原材料的處境一致，是“卡脖子”技術。但是國內半導體行業的發展給國產化帶來了機遇，目前國內陶瓷加熱器等半導體核心陶瓷部件行業發展迅速，國內中瓷電子、珂瑪科技等企業取得了一定的進展。
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原文始發于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：半導體設備用陶瓷加熱器（Ceramic Heater）國產化正當時
