В эпоху, когда полупроводниковая технология переходит на процессы с нормами ниже 3 нм,керамика из оксида алюминияКерамика на основе оксида алюминия (Эл₂O₃) стала ключевым материалом, обеспечивающим точную работу полупроводникового оборудования благодаря своей высокой чистоте, превосходной изоляции, стойкости к высоким температурам и химической стабильности. От производства микросхем до упаковки и тестирования, алюмооксидная керамика, являясь невидимым краеугольным камнем, является движущей силой непрерывных инноваций в полупроводниковой промышленности.
1. Основные области применения алюмооксидной керамики в производстве полупроводников
⑴ Ключевые компоненты оборудования для производства микросхем
Оборудование для травления и осаждения:В процессах плазменного травления и осаждения тонких пленок (сердечно-сосудистые заболевания/ПВД),керамика из оксида алюминияИспользуются для изготовления электростатических держателей (ЭСП), газораспределительных пластин и облицовки камер. Их стойкость к плазменной коррозии (например, к Кл₂, CF₄) и сверхплоскостность (шероховатость поверхности Ра ≤ 0,01 мкм) обеспечивают точность и стабильность обработки пластин.
Технология литографии:Керамика из оксида алюминияИспользуются в качестве опорной конструкции для масок в литографических установках с экстремальным ультрафиолетовым излучением (ЭУВ). Низкий коэффициент теплового расширения (8,2×10⁻⁶/℃) снижает тепловой дрейф, обеспечивая точность литографии на уровне нанометров.
⑵ Процессы упаковки и тестирования
Подложки для корпусов интегральных схем:Многослойные алюмооксидные керамические подложки используются в силовых модулях, таких как БТИЗ и МОП-транзистор, сочетая в себе функции изоляции (объемное сопротивление 10¹⁴ Ом·см) и теплоотвода (теплопроводность 25 Вт/(м·К)). Их коэффициент теплового расширения соответствует коэффициенту теплового расширения кремниевых кристаллов, что снижает тепловые напряжения.
Химико-механическая полировка (ХМП):Шероховатость поверхности полировальных пластин из алюмооксидной керамики можно контролировать в пределах 0,5 нм, что значительно улучшает однородность планаризации пластин и снижает дефекты ддддхххдишингдддххх.
2. Технические прорывы: от модификации материалов до инноваций в процессах
⑴ Высокая чистота и наноструктурирование
Группа исследователей из Шанхайского института микросистем и информационных технологий Китайской академии наук недавно разработала диэлектрические материалы на основе монокристаллического оксида алюминия. Эти материалы способны эффективно предотвращать утечку тока даже при толщине всего 1 нанометр, предлагая новое решение для маломощных микросхем. Кроме того, керамика на основе нанооксида алюминия (размер зерна <200 нм), полученная золь-гель методом, обладает прочностью на изгиб 350 МПа — на 50% выше, чем у традиционных материалов.
⑵ Композитный и функциональный дизайн
Стойкость к плазменной коррозии:Композитная керамика на основе иттрия-оксида алюминия, легированная высокоэнтропийными редкоземельными элементами, продлевает срок службы деталей травильного оборудования более чем в 10 раз.
Интеллектуальная интеграция:Например, компания Цзифэн Технология внедрила графен в алюмооксидную керамику, увеличив теплопроводность до 200 Вт/(м·К), что делает ее пригодной для модулей рассеивания тепла в базовых станциях 5G.
3. Перспективы рынка и процесс локализации
⑴ Рост мирового рынка
В 2023 году объём мирового рынка компонентов из алюмооксидной керамики для полупроводников достиг 7,2 млрд долларов США, что составляет 45% рынка прецизионных керамических компонентов. Ожидается, что благодаря спросу со стороны искусственного интеллекта, технологий 5G и других областей объём рынка к 2025 году превысит 10 млрд юаней, а доля Китая на рынке, по прогнозам, увеличится с 30% до 35%.
⑵ Прорывы в локализации
Уровень самообеспеченности Китая высокочистой алюмооксидной керамикой (чистота ≥99,9%) превысил 80%. Такие предприятия, как Юньсин Промышленный Керамический, расширяют производственные мощности, планируя годовой выпуск 300 тонн высокочистого порошка. В руководстве по развитию индустрии новых материалов высокопроизводительная алюмооксидная керамика обозначена как ключевое направление исследований с целью достижения уровня локализации производства ключевого оборудования более 85% к 2026 году.
4. Будущие тенденции: зеленое производство и новые сценарии
Низкоуглеродные процессы:Технология низкотемпературного совместного обжига (LTCC) сокращает потребление энергии на 25%, а микроволновое спекание сокращает выбросы углерода на 30%.
Новые приложения:Огромный потенциал существует в таких сценариях, как герметизация водородных топливных элементов, керамические детали, напечатанные на 3D-принтере (с точностью 0,1 мм) и гетеропереходные пластины-носители для фотоэлектрических элементов.
