Negli ultimi anni, con l'adeguamento delle politiche nazionali, l'industria dei semiconduttori si è sviluppata rapidamente e la sua scala industriale si è ampliata drasticamente. Nel frattempo, le apparecchiature per la produzione di semiconduttori si sono evolute costantemente verso una maggiore precisione e complessità.
Grazie ai loro vantaggi, tra cui elevata durezza, elevato modulo elastico, eccellente resistenza all'usura, elevato isolamento, elevata resistenza alla corrosione e bassa dilatazione termica, le ceramiche possono essere utilizzate come componenti per apparecchiature a semiconduttore come lucidatrici per wafer di silicio, apparecchiature per trattamento termico (ad esempio, sistemi di epitassia, ossidazione e diffusione), macchine litografiche, apparecchiature di deposizione, apparecchiature per l'incisione di semiconduttori e impiantatori ionici. Pertanto, la ricerca e sviluppo e la produzione di componenti ceramici di precisione hanno un impatto diretto sullo sviluppo dell'industria dei semiconduttori e i requisiti per le loro tecnologie di preparazione sono diventati sempre più rigorosi.
A causa della loro posizione e importanza nelle apparecchiature a semiconduttore, i componenti ceramici industriali devono soddisfare rigorosi requisiti per l'industrializzazione nel campo dei semiconduttori nei seguenti tre aspetti:
Prestazioni dei materiali ceramici industriali:Deve soddisfare i requisiti prestazionali completi delle apparecchiature a semiconduttore per i materiali in meccanica, calore, resistenza dielettrica, agli acidi e agli alcali e corrosione al plasma.
Lavorazione di precisione di materiali duri, fragili e difficili da lavorare: Materiali ceramici industrialiappartengono a materiali duri, fragili e difficili da lavorare. Le apparecchiature a semiconduttore richiedono un'elevata precisione dei componenti e la lavorazione meccanica è sempre stata uno dei colli di bottiglia nell'applicazione dei componenti ceramici nelle apparecchiature a semiconduttore.
Trattamento superficiale dei nuovi prodotti lavorati:Poiché i componenti ceramici nelle apparecchiature a semiconduttore solitamente avvolgono strettamente il wafer, e alcuni addirittura lo toccano direttamente, il controllo degli ioni e delle particelle metalliche superficiali è estremamente rigoroso. Il trattamento superficiale dopo la lavorazione è una delle tecnologie chiave per l'applicazione dei componenti ceramici nelle apparecchiature a semiconduttore.
Le ceramiche semiconduttrici includono ossido di alluminio, nitruro di silicio, nitruro di alluminio, carburo di silicio, ecc. Nelle apparecchiature a semiconduttore, il valore della ceramica di precisione rappresenta circa il 16%.Esistono vari tipi di materiali ceramici industriali utilizzati nei semiconduttori, ognuno con proprietà e campi di applicazione unici. Di seguito sono riportati i materiali ceramici industriali più comuni, le loro caratteristiche e i relativi campi di applicazione:
Caratteristiche:
Elevata durezza ed elevata resistenza all'usura.
Buone prestazioni di isolamento.
Resistenza alle alte temperature (punto di fusione circa 2050 ℃).
Buona stabilità chimica e resistenza alla corrosione.
Campi di applicazione:
Barca di cialde
Componenti isolati.
Tampone di planarizzazione chimico-meccanica (CMP)
Substrato di incapsulamento
2. Nitruro di alluminio (AlN)
Caratteristiche:
Elevata conduttività termica (circa 170–200 W/m·K).
Basso coefficiente di dilatazione termica (vicino a quello del silicio).
Ottimo isolamento elettrico.
Resistenza alle alte temperature e agli shock termici.
Campi di applicazione:
Substrato del pacchetto semiconduttore
Dissipatore di calore e dissipatore di calore
Dispositivi elettronici ad alta potenza
Riscaldatore per apparecchiature di deposizione di film sottili
3. Carburo di silicio (SiC)
Caratteristiche:
Durezza estremamente elevata (durezza Mohs 9,2).
Ottima resistenza alle alte temperature (punto di fusione circa 2700°C).
Elevata conduttività termica (circa 120–200 W/m·K).
Resistenza alla corrosione e all'usura.
Campi di applicazione:
Componenti dell'attrezzatura per l'incisione
Riscaldatore ad alta temperatura
Barca a wafer semiconduttore
Substrato per dispositivi elettronici ad alta potenza
4. Silicon Nitride (Si₃N₄)
Caratteristiche:
Elevata resistenza e tenacità.
Resistenza alle alte temperature (punto di fusione circa 1900℃).
Eccellente resistenza agli shock termici.
Resistenza alla corrosione e all'usura.
Campi di applicazione:
Componenti strutturali ad alta temperatura
Vettori nelle apparecchiature di produzione di semiconduttori
Materiali per la gestione termica
Materiali di imballaggio ad alta affidabilità
Questi materiali ceramici industriali svolgono un ruolo fondamentale nella produzione di semiconduttori, soddisfacendo i requisiti di elevata precisione, elevata affidabilità ed elevate prestazioni e favorendo il progresso della tecnologia dei semiconduttori.
