Barcos de wafer de carboneto de silício: os "guardiões invisíveis dos wafers" em semicondutores

Na fabricação de semicondutores, a oxidação envolve colocar o wafer em um ambiente de alta temperatura onde o oxigênio flui através da superfície do wafer para formar uma camada de óxido. Isso protege o wafer de impurezas químicas, evita a entrada de corrente de fuga no circuito, evita a difusão durante a implantação iônica e evita o deslizamento do wafer durante a gravação, formando uma película protetora na superfície do wafer. O equipamento utilizado nesta etapa é um forno de oxidação. Os principais componentes dentro da câmara de reação incluem um barco wafer, base, tubos de revestimento do forno, tubos internos do forno e defletores de isolamento térmico. Devido à alta temperatura operacional, os requisitos de desempenho dos componentes dentro da câmara de reação também são elevados.

O barco de wafer é usado como transportador para transporte e processamento de wafer. Deve possuir vantagens como alta integração, alta confiabilidade, propriedades antiestáticas, resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste, resistência à deformação, boa estabilidade e longa vida útil. Como a temperatura de oxidação do wafer está aproximadamente entre 800 ℃ e 1300 ℃, e os requisitos para o conteúdo de impurezas metálicas no ambiente são extremamente rigorosos, os componentes principais, como o barco wafer, não devem apenas ter excelentes propriedades térmicas, mecânicas e químicas, mas também ter um teor extremamente baixo de impurezas metálicas.

Com base no substrato, os barcos wafer podem ser classificados como barcos de cristal de quartzo,cerâmica de carboneto de silíciobarcos wafer, etc. No entanto, com o avanço dos nós de processo abaixo de 7 nm e a expansão das janelas de processo de alta temperatura, os barcos de quartzo tradicionais estão gradualmente se tornando inadequados em termos de estabilidade térmica, controle de partículas e gerenciamento de vida útil. Os barcos de carboneto de silício (barcos SiC) estão gradualmente substituindo as soluções tradicionais de quartzo.

Por queCarboneto de Silício?

1. Estabilidade em altas temperaturas

A estabilidade em altas temperaturas é a vantagem mais proeminente dos barcos SiC. Eles praticamente não apresentam deformação ou flacidez, mesmo em temperaturas extremamente altas (>1300°C), mantendo o posicionamento preciso do slot do wafer por longos períodos.

2. Vida útil ultralonga

Um único barco possui alta capacidade de carga, capaz de suportar dezenas a centenas de wafers de 12 polegadas simultaneamente. Em comparação com os barcos de quartzo tradicionais, os barcos de SiC oferecem uma vida útil média de 5 a 10 vezes mais longa, reduzindo a frequência de troca de equipamentos e o custo total de propriedade.

3. Superfície limpa e contaminação extremamente baixa

A alta pureza do material e o teor extremamente baixo de impurezas metálicas evitam a contaminação secundária dos wafers de silício. Excelente controle de rugosidade superficial, com Ra abaixo de 0,1μm, suprime a liberação de partículas e atende aos requisitos de limpeza de processos avançados.

4. Adequado para processos de temperatura ultra-alta

Para processos que exigem temperaturas acima de 1.200°C (como certos processos especializados de oxidação de película espessa, fabricação de dispositivos de SiC ou processos de enchimento de valas profundas), os barcos de SiC são uma escolha insubstituível.

Aplicações deBarcos de carboneto de silício

Fabricação de semicondutores

Em processos de fabricação de chips em alta temperatura, como oxidação, difusão, deposição química de vapor (CVD) e implantação de íons, barcos de carboneto de silício são usados ​​para suportar wafers de silício, garantindo seu nivelamento em altas temperaturas e evitando desalinhamento ou deformação da rede causada por estresse térmico, garantindo assim a precisão e o desempenho do chip.

Indústria Fotovoltaica

Cerâmica de carboneto de silíciopossuem excelente resistência mecânica, estabilidade térmica, resistência a altas temperaturas, resistência à oxidação, resistência ao choque térmico e resistência à corrosão química, tornando-os amplamente utilizados em campos populares como metalurgia, máquinas, novas energias e produtos químicos para materiais de construção. Seu desempenho também é suficiente para processos térmicos na fabricação fotovoltaica, como difusão, LPCVD (deposição química de vapor de baixa pressão) e PECVD (deposição química de vapor plasmático) para células TOPcon. Em comparação com os materiais tradicionais de quartzo, os materiais cerâmicos de carboneto de silício usados ​​para fazer suportes para barcos, pequenos barcos e produtos tubulares oferecem maior resistência, melhor estabilidade térmica e nenhuma deformação sob altas temperaturas. Sua vida útil também é cinco vezes maior que a do quartzo, reduzindo significativamente os custos operacionais e as perdas de energia devido ao tempo de inatividade para manutenção. Isso resulta em uma clara vantagem de custo e as matérias-primas estão amplamente disponíveis.

Semicondutores de terceira geração

Na câmara de reação de deposição de vapor químico metal-orgânico (MOCVD), barcos de carboneto de silício são usados ​​para suportar substratos de safira, suportando ambientes de gases corrosivos, como amônia (NH3), apoiando o crescimento epitaxial de materiais semicondutores de terceira geração, como nitreto de gálio (GaN), e melhorando a eficiência luminosa e o desempenho dos chips de LED. No crescimento de monocristais de carboneto de silício, os barcos de carboneto de silício servem como suportes de cristal semente em fornos de crescimento de monocristais de carboneto de silício, resistindo ao ambiente corrosivo de alta temperatura do silício fundido, fornecendo suporte estável para o crescimento de monocristais de carboneto de silício e promovendo a preparação de monocristais de carboneto de silício de alta qualidade.

Tendências de desenvolvimento de barcos wafer de carboneto de silício

Em termos de mercado, de acordo com dados SEMI, o tamanho do mercado global de barcos wafer é de aproximadamente US$ 1,4 bilhão em 2025 e deve atingir US$ 1,8 bilhão até 2028. Assumindo uma taxa de penetração de carboneto de silício de 20% e uma participação de mercado de um terço na China (dados da China Semiconductor Industry Association), o tamanho do mercado chinês seria de US$ 672 milhões e US$ 864 milhões, respectivamente.

Tecnologicamente, o carboneto de silício possui um coeficiente de expansão térmica mais alto que o quartzo, tornando-o mais sujeito a rachaduras nas aplicações. Portanto, a tecnologia de moldagem integrada está sendo promovida na fabricação para reduzir costuras e diminuir o risco de derramamento de partículas. Além disso, a otimização do design da ranhura do dente do barco wafer, combinada com usinagem de cinco eixos e tecnologias de corte de fio, garante a precisão e a suavidade do manuseio do wafer.

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