碳化硅晶舟：半導(dǎo)體設(shè)備中“晶圓隱形守護(hù)者”

在半導(dǎo)體制程中，氧化是將晶圓置于高溫環(huán)境下，通過(guò)氧氣在晶圓表面的流動(dòng)形成氧化層，以保護(hù)晶圓不受化學(xué)雜質(zhì)影響，避免漏電流進(jìn)入電路，預(yù)防離子植入過(guò)程中的擴(kuò)散以及防止晶圓刻蝕時(shí)滑脫，在晶圓表面形成保護(hù)膜。該步驟使用設(shè)備為氧化爐，反應(yīng)腔內(nèi)零部件主要包含晶舟、底座、襯爐管、內(nèi)爐管、隔熱擋板等。由于操作溫度較高，因此，對(duì)反應(yīng)腔內(nèi)零部件性能的要求也較高。

立式氧化爐

晶舟是用作晶圓傳送及加工的承載工具，應(yīng)具有集成度高、可靠性高、防靜電、耐高溫、耐磨損、不易變形、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。由于晶圓氧化溫度約在800℃～1300℃之間，且對(duì)環(huán)境中金屬雜質(zhì)含量要求極為嚴(yán)格，故而要求晶舟等關(guān)鍵零部件不僅要具有優(yōu)異的熱學(xué)、力學(xué)、化學(xué)性能，且必須有極低的金屬雜質(zhì)含量。

按照基材不同，可分為石英晶舟、碳化硅陶瓷晶舟等。但隨著7nm以下工藝節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)和高溫工藝窗口的擴(kuò)大，傳統(tǒng)石英晶舟在熱穩(wěn)定性、顆?？刂啤勖芾淼确矫嬷饾u力不從心，碳化硅晶舟（SiC Boat）正逐步取代傳統(tǒng)石英方案。

為什么是碳化硅？

1.高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性是SiC舟的最突出優(yōu)點(diǎn)，它在極高溫度下（>1300°C）也幾乎不變形，不會(huì)下垂，能夠長(zhǎng)期保持精準(zhǔn)的晶圓槽位。

2.超長(zhǎng)使用壽命

單舟承載強(qiáng)度高，可同時(shí)支撐數(shù)十至百?gòu)?2英寸晶圓；相較傳統(tǒng)石英晶舟，碳化硅晶舟平均使用壽命提升5~10倍，降低設(shè)備換型頻次與總擁有成本。

3.表面潔凈、極低污染

材料純度高，金屬雜質(zhì)含量極低，避免對(duì)硅片造成二次污染；表面粗糙度控制優(yōu)異，Ra可低于0.1μm，抑制顆粒脫落，滿足先進(jìn)制程潔凈等級(jí)需求。

4.適用于超高溫工藝

對(duì)于需要1200°C以上的工藝（如某些特殊的厚膜氧化、SiC器件制造、或深槽填充工藝），SiC晶舟是不可替代的選擇。

兩種晶舟的對(duì)比

碳化硅晶舟的應(yīng)用領(lǐng)域

半導(dǎo)體制造

在芯片制造的高溫工藝環(huán)節(jié)，如氧化、擴(kuò)散、化學(xué)氣相沉積（CVD）、離子注入等過(guò)程中，碳化硅晶舟用于承載硅片，確保晶片在高溫下保持平整，避免因熱應(yīng)力導(dǎo)致的晶格錯(cuò)位或變形，保障芯片的精度和性能。

光伏產(chǎn)業(yè)

碳化硅陶瓷具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、耐高溫性、抗氧化性、抗熱震性及耐化學(xué)腐蝕性，被廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、新能源和建材化工等熱門領(lǐng)域。其性能也足以勝任光伏制造中TOPcon電池的擴(kuò)散、LPCVD（低壓化學(xué)氣相沉積）、PECVD（等離子化學(xué)氣相沉積）等熱制程環(huán)節(jié)。相比于傳統(tǒng)的石英材料，碳化硅陶瓷材料制作的舟托、小舟、管件制品強(qiáng)度更高，熱穩(wěn)定性更好，高溫使用不變形，且壽命是石英材質(zhì)的5倍以上，可顯著降低使用成本及維修停線造成的常能損失，成本優(yōu)勢(shì)明顯，且原料來(lái)源廣泛。

第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)

在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）反應(yīng)室中，碳化硅晶舟用于承載藍(lán)寶石襯底，耐受氨氣（NH3）等腐蝕性氣體環(huán)境，支持氮化鎵（GaN）等第三代半導(dǎo)體材料的外延生長(zhǎng)，提升LED芯片的發(fā)光效率和性能。在碳化硅單晶生長(zhǎng)中，碳化硅晶舟作為籽晶承載架，用于碳化硅單晶生長(zhǎng)爐中，耐受熔融硅的高溫腐蝕環(huán)境，為碳化硅單晶的生長(zhǎng)提供穩(wěn)定支撐，促進(jìn)高質(zhì)量碳化硅單晶的制備。

碳化硅晶舟發(fā)展趨勢(shì)

市場(chǎng)方面，根據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，2025年全球晶舟市場(chǎng)規(guī)模約14億美金，預(yù)計(jì)到2028年達(dá)18億美元；按照碳化硅滲透率20%，中國(guó)市場(chǎng)占比1/3計(jì)算（中國(guó)半導(dǎo)體協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)），中國(guó)市場(chǎng)分別為6.72億和8.64億。

技術(shù)方面，碳化硅材料的熱膨脹系數(shù)比石英的大，在應(yīng)用中容易開(kāi)裂，在制造上更推廣一體成型技術(shù)，減少拼接縫隙，降低顆粒脫落風(fēng)險(xiǎn)。并且優(yōu)化晶舟齒槽設(shè)計(jì)，結(jié)合五軸加工和線切割技術(shù)，確保晶圓搬運(yùn)的精準(zhǔn)性和流暢性。

目前國(guó)內(nèi)主要的半導(dǎo)體碳化硅晶舟生產(chǎn)企業(yè)主要有：

沈陽(yáng)星光

沈陽(yáng)星光新材料有限成立于2019年，是一家集設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造于一體的新型碳化硅材料制造企業(yè)。公司產(chǎn)品覆蓋碳化硅晶舟、碳化硅爐管、高精密碳化硅結(jié)構(gòu)部件、半導(dǎo)體用高純碳化硅粉體、半導(dǎo)體光伏設(shè)備爐腔配件等。據(jù)公司沈陽(yáng)星光碳化硅基半導(dǎo)體核心零部件生產(chǎn)項(xiàng)目公布，該項(xiàng)目建成后，預(yù)計(jì)年產(chǎn)高純碳化硅爐管1900支，高純碳化硅晶舟1700支，各類爐腔配件2200支。

吉盛微

吉盛微（武漢）新材料科技有限公司為盛吉盛（寧波）半導(dǎo)體科技有限公司在武漢投資成立。公司致力于SiC材料、SiC基聚焦環(huán)、簇射極板及晶圓舟等碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵設(shè)備的零部件和耗材的研發(fā)、生產(chǎn)制造。

晶孚新材

江蘇晶孚新材料科技有限公司位于江蘇省揚(yáng)州儀征市開(kāi)發(fā)區(qū)，公司主打碳化硅陶瓷、碳化硅舟、托、密封件、爐管等關(guān)鍵耗材，成功解決傳統(tǒng)石英部件在離子注入等工藝中壽命短的痛點(diǎn)，將使用壽命延長(zhǎng)至5年以上，降低晶圓綜合生產(chǎn)成本30%并提升良率≥2%。

珂瑪科技

安徽珂瑪材料技術(shù)有限公司是蘇州珂瑪材料科技股份有限公司的子公司，成立于2022年11月，主要從事碳化硅晶舟、碳化硅爐管等高精密陶瓷部件以及各種專業(yè)設(shè)備的設(shè)計(jì)制造。

漢京半導(dǎo)體

遼寧漢京半導(dǎo)體材料有限公司（漢京半導(dǎo)體）成立于2006年，作為國(guó)內(nèi)首家碳化硅耗材生產(chǎn)商，專注于高精密石英和碳化硅陶瓷零部件的研發(fā)與制造。漢京半導(dǎo)體的碳化硅陶瓷產(chǎn)品以高純度、高精度特性為核心，主要涵蓋碳化硅陶瓷保溫筒、爐管碳化硅零部件等半導(dǎo)體設(shè)備專用耗材，廣泛應(yīng)用于集成電路制造環(huán)節(jié)的高溫處理和精密工藝階段。

寧波伏爾肯

寧波伏爾肯科技股份有限公司成立于1998年，專注于高性能碳化硅結(jié)構(gòu)陶瓷的研發(fā)與生產(chǎn)近30年。伏爾肯生產(chǎn)的晶舟等產(chǎn)品已經(jīng)批量應(yīng)用于半導(dǎo)體高溫?zé)崽幚碓O(shè)備（氧化、擴(kuò)散、MOCVD），陶瓷部件在半導(dǎo)體裝備應(yīng)用中對(duì)物料純度、尺寸精度、機(jī)械性能、熱性能、電性能等方面具有較高要求。

三責(zé)新材

三責(zé)新材致力于高性能碳化硅陶瓷研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和工程應(yīng)用。得益于公司所掌握的多種成型工藝和材料技術(shù)，三責(zé)新材可提供CORESIC? RBS H注漿成型的碳化硅懸臂槳、舟托、晶舟及爐管產(chǎn)品，CORESIC? RBE H擠出成型的碳化硅懸臂桿、懸臂梁以及保護(hù)管產(chǎn)品，CORESIC? RBP H等靜壓成型的舟托、晶舟及支架等產(chǎn)品，亦可使用3D打印成型制作相關(guān)舟托和晶舟等產(chǎn)品。

芯語(yǔ)心愿：爐管(FUR)氧化管的晶舟(Boat)為什么有的使用石英(SiO2)材質(zhì)，有的使用碳化硅(SiC)材質(zhì)？

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