SiC晶舟的四種主流制造工藝解析

    在半導體制造領域，SiC晶舟作為承載晶圓進行高溫制程的關鍵部件，其性能直接關乎芯片生產的穩定性與良率。當前主流的SiC晶舟制造工藝主要有四種，在成本、壽命及適用場景方面呈現顯著差異，以下將逐一解析。

    一、帶CVD-SiC涂層的石墨晶舟：低成本的基礎方案

    石墨因具備優異的加工性能，可通過多道工序由整塊材料直接制成一體單件式晶舟，基礎制造成本較低。但由于石墨本身為多孔性材料，直接暴露于半導體制程中易產生顆粒（partical），因此必須在其表面涂覆一層厚度約100μm的CVD-SiC涂層，以隔絕石墨基體。

    然而，該工藝存在顯著短板：CVD-SiC涂層的厚度控制難度較大，尤其在深孔、邊角等復雜部位易出現涂層過薄的問題。更為關鍵的是，石墨與SiC涂層的熱膨脹系數（CTE）不匹配——在25-1400℃區間內，SiC的平均CTE為4.4×10??/℃，而石墨為7.1×10??/℃，這導致涂層在多次升降溫后極易脫落。涂層脫落后，腐蝕性氣液會滲入多孔石墨內部且難以清除，進一步加劇高溫制程中的顆粒問題。此類晶舟壽命最短，通常僅約1年，適用于對成本敏感的低頻次生產場景。

    二、帶CVD-SiC涂層的重結晶SiC晶舟：長流程的性能平衡方案

    重結晶SiC晶舟的制造流程更為復雜：先將多個單元零件分別進行燒結與加工，再通過Si膏將各零件膠接，經高溫結合為整體后，最終涂覆100μm厚的CVD-SiC涂層。由于重結晶SiC本身呈多孔結構，若無涂層保護，同樣會在半導體制程中引入顆粒，因此涂層是必不可少的環節。

    該工藝的核心優勢在于解決了熱膨脹系數不匹配問題——重結晶SiC基體與SiC涂層的CTE相近，減少了因溫度變化導致的涂層脫落風險。但Si膏膠接的結合區耐溫性低于SiC本體，且酸洗、碰撞等操作仍可能造成涂層破損，其使用壽命約2-3年，略長于石墨基晶舟。不過，冗長的制造流程導致其成本居高不下，更適用于對穩定性有一定要求且可接受中等成本的場景。

    三、無CVD涂層的一體單件式SiC晶舟：高純度下的加工難題

    此類晶舟無需涂層保護，但其表面必須致密，因此依賴兩種致密SiC材料：無壓燒結SiC（SSiC）和反應燒結SiC（RBSiC，又稱矽滲透SiC、SiSiC）。由于SiC無法像石英那樣通過熔接組合零件，必須從粉末直接成型并燒結為一體單件式晶舟的近似形狀，而SiC的高硬度又導致后續加工難度極大，這使得其制造成本顯著攀升。

    兩種材料各有局限：RBSiC含有10%-15%的游離硅，耐溫性受限（通常低于1400℃），且游離硅易被HF酸刻蝕產生顆粒；SSiC雖耐溫性更優，但成型與加工難度更高。此類晶舟適用于對純度和結構完整性要求極高的特殊制程，但高昂成本限制了其大規模應用。

    四、KallexSiC組合式晶舟：長壽命的高端解決方案

    Kallex工藝采用純度達99.675%的無壓燒結SiC（SSiC），先將材料加工為標準化單元零件，再通過SSiC螺釘、螺母及插銷組合固定成整體晶舟。由于無需涂層，從根源上避免了涂層脫落產生顆粒的風險。

    其核心優勢在于對極端環境的適應性：可長期承受1600℃高溫，且對HF酸等腐蝕性介質具有優異抗性，使用壽命可達5年以上。這種組合式設計既規避了一體成型的加工難題，又保留了SSiC的高穩定性，雖初期投入較高，但長期使用成本更低，是高端半導體制程的理想選擇。

    總結：按需選擇，適配具體場景

    四種工藝各有側重：帶CVD涂層的石墨晶舟以低成本滿足基礎需求；重結晶SiC涂層晶舟在穩定性上實現小幅提升；一體單件式無涂層晶舟聚焦高純度特殊場景；而Kallex組合式晶舟則以長壽命和高可靠性引領高端市場。隨著半導體制程向更高溫度、更嚴苛環境發展，兼具穩定性與經濟性的組合式工藝或將成為主流趨勢。