Au sein de l’écosystème de l’industrie des semi-conducteurs, les équipements de fabrication de semi-conducteurs constituent son pilier central et occupe une position centrale. Selon le rapport de mi--année sur les prévisions totales des équipements de semi-conducteurs de SEMI, un signal de forte croissance du secteur a été émis. Les données montrent que les ventes mondiales totales d'équipements de fabrication de semi-conducteurs (OEM) devraient atteindre 165,9 milliards de dollars en 2026, soit une augmentation annuelle-sur-de 23,2 %, établissant un nouveau record historique. Cette dynamique de croissance de l’industrie devrait se poursuivre, les ventes mondiales d’équipements devant dépasser 229,5 milliards de dollars d’ici 2028, réalisant ainsi cinq années consécutives de croissance régulière.
Cette expansion rapide du secteur pousse les équipements de fabrication de semi-conducteurs vers une complexité et une précision de conception et de fabrication toujours plus grandes. Dans ce processus, les céramiques hautes-performances, en tant que matériau composant essentiel, jouent un rôle clé dans la fabrication de semi-conducteurs. La R&D et la production de composants céramiques-hautes performances sont directement liées au développement robuste et à l'avancement technologique de la chaîne d'approvisionnement des semi-conducteurs.
Les matériaux céramiques à haute-performances possèdent d'excellentes propriétés complètes, telles qu'une résistance élevée, une dureté élevée, une résistance élevée à l'usure, une isolation électrique élevée, une faible dilatation thermique, une résistance élevée à la corrosion et une stabilité chimique élevée. Dans la fabrication de semi-conducteurs, ils peuvent être utilisés comme composants d'équipements tels que des plaques de polissage, des plates-formes de conditionnement de tampons de polissage, des mandrins à vide, des éléments chauffants et des mandrins électrostatiques.
Composants céramiques-hautes performances pour la fabrication de semi-conducteurs
Les matériaux céramiques à haute-performances comprennent principalement l'alumine, le nitrure d'aluminium, le nitrure de silicium, le carbure de silicium, etc. Différents matériaux céramiques ont des caractéristiques différentes, conduisant à des scénarios d'application variés dans le domaine des semi-conducteurs. Parmi celles-ci, les céramiques d'alumine ont une gamme d'applications particulièrement large dans l'industrie des semi-conducteurs.
Applications de plusieurs céramiques de qualité semi-conductrice-communes
Propriétés et classification des céramiques d'alumine
Les céramiques d'alumine sont l'un des matériaux isolants essentiels indispensables pour les équipements de base dans la fabrication de circuits intégrés. À mesure que les processus de fabrication de puces progressent, les exigences de pureté et de performances pour les céramiques d'alumine continuent de croître. Généralement, les céramiques d'alumine sont classées en fonction de leur teneur en alumine, généralement divisées en céramiques d'alumine de type -ordinaire et de haute-pureté-. Le type ordinaire - peut être subdivisé en fonction de la teneur en alumine, comme 75 % d'alumine, 96 % d'alumine et 99 % de céramiques d'alumine ; Les céramiques d'alumine de type haute-pureté- font référence à des matériaux dont la teneur en alumine est supérieure à 99,9 %.
Actuellement, la pureté des céramiques d'alumine utilisées dans les équipements semi-conducteurs est fondamentalement supérieure à 99,5 %. Les céramiques d'alumine utilisées dans les applications de gravure atteignent une pureté supérieure à 99,8 %, atteignant même le grade 4N (99,99 %). Ceux-ci apparaissent transparents ou translucides, avec des indicateurs de performance atteignant le niveau des monocristaux de saphir. De plus, en raison de leur structure à grains fins-, certaines propriétés telles que la résistance à la flexion et à la compression sont même supérieures à celles des monocristaux de saphir.
Propriétés clés des céramiques d'alumine avec différentes teneurs en alumine
Application de céramiques d'alumine translucides dans les semi-conducteurs
Les céramiques d'alumine translucides sont un type de céramique d'alumine de haute-pureté. En raison de leur certaine transmission optique, ils peuvent être utilisés comme matériaux céramiques intégrant à la fois des rôles fonctionnels et structurels. Les caractéristiques structurelles de haute densification et de pores minimes et de défauts d'impuretés signifient que les céramiques d'alumine translucides possèdent souvent des propriétés globales plus excellentes que les céramiques d'alumine ordinaires de haute -pureté. Par rapport aux monocristaux de saphir, les céramiques d'alumine translucides présentent des avantages en termes de propriétés mécaniques et sont considérées comme l'un des matériaux céramiques préférés pour intégrer la structure et la fonction.
Applications dans les équipements semi-conducteurs
Dans la fabrication de semi-conducteurs, le processus de gravure est une étape critique. Plus précisément, la sélection des matériaux pour les fenêtres des chambres de gravure nécessite non seulement une transmission élevée, mais également une excellente résistance à la corrosion. Au départ, le quartz était couramment utilisé. Cependant, la faible résistance du quartz à la corrosion le rend sujet aux dommages et au trouble, ce qui réduit considérablement sa durée de vie en tant que fenêtre. Les céramiques d'alumine translucides ont attiré l'attention en raison de leur excellente transmission optique, de leur résistance chimique exceptionnelle et de leurs propriétés diélectriques.
Les fenêtres en céramique d'alumine présentent une durée de vie exceptionnellement longue. Une transmission optique élevée constitue leur principal avantage pour cette application, une pureté élevée garantit la résistance à la gravure au plasma et une densification élevée réduit les pertes diélectriques, minimisant ainsi la génération de chaleur pendant le fonctionnement de l'équipement. Bien que les céramiques d'alumine translucides présentent de bonnes performances en matière de résistance à la gravure au plasma, leur transmission optique est toujours en retard par rapport à des matériaux comme le quartz. En particulier dans les environnements de gravure au plasma contenant du fluor-, Al réagit avec F pour former des composés AlxFy, ce qui non seulement raccourcit la durée de vie de la céramique d'alumine translucide, mais présente également un risque de contamination des plaquettes.
Applications dans l'emballage des semi-conducteurs
Dans les processus d'emballage des semi-conducteurs, afin d'optimiser l'efficacité de conversion photoélectrique des puces LED, des normes plus strictes sont imposées sur les propriétés optiques et thermiques des matériaux d'emballage. Les céramiques d'alumine translucides, en tant que matériaux d'emballage, remplissent non seulement un double rôle de substrat de support et de voie de dissipation thermique, mais, en tirant également parti de leurs propriétés optiques uniques, résolvent efficacement le problème de l'efficacité lumineuse limitée provoquée par les trajets lumineux unidirectionnels. Plus précisément, grâce à leur facteur de transmission élevé, ils sont utilisés comme substrats transparents et tubes transparents, permettant à la lumière générée par les puces LED de se propager uniformément et sans entrave dans toutes les directions, améliorant ainsi considérablement l'efficacité globale d'extraction de la lumière de l'éclairage LED. De plus, les céramiques d'alumine translucides possèdent une excellente conductivité thermique à température ambiante, réduisant efficacement la puissance thermique générée pendant le fonctionnement de la puce LED, améliorant encore les performances et la stabilité globales.
Application de la céramique d'alumine translucide dans l'éclairage LED
En avril 2026, Japan Fine Ceramics Co., Ltd. (JFC) a annoncé avoir produit un prototype de substrat en alumine translucide (environ 300 mm²), un produit qui devrait connaître une demande toujours croissante dans les emballages avancés dans les processus de fabrication de semi-conducteurs.
Ce substrat d'alumine translucide est fabriqué à partir d'alumine de haute-pureté (plus de 99,99 %) et il a été confirmé qu'il possède trois caractéristiques :
Transmission optique élevée sur la plage de longueurs d'onde ultraviolette (UV) à infrarouge (IR).
Haute rigidité équivalente à celle du saphir.
Excellente résistance chimique.
JFC a indiqué que le substrat d'alumine translucide est susceptible d'être appliqué dans les modules IGBT pour le conditionnement de semi-conducteurs à haute-puissance, l'éclairage LED, la communication à haute-fréquence (5G/mmWave), et offre en particulier de nouvelles possibilités pour les domaines de communication optique tels que l'optique co-packagée (CPO), fournissant une prise en charge des applications nécessitant une conductivité thermique élevée et une stabilité mécanique/chimique.
Avec la prolifération rapide de l'IA générative, la demande de semi-conducteurs-hautes performances ne cesse de croître. Les plaquettes d'alumine transparentes sont un type de plaquette de support utilisée pour fixer temporairement les puces semi-conductrices pendant le processus d'intégration des puces.
NGK Insulators, Ltd. prévoit de tripler sa capacité de production de plaquettes d'alumine transparentes d'ici l'exercice 2027 afin de répondre à la demande croissante d'intégration de chipsets-une technologie clé dans des domaines avancés tels que l'intelligence artificielle (IA) et la conduite autonome. Grâce à cette expansion, le groupe NGK vise à établir un système d'approvisionnement stable et s'efforce de réaliser des ventes de 20 milliards de yens sur le marché des semi-conducteurs à haute performance-d'ici l'exercice 2030.
La plaquette d'alumine transparente utilise du « HICERAM », un matériau céramique translucide de précision développé et affiné par NGK au fil de nombreuses années. "HICERAM" est un matériau céramique de précision translucide à base d'alumine de haute-pureté (Al₂O₃). Grâce à un contrôle précis de la pureté des matières premières, de la taille des grains et des processus de frittage, ce matériau atteint une bonne translucidité dans l'alumine polycristalline tout en conservant une densité élevée. Par rapport à la céramique traditionnelle, elle démontre des performances exceptionnelles en matière de réduction des pores et de diffusion de la lumière, permettant ainsi un certain degré de transmission de la lumière tout en maintenant la résistance structurelle.
Pour préparer des céramiques d'alumine translucides à haute-performance, une poudre d'alumine de haute-pureté d'au moins 99,99 % est requise. Les impuretés (telles que le silicium et le fer) peuvent former des centres de diffusion aux limites des grains, réduisant considérablement la transmission et affectant la microstructure du matériau ; ainsi, contrôler la teneur en impuretés dans la poudre (la plus faible, la meilleure) est cruciale. Un autre problème clé est la dispersibilité des particules de poudre. Si l'agglomération des particules est importante, même l'utilisation de matières premières d'une pureté de 99,99 % ne donnera pas de céramiques translucides qualifiées. De plus, des exigences strictes sont imposées quant à l’activité de frittage de la poudre d’alumine.