在国内半导体产业自主化进程全面提速的当下，关键零部件与核心材料的国产替代正从外围向核心环节纵深推进，化学气相沉积碳化硅（CVD SiC）凭借极致的理化性能，一跃成为半导体设备零部件领域国产化攻坚的重点赛道。长期以来，高端 CVD SiC 零部件被海外企业高度垄断，制约着国内刻蚀、薄膜沉积、清洗等核心设备的迭代升级。随着国内 CVD SiC 制备技术不断突破、产能持续落地，一场从材料端突破设备卡脖子难题的国产化浪潮已经开启，成为支撑我国先进制程半导体制造稳步前行的关键力量。本篇文章我们一起看看高端半导体设备为何离不开 CVD SiC？

（来源：顶立科技）

高端半导体设备为何离不开 CVD SiC？

半导体制造的核心工艺，无论是等离子体刻蚀、薄膜沉积还是外延生长，都在极其苛刻的工况下运行。腔室内充斥着高能量的腐蚀性等离子体（如含氯、含氟的刻蚀气体），温度可达上千摄氏度，同时还伴随着强烈的电场应力......在这样的熔炉中，金属、硅等常规材料都无法承受，CVD SiC 成为适配高端半导体设备的绝佳材料之一。

与反应烧结或常压烧结等传统陶瓷成型工艺不同，CVD SiC采用化学气相沉积技术，将含硅和碳的气态前驱体与氢气、氩气等载气通入温度高达1300℃以上的反应腔室，这些气体在基材表面发生热分解与化学反应，逐原子地生长出碳化硅沉积层。这套不用于传统粉末冶金的制备路线，既是的CVD SiC具有传统碳化硅陶瓷高硬度、高耐温、耐酸碱腐蚀、机械强度高等优势，又赋予了CVD SiC一系列其他陶瓷材料难以企及的特性。比如：

CVD制备碳化硅涂层生长机理

1、更高纯度：CVD工艺可在原子层面精确控制沉积过程，使SiC材料纯度达到ppb级，且薄膜厚度、成分和晶体结构均匀性更高，减少杂质和缺陷，提升材料性能稳定性，其实际使用性能更接近理论性能。

2、致密无气孔：烧结SiC无论工艺如何优化，颗粒间总存在微米级的残留气孔。在等离子体环境中，腐蚀性气体会沿气孔渗入材料内部，引发渐进式腐蚀，最终导致开裂、颗粒脱落。而CVD SiC以原子或分子团簇的形式逐层堆叠，表面致密，对含氯、含氟等腐蚀性气体和化学试剂的抵抗能力更强，在等离子体刻蚀、高温氧化等恶劣工艺环境中不易被侵蚀，同时颗粒附着和脱落概率低，减少了在半导体制造过程中因颗粒污染导致的器件良率下降问题，延长了零部件使用寿命，适配刻蚀、沉积、离子注入等全流程严苛工况。

3、形状不受限：CVD是气相反应，前驱体气体可以扩散到任何“看得见”的表面，因此能够在复杂三维曲面、深孔、细长管等异形石墨基材上均匀沉积SiC涂层。

尽管工艺优势显著，但当前行业核心难点还集中在三方面：

（1）前驱体纯化与沉积过程污染控制：半导体级 CVD SiC 要求杂质含量要求极为严格，步步紧要求前驱体本身必须为超高纯原材料。同时，还要避免将反应腔体、气体管路、基材等任何环节带入的微量杂质（如铁、铬、镍）会进入沉积层，导致零部件无法用于先进制程。这对原料纯化工艺和生产管理水平提出了极高要求。

（2）大尺寸均匀沉积：大面积、厚膜沉积时易出现厚度不均、内应力过大、翘曲开裂问题，制约大尺寸零部件成型；

（3）超精密加工：材料的加工精度、表面粗糙度直接决定零部件使用性能，而CVD SiC 的莫氏硬度高达9.5，且具有高脆性。对后续纳米级表面抛光、异形结构加工来说是极大的挑战，对设备与工艺能力要求严苛。

正因如此，我国高端 CVD SiC 过去曾经长期被海外垄断，但近年来，国内多家企业已在部分环节取得重大突破，如志橙半导体、德智新材料等已实现CVD SiC材料的量产，掌握了高纯度、高均匀性CVD SiC涂层制备技术，应用于刻蚀设备聚焦环、石墨基座涂层等，北方华创、拓荆科技、中微公司等国内设备厂商在CVD设备领域取得进展，这标志着我国CVD SiC产业链逐步成形，国产CVD SiC正从“追赶”走向“并跑”的新阶段。

CVD SiC在半导体设备中的关键应用

CVD SiC零部件在半导体设备中的应用贯穿了从刻蚀、薄膜沉积到外延生长等多道核心工艺环节，是先进制程设备的刚需配件。

1、等离子刻蚀设备：聚焦环与腔体衬里

刻蚀过程中，等离子体能量高，氟基、氯基腐蚀性气体环境恶劣，CVD SiC 可抵御长期等离子体轰击，不易被腐蚀损耗，不会产生颗粒污染，同时导热均匀，保障晶圆表面温度一致性，提升刻蚀均匀性，因此在等离子体刻蚀设备中，CVD SiC 应用极为广泛，代表性的零部件有聚焦环，其通常被精确安装在等离子刻蚀与沉积腔室的静电吸盘上，环绕晶圆边缘，用于调节腔室内电场分布、稳定等离子鞘层、补偿边缘效应以提升晶圆边缘的工艺均匀性，同时可作为第一道屏障，遮蔽下方静电吸盘、电极等精密核心部件，避免其直接暴露于等离子体与腐蚀性气体中，减少物理轰击与化学腐蚀损伤。除此之外，CVD SiC也常被用于制成刻蚀腔体内的衬里、边缘环等零部件。

2、外延及薄膜沉积设备：基座与喷淋头

在硅（Si）、碳化硅（SiC）及氮化镓（GaN）外延生长工艺中，承载晶圆的基座同样面临着高温和腐蚀性气体的严苛考验。CVD SiC涂层石墨基座等因其优异的耐高温、耐腐蚀和化学稳定性，已成为外延设备中的标准配置。

（来源：锡纯新材）

气体喷淋头则是另一类关键应用。在等离子体增强CVD（PECVD）和原子层沉积（ALD）等工艺中，喷淋头需要将工艺气体均匀分布至晶圆表面，同时自身直接暴露于等离子体中。采用CVD SiC材料的喷淋头既能够耐受等离子侵蚀，又因其良好的导电性不会干扰腔体内的电场分布，从而确保薄膜沉积的均匀性。

3、其他关键工艺环节

在晶圆清洗、离子注入、快速热处理设备中，CVD SiC也常被用作防护结构件。比如，用于离子注入设备的靶室和屏蔽部件，可耐受离子束的高能量和腐蚀性，保护设备免受离子束损伤，同时确保离子注入的均匀性和准确性；在重结晶SiC晶舟上沉积一层CVD SiC涂层，相比无涂层的重结晶SiC晶舟，其表面更为致密且纯净，使用寿命明显提升。

带CVD SiC涂层的重结晶SiC晶舟（来源：SEMI炉管设备攻城狮）

小结

随着国内先进制程不断推进，设备对 CVD SiC 零部件的纯度、尺寸、精度要求持续提升，市场需求快速增长，国产化替代空间巨大。虽然高端CVD SiC零部件的国产化之路仍然普遍面临前驱体纯化、高均匀性CVD设备、超硬材料精密加工等难关，但近年来，随着国内企业加速布局，国产CVD SiC正沿着“从可用到好用、从中低端到高端”的路径稳步迈进，这为我国关乎半导体设备供应链的安全性与韧性提供了可靠保障，承载着中国半导体产业走向自主可控的深层期待。

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