De afgelopen jaren heeft de halfgeleiderindustrie, dankzij aanpassingen in het nationale beleid, zich snel ontwikkeld en is de industriële schaal drastisch toegenomen. Tegelijkertijd is de apparatuur voor de productie van halfgeleiders continu geëvolueerd naar een hogere precisie en grotere complexiteit.
Dankzij hun voordelen, waaronder hoge hardheid, hoge elasticiteitsmodulus, uitstekende slijtvastheid, hoge isolatiewaarde, sterke corrosiebestendigheid en lage thermische uitzetting, kunnen keramische materialen worden gebruikt als componenten voor halfgeleiderapparatuur zoals siliciumwafelpolijstmachines, warmtebehandelingsapparatuur (bijv. epitaxie-, oxidatie- en diffusiesystemen), lithografiemachines, depositieapparatuur, halfgeleideretsapparatuur en ionenimplantatiemachines. Daarom hebben de R&D en productie van precisiekeramische componenten een directe impact op de ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie, en worden de eisen aan de productietechnologieën steeds strenger.
Vanwege hun positie en belang in halfgeleiderapparatuur moeten industriële keramische componenten voldoen aan strenge eisen voor industrialisatie in de halfgeleidersector op de volgende drie aspecten:
Prestaties van industrieel keramisch materiaal:Het moet voldoen aan de uitgebreide prestatie-eisen voor halfgeleiderapparatuur met betrekking tot materialen op het gebied van mechanische eigenschappen, hittebestendigheid, diëlektrische eigenschappen, zuur- en alkalibestendigheid en plasmacorrosie.
Precisiebewerking van harde, broze en moeilijk te bewerken materialen: Industriële keramische materialenKeramische materialen behoren tot de harde, broze en moeilijk te bewerken materialen. Halfgeleiderapparatuur vereist een hoge precisie van de componenten, en de bewerking ervan is altijd een van de knelpunten geweest bij de toepassing van keramische componenten in halfgeleiderapparatuur.
Oppervlaktebehandeling van verwerkte nieuwe producten:Omdat keramische componenten in halfgeleiderapparatuur de wafer meestal strak omsluiten en sommige er zelfs direct contact mee maken, is de controle van metaalionen en -deeltjes aan het oppervlak uiterst streng. Oppervlaktebehandeling na de verwerking is een van de belangrijkste technologieën voor de toepassing van keramische componenten in halfgeleiderapparatuur.
Halfgeleiderkeramiek omvat onder andere aluminiumoxide, siliciumnitride en siliciumcarbide. In halfgeleiderapparatuur vertegenwoordigt precisiekeramiek ongeveer 16% van de totale waarde.Er bestaan diverse soorten industriële keramische materialen die in halfgeleiders worden gebruikt, elk met unieke eigenschappen en toepassingsgebieden. Hieronder volgen enkele veelvoorkomende industriële keramische materialen, hun kenmerken en toepassingsgebieden:
Functies:
Hoge hardheid en hoge slijtvastheid.
Goede isolatieprestaties.
Bestand tegen hoge temperaturen (smeltpunt circa 2050 ℃).
Goede chemische stabiliteit en corrosiebestendigheid.
Toepassingsgebieden:
Wafelboot
Geïsoleerde componenten.
Chemisch-mechanische planarizatie (CMP) pad
Inkapselingssubstraat
2. Aluminiumnitride (AlN)
Functies:
Hoge thermische geleidbaarheid (ongeveer 170–200 W/m·K).
Lage thermische uitzettingscoëfficiënt (vergelijkbaar met die van silicium).
Uitstekende elektrische isolatie.
Hoge temperatuurbestendigheid en thermische schokbestendigheid.
Toepassingsgebieden:
Halfgeleiderpakketsubstraat
Koelblok en warmteafvoer
Krachtige elektronische apparaten
Verwarmingselement voor apparatuur voor dunnefilmdepositie
3. Siliciumcarbide (SiC)
Functies:
Extreem hoge hardheid (Mohs-hardheid 9,2).
Uitstekende hoge temperatuurbestendigheid (smeltpunt ca. 2700 °C).
Hoge thermische geleidbaarheid (ongeveer 120–200 W/m·K).
Corrosiebestendigheid en slijtvastheid.
Toepassingsgebieden:
Onderdelen van etsapparatuur
Hogetemperatuurverwarming
Halfgeleiderwafelboot
Substraat voor krachtige elektronische apparaten
4. Siliciumnitride (Si₃N₄)
Functies:
Hoge sterkte en hoge taaiheid.
Bestand tegen hoge temperaturen (smeltpunt ca. 1900℃).
Uitstekende thermische schokbestendigheid.
Corrosiebestendigheid en slijtvastheid.
Toepassingsgebieden:
Structurele componenten voor hoge temperaturen
Dragers in halfgeleiderproductieapparatuur
Materialen voor thermisch beheer
Zeer betrouwbare verpakkingsmaterialen
Deze industriële keramische materialen spelen een sleutelrol in de halfgeleiderproductie. Ze voldoen aan de eisen voor hoge precisie, betrouwbaarheid en prestaties en stimuleren de vooruitgang van de halfgeleidertechnologie.
