Mikä on SiC Ceramic Wafer Boat? Tekniset tiedot, materiaalit ja sovellukset

Puolijohdeprosesseissa korkean lämpötilan prosesseissa kiekkojen käsittely, tukeminen ja lämpökäsittely perustuvat erityiseen tukikomponenttiin - kiekkoveneeseen. Prosessin lämpötilan noustessa ja puhtauden ja hiukkasten hallinnan vaatimusten kasvaessa perinteiset kvartsikiekot paljastavat vähitellen ongelmia, kuten lyhyen käyttöiän, korkeat muodonmuutosnopeudet ja huonon korroosionkestävyyden.Piikarbidi (SiC) keraamiset kiekkoveneetsyntyivät tässä yhteydessä ja niistä on tullut keskeinen kantaja huippuluokan lämpökäsittelylaitteissa.

Piikarbidi (SiC) on tekninen keraaminen materiaali, jossa yhdistyvät korkea kovuus, korkea lämmönjohtavuus ja erinomainen kemiallinen stabiilisuus.SiC keramiikka, jotka on muodostettu korkean lämpötilan sintrauksella, eivät ainoastaan ​​osoita ylivoimaista lämpösokkien kestävyyttä, vaan myös säilyttävät vakaan rakenteen ja koon hapettavassa ja syövyttävässä ympäristössä. Tämän seurauksena, kun se on valmistettu kiekkoveneen muotoon, se tukee luotettavasti korkean lämpötilan prosesseja, kuten diffuusiota, hehkutusta ja hapetusta, mikä tekee siitä erityisen sopivan lämpöprosesseihin, jotka toimivat yli 1100 °C:n lämpötiloissa.

1. Mikä on SiC Ceramic Wafer Boat?

Kiekkoveneiden rakenne on yleensä suunniteltu monikerroksiseksi, rinnakkaiseksi ristikkokonfiguraatioksi, johon mahtuu useita kymmeniä tai jopa satoja kiekkoja samanaikaisesti. SiC-keramiikan edut lämpölaajenemiskertoimien säätelyssä tekevät niistä vähemmän alttiita lämpömuodonmuutokselle tai mikrosäröilylle korkean lämpötilan ylös- ja alasajoprosesseissa. Lisäksi metallien epäpuhtauspitoisuutta voidaan valvoa tarkasti, mikä vähentää merkittävästi kontaminaatioriskiä korkeissa lämpötiloissa. Tämä tekee niistä erittäin sopivia puhtaudelle erittäin herkkiin prosesseihin, kuten teholaitteiden, SiC MOSFET:ien, MEMS:ien ja muiden tuotteiden valmistukseen.

2. Kvartsi vs SiC vs grafiittikiekkoveneet: materiaalien vertailu

Perinteisiin kvartsikiekkoveneisiin verrattuna keraamisten piikarbidikiekkoveneiden käyttöikä on tyypillisesti 3-5 kertaa pidempi korkeissa lämpötiloissa, usein toistuvissa lämpökiertoolosuhteissa. Niiden suurempi jäykkyys ja muodonmuutoskestävyys mahdollistavat vakaamman kiekkojen kohdistuksen, mikä auttaa parantamaan tuottoa. Vielä tärkeämpää on, että piikarbidimateriaalit säilyttävät minimaaliset mittamuutokset toistuvien lämmitys- ja jäähdytysjaksojen aikana, mikä vähentää kiekkojen reunan halkeilua tai hiukkasten irtoamista, joka johtuu kiekkoveneen muodonmuutoksesta.

3. Piikarbidikiekkovenemateriaalien tyypit

Kaikki piikarbidikiekot eivät ole valmistettu samasta keraamisesta laadusta. Eri valmistusreitit tuottavat erilaisia ​​mikrorakenteita ja suorituskykyominaisuuksia.

3.1 Uudelleenkiteytetty piikarbidi (RSiC)

Uudelleenkiteytettyä piikarbidia käytetään korkean lämpötilan keraamisissa komponenteissa. Lajista riippuen siinä voi olla merkittävää avointa huokoisuutta, mikä on otettava huomioon arvioitaessa kontaminaatiota, puhdistusta ja prosessien yhteensopivuutta.

3.2 Sintrattu piikarbidi (SSiC)

Paineton sintrattu piikarbidi voi tarjota tiheän keraamisen rakenteen, jolla on korkea kovuus, mekaaninen lujuus ja hyvä lämpösuorituskyky. Todelliset ominaisuudet riippuvat koostumuksesta, sintrausprosessista ja materiaalilaadusta.

3.3 Reaktiosidottu piikarbidi (RBSiC / SiSiC)

Reaktiosidottu piikarbidi sisältää yleensä jäännöspiifaasin. Tämä voi vaikuttaa maksimikäyttölämpötilaan ja kemialliseen yhteensopivuuteen, joten sen käyttörajojen ei pidä olettaa olevan identtisiä RSiC:n tai SSiC:n käyttörajojen kanssa.

3.4 SiC-pinnoitetut grafiittikiekkojen alustat

SiC-pinnoitettu grafiittikiekkojen alusta on erilainen kuin monoliittinen keraaminen piikarbidikiekkovene.

Se käyttää grafiittisubstraattia, joka on suojattu kerrostetulla piikarbidipinnoitteella. Tällaiset mallit voivat tarjota etuja tietyissä lämpökäsittelyympäristöissä, mutta pinnoitteen eheys, paljaat reunat ja mahdollinen kontaminaatio on arvioitava.

4. Tulevaisuuden näkymät

Teollisissa sovelluksissa piikarbidikeraamisista kiekkoveneistä on vähitellen tulossa ensisijainen valinta huippuluokan laitevalmistajille lämpökäsittelyprosesseissa perinteisistä piilaitteista kolmannen sukupolven puolijohdemateriaaleihin. Ne eivät sovellu vain erilaisiin lämpökäsittelylaitteisiin, kuten pystyputkiuuneihin ja vaakasuuntaisiin hapetusuuneihin, vaan niiden vakaa suorituskyky korkean lämpötilan, erittäin syövyttävissä ympäristöissä antaa myös vahvemmat takeet prosessin yhtenäisyydestä ja laitteiden kapasiteetista.

Piikarbidikeraamisten kiekkoveneiden asteittainen yleistyminen merkitsee kehittyneiden keraamisten materiaalien kiihtymistä puolijohdelaitteiden ydintukikomponenttien läpi. Perinteisiin kvartsimateriaaleihin verrattuna niiden edut korkeissa lämpötiloissa, rakenteellinen jäykkyys ja lämpöväsymisenkestävyys tarjoavat luotettavan materiaaliperustan korkeampien lämpötilojen ja tiukempien prosessiikkunoiden jatkuvalle kehitykselle. Tällä hetkellä 6 tuuman ja 8 tuuman keraamisia piikarbidikiekkoveneitä käytetään laajalti puolijohdeteollisuuden voimalaitteiden massatuotannon lämpökäsittelyprosesseissa.

12-tuumainen eritelmä otetaan vähitellen käyttöön huippuluokan prosesseissa ja edistyneissä tuotantolinjoissa, ja siitä on tulossa tärkeä suunta laite- ja materiaaliyhteistyön seuraavalle vaiheelle. Samaan aikaan 2-4 tuuman kiekkoveneillä on edelleen rooli tutkimusalustoilla ja erityisissä prosessiskenaarioissa, kuten LED-substraattien käsittelyssä ja prosessin verifioinnissa. Piikarbidikeraamiset kiekkoveneet osoittavat suurempia etuja vakaudessa, koon hallinnassa ja kiekkojen kapasiteetissa, mikä edistää keraamisten materiaalien jatkuvaa kehitystä.

UKK

1. Mikä on kiekkoveneen päätehtävä?

Kiekkovene pitää puolijohdekiekot tarkasti erillään uunikäsittelyn aikana. Sen päätoiminnot ovat mekaaninen tuki, kiekkojen kohdistus ja yhteensopivuus lämpö- ja kemiallisen prosessiympäristön kanssa.

2. Mitä eroa on SiC kiekkoveneellä ja kvartsikiekkoveneellä?

SiC-keraamiset kiekkoveneet tarjoavat yleensä paremman lämmönjohtavuuden ja paremman korkean lämpötilan mekaanisen kyvyn sopiville laaduille. Kvartsikiekkoveneillä on paljon pienempi lämpölaajeneminen, ja niitä käytetään laajalti vakiintuneissa puhtaissa puolijohdeuuniprosesseissa. Suositeltu materiaali riippuu käyttöolosuhteista.

3. Minkä lämpötilan SiC keraaminen kiekkovene kestää?

Kaikille keraamisille piikarbidikiekkoveneille ei ole yhtä lämpötilarajaa. Maksimi käyttölämpötila riippuu SiC-laadusta, uunin ilmakehästä, mekaanisesta kuormituksesta, altistuksen kestosta ja lämpökierrosta. Valmiin komponentin on oltava pätevä sille tarkoitettuihin prosessiolosuhteisiin.

4. Soveltuvatko piikarbidikiekot diffuusioon ja hapetukseen?

Kyllä, asianmukaisesti valittuja ja päteviä SiC-keraamisia kiekkoveneitä voidaan käyttää diffuusio- ja hapetussovelluksissa. Materiaalin kemia, pinnan puhtaus, mekaaninen rakenne ja yhteensopivuus prosessikaasujen kanssa tulee varmistaa.

5. Voiko SiC keraamisia kiekkoveneitä räätälöidä?

Kiekkoveneitä voidaan suunnitella erilaisille uunikokoonpanoille, kiekkojen mitoille, rakojen lukumäärälle, nousuille ja tukigeometrioille valmistuksen toteutettavuuden ja suunnittelun validoinnin mukaan.

6. Mitä eroa on kiinteällä piikarbidilla ja piikarbidilla päällystetyillä grafiittikiekkoveneillä?

Kiinteät SiC-keraamiset kiekot käyttävät keraamista runkoa, kun taas SiC-pinnoitetut grafiittikannattimet käyttävät grafiittisubstraattia, jossa on suojaava piikarbidikerros. Niiden lämpövaste, vikamekanismit, kontaminaatioriskit ja käyttörajat ovat erilaisia.

7. Mikä aiheuttaa hiukkasten muodostumista kiekkoveneissä?

Mahdollisia syitä ovat mekaaninen hankaus, sopimaton kiekkojen kosketusgeometria, kerrostunut kalvo, lämpövauriot, pintavirheet ja kontaminaatio käsittelyn tai puhdistuksen aikana. Perussyyanalyysissä tulee ottaa huomioon kantajamateriaali ja todellinen uuniprosessi.