Barcos de obleas de carburo de silicio: los "guardianes invisibles de las obleas" en Semiconductor

En la fabricación de semiconductores, la oxidación implica colocar la oblea en un ambiente de alta temperatura donde el oxígeno fluye a través de la superficie de la oblea para formar una capa de óxido. Esto protege la oblea de impurezas químicas, evita que la corriente de fuga entre en los circuitos, evita la difusión durante la implantación de iones y evita el deslizamiento de la oblea durante el grabado, formando una película protectora en la superficie de la oblea. El equipo utilizado en este paso es un horno de oxidación. Los componentes principales dentro de la cámara de reacción incluyen un recipiente de oblea, una base, tubos de revestimiento del horno, tubos internos del horno y deflectores de aislamiento térmico. Debido a la alta temperatura de funcionamiento, los requisitos de rendimiento para los componentes dentro de la cámara de reacción también son elevados.

El barco de oblea se utiliza como soporte para el transporte y procesamiento de oblea. Debe poseer ventajas tales como alta integración, alta confiabilidad, propiedades antiestáticas, resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste, resistencia a la deformación, buena estabilidad y larga vida útil. Dado que la temperatura de oxidación de la oblea está aproximadamente entre 800 ℃ y 1300 ℃, y los requisitos para el contenido de impurezas metálicas en el medio ambiente son extremadamente estrictos, los componentes clave como la oblea no solo deben tener excelentes propiedades térmicas, mecánicas y químicas, sino también un contenido de impurezas metálicas extremadamente bajo.

Según el sustrato, los barcos de oblea se pueden clasificar como barcos de cristal de cuarzo,cerámica de carburo de siliciobarcos de oblea, etc. Sin embargo, con el avance de los nodos de proceso por debajo de 7 nm y la expansión de las ventanas de proceso de alta temperatura, los barcos de cuarzo tradicionales se están volviendo gradualmente inadecuados en términos de estabilidad térmica, control de partículas y gestión de la vida útil. Los botes de carburo de silicio (barcos de SiC) están reemplazando gradualmente a las soluciones de cuarzo tradicionales.

Por quéCarburo de Silicio?

1. Estabilidad a altas temperaturas

La estabilidad a altas temperaturas es la ventaja más destacada de los barcos de SiC. Prácticamente no presentan deformación ni hundimiento incluso a temperaturas extremadamente altas (>1300 °C), lo que mantiene un posicionamiento preciso de la ranura de la oblea durante períodos prolongados.

2. Vida útil ultralarga

Un solo barco cuenta con una gran capacidad de carga, capaz de soportar de docenas a cientos de obleas de 12 pulgadas simultáneamente. En comparación con los barcos de cuarzo tradicionales, los barcos de SiC ofrecen una vida útil promedio de 5 a 10 veces más, lo que reduce la frecuencia de cambio de equipos y el costo total de propiedad.

3. Superficie limpia y contaminación extremadamente baja

La alta pureza del material y el contenido extremadamente bajo de impurezas metálicas evitan la contaminación secundaria de las obleas de silicio. El excelente control de la rugosidad de la superficie, con Ra por debajo de 0,1 μm, suprime el desprendimiento de partículas y cumple con los requisitos de limpieza de los procesos avanzados.

4. Adecuado para procesos de temperatura ultraalta

Para procesos que requieren temperaturas superiores a 1200°C (como ciertos procesos especializados de oxidación de película gruesa, fabricación de dispositivos de SiC o procesos de llenado de zanjas profundas), los botes de SiC son una opción irremplazable.

Aplicaciones deBarcos de carburo de silicio

Fabricación de semiconductores

En los procesos de fabricación de chips a alta temperatura, como oxidación, difusión, deposición química de vapor (CVD) e implantación de iones, se utilizan embarcaciones de carburo de silicio para soportar obleas de silicio, asegurando su planitud a altas temperaturas y evitando la desalineación o deformación de la red causada por estrés térmico, garantizando así la precisión y el rendimiento del chip.

Industria Fotovoltaica

Cerámicas de carburo de silicioPoseen una excelente resistencia mecánica, estabilidad térmica, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la oxidación, resistencia al choque térmico y resistencia a la corrosión química, lo que los hace ampliamente utilizados en campos populares como metalurgia, maquinaria, nuevas energías y materiales químicos de construcción. Su rendimiento también es suficiente para procesos térmicos en la fabricación fotovoltaica, como difusión, LPCVD (deposición química de vapor de baja presión) y PECVD (deposición química de vapor de plasma) para células TOPcon. En comparación con los materiales de cuarzo tradicionales, los materiales cerámicos de carburo de silicio utilizados para fabricar soportes para embarcaciones, embarcaciones pequeñas y productos tubulares ofrecen mayor resistencia, mejor estabilidad térmica y no se deforman a altas temperaturas. Su vida útil también es más de cinco veces mayor que la del cuarzo, lo que reduce significativamente los costos operativos y las pérdidas de energía debido al tiempo de inactividad por mantenimiento. Esto da como resultado una clara ventaja de costes y las materias primas están ampliamente disponibles.

Semiconductores de tercera generación

En la cámara de reacción de deposición química de vapor organometálico (MOCVD), se utilizan embarcaciones de carburo de silicio para soportar sustratos de zafiro, resistiendo ambientes de gases corrosivos como el amoníaco (NH3), apoyando el crecimiento epitaxial de materiales semiconductores de tercera generación como el nitruro de galio (GaN) y mejorando la eficiencia luminosa y el rendimiento de los chips LED. En el crecimiento de monocristales de carburo de silicio, los botes de carburo de silicio sirven como soportes de cristales semilla en hornos de crecimiento de monocristales de carburo de silicio, resistiendo el ambiente corrosivo de alta temperatura del silicio fundido, proporcionando un soporte estable para el crecimiento de monocristales de carburo de silicio y promoviendo la preparación de monocristales de carburo de silicio de alta calidad.

Tendencias de desarrollo de barcos tipo oblea de carburo de silicio

En términos de mercado, según datos de SEMI, el tamaño del mercado mundial de barcos de oblea es de aproximadamente 1.400 millones de dólares en 2025 y se prevé que alcance los 1.800 millones de dólares en 2028. Suponiendo una tasa de penetración del carburo de silicio del 20% y una participación de mercado de un tercio en China (datos de la Asociación de la Industria de Semiconductores de China), el tamaño del mercado chino sería de 672 millones de dólares y 864 millones de dólares respectivamente.

Tecnológicamente, el carburo de silicio tiene un coeficiente de expansión térmica más alto que el cuarzo, lo que lo hace más propenso a agrietarse en las aplicaciones. Por lo tanto, se está promoviendo la tecnología de moldeo integrado en la fabricación para reducir las uniones y disminuir el riesgo de desprendimiento de partículas. Además, la optimización del diseño de ranura de los dientes del barco de oblea, combinada con tecnologías de mecanizado de cinco ejes y corte de alambre, garantiza la precisión y suavidad del manejo de la oblea.

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