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盘点精密陶瓷的半导体应用
导体芯片无处不在,相当于电子产品的大脑,手机、智能手表、电脑、汽车、大数据、云计算、物联网等各种产品更新换代都离不开它。在半导体产业中,半导体制造设备是我国卡脖子的问题,也是重点鼓励发展的产业(https://www.ab-sm.com)。


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随着国内半导体行业蓬勃发展,晶圆代工厂纷纷在中国建厂,带动了半导体材料和设备配套的完善,国外供应链资源配置向国内倾斜,同时也涌现了不少优秀的本土半导体设备厂商,如凯世通、 中科信装备、中微半导体、北方华创、华海清科等等。

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图 搬运臂,来源:京瓷

半导体设备需要大量的精密陶瓷部件。由于陶瓷具有高硬度、高弹性模量、高耐磨、高绝缘、耐腐蚀、低膨胀等优点,可用作硅片抛光机、外延/氧化/扩散等热处理设备、光刻机、沉积设备,半导体刻蚀设备,离子注入机等设备的零部件。半导体陶瓷有氧化铝、氮化硅、氮化铝、碳化硅等,在半导体设备中,精密陶瓷的价值约占16%左右。

表  半导体设备用主要精密陶瓷部件

应用制程
陶瓷部件
CMP
抛光台、抛光板、搬运臂
光刻
真空吸盘、晶圆卡盘、工作台、搬运臂
高温处理(RTP/外延/氧化/扩散)
绝缘子、基座、晶舟、炉管、悬臂桨
沉积
室盖、腔内衬、沉积环、静电夹盘、加热器、电镀绝缘子、真空破坏过滤器
刻蚀
圆顶、腔体、聚焦环、喷嘴、静电夹盘、搬运臂
离子注入
轴承、真空吸盘、静电夹盘


由于半导体设备陶瓷部件的生产涉及原始设备制造商认证,因此属于独占性高门槛行业。相关企业有京瓷、NGK、Applied Ceramics、 coorstek、杭州大和热磁电子、卡贝尼、苏州珂玛、广东海拓等。在国产化发展的趋势下,半导体设备精密陶瓷部件的需求将增大,国内精密陶瓷企业将迎来发展机遇。欢迎大家扫码加入半导体产业交流群,与我们一起讨论交流。

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1、氧化铝(Al2O3)


氧化铝是使用较广且知名的精密陶瓷材料。高纯度氧化铝陶瓷(纯度99%以上)具有良好的刚性、耐磨性,较好的绝缘性,耐酸碱性,耐高温,较高的强度、耐等离子等特性。

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图  氧化铝静电夹盘,来源NTK

高纯氧化铝应用:半导体制造设备的腔体部件、绝缘法兰盘、抛光板、抛光平台、晶圆夹盘、搬运臂等。

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图  蓝宝石晶圆舟,来源:京瓷

此外,透明的单晶氧化铝材料——蓝宝石具有卓越的化学稳定性、机械性能、耐热、耐等离子等特性。

应用:晶圆运输的搬运臂、晶圆舟、砷化镓抛光晶片用承载板等。

2、碳化硅(SiC)


碳化硅具有高导热性、高温机械强度、高刚度、低热膨胀系数、良好的热均匀性、耐腐蚀性、耐磨耗性等特性。碳化硅在高达1400℃的极端温度下,其仍能保持良好的强度。

图  碳化硅刻蚀托盘,来源:西安中威

应用:XY平台、基座、聚焦环、抛光板、晶圆夹盘、真空吸盘、搬运臂、炉管、晶舟、悬臂桨等。

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图 碳化硅晶舟,来源:coorstek

3、氮化铝(AIN)


高纯氮化铝陶瓷具有卓越的热传导性,耐热性、绝缘性,热膨胀系数接近硅,且具有优异的等离子体抗性,产品热量分布均匀。

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图  氮化铝加热板,来源:coorstek

应用:晶片加热加热器、静电夹盘

4、氮化硅(Si3N4)


氮化硅(Si3N4)是断裂韧性高、耐热冲击性强、高耐磨耗性、高机械强度、耐腐蚀的材料。可应用于半导体设备平台、轴承等部件。



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