À une époque où la technologie des semi-conducteurs évolue vers des procédés inférieurs à 3 nm,céramiques d'alumineLes céramiques d'alumine (Al₂O₃) sont devenues un matériau clé pour le fonctionnement précis des équipements semi-conducteurs, grâce à leur grande pureté, leurs excellentes propriétés d'isolation, leur résistance aux hautes températures et leur stabilité chimique. De la fabrication des puces à leur conditionnement et aux tests, les céramiques d'alumine, véritables piliers invisibles, sont le moteur de l'innovation continue dans l'industrie des semi-conducteurs.
1. Principales applications des céramiques d'alumine dans la fabrication des semi-conducteurs
⑴ Composants clés des équipements de fabrication de puces
Équipement de gravure et de dépôt :Dans les procédés de gravure plasma et de dépôt de couches minces (CVD/PVD),céramiques d'alumineCes matériaux servent à la fabrication de plateaux électrostatiques (ESC), de plaques de distribution de gaz et de revêtements de chambres. Leur résistance à la corrosion par plasma (par exemple, contre Cl₂, CF₄) et leur planéité ultra-élevée (rugosité de surface Ra ≤ 0,01 μm) garantissent la précision et la stabilité du traitement des plaquettes.
Technologie de la lithographie :céramiques d'alumineIls sont utilisés dans la structure de support des masques des machines de lithographie ultraviolette extrême (EUV). Leur faible coefficient de dilatation thermique (8,2 × 10⁻⁶/℃) réduit la dérive thermique, garantissant une précision de lithographie nanométrique.
⑵ Procédés d'emballage et de test
Substrats d'encapsulation de circuits intégrés :Les substrats multicouches en céramique d'alumine sont utilisés dans les modules de puissance tels que les IGBT et les MOSFET, combinant isolation (résistivité volumique de 10¹⁴ Ω·cm) et dissipation thermique (conductivité thermique de 25 W/(m·K)). Leur coefficient de dilatation thermique est similaire à celui des puces en silicium, réduisant ainsi les contraintes thermiques.
Polissage chimico-mécanique (CMP) :La rugosité de surface des plaques de polissage en céramique d'alumine peut être contrôlée à 0,5 nm près, améliorant considérablement l'uniformité de planarisation des plaquettes et réduisant les défauts de "dishing".
2. Percées techniques : de la modification des matériaux à l'innovation des procédés
⑴ Haute pureté et nanostructuration
L'équipe de l'Institut de microsystèmes et de technologies de l'information de Shanghai, relevant de l'Académie chinoise des sciences, a récemment mis au point des matériaux diélectriques de grille en alumine monocristalline. Ces matériaux permettent de prévenir efficacement les fuites de courant, même avec une épaisseur de seulement 1 nanomètre, offrant ainsi une nouvelle solution pour les puces basse consommation. De plus, les nanocéramiques d'alumine (taille des grains < 200 nm), préparées par la méthode sol-gel, présentent une résistance à la flexion de 350 MPa, soit 50 % supérieure à celle des matériaux traditionnels.
⑵ Conception composite et fonctionnelle
Résistance à la corrosion par plasma :Les céramiques composites d'yttria-alumine, dopées avec des éléments de terres rares à haute entropie, prolongent la durée de vie des composants des équipements de gravure de plus de 10 fois.
Intégration intelligente :Par exemple, Jifeng Technology a introduit du graphène dans des céramiques d'alumine, augmentant la conductivité thermique à 200 W/(m·K), ce qui les rend adaptées aux modules de dissipation de chaleur dans les stations de base 5G.
3. Perspectives du marché et processus de localisation
⑴ Croissance du marché mondial
En 2023, le marché mondial des composants en céramique d'alumine pour semi-conducteurs a atteint 7,2 milliards de dollars américains, soit 45 % des composants céramiques de précision. Porté par la demande en intelligence artificielle, en 5G et dans d'autres domaines, ce marché devrait dépasser les 10 milliards de yuans d'ici 2025, la part de marché de la Chine devant passer de 30 % à 35 %.
⑵ Percées en matière de localisation
Le taux d'autosuffisance de la Chine en céramiques d'alumine de haute pureté (≥ 99,9 %) dépasse désormais 80 %. Des entreprises comme Yunxing Industrial Ceramic augmentent leurs capacités de production et prévoient une production annuelle de 300 tonnes de poudre de haute pureté. Sur le plan politique, le Guide de développement de l'industrie des nouveaux matériaux a inscrit les céramiques d'alumine haute performance parmi les axes de recherche prioritaires, avec pour objectif d'atteindre un taux de localisation supérieur à 85 % pour les équipements clés d'ici 2026.
4. Tendances futures : Production verte et scénarios émergents
Procédés à faibles émissions de carbone :La technologie de co-frittage à basse température (LTCC) réduit la consommation d'énergie de 25 %, tandis que le frittage par micro-ondes réduit les émissions de carbone de 30 %.
Applications émergentes :Un potentiel énorme existe dans des domaines tels que les joints d'étanchéité des piles à combustible à hydrogène, les pièces en céramique imprimées en 3D (avec une précision de 0,1 mm) et les plaques porteuses de cellules photovoltaïques à hétérojonction.
