1. Graphitkristallboot mit CVD-SiC-Beschichtung
Graphit ist leicht zu verarbeiten und kann aus einem einzigen Materialblock in mehreren Schritten zu einem einteiligen Kristallschiffchen geformt werden. Da Graphit ein poröses Material ist, muss eine etwa 100 µm dicke SiC-Schicht auf seine Oberfläche aufgebracht werden, um Partikelprobleme zu vermeiden, die durch den direkten Kontakt der Graphitoberfläche mit verschiedenen Halbleiterfertigungsschritten entstehen. Die Dicke der SiC-Schicht ist jedoch entscheidend.CVD-SiC-BeschichtungDie Kontrolle ist schwierig, insbesondere in tiefen Löchern und Ecken, wo die Beschichtung dünner sein kann. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) des Graphitkörpers und des SiC-Films (25–1400 °C, durchschnittlich 4,4 × 10⁻⁶/°C für SiC und 7,1 × 10⁻⁶/°C für Graphit) löst sich der SiC-Film üblicherweise nach mehreren Temperaturzyklen ab. Bei freiliegendem Graphit dringen korrosive Gase oder Flüssigkeiten in den porösen Graphitkörper ein und lassen sich nur schwer vollständig entfernen, was bei Hochtemperaturprozessen zur Partikelbildung führt. Dieses SiC-beschichtete Graphitboot ist die kostengünstigste Lösung, hat aber mit etwa einem Jahr die kürzeste Lebensdauer.
2. Rekristallisiertes SiC-Kristallboot mit CVD-SiC-Beschichtung
Rekristallisierte SiC-Kristallboote werden üblicherweise durch Sintern und Bearbeiten mehrerer Einzelteile hergestellt. Anschließend werden diese Teile bei hohen Temperaturen mit Si-Paste zu einem Kristallboot verbunden und abschließend mit einer CVD-SiC-Beschichtung (ca. 100 µm) versehen. Da die Rekristallisation porös ist, können Partikel auch ohne SiC-Beschichtung in Halbleiterprozesse gelangen. Zudem ist die Si-Paste in der Verbindungszone nicht so temperaturbeständig wie das SiC-Material selbst. Die Herstellung dieser rekristallisierten SiC-Kristallboote mit CVD-SiC-Beschichtung ist am zeitaufwendigsten und kostenintensivsten. Im Vergleich zu mit SiC beschichteten Graphit-Kristallbooten weisen die mit CVD-SiC beschichteten rekristallisierten SiC-Kristallboote keine Probleme mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Allerdings können Säurebehandlungen und Stöße die SiC-Beschichtung ablösen. Ihre Lebensdauer ist mit etwa zwei bis drei Jahren etwas länger.
3. Einteiliges SiC-Kristallboot ohne CVD-Beschichtung
Für Kristallboote ohne CVD-Beschichtung muss die Oberfläche dicht sein. Es gibt zwei Arten von dichtem SiC: drucklos gesintertes SiC (SSiC) und reaktionsgesintertes SiC (RBSiC, auch bekannt als siliziumpermeiertes SiC, SiSiC). Allerdings lässt sich keine dieser beiden SiC-Arten wie Quarz zu einer Einheit verschmelzen. Es ist schwierig, SiC aus Pulver zu formen und es in die annähernde Form eines einteiligen Kristallbootes zu brennen. Zudem ist SiC sehr hart und schwer zu verarbeiten, was zu extrem hohen Herstellungskosten für einteilige SiC-Kristallboote führt. Obwohl sich RBSiC etwas leichter in eine annähernde Form bringen lässt als SSiC, ist es dennoch sehr hart. Darüber hinaus enthält RBSiC 10 bis 15 % freies Silizium, wodurch es nicht so hohen Temperaturen wie SSiC-Materialien standhält. Im Allgemeinen ist es temperaturbeständig bis unter 1400 °C. Darüber hinaus lässt sich das freie Si leicht mit HF-Säure ätzen, was zur Bildung von Partikeln führt.
4. Kallex SiC Modular Crystal Boat
Die Bauteile werden durch Formen, Sintern und Schleifen aus drucklos gesintertem SiC-Material mit einer Reinheit von 99,675 % hergestellt. Anschließend werden sie mit SSiC-Schrauben, -Muttern usw. verbunden und mit SSiC-Stiften fixiert, um die Tragfähigkeit zu gewährleisten. Da keine SiC-Beschichtung vorhanden ist, besteht kein Risiko von Beschädigungen der Beschichtung durch Partikel. Darüber hinaus ist das System auch unter extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen (1600 °C) und Flusssäure beständig und hat eine Lebensdauer von über fünf Jahren.
Veröffentlichungsdatum: 19. August 2025