Was ist ein Siliziumkarbid (SiC)-Keramik-Wafer-Boot?

Bei Halbleiter-Hochtemperaturprozessen ist die Handhabung, Lagerung und thermische Behandlung von Wafern auf eine spezielle tragende Komponente angewiesen – das Waferboot. Mit steigenden Prozesstemperaturen und steigenden Anforderungen an Sauberkeit und Partikelkontrolle zeigen sich bei herkömmlichen Quarz-Wafer-Booten nach und nach Probleme wie kurze Lebensdauer, hohe Verformungsraten und schlechte Korrosionsbeständigkeit.Keramik-Wafer-Boote aus Siliziumkarbid (SiC).sind in diesem Zusammenhang entstanden und haben sich zu einem wichtigen Anbieter hochwertiger thermischer Verarbeitungsanlagen entwickelt.

Siliziumkarbid (SiC) ist ein technischer Keramikwerkstoff, der hohe Härte, hohe Wärmeleitfähigkeit und hervorragende chemische Stabilität vereint. Durch Hochtemperatursintern hergestellte SiC-Keramik weist nicht nur eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit auf, sondern behält auch in oxidierenden und korrosiven Umgebungen eine stabile Struktur und Größe bei. Dadurch kann es bei der Herstellung in Wafer-Boot-Form Hochtemperaturprozesse wie Diffusion, Ausheilen und Oxidation zuverlässig unterstützen, wodurch es sich besonders für thermische Prozesse bei Temperaturen über 1100 °C eignet.

Die Struktur von Waferbooten ist in der Regel mit einer mehrschichtigen, parallelen Gitterkonfiguration ausgelegt, die Dutzende oder sogar Hunderte von Wafern gleichzeitig aufnehmen kann. Die Vorteile von SiC-Keramik bei der Steuerung der Wärmeausdehnungskoeffizienten machen sie weniger anfällig für thermische Verformung oder Mikrorisse bei Hochtemperatur-Hochtemperatur- und -Herunterfahrprozessen. Darüber hinaus kann der Gehalt an Metallverunreinigungen streng kontrolliert werden, wodurch das Kontaminationsrisiko bei hohen Temperaturen deutlich reduziert wird. Dadurch eignen sie sich hervorragend für Prozesse, bei denen es besonders auf Sauberkeit ankommt, etwa bei der Herstellung von Leistungsgeräten, SiC-MOSFETs, MEMS und anderen Produkten.

Im Vergleich zu herkömmlichen Quarz-Wafer-Booten haben Siliziumkarbid-Keramik-Wafer-Boote bei hohen Temperaturen und häufigen Temperaturwechselbedingungen typischerweise eine drei- bis fünfmal längere Lebensdauer. Ihre höhere Steifigkeit und Verformungsbeständigkeit ermöglichen eine stabilere Waferausrichtung, was zur Verbesserung der Ausbeute beiträgt. Noch wichtiger ist, dass SiC-Materialien bei häufigen Heiz- und Kühlzyklen nur minimale Dimensionsänderungen aufweisen, wodurch das Absplittern der Waferkanten oder das Ablösen von Partikeln aufgrund der Verformung des Waferboots reduziert wird.

Was die Herstellung betrifft, werden Siliziumkarbid-Waferboote typischerweise durch Reaktionssintern (RBSiC), Dichtsintern (SSiC) oder druckunterstütztes Sintern hergestellt. Bei einigen High-End-Produkten kommen auch Präzisions-CNC-Bearbeitung und Oberflächenpolieren zum Einsatz, um die Präzisionsanforderungen auf Wafer-Ebene zu erfüllen. Die technischen Unterschiede bei der Rezepturkontrolle, dem Verunreinigungenmanagement und den Sinterprozessen zwischen verschiedenen Herstellern wirken sich direkt auf die Endleistung der Waferboote aus.

In industriellen Anwendungen werden Waferboote aus Siliziumkarbid-Keramik nach und nach zur bevorzugten Wahl für High-End-Gerätehersteller in thermischen Verarbeitungsprozessen, von traditionellen Siliziumgeräten bis hin zu Halbleitermaterialien der dritten Generation. Sie eignen sich nicht nur für verschiedene thermische Verarbeitungsanlagen wie vertikale Rohröfen und horizontale Oxidationsöfen, sondern ihre stabile Leistung in Hochtemperatur- und stark korrosiven Umgebungen bietet auch stärkere Garantien für Prozesskonsistenz und Anlagenkapazität.

Die allmähliche Verbreitung von Siliziumkarbid-Keramik-Waferbooten markiert die Beschleunigung des Eindringens fortschrittlicher Keramikmaterialien in die Kernträgerkomponenten von Halbleitergeräten. Im Vergleich zu herkömmlichen Quarzmaterialien bieten ihre Vorteile in Bezug auf Hochtemperaturstabilität, strukturelle Steifigkeit und thermische Ermüdungsbeständigkeit eine zuverlässige Materialgrundlage für die kontinuierliche Entwicklung höherer Temperaturen und strengerer Prozessfenster. Derzeit werden 6-Zoll- und 8-Zoll-Siliziumkarbid-Keramik-Wafer-Boote häufig in der Massenproduktion von thermischen Behandlungsprozessen von Leistungsgeräten in der Halbleiterindustrie eingesetzt. Die 12-Zoll-Spezifikation wird schrittweise in High-End-Prozesse und fortschrittliche Produktionslinien eingeführt und wird zu einer wichtigen Richtung für die nächste Phase der Zusammenarbeit bei Geräten und Materialien. Gleichzeitig spielen 2–4-Zoll-Waferboote weiterhin eine Rolle in Forschungsplattformen und spezifischen Prozessszenarien, wie etwa der LED-Substratverarbeitung und Prozessverifizierung. Siliziumkarbid-Keramik-Wafer-Boote werden größere Vorteile in Bezug auf Stabilität, Größenkontrolle und Wafer-Kapazität aufweisen und die kontinuierliche Weiterentwicklung der entsprechenden Keramikmaterialtechnologie vorantreiben.