根据日经中文网的报道，东洋炭素公司计划在全球增加半导体制造装置核心零部件的产量。除了在美国和中国加强工厂设施外，该公司还将开始在意大利进行生产，并计划到2027年总投资达360亿日元。该公司在碳化硅晶圆托盘（也称为“Susceptor”）这一核心零部件领域拥有全球超过50%的市场份额。那么，这个承载晶圆的托盘具体是什么呢？
在晶圆制造过程中，需要在某些晶圆衬底上进一步建立外延层，以便于制造器件。例如，在硅衬底上制备GaAs外延层，用于LED发光器件；在导电型SiC衬底上生长SiC外延层，用于构建功率应用中的SBD、MOSFET等器件；在半绝缘型SiC衬底上构建GaN外延层，进一步制造通信等射频应用中的HEMT等器件。在这个过程中，离不开化学气相沉积（CVD）设备。
在CVD设备中，不能直接将衬底放置在金属上或简单地放在某个底座上进行外延沉积，因为涉及到气体流向（水平、垂直）、温度、压力、固定和污染物等多方面的影响因素。因此，需要使用一个基座，将衬底放置在托盘上，并利用CVD技术在其上进行外延沉积。这个基座就是SiC涂层石墨基座（也称为托盘）。
SiC涂层石墨基座通常用于金属有机物化学气相沉积（MOCVD）设备中，用于支撑和加热单晶衬底。SiC涂层石墨基座的热稳定性和热均匀性等性能参数对外延材料的生长质量至关重要，因此它是MOCVD设备的核心关键部件。目前，金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术被广泛应用于蓝光LED中GaN薄膜的外延生长，具有操作简单、生长速率可控以及高纯度的优点。作为MOCVD设备反应腔内的重要组成部分，用于承载GaN薄膜外延生长的基座需要具备耐高温、热传导率均匀、化学稳定性良好和较强的抗热震性等特点，而石墨材料正好满足这些要求。
石墨基座作为MOCVD设备中的核心零部件之一，承载和发热单晶衬底，直接影响薄膜材料的均匀性和纯度，因此其质量直接影响外延片的制备。同时，随着使用次数增加和工况环境变化，石墨基座很容易损耗，属于消耗品。
MOCVD设备中使用的石墨基座需要具备一定的涂层特性，以满足以下要求：
包覆性良好：涂层需要完全覆盖石墨基座，并具有较高的致密性。否则，在腐蚀性气体环境下，石墨基座容易受到腐蚀。
结合强度高：涂层与石墨基座的结合强度应该很高，可以在多次高温低温循环后不易脱落。
化学稳定性好：涂层需要具有良好的化学稳定性，以避免在高温和腐蚀性气氛中失效。
碳化硅（SiC）具有抗腐蚀性、高热导率、抗热冲击和高的化学稳定性等优点，能够在GaN外延气氛中发挥良好的作用。此外，SiC的热膨胀系数与石墨相似，因此SiC是作为石墨基座涂层的首选材料。
目前，常见的SiC主要有3C、4H和6H类型，不同晶型的SiC适用于不同的用途。例如，4H-SiC可制造大功率器件，6H-SiC较为稳定，可制造光电器件，而3C-SiC由于与GaN结构相似，可用于生产GaN外延层，制造SiC-GaN射频器件。3C-SiC通常也被称为β-SiC，其主要应用是作为薄膜和涂层材料。因此，目前β-SiC是涂层的主要材料之一。
对于碳化硅涂层的制备方法，目前有凝胶-溶胶法、包埋法、刷涂法、等离子喷涂法、化学气相反应法（CVR）和化学气相沉积法（CVD）等多种方法可供选择。
其中，包埋法是一种高温固相烧结方法。通过将石墨基体置于包埋粉中，使用含有Si粉和C粉的包埋粉，在惰性气体环境下进行高温烧结，最终在石墨基体表面形成SiC涂层。这种方法工艺简单，涂层与基体结合较好。然而，涂层在厚度方向上的均匀性较差，容易产生孔洞，导致抗氧化性较差。
喷涂法
喷涂法是一种将液态原料喷洒在石墨基底表面，然后在特定温度下，使原料固化形成涂层的方法。该方法工艺简单且成本较低，但制备出的涂层与基体结合较弱，涂层均匀性较差，且涂层较薄，抗氧化性较低，因此需要其他辅助方法。
离子束喷涂法
离子束喷涂法主要通过离子束枪将熔融或部分熔融的材料喷射到石墨基底表面，然后凝固粘结形成涂层。该方法操作简单，可以制备出较为致密的碳化硅涂层，但由于涂层过于薄弱，导致其抗氧化性不强，因此通常用于制备SiC复合涂层，以提高涂层质量。
溶胶凝胶法
溶胶凝胶法主要是通过制备均匀透明的溶胶溶液，并将其覆盖在基底表面，经过干燥和烧结得到涂层。该方法操作简单、成本较低，但所制备的涂层具有较低的抗热冲击性和容易开裂等缺点，因此无法广泛应用。
化学气相反应法（CVR）
化学气相反应法主要利用Si和SiO2粉末在高温下生成SiO蒸汽，并在碳材料基底表面发生一系列化学反应来形成SiC涂层。该方法制备出的SiC涂层与基底结合紧密，但反应温度较高，成本也较高。
化学气相沉积法（CVD）
化学气相沉积法（CVD）是目前制备SiC涂层的主要技术。该方法通过在石墨基底表面进行气相反应，使原料发生一系列物理化学反应，并最终在基底表面沉积形成SiC涂层。CVD技术制备的SiC涂层与基底表面结合紧密，能有效提高基底材料的抗氧化性和抗烧蚀性能。然而，CVD方法的沉积时间较长，并且反应气体中可能存在一定的毒气。
市场情况
在SiC涂层石墨基底市场上，国外厂商起步较早，具有明显的领先优势和较高的市场占有率。国际上，荷兰的Xycard、德国的西格里碳素（SGL）、日本的东洋碳素、美国的MEMC等企业是主流供应商，它们基本垄断了国际市场。尽管我国已经突破了石墨基底表面均匀生长SiC涂层的核心技术，但高质量的石墨基底仍然依赖于德国SGL、日本东洋碳素等企业。由于我国企业提供的石墨基底存在热导率、弹性模量、刚度模量、晶格缺陷等质量问题，因此尚不能满足MOCVD设备对SiC涂层石墨基底的使用要求。
展望未来
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，以及其他工艺应用的扩展，SiC涂层石墨基底产品市场未来有望快速增长。据业内人士初步估计，未来几年国内石墨基底市场规模将超过5亿元。
结语
SiC涂层石墨基底作为化合物半导体产业设备的关键组成部分，掌握其生产制造的核心技术并实现国产化，将对我国半导体产业发展具有重要战略意义。国产SiC涂层石墨基底领域正在蓬勃发展，产品质量有望达到国际先进水平。我们期待着不久的将来。
关键词：碳化硅
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