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半导体设备中,哪些陶瓷材料最受欢迎?

时间:2026年03月11日 来源:本站原创 点击:
一台半导体设备看似是用金属及塑料打造的,其实里面隐藏着非常多极具技术含量的精密陶瓷部件。总之,精密陶瓷在半导体设备中的应用远比我们想象中要多。


哪些陶瓷材料最受欢迎?



氧化物陶瓷

据了解,半导体设备中会用到大量的氧化物陶瓷精密部件。


例如氧化铝材料,高纯Al2O3涂层或Al2O3陶瓷作为刻蚀腔体和腔体内部件的防护材料。除了腔体以外,等离子体设备的气体喷嘴,气体分配盘和固定晶圆的固定环等也需用到氧化铝陶瓷。而在晶圆抛光工艺中,氧化铝陶瓷可被广泛应用于抛光板、抛光磨垫校正平台、真空吸盘等。


在半导体芯片制造中,机械手臂、真空吸盘、静电卡盘、陶瓷加热器、喷嘴、保温筒等精密陶瓷零部件是难以被替代的关键部件,用于半导体晶圆制造的薄膜沉积、刻蚀、氧化扩散、激光退火等主要流程。氧化铝陶瓷部件的质量水平对于半导体产线稳定生产、保证产品合格率具有重要作用。


在半导体设备用精密陶瓷中,氧化物陶瓷应用最为广泛使用规模最大,市场规模占比约45%,其中氧化铝陶瓷占比极高。

氧化钇(Y2O3)属于立方晶系,其熔点为2430℃,电绝缘性良好,透光性好。许多研究表明,Y2O3陶瓷涂层的耐等离子刻蚀性能要优于Al2O3涂层。

目前,氧化钇陶瓷在刻蚀机中主要应用场景为腔体与窗视镜。在腔体中,除了做成整个腔体,考虑到价格因素,往往会在其它陶瓷基体上喷涂Y2O3涂层来达到目的。


半导体设备中,哪些陶瓷材料最受欢迎?

此外,上面我们说了,氧化锆陶瓷作为劈刀的主要制造材料,是引线键合过程中的必不可少的工具。

碳化硅陶瓷

碳化硅材料具有极高的弹性模量、导热系数和较低的热膨胀系数,不易产生弯曲应力变形和热应变,并且具有极佳的可抛光性,可以通过机械加工至优良的镜面;因此采用碳化硅作为光刻机等半导体关键装备用精密结构件材料具有极大的优势。

目前日本、美国等少数几个发达国家的少数企业(如日本的Kyocera、美国的Coors Tek等)成功地将碳化硅陶瓷材料应用于集成电路制造关键装备中,如光刻机用碳化硅工件台、导轨、反射镜、陶瓷吸盘、手臂等。刻蚀设备中,碳化硅陶瓷常备用于聚焦环等。


根据制备工艺,碳化硅零部件可分为化学气相沉积碳化硅(CVDSiC)、反应烧结碳化硅、重结晶烧结碳化硅、常压烧结碳化硅、热压烧结碳化硅、热等静压烧结碳化硅等。CVD碳化硅零部件被广泛应用于刻蚀设备、MOCVD设备和SiC外延设备、快速热处理设备等领域;CVD碳化硅零部件最大细分市场为刻蚀设备。刻蚀设备中CVD碳化硅零部件包含聚焦环、气体喷淋头、托盘、边缘环等,由于CVD碳化硅对含氯和含氟刻蚀气体的低反应性、导电性,使其成为等离子体刻蚀设备聚焦环等部件的理想材料。


氮化硅陶瓷

作为一种共价键化合物,其热膨胀系数低、导热率高、抗化学腐蚀、耐热冲击性极佳。经过热压烧结的Si3N4,其硬度极高,且极耐高温,它的强度一直维持在1200℃高温下而不下降,受热后不会熔成融体,到1900℃才会分解。因此,氮化硅陶瓷被称为是“综合性能最好的陶瓷材料”,在半导体设备中被用以制造平台、导轨、轴承等部件。

氮化铝陶瓷

目前的静电吸盘主要采用氧化铝陶瓷作为主体制造材料,而氧化铝材料热导率及相关机械性能不及氮化铝陶瓷,因此采用氮化铝陶瓷替代氧化铝陶瓷作为静电吸盘的制造材料将成为趋势。

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