半导体陶瓷加热器：核心技术剖析与国产化破局之路

在半导体制造过程中，温度控制是影响晶圆良率与器件性能的核心因素之一。尤其在薄膜沉积（CVD、PECVD、ALD）和激光退火等关键工艺中，晶圆需在真空、等离子体及腐蚀性气氛下被精准加热至数百摄氏度，并保持极高的温度均匀性。这一切，离不开一个关键部件——陶瓷加热器（Ceramic Heater），下面由深圳金瑞欣小编来为大家简介一下：

一、什么是陶瓷加热器？

陶瓷加热器是一种用于半导体工艺腔室内的精密加热装置，直接与晶圆接触，提供稳定、均匀的热场。它不仅承担着加热功能，还需具备良好的热导性、电绝缘性、抗热震性以及等离子体腐蚀抗性。

目前常用的陶瓷基材包括氮化铝（AlN）、氮化硅（Si?N?）和氧化铝（Al?O?）。其中，氮化铝因其高热导率（>170 W/m·K）、电绝缘性强、热膨胀系数接近硅（~4.5×10??/K），成为高端陶瓷加热器的首选材料。

与传统铝金属加热器相比，陶瓷加热器在高温（>500℃）环境下表现出更优的热稳定性和化学惰性，尤其适用于对颗粒污染和温度漂移极为敏感的先进制程。

二、陶瓷加热器的结构与制造工艺

陶瓷加热器通常由陶瓷基体和圆筒形支撑体组成，内部或表面集成了电阻发热体、RF电极、静电卡盘电极等多种功能层。其核心制造工艺包括：

粉体制备与成型：将高纯氮化铝粉与烧结助剂（如Y?O?）混合，经球磨、喷雾干燥后模压成型为生坯。

烧结与图案化：通过丝网印刷在陶瓷表面或内部形成钨、钼或钽等金属发热电路，再经高温烧结固化。

多层共烧与接合：将多个陶瓷层通过高温共烧工艺一体化，形成埋设电极的致密结构，背面接合AlN支撑体。

电极引出与封装：通过机械加工形成电极引出孔，连接外部供电系统，完成整体封装。

整个过程对材料纯度、烧结收缩控制、图案精度等要求极高，是典型的高技术门槛制造环节。

三、全球市场格局与国产化挑战

据Business Research Insights数据，全球氧化铝陶瓷加热器市场预计在2025年达到1.4亿美元，并在2034年增长至2.32亿美元，年复合增长率为5.4%。其中，氮化铝陶瓷加热器作为高端产品，市场份额持续扩大。

目前，全球陶瓷加热器市场主要由日本企业主导，如日本碍子（NGK）、住友电工、CoorsTek等，掌握着核心材料和制造技术。国内在该领域起步较晚，面临以下几大挑战：

材料性能差距：如AlN基体的热导率、体积电阻率、热震稳定性等关键指标尚未完全达标；

精密加工能力不足：发热体图案化精度、层间对准、共烧收缩控制等方面仍依赖进口设备；

可靠性与验证体系缺失：缺乏针对高温高真空环境下的长期可靠性测试标准与数据积累。

四、国产企业的崛起与未来机遇

尽管技术壁垒高筑，但随着国内半导体产业链的加速完善，陶瓷加热器国产化已初见成效：

中瓷电子已实现高导热AlN陶瓷基板的稳定量产，热导率≥180 W/m·K，体积电阻率≥101? Ω·cm，产品进入部分国内晶圆厂验证阶段；

珂玛科技开发出适用于激光退火设备的Si?N?陶瓷加热器，具备优异的高温机械强度与热响应性能；

松山湖材料实验室等科研机构正探索TaN/AlN复合结构，用于更高温（>1000℃）SiC外延工艺，填补国内空白。

此外，随着第三代半导体、功率器件、先进封装等新兴应用的兴起，对高温、高频、高可靠性陶瓷加热器的需求将持续增长，为国产企业提供了弯道超车的机会。

五、结语：协同创新，破局“卡脖子”

陶瓷加热器虽小，却是半导体制造中不可或缺的“温控心脏”。其国产化不仅是技术突破的问题，更是整个产业链协同发展的结果。未来，需加强上下游联动，推动材料、装备、工艺、测试标准等全链条自主可控，真正实现从“跟跑”到“并跑”乃至“领跑”的跨越，更多陶瓷基板相关资讯可以搜索“金瑞欣”进行查看，我们会定期更新资讯，若您有相关需求，欢迎与我们联系，我们将竭诚为您服务。