高纯度、耐高温、超硬核！半导体先进陶瓷材料大揭秘

先进陶瓷零部件因其在半导体设备中所处的位置和重要性，其半导体领域产业化必须在以下三方面满足严苛要求：

•先进陶瓷材料性能：必须满足半导体设备对材料在机械力学、热、介电、耐酸碱和等离子体腐蚀等方面的综合性能要求。

•硬脆难加工材料精密加工：先进陶瓷材料属于硬脆难加工材料，半导体设备对零部件的精度要求高，加工始终是陶瓷零部件在半导体设备应用的瓶颈之一。

•加工后的新品表面处理：由于半导体设备中陶瓷零部件通常紧密围绕着晶圆，一些甚至直接接触晶圆，因此对其表面金属离子和颗粒的控制极为严格，加工后的表面处理是陶瓷零部件在半导体设备中应用的关键技术之一。

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。半导体用先进陶瓷材料种类多样，每种材料都有独特的性能和适用领域。以下是常见的先进陶瓷材料及其特点和应用领域：

1.氧化铝（Al₂O₃）   

特点：

• 高硬度、高耐磨性。

• 良好的绝缘性能。

• 耐高温（熔点约2050℃）。

• 化学稳定性好，抗腐蚀。

应用领域：

• 晶圆承载器（Wafer Boat）。

• 绝缘部件。

• 化学机械抛光（CMP）垫板。

• 封装基板。

2.氮化铝（AlN）   

特点：

• 高导热性（约170-200 W/m·K）。

• 低热膨胀系数（与硅接近）。

• 良好的电绝缘性。

• 耐高温、抗热震。

应用领域：

• 半导体封装基板。

• 热沉和散热片。

• 高功率电子器件。    

• 薄膜沉积设备的加热器。

3.碳化硅（SiC）   

特点：

• 极高的硬度（莫氏硬度9.2）。

• 优异的耐高温性能（熔点约2700℃）。

• 高导热性（约120-200 W/m·K）。

• 耐腐蚀、耐磨损。

应用领域：

• 刻蚀设备的部件。    

• 高温加热器。

• 半导体晶圆承载器。

• 高功率电子器件基板。       

4.氮化硅（Si₃N₄）   

特点：

• 高强度、高韧性。

• 耐高温（熔点约1900℃）。

• 良好的抗热震性能。

• 耐腐蚀、耐磨损。

应用领域：

• 高温结构部件。

• 半导体制造设备中的承载器。

• 热管理材料。

• 高可靠性封装材料。

5.氧化锆（ZrO₂）   

特点：

• 高韧性（相变增韧效应）。

• 耐高温（熔点约2700℃）。

• 良好的化学稳定性。

• 低热导率。

应用领域：

• 化学机械抛光（CMP）垫板。

• 高温传感器。

• 半导体设备中的耐磨部件。

6. 氧化铍（BeO）   

特点：

• 极高的导热性（约250 W/m·K）。

• 良好的电绝缘性。

• 低介电常数。

• 高硬度、耐高温。

应用领域：

• 高功率半导体封装。

• 热管理材料。

• 高频电子器件基板。    

7. 压电陶瓷（如锆钛酸铅，PZT）   

特点：

• 优异的压电性能（电能与机械能转换）。

• 高灵敏度、快速响应。

• 良好的温度稳定性。

应用领域：

• 半导体传感器和探测器。

• 精密定位设备。

• 声波器件（如滤波器、谐振器）。

           

8. 石英陶瓷（SiO₂）   

特点：

• 高纯度、低热膨胀系数。

• 良好的耐高温性能。

• 优异的化学稳定性。

应用领域：

• 半导体制造中的高温炉管。

• 光刻机部件。    

• 晶圆承载器。

9. 氮化硼 nitride（BN）   

特点：

• 高导热性（约60 W/m·K）。

• 低介电常数。

• 良好的润滑性。

• 耐高温、抗热震。

应用领域：

• 高温绝缘材料。

• 半导体设备中的润滑部件。

• 热管理材料。

总结

这些先进陶瓷材料在半导体制造中扮演了关键角色，满足了高精度、高可靠性和高性能的需求，推动了半导体技术的进步。