SiC涂层石墨基座：MOCVD外延生长的关键耗材

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。其热稳定性、热均匀性等性能参数对外延材料生长质量起到重要作用，是MOCVD设备的核心关键部件。

在晶圆制造过程中，部分衬底需要进一步构建外延层。例如LED发光器件需在硅衬底上制备GaAs外延层；导电型SiC衬底上生长SiC外延层用于构建SBD、MOSFET等功率器件；半绝缘型SiC衬底上构建GaN外延层用于构造HEMT等射频器件。这些过程都离不开CVD设备。在CVD设备中，衬底不能直接放在金属或简单底座上，因为涉及气体流向、温度、压力、固定、污染物脱落等因素，因此需要基座承托衬底后再进行外延沉积，这就是SiC涂层石墨基座（托盘）。

MOCVD技术是目前蓝光LED中GaN薄膜外延生长的主流技术，具有操作简单、生长速率可控、薄膜纯度高等优点。作为反应腔内重要部件，承载基座需要耐高温、热传导率均匀、化学稳定性好、抗热震性强，石墨材料能满足这些条件。石墨基座作为衬底基片的承载体和发热体，直接影响薄膜材料的均匀性和纯度，且随使用次数增加容易损耗，属于耗材。虽然石墨热导率和稳定性良好，但生产过程中会因腐蚀性气体和金属有机物残留而腐蚀掉粉，缩短使用寿命，掉落的石墨粉体还会污染芯片。涂层技术可固定表面粉体、增强热导率、均衡热分布。石墨基座表面涂层应满足：能完整包裹石墨基座且致密性好；与基座结合强度高，经多次高低温循环后不易脱落；化学稳定性好，在高温腐蚀性气氛中不易失效。SiC具有耐腐蚀、高热导率、抗热冲击、化学稳定性好等优点，且与石墨热膨胀系数相差很小，是石墨基座表面涂层的常用材料。

目前常见SiC主要有3C、4H和6H型。4H-SiC可制造大功率器件；6H-SiC最稳定，可制造光电器件；3C-SiC结构与GaN相似，可用于生产GaN外延层，制造SiC-GaN射频器件。3C-SiC也称β-SiC，其一个重要用途是薄膜和涂层材料。

从涂层制备方法看，主要包括凝胶-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）。包埋法以Si粉和C粉混合作为包埋粉，在惰性气体中高温烧结，工艺简单、涂层与基体结合较好，但沿厚度方向均匀性较差、孔洞较多。刷涂法将液态原料涂刷后固化，工艺简单成本低，但结合较弱、均匀性较差。等离子喷涂法将熔融或半熔融原料喷射到基体表面凝固成涂层，可制备较致密涂层，但涂层较薄抗氧化性不强。凝胶-溶胶法制备溶胶覆盖基体后干燥烧结，操作简单成本低，但抗热震性较低、易开裂。CVR法利用Si和SiO₂粉高温生成SiO蒸汽，在碳基体表面反应生成SiC涂层，结合紧密但反应温度较高、成本较高。CVD法是目前制备基体表面SiC涂层的主要技术，气相反应物在基体表面发生物理化学反应沉积成膜，涂层结合紧密、抗氧化和抗烧蚀性较好，但沉积时间较长、反应气体存在一定毒性。

从市场情况看，国外厂商起步较早，主流供应商包括荷兰Xycard、德国西格里碳素（SGL）、日本东洋碳素、美国MEMC等。尽管国内已突破石墨基体表面均匀生长SiC涂层的关键技术，但高质量石墨基体仍依赖进口，国内企业提供的石墨基体在热导率、弹性模量、刚性模量、晶格缺陷等方面尚不能充分满足MOCVD设备要求。据业内估计，国内石墨基座未来几年市场规模将超过5亿元。掌握其生产制造关键技术、实现原材料至工艺至设备全产业链国产化，对保障半导体产业发展具有重要意义。

面向上述工艺需求，可选用专业的箱式气氛炉设备，实现保护气氛下的稳定热处理。

面向上述工艺需求，可选用专业的真空管式炉设备，实现气氛与温场精确控制。

设备温场均匀性对最终产品质量影响明显，选型时应重点评估。

稳定的真空度环境是减少缺陷、保证界面结合质量的重要前提。

制品致密度直接影响材料性能表现，需通过工艺参数优化稳步提升。