欢迎来到DA SEMI（大色谜），走进半导体设备行业的大色谜场。
据调研统计，2024年全球半导体陶瓷市场规模约为184.4亿元人民币，预计到2031年将增长至近306.9亿元，2025-2031年期间的年复合增长率（CAGR）约为6.4%。
陶瓷加热器（Ceramic Heater）是半导体薄膜沉积设备中的关键部件，主要应用于工艺腔体内部。其工作时直接与晶圆接触，承担承载晶圆的任务，并为晶圆提供稳定且均匀的工艺温度，从而确保在晶圆表面能够进行高精度的化学反应并生成符合要求的薄膜。
由于薄膜沉积工艺通常伴随高温环境，陶瓷加热器一般采用以氮化铝（AlN）为主要材料的陶瓷结构。氮化铝不仅具备良好的电绝缘性能，还具有优异的导热特性。此外，其热膨胀系数与硅相近，能够有效降低热应力带来的影响，同时表现出较强的等离子体抗性，这些特性使氮化铝成为制造半导体设备零部件的理想材料。
陶瓷加热器的组成
陶瓷加热器是半导体薄膜沉积设备中的关键部件，其典型结构主要由陶瓷基座和支持体两大部分组成，内部集成多种功能元件以实现对晶圆的高精度加热与控制。
1. 陶瓷基座
陶瓷基座直接承载晶圆，其内部或表面集成多种功能元件，主要包括：
- 电阻发热体电路：用于提供加热功能；
- 射频（RF）电极：用于实现等离子体辅助工艺；
- 静电卡盘（ESC）电极：用于固定晶圆。
为满足快速升降温的工艺要求，基座需具备优良的热响应特性，通常采用较薄设计，但需兼顾刚性与机械强度以避免变形或损坏。
2. 支持体
支持体位于基座背面，通常为圆筒形结构，起机械支承和热管理作用。其材料一般选用与陶瓷基座热膨胀系数相近的氮化铝陶瓷，以降低热应力。支持体内部设有热传导气体管道，可通入气体以提升温控均匀性与响应速度。
3. 关键结构与工艺
- 轴接合结构：加热器底部采用轴（Shaft）接合方式，有效保护电气端子与导线免受工艺中等离子体及腐蚀性气体的影响。
- 化学接合层：基座与支持体之间通过专用接合材料实现高强度化学结合，确保整体结构在高温下的稳定性与可靠性。
- 发热元件的制作：发热体通常采用钨、钼或钽等金属浆料，通过丝网印刷工艺在陶瓷生坯片上形成漩涡状或同心圆状电路图案，也可采用金属线、网或箔材。制作时通常将两片陶瓷生坯片叠合，其中一片印刷有电路图案，经共烧工艺实现发热体埋入基体的一体化结构。
图源：NGK Insulators
陶瓷加热器供应商
目前，全球高端陶瓷加热器市场主要由少数几家国际企业主导，尤其是在半导体薄膜沉积设备等关键应用领域。日本企业在全球陶瓷加热器行业中占据绝对主导地位，市场占有率合计高达约95%，其产品在技术成熟度、工艺稳定性及批量化一致性方面处于领先水平。我国在陶瓷加热器领域的自主研制能力和国产化水平仍处于发展初期。
该市场的核心供应商包括日本的日本碍子（NGK Insulators）、MICO ceramics、住友电工（Sumitomo Electric），以及美国的应用材料（AMAT）、科锐泰克（CoorsTek）、Semixicon LLC，和韩国的BoBoo Hitech 等企业。
当前，国内实现规模化量产并成功应用于主流半导体产线的企业极少，整体产业仍面临高端产品依赖进口、核心工艺尚未完全突破的严峻局面。陶瓷加热器作为直接影响薄膜沉积工艺质量和芯片性能的关键部件，其技术壁垒高、研发周期长，是我国半导体设备自主化进程中亟待突破的“卡脖子”环节之一。