中國(guó)粉體網(wǎng)訊 半導(dǎo)體設(shè)備可分為前道設(shè)備（晶圓制造）和后道設(shè)備（封裝與測(cè)試）兩大類。前道設(shè)備投資量占總設(shè)備的80%以上，刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備和光刻機(jī)分別占前道設(shè)備價(jià)值量的22%、22%和17%，是半導(dǎo)體前道生產(chǎn)工藝中的三大核心設(shè)備，決定了芯片制造工藝的先進(jìn)程度。
來(lái)源：SEMI、頭豹研究院
薄膜沉積、光刻、刻蝕被視為半導(dǎo)體制造的三大核心設(shè)備，其中薄膜沉積是基礎(chǔ)，其作用是在晶圓表面通過(guò)物理/化學(xué)方法交替堆疊SiO2、SiN等絕緣介質(zhì)薄膜和Al、Cu等金屬導(dǎo)電膜等，在這些薄膜上可以進(jìn)行掩膜版圖形轉(zhuǎn)移（光刻）、刻蝕等工藝，最終形成各層電路結(jié)構(gòu)。由于制造工藝中需要薄膜沉積技術(shù)在晶圓上重復(fù)堆疊薄膜，因此薄膜沉積技術(shù)可視為前道制造中的“加法工藝”。
2023年晶圓制造設(shè)備銷售額約占總體半導(dǎo)體設(shè)備銷售額的90%，達(dá)到約960億美元，全球薄膜沉積設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約為211億美元。
薄膜沉積設(shè)備所沉積的薄膜是芯片結(jié)構(gòu)內(nèi)的功能材料層，在芯片制造過(guò)程中需求量巨大，直接影響芯片的性能。不同芯片結(jié)構(gòu)所需要的薄膜材料種類不同、沉積工序不同、性能指標(biāo)不同，相應(yīng)產(chǎn)生了巨大的薄膜沉積設(shè)備市場(chǎng)。目前主流的薄膜沉積設(shè)備有物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）。三種薄膜沉積工藝在沉積原理、沉積材料、適用膜層及工藝等方面存在明顯差異，憑借各自的特性搭配完成集成電路制造流程中的薄膜沉積。
薄膜沉積設(shè)備分類
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)薄膜沉積設(shè)備的要求也越來(lái)越高。先進(jìn)陶瓷作為新型材料，其性能的不斷提升和新型陶瓷材料的開(kāi)發(fā)，為半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展提供了有力支持。
陶瓷加熱器
晶圓在加熱過(guò)程中至關(guān)重要，溫度的均勻性不僅影響產(chǎn)品的良率，還直接決定薄膜沉積、刻蝕等關(guān)鍵工藝的質(zhì)量。陶瓷加熱器是半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備中的關(guān)鍵組件，它直接應(yīng)用于工藝腔體中，與晶圓直接接觸，不僅承載晶圓，還可以在成膜流程中均勻控制晶圓溫度。
陶瓷加熱器，來(lái)源：NGK、住友電工
基于該設(shè)備高溫的使用環(huán)境，通常選用以氮化鋁（AlN）為主的陶瓷材料，AlN不僅具有高導(dǎo)熱性，能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速升溫和降溫，還具有良好的電絕緣性和機(jī)械強(qiáng)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(shù)與硅相近，這有助于減少熱應(yīng)力對(duì)晶圓的影響，提高工藝良率。
陶瓷加熱器的構(gòu)造包含陶瓷基體（具有晶圓載放面）、圓筒形支撐體（提供支承），在陶瓷基體內(nèi)部或表面，設(shè)置有電阻發(fā)熱體電路（用于加熱）、RF電極和靜電卡盤(pán)用電極等導(dǎo)電體。支撐體內(nèi)設(shè)置有熱傳導(dǎo)氣體進(jìn)出管道，保證加熱盤(pán)的釋放的溫度均勻，陶瓷基體和支持體利用接合層進(jìn)行化學(xué)接合。通過(guò)精確控制加熱器的溫度，可以確保晶圓表面溫度在±1.0%以內(nèi)波動(dòng)，甚至一些高端加熱器如日本礙子（NGK insulator）的產(chǎn)品，溫度波動(dòng)可以控制在0.1%以內(nèi)，這是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量薄膜沉積的關(guān)鍵。
陶瓷噴嘴
HDP-CVD是一種利用電感耦合等離子體（ICP）源的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，是一種越來(lái)越受歡迎的等離子體沉積設(shè)備。
在HDP-CVD中，反應(yīng)氣體是通過(guò)連接腔體內(nèi)外的陶瓷噴嘴進(jìn)入到反應(yīng)腔內(nèi)的，因此噴嘴的品質(zhì)會(huì)直接決定反應(yīng)氣體的純度和流速。常用來(lái)制備陶瓷噴嘴的材料有氧化鋁和氮化鋁，由于氮化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率和抗熱震性比氧化鋁更好，噴嘴不會(huì)因?yàn)榈入x子體腐蝕產(chǎn)生雜質(zhì)污染，也不會(huì)因?yàn)闊嵝巫冊(cè)斐裳b配部件的磨損帶來(lái)雜質(zhì)污染，從而確保噴嘴不會(huì)對(duì)反應(yīng)氣體和反應(yīng)腔體造成任何的雜質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)，可以更好地滿足先進(jìn)制程HDP-CVD設(shè)備中的應(yīng)用要求。
氧化鋁噴嘴、氮化鋁噴嘴，來(lái)源：卡貝尼
靜電卡盤(pán)
靜電卡盤(pán)作為半導(dǎo)體刻蝕、薄膜沉積、離子注入等關(guān)鍵設(shè)備中的核心部件，其需求也將相應(yīng)增加。例如，在先進(jìn)制程的刻蝕工藝中，需要靜電卡盤(pán)提供更強(qiáng)大的靜電吸附力和更精準(zhǔn)的溫度控制，以確保晶圓在刻蝕過(guò)程中的穩(wěn)定性和位置精確度。
靜電卡盤(pán)對(duì)于執(zhí)行需要在不破壞真空的情況下進(jìn)行對(duì)基板表面的加熱和冷卻兩者的等離子體輔助干法蝕刻處理來(lái)說(shuō)尤其有用。另外，靜電卡盤(pán)可有用于在基板上執(zhí)行薄膜沉積工藝。靜電卡盤(pán)通過(guò)靜電吸附原理，利用電場(chǎng)產(chǎn)生的靜電力將硅晶圓或其他基底材料牢固地固定在其表面，防止在處理過(guò)程中發(fā)生移動(dòng)，確保薄膜沉積的精確性和一致性。
隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，傳統(tǒng)陶瓷加熱器與靜電卡盤(pán)的界限逐漸模糊，一些先進(jìn)的陶瓷加熱器已經(jīng)具備高溫加熱和靜電吸附的雙重功能，為半導(dǎo)體制造提供了更多的可能性。而用于刻蝕設(shè)備的靜電卡盤(pán)也開(kāi)始涉及高溫制程，陶瓷材料就要從氧化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)榈X。
陶瓷腔體罩
陶瓷腔體罩是包括陶瓷dome、冷卻系統(tǒng)、電極控制系統(tǒng)的一體化獨(dú)立功能部件，是40nm及以下所有制程的薄膜沉積設(shè)備中關(guān)鍵部件之一，其性能對(duì)保證晶圓品質(zhì)至關(guān)重要。
陶瓷腔體罩覆蓋在晶圓上部，將CVD設(shè)備腔體進(jìn)行密封，形成封閉的腔室環(huán)境，在鐘形罩周圍有線圈的天線構(gòu)件，可以施加高頻功率形成感應(yīng)電場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生ICP（等離子體），并通過(guò)陶瓷腔體罩引入腔室內(nèi)部，進(jìn)行等離子處理并保護(hù)淀膜進(jìn)程的順利進(jìn)行。陶瓷腔體罩對(duì)保證反應(yīng)腔室的密封性、內(nèi)外壓差、反應(yīng)腔內(nèi)潔凈度等起到關(guān)鍵作用，是CVD設(shè)備最為關(guān)鍵的核心部件之一。
來(lái)源：
陶近翁等：半導(dǎo)體陶瓷零部件種類及應(yīng)用
肖心怡：半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備，國(guó)產(chǎn)替代持續(xù)推進(jìn)（久陽(yáng)潤(rùn)泉投研團(tuán)隊(duì)）
微納研究院：【微納加工】陶瓷加熱器在薄膜沉積中的關(guān)鍵作用
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（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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