【正文】 c、形狀向筒式外延爐發(fā)展 我國單晶硅的發(fā)展，于 1964 年由中科院金屬所周院士拉制出我國第一顆單晶硅開始已經(jīng) 40 多年了，可我國外延基座的發(fā)展就材料而言沒有大的突破，國外也一直是沿用 SiC 基座，但制備工藝及原材料都有較大變化，基座質(zhì)量有所提高，基座形狀由 80 年代的臥式爐的平板基座，發(fā)展到 立式爐的平行板基座， 90 年代的筒式爐紅外線加熱及中頻加熱的基座為圓筒形。為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)高效率，又進(jìn)一步發(fā)展為大直徑硅片外延爐。而由于大直徑硅片外延爐，生長的外延片質(zhì)量更高，外延片均勻性好，表面顆粒度及自摻雜等方面都比上述爐子性能好，一臺爐子有三個(gè)反應(yīng)室，所以一直得到很大發(fā)展， 其中以 AM 公司生 產(chǎn)的外延爐每年定貨量以 20%的速度遞增，到 2021 年它已占到世界總外延爐市場的 62%，該外延爐基座的尺寸其直徑在 1m 左右。 產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度分析 SiC 涂層石墨基座是在加工成型的石墨基座上通過 CVD 技術(shù)，形成氣 密性好、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化的涂層。與高純度石墨比較，高純石 5 墨在 400℃要發(fā)生強(qiáng)烈氧化，即使溫度不高，長期應(yīng)用也因氧化而掉粉末，會粘附工件與臺面，對半導(dǎo)體器件及產(chǎn)品產(chǎn)生污染。而使用 SiC 涂層石墨基座就完全解決了這個(gè)問題，所以其在半導(dǎo)體行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。 在微電子行業(yè)中的應(yīng)用 在單晶硅外延生長工藝中，使用高頻感應(yīng)爐加熱，將單晶襯底基片置于包有碳化硅（ SiC ）涂層的高純石墨加熱體（基座）上，然后放進(jìn)石英反應(yīng)器中加熱并通入特種氣體，就能生長出一層有一定要求的、與襯底晶向相同的特定單晶薄膜，通過 控制生長條件，可以獲得不同電阻率、不同厚度及不同導(dǎo)電類型的外延層，主要應(yīng)用于各種硅集成電路和器件的制作。它不僅可以提高集成電路的成品率，而且可以顯著提高其集成度和運(yùn)算速度。而 SiC 涂層石墨基座是目前單晶硅外延用質(zhì)量最好、使用量最大的基座。 在光電子行業(yè)中的應(yīng)用 除單晶硅外延片需要 SiC 涂層基座外，我國半導(dǎo)體照明行業(yè)中， GaN外延生長也需要大量的 SiC 基座。 氮化鎵基 LED 可實(shí)現(xiàn)全可見光波長范圍內(nèi)的電致發(fā)光，從應(yīng)用角度出發(fā)，主要制備綠色、藍(lán)色和紫色 LED。 從 LED 的產(chǎn)業(yè)鏈來看，包括外延片的生長、芯片 制造、封裝和終端產(chǎn)品四個(gè)環(huán)節(jié)，其中外延片的生長最為關(guān)鍵和重要。我國 LED 的市場銷售規(guī)模在 120 億元左右 。 LED 外延片和芯片制造，是 光電子 產(chǎn)業(yè)鏈中價(jià)值量和技術(shù)含量最高的部分。 外延技術(shù)與設(shè)備是外延片制造技術(shù)的關(guān)鍵所在，金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積 （ MetalOrganic Chemical Vapor Deposition，簡稱 MOCVD） 技術(shù)生 6 長 IIIV 族， IIVI 族化合物及合金的薄層單晶的主要方法。 II、 III 族金屬有機(jī)化合物它們大多數(shù)是高蒸汽壓的液體或固體。用氫氣或氮?dú)庾鳛檩d氣，通入液體中攜帶出蒸汽，與 V 族的氫化物（如 NH3， PH3， AsH3）混合，再通入反應(yīng)室，在加熱的襯底表面發(fā)生反應(yīng)，外延生長化合物晶體薄膜。 在 MOCVD 設(shè)備中， 將藍(lán)寶石片或 GaAs 等晶圓放在 SiC 涂層石墨基座上通過外延生長方式，就能生長出 氮化鎵 （ GaN）外延晶片。 碳化硅（ SiC）涂層石墨基座應(yīng)用示意圖如下： 市場分析 目標(biāo)市場的當(dāng)前規(guī)模 單晶硅外延基座（ SiC 涂層石墨基座）在半導(dǎo)體行業(yè)中得到了廣泛的 7 應(yīng)用，當(dāng)前我國對此類基座的年需 求量在 5 萬 套左右，該行業(yè)增長較快，預(yù)計(jì)年增長率達(dá)到 20%以上。 （ 1）單晶硅外延用 基座 我國Φ Φ 8IC 廠和分立元件廠，在 2021— 2021 新建生產(chǎn)線約 45條，月用 Φ 6硅拋光片（含外延片） 6070 萬片， Φ 8″硅拋光片月用量 45萬片。硅外延片在 IC 業(yè)和分立元件業(yè)使用量占硅拋光片總量 7080%，由于 Φ 5″、 Φ 6″IC 生產(chǎn)線和分立元件生產(chǎn)線從國外大量向中國大陸轉(zhuǎn)移，目前呈現(xiàn) Φ 6硅外延片產(chǎn)品短缺、價(jià)格上升趨勢。 2021 年中國大陸晶圓代工產(chǎn)業(yè)達(dá)到 25 億美元，據(jù) iSuppli 公司市場調(diào)查預(yù)測， 2021 年中國大陸芯片制造業(yè)將增長至 38 億美元，我國“十一五”期間再興建 20 家芯片廠才能滿足市 場需求。有這么多設(shè)備投入和芯片產(chǎn)出，就要有約 3 萬套 的SiC 涂層基座的需求，因此是閃光的、高附加值的利潤增長點(diǎn)。 （ 2） 氮化鎵 （ GaN）半導(dǎo)體照明材料用基座 以 GaN 為代表的第三代半導(dǎo)體材料及器件的開發(fā)是新興半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心和基礎(chǔ) ， 是信息產(chǎn)業(yè)前進(jìn)的發(fā)動機(jī) ， 同時(shí)有可能改變?nèi)祟愓彰鞴庠吹募夹g(shù)現(xiàn)狀。 GaN 材料具有高發(fā)光效率 ， 高熱導(dǎo)率 ， 耐高溫 ， 抗輻射 ， 耐酸堿 ，高強(qiáng)度和高硬度等特性 ， 是世界目前最先進(jìn)的半導(dǎo)體材料 。它 可制成高效藍(lán)、綠光發(fā)光二極管 LED 和激光二極管 LD， 并可延伸到白光 LED， 將替代人類沿用至今的照明系統(tǒng)。 氮化鎵 晶體 (GaN)藍(lán)光二極管還將帶來 IT行業(yè)數(shù)字化存儲技術(shù)的革命 ， 是室外高亮度、高清晰度大屏幕全色顯示屏關(guān)鍵部件。 氮化鎵 屬固體照明， GaN 晶體 固態(tài)光源是一個(gè) GaN－ 白光 LED 發(fā)光 8 器件 ， 具有全固體、冷光源、壽命長、體積小、光效高、響應(yīng)速度快、耐酸堿性好等優(yōu)點(diǎn)。 它比同樣亮度的白熾燈節(jié)能十分之一，壽命是其 100倍。我國工程院士陳良惠測算：到 2021 年，我國只要 1/3 的白熾燈照明被半導(dǎo)體燈取代，其節(jié)能電量相當(dāng)于再造一個(gè)三峽工程。 在未來 50 年內(nèi) ，用 GaN 固體光源取代白熾燈照明將成為現(xiàn)實(shí)。 國內(nèi)形成的以 GaN 為代 表的新興光電子產(chǎn)業(yè)，對 SiC 涂層石墨基座的年需求量在 2 萬套 左右，急待國內(nèi)提供優(yōu)質(zhì)廉價(jià) SiC 基座。 主要用戶 SiC 涂層石墨基座被廣泛應(yīng)用于光電子產(chǎn)業(yè)：在 MOCVD 設(shè)備中，用于 GaN 外延生長用的石墨基座涂層；用于單晶硅外延生長用的石墨基座（平板基座、圓形基座、立體基座等）；晶體管封裝燒結(jié)模具，單晶硅器件燒結(jié)爐用石墨底盤的涂層，及石墨加熱器（平板加熱器、圓形加熱器、筒型加熱器）上的表面涂層等。 （ 1）晶圓代工企業(yè) 對于我國較大的晶圓代工企業(yè)，如中芯國際、和艦科技、華虹 NEC等企業(yè)，經(jīng)過業(yè)務(wù)人員的開拓， 也已與我公司建立了業(yè)務(wù)聯(lián)系，并已有了國際通用的 9 片機(jī)單晶用基座的供貨計(jì)劃。 （ 2） GaN 生產(chǎn)企業(yè) 目前我公司產(chǎn)品已經(jīng)在南京大學(xué)得已試用，效果達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平。目前國內(nèi)知名的半導(dǎo)體光電生產(chǎn)企業(yè)，如廈門三安電子、上海藍(lán)光、南昌光磊、中科電子科技集團(tuán)十三所等近 20 多家企業(yè)與我公司達(dá)成了訂貨的意向。 除四個(gè)國家工業(yè)化基地（上海、大連、南昌、廈門）外，現(xiàn)已經(jīng)初步 9 形成的七大區(qū)域：長江三角洲、珠江三角洲、江西及福建、北京－天津－****半島、遼東半島、大連－沈陽－長春、武漢、成都等數(shù)以百計(jì)的光電廠家，在國內(nèi)形成了新興 的光電子產(chǎn)業(yè)，急待國內(nèi)提供優(yōu)質(zhì)廉價(jià) SiC 基座。 （ 3）半導(dǎo)體封裝企業(yè)及其它 半導(dǎo)體器件金屬封裝廠家，用大量的 SiC 涂層石墨板材做金屬封裝底座；在粉沫冶金行業(yè)用 SiC 涂層石墨板作為隧道窯滾板，燒結(jié)用匣缽等，增加其強(qiáng)度及抗氧化性，從而延長壽命；在真空設(shè)備與單晶提拉領(lǐng)域中，SiC 涂層廣泛用于石墨發(fā)熱體、石墨導(dǎo)流筒及熱場材料中。如 Si 單晶用SiC 涂層導(dǎo)流筒，其需求量 500~1000 萬元 /年。 市場年均增長率 SiC 涂層石墨基座是消耗性材料，它占 Si 外延片成本的 1/4~1/5。 2021年中國大陸晶圓代工產(chǎn)業(yè) 達(dá)到 25億美元，比 2021 年增長 %。據(jù) iSuppli公司市場調(diào)查預(yù)測， 2021 年中國大陸芯片制造業(yè)將增長至 60 億美元， 2021－ 2021 年的復(fù)合年增率為 19%。相較 2021 年中國大陸芯片制造業(yè)的銷售收入增長了一倍以上，比 2021 年幾乎增長了三倍。目前在我國，由 GaN到 Si 晶圓外延這么大的市場需求， SiC 涂層石墨基座卻沒有一片國產(chǎn)的，全部是由國外進(jìn)口。這是絕對不可忽視的耗材和專用生產(chǎn)部件。由于 GaN與 Si 晶圓外延的需求量相當(dāng)?shù)拇?，所?SiC 基座市場容量空間也是非常大的。預(yù)計(jì)對其需求增長率在 20％以上。 競爭力分析 目前我國 SiC 外延基座，幾乎全部依靠進(jìn)口，而進(jìn)口產(chǎn)品有兩大問題：一是價(jià)格較貴，二是供貨時(shí)間太長。所以一旦國產(chǎn) SiC 外延基座批量投入 10 市場，國內(nèi)供求關(guān)系將是賣方市場，求大于供。現(xiàn)在就已有 50 多家生產(chǎn)企業(yè)與我公司洽談，有 20 多家傳達(dá)了訂貨意向。 由于目前我國 SiC 涂層石墨基座全部依賴進(jìn)口，國產(chǎn)基座僅有我公司一家生產(chǎn)與研發(fā)，世界范圍內(nèi)也只有 德國西格里碳素集團(tuán) 、臺灣萬電國際、日本東洋碳素公司、美國 MEMC 電子材料有限公司 擁有此技術(shù)，最直接的競爭對手來自臺灣和國外生產(chǎn)企業(yè)，而且其生產(chǎn)國國內(nèi)對該產(chǎn) 品需求仍是供不應(yīng)求。我國國內(nèi)上千家半導(dǎo)體廠家需求的相關(guān)產(chǎn)品全部是由國外進(jìn)口，價(jià)格極高且訂貨周期長， 國產(chǎn)基座在與進(jìn)口基座的競爭中將取得價(jià)格優(yōu)勢和訂貨加工 周期短 的優(yōu)勢 。 為適應(yīng)我國快速發(fā)展的微光電子產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)也必將會有企業(yè)對 SiC 涂層石墨基座進(jìn)行研究與開發(fā)，所以潛在的競爭對手將會是在國內(nèi)。不過我們公司涉足此領(lǐng)域在國內(nèi)最早，具有一定的市場先入優(yōu)勢，同時(shí)有比較雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)和設(shè)備實(shí)力。并且產(chǎn)品已經(jīng)被部分院所及半導(dǎo)體廠家應(yīng)用及試用，取得了認(rèn)可（后附使用廠家的應(yīng)用報(bào)告）。如能盡早規(guī)?；瘮U(kuò)產(chǎn)，就又會占據(jù)規(guī)模優(yōu)勢。 11 第二章 項(xiàng)目技術(shù)基礎(chǔ) 成果來源及知識產(chǎn)權(quán)情況 我公司所擁有的化學(xué)氣相沉積生產(chǎn) SiC 涂層外延基座技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。 本產(chǎn)品所用技術(shù) 經(jīng) ****省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所查新報(bào)告 202137b2800334 號證實(shí)：“經(jīng)檢索，國內(nèi)未見與本項(xiàng)目研究相同的文獻(xiàn)報(bào)道，國內(nèi)密切相關(guān)文獻(xiàn)均系本項(xiàng)目合作人的有關(guān)報(bào)道”。 化學(xué)氣相沉積 SiC 涂層基座正在申報(bào)發(fā)明專利，禹王公司擁有該技術(shù)的全部自主知識產(chǎn)權(quán)。公司緊密跟蹤技術(shù)發(fā)展趨勢，持續(xù)創(chuàng)新，研制開發(fā)出一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和技術(shù)，并擁有多 項(xiàng)國家專 利技術(shù)，一直保持企業(yè)在業(yè)界的技術(shù)領(lǐng)先地位，為企業(yè)持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本項(xiàng)目技術(shù)成果來源為企業(yè)自主研發(fā)，并擁有該生產(chǎn)技術(shù)與生產(chǎn)設(shè)備（偏心進(jìn)氣化學(xué)氣相沉積爐，專利號 ）的自主知識產(chǎn)權(quán)。 公司總工程師趙鳳鳴教授，是原中國科學(xué)院金屬研究所研究員，長期從事特種陶瓷材料的研究，擁有熱解氮化硼產(chǎn)品的發(fā)明專利，技術(shù)總監(jiān)趙林擁有設(shè)備實(shí)用新型專利， 2021 年“熱解石墨合金技術(shù)”通過了國家鑒定和驗(yàn)收（甬科鑒字［ 2021］第 129 號），擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，并榮獲“國家 2021 年度第二批科技型中小企業(yè) 技術(shù)創(chuàng)新基金”。特別是其發(fā)明的“一爐多支技術(shù)”為世界首創(chuàng)，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，大大降低了碳化硅涂層石墨基座等產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。 12 項(xiàng)目技術(shù) 先進(jìn)性 工藝流程 碳化硅（ SiC）氣相沉積技術(shù)是國外發(fā)展較早的技術(shù)，但作為化學(xué)氣相沉積，用做外延基座在我國至今仍然還是空白。其原理是在高溫條件下，使特種氣體釋放出硅，硅與碳直接結(jié)合，從而將特定形狀石墨材料包裹起來，形成碳化硅（ SiC），所形成的 SiC 牢牢的巴結(jié)在石墨基座上，賦予石墨基座以特殊的性能，從而使石墨基體表面致密、無孔隙、耐高溫、抗溶蝕、抗氧化。杜絕 了高純度石墨基體在高溫條件下放出氣體，且冷卻后吸收氣體的缺點(diǎn)。 其工藝流程圖如下： 13 化學(xué)氣體沉積反應(yīng)條件及組分比例： 950℃ ～ 1400℃ CH3SiCl3： H2： Ar＝＝＝＝ 500～ 1000： 400～ 700： 40～ 100ml／ min 壓力： 2mmHg 14 生產(chǎn)過程描述： 首先將石墨 基材 表面進(jìn)行拋光處理，清洗烘干后在立式化學(xué)氣相沉積爐中進(jìn)行沉積 反應(yīng) ，反應(yīng)原料為甲基三氯硅烷 (CH3SiCl3，純度大于 95％ )，氫氣作為還原氣體，氬氣作為稀釋氣體參與反應(yīng)。 石墨 基材在 沉積前對其表面進(jìn)行預(yù)處理。 對于涂層均勻性而言，表面處理、反應(yīng)溫度、沉積時(shí)間均為顯著影響因素， Ar 氣的含 量有一定的影響。對于涂層厚度，僅沉積時(shí)間為顯著影響因素，沉積溫度有一定的影響；對于沉積速率也表現(xiàn)為沉積時(shí)間有顯著影響，而 H2 流量 也 有影響。因此，該化學(xué)氣相沉積反應(yīng)過程極為復(fù)雜，各種工藝參數(shù)控制極為精密。 通常條件下，在沉積過程之前對 基體 進(jìn)行預(yù)處理目的在于除去表面雜質(zhì)和表面缺陷，使 “ 新鮮 ” 的基底得以暴露。 實(shí)驗(yàn) 表明，在沉積過程之前的表面處理是影響沉積均勻性的最主要因素。對造成這一結(jié)果的原因和反應(yīng)機(jī)制， 主要 是基體初始表面不均勻性的改變