SiC涂层石墨基座常用于金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备中支撑和加热单晶衬底的部件。MOCVD设备是化合物半导体单晶衬底外延生长的研发及产业化关键设备,SiC涂层石墨基座的热稳定性、热均匀性等性能参数对外延材料生长的质量起到决定性作用,因此是MOCVD设备的核心关键部件。
选择β-SiC(3C-SiC)晶型作为涂层,该晶型相比其他晶型具有良好的热力学稳定性、抗氧化性和耐腐蚀性等一系列优异性能,同时其具备与石墨基本一致的热导率,因此赋予了石墨基座特殊的性能,可以有效解决石墨基座在服役过程中因高温氧化、腐蚀掉粉而造成的失效,使石墨基座表面具备致密、无孔隙、耐高温、抗溶蚀、抗氧化等特性,进而提高晶体外延质量与石墨基座使用寿命(SiC涂层石墨基座的使用寿命以炉次为单位)。
SiC涂层石墨基座每个炉次都需要承受一次高低温的循环,在这个过程中SiC涂层很容易产生裂缝、崩溃等损伤,将导致基座上的晶片受污损,并且严重影响基座的使用寿命。因此,SiC涂层的质量直接影响石墨基座的使用寿命。
为保证SiC涂层石墨基座性能的良好和稳定,除高纯石墨的纯度、加工精细度等基体性能外,主要难点在于保持SiC涂层的晶型一致性、表面形貌均一性和厚度一致性等性能。高质量涂层生长工艺要求极为苛刻,SiC多晶涂层生长过程中,可能存在100多种晶型转化,不同晶型转化的温度等条件相差较小;基座的尺寸越大、涂层厚度越厚,技术难度越高。此外,在不规则表面(圆弧、倒角、台阶等)处涂层均一性更难控制。因此涂层在生长过程中的温度、压力、气氛等因素细微变化,都会直接影响产品质量和使用寿命。目前,石墨基座使用寿命(炉次)是衡量产品的最核心指标。
SiC涂层石墨基座进入供应链需要设备厂商和设备使用方给予极大程度的配合,进行应用验证,产品的使用寿命达到国际先进水平,方具备市场竞争优势。
首先,SiC涂层石墨基座产品须通过MOCVD设备厂商的应用验证。产品在MOCVD设备上试用后,设备厂商从使用质量、寿命等多个维度对产品进行评估,通过反复交付与反馈,从生产和使用两方面不断进行技术和工艺的调整,使产品性能达到国际先进水平,具备竞争优势,最终通过验证加入供货商名单,其开发验证时间一般需要 2~3年。同时,设备厂商对SiC涂层石墨基座的生产设备也有一定要求:一旦基座生产商提供的SiC涂层石墨基座样品通过了设备厂商的验证,则基座生产商不得轻易更换基座的生产设备。在样品顺利通过验收的条件下,该验证过程需 2~3周时间。由于对生产设备的严格要求,基座生产商在扩产过程中增加的新设备均需通过设备厂商的验证。
SiC涂层石墨基座进入供应链需要设备厂商和设备使用方给予极大程度的配合,进行应用验证,产品的使用寿命达到国际先进水平,方具备市场竞争优势。
首先,SiC涂层石墨基座产品须通过MOCVD设备厂商的应用验证。产品在MOCVD设备上试用后,设备厂商从使用质量、寿命等多个维度对产品进行评估,通过反复交付与反馈,从生产和使用两方面不断进行技术和工艺的调整,使产品性能达到国际先进水平,具备竞争优势,最终通过验证加入供货商名单,其开发验证时间一般需要 2~3年。同时,设备厂商对SiC涂层石墨基座的生产设备也有一定要求:一旦基座生产商提供的SiC涂层石墨基座样品通过了设备厂商的验证,则基座生产商不得轻易更换基座的生产设备。在样品顺利通过验收的条件下,该验证过程需 2~3周时间。由于对生产设备的严格要求,基座生产商在扩产过程中增加的新设备均需通过设备厂商的验证。
其次,设备使用方也需要在实际生产过程中对作为耗材的SiC涂层石墨基座产品进行性能及稳定性评估验证,以确保生产出来的外延片符合相应的要求,该验证流程需 9~12个月,通过验证后,才会达成大批量的采购订单。设备厂商与设备使用方都不会轻易更换供货商名单,用户粘性强,进入市场的门槛较高。
SiC涂层石墨基座是一个细分市场,整体市场规模不大。SiC涂层石墨基座产品技术壁垒较高,因此具有较高的技术附加值,产品根据尺寸、质量不同,单价在几万元至十几万元每个不等。SiC涂层石墨基座产品市场与MOCVD设备保有量、产品使用寿命等因素直接相关。根据推算,国内目前有千余台在使用的MOCVD设备,单个SiC涂层石墨基座使用寿命约1~1.5个月,SiC涂层石墨基座作为耗材应用市场约1亿元。我国半导体产业发展迅速,随着MOCVD外延设备国产化率逐步提高,及其他工艺应用扩展,未来SiC涂层石墨基座产品市场有望快速增长。据业内人士初步估计,国内石墨基座未来几年市场将超过5亿元。
目前,国内SiC涂层石墨基座产品进入产业链的验证正在进行,产品进入产业链的时间过长。加快验证流程,才能更好地对产品质量进行反馈,产品之间也能形成良性竞争的环境,有利于SiC涂层石墨基座产品整体水平的提升。SiC涂层石墨基座作为化合物半导体产业化设备的核心部件,掌握其生产制造的关键核心技术,实现原材料—工艺—设备全产业链国产化,对于保障我国半导体产业发展具有重要战略意义。国产SiC涂层石墨基座领域方兴未艾,产品质量达到国际先进水平指日可待。