เรือเวเฟอร์เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) คืออะไร?

ในกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ที่อุณหภูมิสูง การจัดการ การรองรับ และการบำบัดความร้อนของเวเฟอร์จะขึ้นอยู่กับส่วนประกอบรองรับพิเศษ นั่นก็คือ เรือเวเฟอร์ เมื่ออุณหภูมิกระบวนการสูงขึ้น และความต้องการด้านความสะอาดและการควบคุมอนุภาคเพิ่มขึ้น เรือเวเฟอร์ควอทซ์แบบดั้งเดิมจะค่อยๆ เผยให้เห็นปัญหาต่างๆ เช่น อายุการใช้งานสั้น อัตราการเสียรูปสูง และความต้านทานการกัดกร่อนต่ำเรือเวเฟอร์เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)ปรากฏในบริบทนี้และกลายเป็นผู้ให้บริการหลักในอุปกรณ์การประมวลผลความร้อนระดับไฮเอนด์

ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เป็นวัสดุเซรามิกเชิงวิศวกรรมที่ผสมผสานความแข็งสูง ค่าการนำความร้อนสูง และความเสถียรทางเคมีที่ดีเยี่ยม เซรามิก SiC ที่เกิดขึ้นจากการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง ไม่เพียงแต่มีความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันเท่านั้น แต่ยังรักษาโครงสร้างและขนาดที่มั่นคงในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์และการกัดกร่อน ด้วยเหตุนี้ เมื่อประดิษฐ์เป็นรูปเรือเวเฟอร์ จึงสามารถรองรับกระบวนการที่มีอุณหภูมิสูง เช่น การแพร่กระจาย การหลอม และออกซิเดชันได้อย่างน่าเชื่อถือ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการทางความร้อนที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า 1100°C

โครงสร้างของเรือเวเฟอร์มักจะได้รับการออกแบบให้มีการกำหนดค่ากริดแบบขนานหลายชั้น ซึ่งสามารถบรรจุเวเฟอร์ได้หลายสิบหรือหลายร้อยแผ่นพร้อมกัน ข้อดีของเซรามิก SiC ในการควบคุมค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน ทำให้เซรามิกมีโอกาสน้อยที่จะเกิดการเสียรูปจากความร้อนหรือการแตกร้าวขนาดเล็กในระหว่างกระบวนการขึ้นและลงที่อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ ยังสามารถควบคุมปริมาณสิ่งเจือปนของโลหะได้อย่างเข้มงวด ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในการปนเปื้อนที่อุณหภูมิสูงได้อย่างมาก ทำให้เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการที่ไวต่อความสะอาดอย่างยิ่ง เช่น การผลิตอุปกรณ์กำลัง, SiC MOSFET, MEMS และผลิตภัณฑ์อื่นๆ

เมื่อเปรียบเทียบกับเรือเวเฟอร์ควอทซ์แบบดั้งเดิม เรือเวเฟอร์เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์มักจะมีอายุการใช้งานนานกว่า 3-5 เท่าภายใต้สภาวะการหมุนเวียนด้วยความร้อนบ่อยครั้งและอุณหภูมิสูง ความแข็งแกร่งและความต้านทานต่อการเสียรูปที่สูงขึ้นช่วยให้การจัดวางเวเฟอร์มีความเสถียรมากขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิต ที่สำคัญกว่านั้น วัสดุ SiC จะรักษาการเปลี่ยนแปลงขนาดให้น้อยที่สุดในระหว่างรอบการทำความร้อนและความเย็นบ่อยครั้ง ซึ่งช่วยลดการบิ่นที่ขอบแผ่นเวเฟอร์หรือการไหลของอนุภาคที่เกิดจากการเสียรูปของแผ่นเวเฟอร์

ในแง่ของการผลิต เรือเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์มักผลิตผ่านการเผาผนึกด้วยปฏิกิริยา (RBSiC) การเผาผนึกหนาแน่น (SSiC) หรือการเผาผนึกด้วยแรงดันช่วย ผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์บางรายการยังใช้เครื่องจักร CNC ที่มีความแม่นยำและการขัดพื้นผิวเพื่อตอบสนองความต้องการด้านความแม่นยำระดับเวเฟอร์ ความแตกต่างทางเทคนิคในการควบคุมสูตร การจัดการสิ่งเจือปน และกระบวนการเผาผนึกระหว่างผู้ผลิตหลายรายส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายของเวเฟอร์โบ๊ต

ในการใช้งานทางอุตสาหกรรม เรือเวเฟอร์เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์กำลังค่อยๆ กลายเป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับผู้ผลิตอุปกรณ์ระดับไฮเอนด์ในกระบวนการแปรรูปด้วยความร้อน ตั้งแต่อุปกรณ์ซิลิกอนแบบดั้งเดิมไปจนถึงวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม ไม่เพียงแต่เหมาะสำหรับอุปกรณ์การประมวลผลด้วยความร้อนหลายชนิด เช่น เตาหลอมท่อแนวตั้งและเตาออกซิเดชันแนวนอน แต่ประสิทธิภาพการทำงานที่มั่นคงในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและมีการกัดกร่อนสูงยังรับประกันความสม่ำเสมอของกระบวนการและความจุของอุปกรณ์ที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นอีกด้วย

การได้รับความนิยมอย่างค่อยเป็นค่อยไปของเรือเวเฟอร์เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นเครื่องหมายของการเร่งความเร็วของวัสดุเซรามิกขั้นสูงที่เจาะเข้าไปในส่วนประกอบรองรับหลักของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุควอตซ์แบบดั้งเดิม ข้อดีของพวกมันในด้านความเสถียรที่อุณหภูมิสูง ความแข็งแกร่งของโครงสร้าง และความต้านทานความล้าจากความร้อน มอบรากฐานวัสดุที่เชื่อถือได้สำหรับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของอุณหภูมิที่สูงขึ้นและหน้าต่างกระบวนการที่เข้มงวดมากขึ้น ปัจจุบัน เรือเวเฟอร์เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 6 นิ้วและ 8 นิ้วถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการบำบัดความร้อนในการผลิตจำนวนมากของอุปกรณ์ไฟฟ้าในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ข้อมูลจำเพาะขนาด 12 นิ้วกำลังค่อยๆ ถูกนำมาใช้ในกระบวนการผลิตระดับไฮเอนด์และสายการผลิตขั้นสูง ซึ่งกลายเป็นทิศทางสำคัญสำหรับระยะต่อไปของความร่วมมือด้านอุปกรณ์และวัสดุ ในเวลาเดียวกัน เรือเวเฟอร์ขนาด 2-4 นิ้วยังคงมีบทบาทในแพลตฟอร์มการวิจัยและสถานการณ์กระบวนการเฉพาะ เช่น การประมวลผลซับสเตรต LED และการตรวจสอบกระบวนการ เรือเวเฟอร์เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์จะแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่มากขึ้นในด้านความเสถียร การควบคุมขนาด และความจุของเวเฟอร์ ซึ่งขับเคลื่อนการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีวัสดุเซรามิกที่เกี่ยวข้อง