Céramiques d'alumine - La pierre angulaire invisible de la fabrication de semi-conducteurs
À une époque où la technologie des semi-conducteurs évolue vers des procédés inférieurs à 3 nm,céramiques d'alumineLes céramiques Al₂O₃ sont devenues un matériau essentiel au fonctionnement précis des équipements semi-conducteurs, grâce à leur grande pureté, leur excellente isolation, leur résistance aux hautes températures et leur stabilité chimique. De la fabrication des puces au conditionnement et aux tests, les céramiques d'alumine, pierre angulaire invisible, stimulent l'innovation continue de l'industrie des semi-conducteurs.
1.Les principales applications de la céramique d'alumine dans la fabrication de semi-conducteurs
⑴ Composants clés des équipements de fabrication de puces
Équipement de gravure et de dépôt :Dans les procédés de gravure au plasma et de dépôt de couches minces (CVD/PVD),céramiques d'alumineIls sont utilisés pour la fabrication de mandrins électrostatiques (ESC), de plaques de distribution de gaz et de revêtements de chambre. Leur résistance à la corrosion plasma (par exemple, contre Cl₂, CF₄) et leur planéité ultra-élevée (rugosité de surface Ra ≤ 0,01 μm) garantissent la précision et la stabilité de l'usinage des plaquettes.
Technologie de lithographie :Céramiques d'aluminesont utilisés dans la structure de support de masque 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 de l'ordre du nanomètre.
⑵ Processus d'emballage et de test
Substrats d'encapsulation de circuits intégrés :multicouchecéramique d'alumineLes substrats 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 correspond à celui des puces en silicium, réduisant ainsi les contraintes thermiques.
Polissage mécano-chimique (CMP) :La rugosité de la surface decéramique d'alumineLes plaques de polissage peuvent être contrôlées à 0,5 nm près, ce qui améliore considérablement l'uniformité de planarisation des plaquettes et réduit les défauts de "dishing".
2. Avancées techniques : de la modification des matériaux à l'innovation des procédés
⑴ Haute pureté et nanostructuration
L'équipe de l'Institut des microsystèmes et des technologies de l'information de Shanghai, rattaché à l'Académie chinoise des sciences, a récemment développé des matériaux diélectriques de grille en alumine monocristalline. Ces matériaux peuvent efficacement empêcher 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 nano-céramiques d'alumine(granulométrie < 200 nm), préparés par la méthode sol-gel, présentent une résistance à la flexion de 350 MPa, soit 50 % de plus que les matériaux traditionnels.
⑵ Conception composite et fonctionnelle
Résistance à la corrosion par plasma :Les céramiques composites 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 le graphène danscéramiques d'alumine, augmentant la conductivité thermique à 200 W/(m·K), ce qui le rend adapté aux modules de dissipation thermique dans les stations de base 5G.
3. Prospection du marché et processus de localisation
⑴ Croissance du marché mondial
En 2023, la taille du marché mondial decéramique d'alumineLes composants pour semi-conducteurs ont atteint 7,2 milliards de dollars américains, soit 45 % des composants céramiques de précision. Porté par la demande de l'IA, de la 5G et d'autres domaines, le 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 Avancées en matière de localisation
Taux d'autosuffisance de la Chine en matière de haute puretécéramiques d'alumine(pureté ≥ 99,9 %) a dépassé 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. Au niveau politique, le Guide de développement de l'industrie des nouveaux matériaux a classé les céramiques d'alumine haute performance parmi les axes de recherche clés, avec pour objectif d'atteindre un taux de localisation de plus de 85 % pour les équipements clés d'ici 2026.
4. Tendances futures : fabrication verte et scénarios émergents
Procédés à faible émission de carbone :La technologie de co-cuisson 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 scénarios tels que les joints de 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.