Siliziumkarbid-Waferboote: die „unsichtbaren Wächter der Wafer“ in der Halbleiterindustrie

Bei der Halbleiterherstellung wird der Wafer bei der Oxidation in eine Hochtemperaturumgebung gebracht, in der Sauerstoff über die Waferoberfläche strömt und eine Oxidschicht bildet. Dies schützt den Wafer vor chemischen Verunreinigungen, verhindert das Eindringen von Leckströmen in die Schaltkreise, verhindert die Diffusion während der Ionenimplantation und verhindert ein Verrutschen des Wafers beim Ätzen, wodurch ein Schutzfilm auf der Waferoberfläche entsteht. Die in diesem Schritt verwendete Ausrüstung ist ein Oxidationsofen. Zu den Hauptkomponenten innerhalb der Reaktionskammer gehören ein Waferschiffchen, ein Sockel, Ofenauskleidungsrohre, innere Ofenrohre und Wärmeisolationsleitbleche. Aufgrund der hohen Betriebstemperatur sind auch die Leistungsanforderungen an die Komponenten innerhalb der Reaktionskammer hoch.

Das Waferboot dient als Träger für den Wafertransport und die Waferverarbeitung. Es sollte Vorteile wie hohe Integration, hohe Zuverlässigkeit, antistatische Eigenschaften, hohe Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Verformungsbeständigkeit, gute Stabilität und lange Lebensdauer aufweisen. Da die Wafer-Oxidationstemperatur etwa zwischen 800℃ und 1300℃ liegt und die Anforderungen an den Gehalt an metallischen Verunreinigungen in der Umgebung äußerst streng sind, müssen Schlüsselkomponenten wie das Wafer-Boot nicht nur hervorragende thermische, mechanische und chemische Eigenschaften aufweisen, sondern auch einen extrem niedrigen Gehalt an metallischen Verunreinigungen aufweisen.

Basierend auf dem Substrat können Waferboote als Quarzkristallboote klassifiziert werden.Siliziumkarbid-KeramikWaferboote usw. Mit der Weiterentwicklung von Prozessknoten unter 7 nm und der Erweiterung der Hochtemperatur-Prozessfenster werden herkömmliche Quarzboote jedoch hinsichtlich thermischer Stabilität, Partikelkontrolle und Lebensdauermanagement allmählich unzureichend. Siliziumkarbid-Boote (SiC-Boote) ersetzen nach und nach traditionelle Quarzlösungen.

WarumSiliziumkarbid?

1. Hochtemperaturstabilität

Die Hochtemperaturstabilität ist der herausragendste Vorteil von SiC-Booten. Selbst bei extrem hohen Temperaturen (>1300 °C) zeigen sie praktisch keine Verformung oder Durchbiegung und behalten die präzise Positionierung der Waferschlitze über längere Zeiträume bei.

2. Ultralange Lebensdauer

Ein einzelnes Boot verfügt über eine hohe Tragfähigkeit und kann Dutzende bis Hunderte von 12-Zoll-Wafern gleichzeitig tragen. Im Vergleich zu herkömmlichen Quarzbooten bieten SiC-Boote eine durchschnittliche, fünf- bis zehnmal längere Lebensdauer, wodurch die Häufigkeit des Gerätewechsels und die Gesamtbetriebskosten reduziert werden.

3. Saubere Oberfläche und extrem geringe Kontamination

Hohe Materialreinheit und extrem niedriger Gehalt an metallischen Verunreinigungen verhindern eine Sekundärkontamination von Siliziumwafern. Die hervorragende Kontrolle der Oberflächenrauheit mit Ra unter 0,1 μm unterdrückt die Partikelablösung und erfüllt die Sauberkeitsanforderungen moderner Prozesse.

4. Geeignet für Ultrahochtemperaturprozesse

Für Prozesse, die Temperaturen über 1200 °C erfordern (z. B. bestimmte spezielle Dickschichtoxidationsverfahren, die Herstellung von SiC-Geräten oder Prozesse zum Füllen tiefer Gräben), sind SiC-Boote eine unersetzliche Wahl.

Anwendungen vonSiliziumkarbid-Boote

Halbleiterfertigung

In Hochtemperaturprozessen der Chipherstellung, wie Oxidation, Diffusion, chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) und Ionenimplantation, werden Siliziumkarbidschiffchen zur Unterstützung von Siliziumwafern verwendet, um deren Ebenheit bei hohen Temperaturen sicherzustellen und Gitterfehlausrichtungen oder -verformungen durch thermische Belastung zu verhindern, wodurch Präzision und Leistung des Chips gewährleistet werden.

Photovoltaikindustrie

SiliziumkarbidkeramikSie verfügen über eine hervorragende mechanische Festigkeit, thermische Stabilität, Hochtemperaturbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Thermoschockbeständigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit, wodurch sie in beliebten Bereichen wie Metallurgie, Maschinenbau, neue Energie und Baustoffchemie weit verbreitet sind. Ihre Leistung reicht auch für thermische Prozesse in der Photovoltaik-Herstellung aus, wie z. B. Diffusion, LPCVD (Low Pressure Chemical Vapour Deposition) und PECVD (Plasma Chemical Vapour Deposition) für TOPcon-Zellen. Im Vergleich zu herkömmlichen Quarzmaterialien bieten Siliziumkarbid-Keramikmaterialien, die zur Herstellung von Bootsstützen, kleinen Booten und Rohrprodukten verwendet werden, eine höhere Festigkeit, eine bessere thermische Stabilität und keine Verformung bei hohen Temperaturen. Ihre Lebensdauer ist außerdem mehr als fünfmal so hoch wie die von Quarz, was die Betriebskosten und Energieverluste aufgrund von Wartungsausfallzeiten erheblich reduziert. Dadurch ergibt sich ein klarer Kostenvorteil und die Rohstoffe sind flächendeckend verfügbar.

Halbleiter der dritten Generation

In der Reaktionskammer für die metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) werden Siliziumkarbidschiffchen verwendet, um Saphirsubstrate zu stützen, korrosiven Gasumgebungen wie Ammoniak (NH3) standzuhalten, das epitaktische Wachstum von Halbleitermaterialien der dritten Generation wie Galliumnitrid (GaN) zu unterstützen und die Lichtausbeute und Leistung von LED-Chips zu verbessern. Bei der Züchtung von Siliziumkarbid-Einkristallen dienen Siliziumkarbid-Boote als Impfkristallträger in Siliziumkarbid-Einkristall-Wachstumsöfen. Sie halten der korrosiven Hochtemperaturumgebung von geschmolzenem Silizium stand, bieten eine stabile Unterstützung für das Wachstum von Siliziumkarbid-Einkristallen und fördern die Herstellung hochwertiger Siliziumkarbid-Einkristalle.

Entwicklungstrends bei Siliziumkarbid-Waferbooten

Was den Markt anbelangt, beträgt die Größe des weltweiten Wafer-Boot-Marktes laut SEMI-Daten im Jahr 2025 etwa 1,4 Milliarden US-Dollar und wird bis 2028 voraussichtlich 1,8 Milliarden US-Dollar erreichen. Unter der Annahme einer Siliziumkarbid-Penetrationsrate von 20 % und eines Marktanteils von einem Drittel in China (Daten der China Semiconductor Industry Association) würde die chinesische Marktgröße 672 Millionen US-Dollar bzw. 864 Millionen US-Dollar betragen.

Technologisch gesehen hat Siliziumkarbid einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Quarz, wodurch es bei Anwendungen anfälliger für Risse ist. Daher wird in der Fertigung die integrierte Formtechnologie gefördert, um Nähte zu reduzieren und das Risiko des Partikelabwurfs zu verringern. Darüber hinaus gewährleistet die Optimierung des Zahnnutdesigns des Waferboots in Kombination mit Fünf-Achsen-Bearbeitungs- und Drahtschneidetechnologien die Präzision und reibungslose Waferhandhabung.

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