In den letzten Jahren hat sich die Halbleiterindustrie durch die Anpassung nationaler Strategien rasant entwickelt und ihren industriellen Umfang drastisch erweitert. Gleichzeitig wurden die Anlagen zur Halbleiterfertigung kontinuierlich weiterentwickelt, um höhere Präzision und größere Komplexität zu erreichen.
Aufgrund ihrer Vorteile wie hoher Härte, hohem Elastizitätsmodul, ausgezeichneter Verschleißfestigkeit, hoher Isolationsfähigkeit, starker Korrosionsbeständigkeit und geringer Wärmeausdehnung eignen sich Keramiken als Komponenten für Halbleiteranlagen wie Siliziumwafer-Poliermaschinen, Wärmebehandlungsanlagen (z. B. Epitaxie-, Oxidations- und Diffusionssysteme), Lithographieanlagen, Beschichtungsanlagen, Halbleiterätzanlagen und Ionenimplantationsanlagen. Daher beeinflussen Forschung, Entwicklung und Produktion von Präzisionskeramikkomponenten die Entwicklung der Halbleiterindustrie unmittelbar, und die Anforderungen an deren Herstellungstechnologien steigen stetig.
Aufgrund ihrer Stellung und Bedeutung in Halbleiteranlagen müssen industrielle Keramikbauteile in den folgenden drei Aspekten strenge Anforderungen für die Industrialisierung im Halbleiterbereich erfüllen:
Leistungsfähigkeit industrieller Keramikwerkstoffe:Es muss die umfassenden Leistungsanforderungen von Halbleiteranlagen an Werkstoffe in Bezug auf Mechanik, Wärme, Dielektrizität, Säure- und Laugenbeständigkeit sowie Plasmakorrosion erfüllen.
Präzisionsbearbeitung von harten, spröden und schwer zu bearbeitenden Werkstoffen: IndustriekeramikmaterialienSie zählen zu den harten, spröden und schwer zu verarbeitenden Werkstoffen. Halbleiteranlagen erfordern hochpräzise Bauteile, und die Bearbeitung war schon immer einer der Engpässe bei der Anwendung von Keramikbauteilen in Halbleiteranlagen.
Oberflächenbehandlung von verarbeiteten Neuprodukten:Da keramische Bauteile in Halbleiteranlagen den Wafer üblicherweise eng umschließen und teilweise sogar direkt mit ihm in Kontakt stehen, ist die Kontrolle von Oberflächenmetallionen und -partikeln äußerst wichtig. Die Oberflächenbehandlung nach der Fertigung ist daher eine der Schlüsseltechnologien für den Einsatz keramischer Bauteile in Halbleiteranlagen.
Zu den Halbleiterkeramiken gehören Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid usw. In Halbleiteranlagen beträgt der Wert der Präzisionskeramiken etwa 16 %.In der Halbleiterindustrie werden verschiedene Arten von Industriekeramikwerkstoffen eingesetzt, die jeweils über einzigartige Eigenschaften und Anwendungsgebiete verfügen. Im Folgenden werden gängige Industriekeramikwerkstoffe, ihre Eigenschaften und Anwendungsbereiche beschrieben:
Merkmale:
Hohe Härte und hohe Verschleißfestigkeit.
Gute Isolierleistung.
Hohe Temperaturbeständigkeit (Schmelzpunkt ca. 2050 ℃).
Gute chemische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit.
Anwendungsbereiche:
Waferboot
Isolierte Bauteile.
Chemisch-mechanisches Planarisierungspad (CMP)
Verkapselungssubstrat
2. Aluminiumnitrid (AlN)
Merkmale:
Hohe Wärmeleitfähigkeit (ca. 170–200 W/m·K).
Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient (ähnlich dem von Silizium).
Hervorragende elektrische Isolierung.
Hohe Temperaturbeständigkeit und Beständigkeit gegen Temperaturschocks.
Anwendungsbereiche:
Halbleitergehäuse-Substrat
Kühlkörper und Wärmeableiter
Hochleistungselektronische Geräte
Heizelement für Dünnschichtabscheidungsanlagen
3. Siliciumcarbid (SiC)
Merkmale:
Extrem hohe Härte (Mohs-Härte 9,2).
Ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit (Schmelzpunkt ca. 2700°C).
Hohe Wärmeleitfähigkeit (ca. 120–200 W/m·K).
Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit.
Anwendungsbereiche:
Komponenten von Ätzanlagen
Hochtemperaturheizung
Halbleiter-Wafer-Boot
Substrat für elektronische Hochleistungsbauelemente
4. Siliziumnitrid (Si₃N₄)
Merkmale:
Hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit.
Hohe Temperaturbeständigkeit (Schmelzpunkt ca. 1900℃).
Ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit.
Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit.
Anwendungsbereiche:
Hochtemperatur-Strukturbauteile
Träger in Halbleiterfertigungsanlagen
Materialien für das Wärmemanagement
Hochzuverlässige Verpackungsmaterialien
Diese industriellen Keramikwerkstoffe spielen eine Schlüsselrolle in der Halbleiterfertigung, indem sie die Anforderungen an hohe Präzision, hohe Zuverlässigkeit und hohe Leistung erfüllen und den Fortschritt der Halbleitertechnologie vorantreiben.
