晶舟在半导体行业的核心作用是作为晶圆(硅片)的承载与定位工具,在高温工艺(如扩散、氧化、退火)中安全转移和固定晶圆,同时避免污染并确保工艺均匀性。一般地,半导体晶舟的有两类,分别为石英晶舟和SiC晶舟,然后在材料特性、性能、制造工艺等诸多方面有很大的区别。
SiC晶舟VS石英舟,两者区别如下:
1.材料特性
石英舟:主要由高纯度石英玻璃制成,其主要成分是二氧化硅(SiO₂)。具有良好的耐高温性能,可在高达约1200℃的温度下长时间工作而不变形或熔化;化学稳定性高,对大多数酸碱溶液以及许多化学品都表现出极高的化学惰性;热膨胀系数较低,形状和尺寸变化小。
SIC舟:由碳化硅(SiC)材料制成。具有更高的硬度和机械强度,能承受更高的温度,长期工作温度可达1350-1600℃,短时可耐受1800℃高温;热膨胀系数与硅接近,热震稳定性好,能承受快速升降温;化学稳定性优异,在高温复杂气氛中(如氢氮、氨气、氟化物)依然保持良好形态与性能。
2.使用性能
石英舟:在一般的光伏电池生产工艺中,如磷扩散等环节能较好地发挥作用。但在一些特殊工艺,如LPCVD(低压化学气相沉积)和硼扩散设备中,由于石英的热膨胀系数与硅差异较大,表面会沉积硅薄膜,需要定期酸洗去除,否则容易因热胀冷缩而破裂,且高温强度低,使用寿命相对较短。
SIC舟:在LPCVD和硼扩等高温、复杂工艺环境中表现出色,无需酸洗,高温强度高,使用寿命长,是石英舟的良好替代产品。在一般的电池片加工设备中,与石英舟相比,使用寿命差异较小,但性能更优。
3.制造工艺
石英舟:制造工艺相对成熟,通常通过将高纯度石英砂熔融后,采用特定的成型工艺制成所需的舟形状。对于一些复杂形状的石英舟,可能需要通过焊接等工艺进行组装。
SIC舟:制造工艺较为复杂,常见的有反应烧结碳化硅(RBSIC)等工艺。例如RBSIC工艺,是在毛细管力的作用下,具有反应活性的液态硅渗入含碳的多孔陶瓷素坯中,与素坯中的碳源反应生成二次相β-SiC,同时二次相β-SiC与素坯原粉中的α-SiC颗粒原位结合,剩余的孔隙继续被游离硅填充,最终实现RBSIC陶瓷材料的致密化。
4.成本与价格
石英舟:原材料高纯度石英砂目前处于供需紧张状态,价格长期高位运行,但制造工艺相对简单,整体成本在一定程度上受原材料价格影响较大。
SIC舟:虽然碳化硅材料本身价格较高,制造工艺复杂,成本也相对较高,但由于其使用寿命长,从长期使用成本来看,具有一定的成本优势。
来源:炉管设备攻城狮