O que é o barco de wafer de cerâmica de carboneto de silício (SiC)?

Em processos de semicondutores de alta temperatura, o manuseio, o suporte e o tratamento térmico dos wafers dependem de um componente de suporte especial – o barco do wafer. À medida que as temperaturas do processo aumentam e os requisitos de limpeza e controle de partículas aumentam, os tradicionais barcos de wafer de quartzo revelam gradualmente problemas como vida útil curta, altas taxas de deformação e baixa resistência à corrosão.Barcos wafer de cerâmica de carboneto de silício (SiC)surgiram neste contexto e tornaram-se um transportador chave em equipamentos de processamento térmico de alta qualidade.

O carboneto de silício (SiC) é um material cerâmico de engenharia que combina alta dureza, alta condutividade térmica e excelente estabilidade química. A cerâmica SiC, formada por sinterização em alta temperatura, não apenas exibe resistência superior ao choque térmico, mas também mantém estrutura e tamanho estáveis ​​em ambientes oxidantes e corrosivos. Como resultado, quando fabricado em forma de wafer boat, ele pode suportar com segurança processos de alta temperatura, como difusão, recozimento e oxidação, tornando-o particularmente adequado para processos térmicos que operam em temperaturas acima de 1100°C.

A estrutura dos barcos wafer é geralmente projetada com uma configuração de grade paralela de múltiplas camadas, capaz de conter dezenas ou até centenas de wafers simultaneamente. As vantagens da cerâmica SiC no controle dos coeficientes de expansão térmica tornam-nas menos propensas à deformação térmica ou microfissuras durante processos de aumento e redução de alta temperatura. Além disso, o teor de impurezas metálicas pode ser rigorosamente controlado, reduzindo significativamente os riscos de contaminação em altas temperaturas. Isso os torna altamente adequados para processos extremamente sensíveis à limpeza, como a fabricação de dispositivos de energia, MOSFETs de SiC, MEMS e outros produtos.

Em comparação com os barcos wafer de quartzo tradicionais, os barcos wafer de cerâmica de carboneto de silício normalmente têm uma vida útil 3 a 5 vezes mais longa sob condições de ciclos térmicos frequentes e de alta temperatura. Sua maior rigidez e resistência à deformação permitem um alinhamento mais estável do wafer, o que ajuda a melhorar o rendimento. Mais importante ainda, os materiais de SiC mantêm alterações dimensionais mínimas durante ciclos frequentes de aquecimento e resfriamento, reduzindo o lascamento da borda do wafer ou o derramamento de partículas causado pela deformação do barco do wafer.

Em termos de fabricação, os barcos wafer de carboneto de silício são normalmente produzidos por meio de sinterização de reação (RBSiC), sinterização densa (SSiC) ou sinterização assistida por pressão. Alguns produtos de última geração também usam usinagem CNC de precisão e polimento de superfície para atender aos requisitos de precisão de nível de wafer. As diferenças técnicas no controle de fórmulas, gerenciamento de impurezas e processos de sinterização entre diferentes fabricantes afetam diretamente o desempenho final dos barcos wafer.

Em aplicações industriais, os barcos wafer cerâmicos de carboneto de silício estão gradualmente se tornando a escolha preferida dos fabricantes de equipamentos de ponta em processos de processamento térmico, desde dispositivos tradicionais de silício até materiais semicondutores de terceira geração. Eles não são apenas adequados para vários equipamentos de processamento térmico, como fornos tubulares verticais e fornos de oxidação horizontais, mas seu desempenho estável em ambientes de alta temperatura e altamente corrosivos também oferece garantias mais fortes de consistência do processo e capacidade do equipamento.

A popularização gradual dos barcos wafer de cerâmica de carboneto de silício marca a aceleração de materiais cerâmicos avançados que penetram nos principais componentes de suporte de equipamentos semicondutores. Em comparação com os materiais de quartzo tradicionais, suas vantagens em estabilidade a altas temperaturas, rigidez estrutural e resistência à fadiga térmica fornecem uma base material confiável para a evolução contínua de temperaturas mais altas e janelas de processo mais rigorosas. Atualmente, os barcos wafer cerâmicos de carboneto de silício de 6 e 8 polegadas são amplamente utilizados nos processos de tratamento térmico de produção em massa de dispositivos de energia na indústria de semicondutores. A especificação de 12 polegadas está sendo gradualmente introduzida em processos de ponta e linhas de produção avançadas, tornando-se uma direção importante para a próxima fase de colaboração em equipamentos e materiais. Ao mesmo tempo, os barcos wafer de 2 a 4 polegadas continuam a desempenhar um papel em plataformas de pesquisa e cenários de processos específicos, como processamento de substrato de LED e verificação de processos. Os barcos wafer cerâmicos de carboneto de silício demonstrarão maiores vantagens em estabilidade, controle de tamanho e capacidade do wafer, impulsionando a evolução contínua da tecnologia de materiais cerâmicos relacionados.