Os componentes cerâmicos de alumina possuem propriedades excelentes, como alta dureza, alta resistência mecânica, ultra-resistência ao desgaste, resistência a altas temperaturas, alta resistividade elétrica e bom desempenho de isolamento elétrico. Eles atendem aos complexos requisitos de desempenho da fabricação de semicondutores em ambientes especiais, como vácuo e altas temperaturas, e desempenham um papel insubstituível e importante nas linhas de produção de semicondutores. Suas aplicações abrangem quase todos os equipamentos de fabricação de semicondutores, tornando-os componentes-chave desses equipamentos. Com o desenvolvimento contínuo da indústria de semicondutores, a importância dos componentes cerâmicos de alumina na cadeia produtiva se tornará ainda mais evidente.
❶...... Aplicações de componentes cerâmicos de alumina no campo dos semicondutores
A cerâmica de alumina é um tipo de material cerâmico que tem alumina alfa (α-Al₂O₃) como sua principal fase cristalina. Com base na diferença no teor de alumina, ela pode ser dividida em duas categorias: tipo de alta pureza e tipo comum.
O desempenho das cerâmicas de alumina melhora com o aumento do teor de alumina; no entanto, quanto maior o teor de alumina, mais difícil se torna o processo de preparação. Quando as cerâmicas de alumina são aplicadas na área de semicondutores, elas apresentam requisitos de pureza extremamente elevados, normalmente superiores a 99,5%.
Na área de semicondutores, os componentes cerâmicos de alumina estão entre as peças-chave dos equipamentos. A maioria deles é utilizada em câmaras próximas ao wafer. Classificados por aplicação em equipamentos semicondutores, dividem-se principalmente em categorias como anel e cilindro, guia de fluxo de gás, suporte de carga e fixação, junta de fixação e módulo.
Tipo anel e cilindro
No processo de corrosão, para reduzir a contaminação do wafer durante a corrosão por plasma, revestimentos de alumina de alta pureza ou cerâmicas de alumina com forte resistência à corrosão são selecionados como materiais de proteção para as câmaras de corrosão e seus revestimentos internos.
Tipo de orientação do fluxo de gás
No processo de limpeza por plasma, são utilizados gases corrosivos contendo elementos halogenados altamente reativos, como gases à base de flúor e cloro. Os bicos de gás são geralmente feitos de cerâmica de alumina, que deve apresentar propriedades como alta resistência ao plasma, rigidez dielétrica e forte resistência à corrosão por gases e subprodutos do processo. Além disso, possuem uma estrutura interna porosa precisa para controlar o fluxo de gás com exatidão.
Tipo de suporte de carga e fixação
Durante o processo de fabricação de semicondutores, os wafers podem ser submetidos a tratamentos de alta temperatura, como corrosão e implantação iônica. Como suporte para a transferência de wafers, os estágios de alumina garantem a estabilidade e a segurança dos wafers durante o processo. Os estágios de alumina possuem boa condutividade térmica, o que lhes permite dissipar e conduzir o calor gerado pelos wafers de forma eficaz, protegendo-os contra danos térmicos.
❷...... Situação atual do desenvolvimento global de componentes cerâmicos de alumina para a indústria de semicondutores
Os componentes cerâmicos de precisão referem-se principalmente a componentes essenciais para equipamentos semicondutores, fabricados a partir de materiais cerâmicos avançados, como alumina, nitreto de alumínio e carboneto de silício, através de processamento de precisão. Dentre esses, os componentes cerâmicos de alumina possuem as aplicações mais extensas e a maior escala de utilização, representando aproximadamente 45% do mercado de componentes cerâmicos de precisão.
❸...... Tendências de desenvolvimento de componentes cerâmicos de alumina no setor de semicondutores
A fabricação de componentes cerâmicos de alumina é uma indústria de alta tecnologia. Em áreas de produtos de ponta, como aplicações em semicondutores, as empresas precisam não apenas de um longo histórico de acumulação tecnológica, mas também de uma equipe de profissionais talentosos com vasta experiência em produção e fabricação, além de proficiência na operação de equipamentos.
A inovação tecnológica é a principal força motriz por trás da ampla aplicação da alumina em equipamentos semicondutores. À medida que o tamanho dos componentes dos chips diminui, os equipamentos semicondutores impõem requisitos mais rigorosos aos componentes, com padrões mais elevados para sua densidade, uniformidade, resistência à corrosão e outras propriedades. Nos últimos anos, pesquisadores nacionais e internacionais desenvolveram diversos novos processos para melhorar o desempenho da sinterização de materiais cerâmicos de alumina, permitindo a densificação rápida dos materiais em temperaturas de sinterização mais baixas. Esses processos incluem sinterização autopropagante de alta temperatura, sinterização flash, sinterização a frio e sinterização por pressão oscilatória. Dentre eles, a sinterização a frio aprimora o rearranjo e a difusão das partículas pela adição de um solvente transitório ao pó e pela aplicação de alta pressão (350–500 MPa), permitindo que o pó cerâmico atinja a densificação por sinterização em uma temperatura mais baixa (120–300 °C) e em um tempo menor.
A pesquisa e o desenvolvimento contínuos são essenciais para acompanhar o ritmo acelerado de iteração e renovação do mercado. Atualmente, o processo global de fabricação de circuitos integrados avançou para o nó de 3 nanômetros, considerado de última geração. Equipamentos semicondutores e componentes de precisão para esses equipamentos devem passar por constantes atualizações de pesquisa e desenvolvimento e melhorias de processo para atender às necessidades de fabricação dos setores subsequentes. Uma vez que os equipamentos semicondutores são atualizados ou substituídos, os requisitos específicos para os componentes nos novos equipamentos mudam simultaneamente. Com o desenvolvimento da tecnologia de semicondutores, os requisitos de desempenho para componentes cerâmicos de alumina estão se tornando cada vez mais rigorosos, incluindo maior resistência ao desgaste, melhor resistência a altas temperaturas e isolamento elétrico superior. A tendência da indústria aponta para a pesquisa e o desenvolvimento de materiais em pó de alumina com maior pureza e estruturas mais refinadas, bem como para a adoção de tecnologias avançadas de preparação.