In een tijdperk waarin de halfgeleidertechnologie zich richting processen onder de 3nm beweegt,aluminiumoxide keramiek(Al₂O₃-keramiek) is uitgegroeid tot een belangrijk materiaal voor de nauwkeurige werking van halfgeleiderapparatuur, dankzij hun hoge zuiverheid, uitstekende isolatie, hoge temperatuurbestendigheid en chemische stabiliteit. Van chipproductie tot verpakking en testen, aluminiumoxidekeramiek, als de onzichtbare hoeksteen, stimuleert de continue innovatie van de halfgeleiderindustrie.
1. De kerntoepassingen van aluminiumoxidekeramiek in de halfgeleiderproductie
⑴ Belangrijkste componenten van chipproductieapparatuur
Ets- en depositieapparatuur:Bij plasma-ets- en dunnefilmdepositieprocessen (CVD/PVD),aluminiumoxide keramiekWorden gebruikt voor de productie van elektrostatische klauwplaten (ESC), gasdistributieplaten en kamerbekledingen. Hun weerstand tegen plasmacorrosie (bijv. tegen Cl₂, CF₄) en ultrahoge vlakheid (oppervlakteruwheid Ra ≤ 0,01 μm) garanderen de precisie en stabiliteit van de waferverwerking.
Lithografietechnologie:Alumina-keramiekWorden gebruikt in de maskerondersteuningsstructuur van extreem-ultraviolet (EUV) lithografiemachines. De lage thermische uitzettingscoëfficiënt (8,2 × 10⁻⁶/℃) vermindert thermische drift en garandeert lithografienauwkeurigheid op nanometerniveau.
⑵ Verpakkings- en testprocessen
Substraten voor geïntegreerde schakelingsverpakkingen:Meerlaagse aluminiumoxide-keramische substraten worden gebruikt in vermogensmodules zoals IGBT's en MOSFET's en combineren isolatie (volumeweerstand 10¹⁴ Ω·cm) met warmteafvoer (thermische geleidbaarheid 25 W/(m·K)). Hun thermische uitzettingscoëfficiënt komt overeen met die van siliciumchips, waardoor thermische spanning wordt verminderd.
Chemisch Mechanisch Polijsten (CMP):De oppervlakteruwheid van keramische aluminiumoxidepolijstplaten kan binnen 0,5 nm worden geregeld, waardoor de planarisatie-uniformiteit van wafers aanzienlijk wordt verbeterd en "dishing"-defecten worden verminderd.
2. Technische doorbraken: van materiaalmodificatie tot procesinnovatie
⑴ Hoge zuiverheid en nanostructurering
Het team van het Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft onlangs gate-diëlektrische materialen van monokristallijn aluminiumoxide ontwikkeld. Deze materialen kunnen effectief lekstroom voorkomen, zelfs bij een dikte van slechts 1 nanometer, en bieden een nieuwe oplossing voor chips met een laag vermogen. Bovendien vertonen nano-alumina keramiek (korrelgrootte <200 nm), bereid via de sol-gelmethode, een buigsterkte van 350 MPa – 50% hoger dan traditionele materialen.
⑵ Composiet en functioneel ontwerp
Plasmacorrosieweerstand:Yttrium-alumina composietkeramiek, gedoteerd met zeldzame aardelementen met een hoge entropie, verlengt de levensduur van componenten van etsapparatuur met meer dan 10 keer.
Intelligente integratie:Jifeng Technology heeft bijvoorbeeld grafeen in aluminiumoxidekeramiek geïntroduceerd, waardoor de thermische geleidbaarheid is toegenomen tot 200 W/(m·K). Dit maakt het geschikt voor warmteafvoermodules in 5G-basisstations.
3. Marktperspectief en lokalisatieproces
⑴ Wereldwijde marktgroei
In 2023 bereikte de wereldwijde markt voor keramische componenten van aluminiumoxide voor halfgeleiders een omvang van 7,2 miljard dollar, goed voor 45% van de keramische precisiecomponenten. Gedreven door de vraag vanuit AI, 5G en andere sectoren, zal de markt naar verwachting in 2025 de 10 miljard RMB overschrijden, waarbij het Chinese marktaandeel naar verwachting zal stijgen van 30% naar 35%.
⑵ Lokalisatiedoorbraken
De zelfvoorzieningsgraad van China op het gebied van hoogzuiver aluminiumoxidekeramiek (zuiverheid ≥ 99,9%) bedraagt meer dan 80%. Bedrijven zoals Yunxing Industrial Ceramic breiden hun productiecapaciteit uit en plannen een jaarlijkse productie van 300 ton hoogzuiver poeder. Op beleidsniveau heeft de New Materials Industry Development Guide hoogpresterende aluminiumoxidekeramiek aangemerkt als een belangrijke onderzoeksrichting, met als doel een lokalisatiegraad van meer dan 85% voor belangrijke apparatuur te bereiken in 2026.
4. Toekomstige trends: groene productie en opkomende scenario's
Koolstofarme processen:Met de technologie voor meestook bij lage temperaturen (LTCC) wordt het energieverbruik met 25% teruggebracht, terwijl microgolfsinteren de CO2-uitstoot met 30% vermindert.
Nieuwe toepassingen:Er ligt een enorm potentieel in scenario's zoals afdichtingen voor waterstofbrandstofcellen, 3D-geprinte keramische onderdelen (met een nauwkeurigheid van 0,1 mm) en heterojunctie-fotovoltaïsche celdragerplaten.
