中國粉體網(wǎng)訊  在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，以先進(jìn)陶瓷為代表的關(guān)鍵零部件是支撐半導(dǎo)體設(shè)備實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造的重要載體，也是目前國產(chǎn)化替代的重要領(lǐng)域。同時，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料已展現(xiàn)出極其重要的戰(zhàn)略性應(yīng)用價值，其中碳化硅單晶制備占據(jù)價值鏈核心位置。

4月25日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“第三屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會暨第三代半導(dǎo)體SiC晶體生長技術(shù)交流會”在江蘇蘇州隆重開幕，會議期間，我們邀請到眾多專家學(xué)者做客“對話”欄目，圍繞先進(jìn)陶瓷在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用研究及碳化硅單晶生長技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行了訪談交流。今天我們邀請到的是來自清華大學(xué)的潘偉教授。

粉體網(wǎng)：潘教授您好，請問您認(rèn)為先進(jìn)陶瓷在半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用，是否屬于新質(zhì)生產(chǎn)力的體現(xiàn)？為什么？

潘教授：是新質(zhì)生產(chǎn)力的體現(xiàn)。隨著近年來半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體制造對設(shè)備要求越來越高，半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模也越來越大，而且目前我們要求實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體設(shè)備的自主可控。在半導(dǎo)體設(shè)備中，需要使用大量的陶瓷零部件，這些部件是不可或缺的，特別是先進(jìn)芯片制造設(shè)備中離不開陶瓷零部件，所以它對我們發(fā)展新的生產(chǎn)力是非常重要的。

粉體網(wǎng)：相比在其它行業(yè)中的應(yīng)用，半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料的開發(fā)過程顯得更為漫長，且投入更加巨大，背后的原因是什么？

潘教授：首先它對原料的品質(zhì)要求非常高，例如對純度、結(jié)晶度、粒度分布，以及零部件制造時的可成型性，可加工性等方面都有嚴(yán)格的要求。特別是在半導(dǎo)體制造的不同工藝中，對陶瓷材料的機(jī)械性能、電學(xué)性能、抗化學(xué)腐蝕性能、精度都有很苛刻的要求，這對于原材料的陶瓷粉體的性能是個考驗。另外后面的陶瓷零部件的成型、燒結(jié)以及精密加工等環(huán)節(jié)都是非常重要的，因為在芯片生產(chǎn)中，一般要求很高的清潔度，優(yōu)異的機(jī)械和熱性能、很苛刻的耐腐蝕特性等，目前對我們來說仍有很多技術(shù)需要研究和攻克。就像剛才我介紹的靜電卡盤，它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且非常精細(xì)，所以它的整個研發(fā)過程面臨著很大的挑戰(zhàn)。

粉體網(wǎng)：潘教授，靜電卡盤的工作原理是什么，它在半導(dǎo)體行業(yè)中承擔(dān)著怎樣的重要角色？

潘教授：靜電卡盤實(shí)際上是一個固定晶圓片的很重要的工具。簡單來說，它是在靜電卡盤里面的電極層和被加工的晶圓片之間施加一個靜電場進(jìn)而產(chǎn)生一個靜電力使得晶圓片能夠穩(wěn)定的牢牢的固定在靜電卡盤上。

目前靜電卡盤大致分兩個類型，一種是庫侖型，它相當(dāng)于在晶圓片和電極之間有一個電介質(zhì)陶瓷，形成一個類似電容器。在等離子刻蝕環(huán)境下用這種庫侖型的相對比較多。

另外就是J-R型，J-R型使用的陶瓷材料電阻率和庫侖型相比要略低一些。所以電荷在電場作用下，可以移動到卡盤的表面，與在晶圓片上被感應(yīng)出來的相反電荷之間的距離更近，產(chǎn)生的靜電力會更大，對晶圓片的加持力會更大一些，它在CVD、PVD等工藝中被大量應(yīng)用。

這兩種靜電卡盤原理略有不同，我們稱之為庫侖型和J-R型，它們在制造過程中，整個卡盤的設(shè)計、生產(chǎn)工藝都有很大的區(qū)別。

粉體網(wǎng)：潘教授，與其他材料相比，陶瓷材料制造的靜電卡盤具有哪些優(yōu)勢？

潘教授：首先陶瓷材料一般具有優(yōu)異的機(jī)械與熱性能，電學(xué)性能和耐腐蝕性能。在靜電卡盤中不可或缺的。有些靜電卡盤從基座到整個工作層都是陶瓷材料，中間的電極和加熱材料是金屬的，它是通過一個多層技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。有些靜電卡盤的基座是金屬材料的。還有一類是在鋁合金基體上面噴一層陶瓷絕緣層。從工作原理上來說，無論哪種靜電卡盤都是離不開陶瓷材料的。

粉體網(wǎng)：潘教授，制造靜電卡盤的技術(shù)難點(diǎn)有哪些？

潘教授：它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，特別是這個多層結(jié)構(gòu)對成型和燒結(jié)是個挑戰(zhàn)。首先它內(nèi)部有電極層，甚至有一些靜電卡盤需要有加熱功能，這個內(nèi)部加熱電極層的設(shè)計也是非常重要的；它還要求靜電卡盤對晶圓片的加持力非常均勻，同時它的溫場也要非常均勻，從設(shè)計到制造都帶來很大的挑戰(zhàn)。

制造上的挑戰(zhàn)也非常大。它要求結(jié)構(gòu)非常精密，雖然靜電卡盤的厚度不是很高，但是內(nèi)部有很多的功能層，層厚等很多方面都很精細(xì)，燒結(jié)過程的多層金屬、陶瓷共燒技術(shù)，高精度加工技術(shù)要求非常高。而且靜電卡盤的表面還要進(jìn)行凸點(diǎn)設(shè)計和制造，這里也有很高的技術(shù)難度。

粉體網(wǎng)：目前靜電卡盤行業(yè)競爭格局如何？國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀如何？

潘教授：目前在國外，主要集中在日本、美國，歐洲也有一部分公司在制造各種靜電卡盤。他們的技術(shù)相對比較成熟一些，同時他們現(xiàn)在也在不斷的研發(fā)一些性能更好的靜電卡盤。從目前的市場和研發(fā)來說，國外靜電卡盤競爭格局大致是比較穩(wěn)定的。而對中國來說，我們這幾年剛剛起步，我們是加入到這個賽道里面的新成員。所以對于我們來說，無論從研發(fā)，還是生產(chǎn)加工制備過程中，都面臨著非常大的挑戰(zhàn)。特別是我們要擠到這個市場里面去，使得我們的產(chǎn)品性能接近甚至取代國外同類產(chǎn)品的話，目前難度還是非常大的。

粉體網(wǎng)：好的，感謝您接受我們的采訪，謝謝。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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