Thuyền wafer gốm Silicon Carbide (SiC) là gì?

Trong các quy trình bán dẫn nhiệt độ cao, việc xử lý, hỗ trợ và xử lý nhiệt các tấm bán dẫn phụ thuộc vào một bộ phận hỗ trợ đặc biệt—thuyền bán bán dẫn. Khi nhiệt độ quy trình tăng lên và yêu cầu về độ sạch cũng như kiểm soát hạt tăng lên, thuyền wafer thạch anh truyền thống dần bộc lộ các vấn đề như tuổi thọ ngắn, tốc độ biến dạng cao và khả năng chống ăn mòn kém.Thuyền wafer gốm silicon cacbua (SiC)nổi lên trong bối cảnh này và đã trở thành nhà cung cấp thiết bị xử lý nhiệt cao cấp.

Cacbua silic (SiC) là vật liệu gốm kỹ thuật kết hợp độ cứng cao, độ dẫn nhiệt cao và độ ổn định hóa học tuyệt vời. Gốm SiC, được hình thành thông qua quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao, không chỉ có khả năng chống sốc nhiệt vượt trội mà còn duy trì cấu trúc và kích thước ổn định trong môi trường oxy hóa và ăn mòn. Kết quả là, khi được chế tạo thành dạng thuyền bán dẫn, nó có thể hỗ trợ đáng tin cậy các quá trình nhiệt độ cao như khuếch tán, ủ và oxy hóa, khiến nó đặc biệt thích hợp cho các quá trình nhiệt hoạt động ở nhiệt độ trên 1100°C.

Cấu trúc của wafer boat thường được thiết kế với cấu hình lưới song song, nhiều lớp, có khả năng chứa hàng chục, thậm chí hàng trăm wafer cùng một lúc. Ưu điểm của gốm SiC trong việc kiểm soát hệ số giãn nở nhiệt khiến chúng ít bị biến dạng nhiệt hoặc nứt vi mô trong quá trình tăng và giảm nhiệt độ cao. Ngoài ra, hàm lượng tạp chất kim loại có thể được kiểm soát chặt chẽ, giảm đáng kể rủi ro ô nhiễm ở nhiệt độ cao. Điều này khiến chúng rất phù hợp với các quy trình cực kỳ nhạy cảm với độ sạch, chẳng hạn như sản xuất thiết bị điện, MOSFET SiC, MEMS và các sản phẩm khác.

So với thuyền wafer thạch anh truyền thống, thuyền wafer gốm silicon cacbua thường có tuổi thọ cao hơn 3-5 lần trong điều kiện luân chuyển nhiệt thường xuyên, nhiệt độ cao. Độ cứng cao hơn và khả năng chống biến dạng cao hơn cho phép liên kết wafer ổn định hơn, giúp cải thiện năng suất. Quan trọng hơn, vật liệu SiC duy trì sự thay đổi kích thước tối thiểu trong các chu kỳ gia nhiệt và làm mát thường xuyên, giảm hiện tượng sứt mẻ cạnh wafer hoặc bong tróc hạt do biến dạng thuyền wafer.

Về mặt sản xuất, thuyền wafer silicon cacbua thường được sản xuất thông qua quá trình thiêu kết phản ứng (RBSiC), thiêu kết dày đặc (SSiC) hoặc thiêu kết hỗ trợ áp suất. Một số sản phẩm cao cấp còn sử dụng gia công CNC chính xác và đánh bóng bề mặt để đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác ở cấp độ wafer. Sự khác biệt về mặt kỹ thuật trong việc kiểm soát công thức, quản lý tạp chất và quy trình thiêu kết giữa các nhà sản xuất khác nhau ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cuối cùng của thuyền bán dẫn.

Trong các ứng dụng công nghiệp, thuyền wafer gốm cacbua silic đang dần trở thành lựa chọn ưu tiên của các nhà sản xuất thiết bị cao cấp trong quy trình xử lý nhiệt, từ thiết bị silicon truyền thống đến vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba. Chúng không chỉ thích hợp cho các thiết bị xử lý nhiệt khác nhau, chẳng hạn như lò nung ống đứng và lò oxy hóa ngang, mà hiệu suất ổn định của chúng trong môi trường nhiệt độ cao, có tính ăn mòn cao còn mang lại sự đảm bảo mạnh mẽ hơn cho tính nhất quán của quy trình và công suất thiết bị.

Sự phổ biến dần dần của thuyền wafer gốm cacbua silic đánh dấu sự tăng tốc của vật liệu gốm tiên tiến thâm nhập vào các thành phần hỗ trợ cốt lõi của thiết bị bán dẫn. So với vật liệu thạch anh truyền thống, ưu điểm của chúng về độ ổn định ở nhiệt độ cao, độ cứng kết cấu và khả năng chống mỏi nhiệt mang lại nền tảng vật liệu đáng tin cậy cho sự phát triển liên tục của nhiệt độ cao hơn và các cửa sổ quy trình nghiêm ngặt hơn. Hiện nay, thuyền wafer gốm cacbua silicon 6 inch và 8 inch được sử dụng rộng rãi trong quy trình xử lý nhiệt sản xuất hàng loạt của các thiết bị điện trong ngành bán dẫn. Thông số kỹ thuật 12 inch đang dần được đưa vào các quy trình cao cấp và dây chuyền sản xuất tiên tiến, trở thành hướng đi quan trọng cho giai đoạn cộng tác tiếp theo của thiết bị và vật liệu. Đồng thời, thuyền wafer 2-4 inch tiếp tục đóng một vai trò trong nền tảng nghiên cứu và các kịch bản quy trình cụ thể, chẳng hạn như xử lý chất nền LED và xác minh quy trình. Thuyền wafer gốm cacbua silic sẽ chứng tỏ những lợi thế lớn hơn về độ ổn định, kiểm soát kích thước và công suất wafer, thúc đẩy sự phát triển không ngừng của công nghệ vật liệu gốm liên quan.