Les céramiques de précision, en particulier les céramiques structurelles avancées, sont des matériaux indispensables dans la fabrication de semi-conducteurs haut de gamme, imprégnant l'ensemble de la chaîne industrielle, depuis la fabrication des puces, les tests et le conditionnement. Céramiques de précision comme l'alumine, le nitrure de silicium, le nitrure d'aluminium et le carbure de silicium, qui répondent pleinement aux exigences strictes des processus de semi-conducteurs en matière de haute pureté, de résistance élevée à la chaleur, de résistance élevée à l'usure, de résistance robuste à la corrosion et d'isolation électrique supérieure. Dans les équipements semi-conducteurs, les céramiques de précision représentent environ 16 % de la valeur totale et sont largement utilisées dans la fabrication de composants pour équipements, notamment les machines de polissage de tranches, les équipements de traitement thermique, les machines de lithographie, les équipements de dépôt, les équipements de gravure et les machines d'implantation ionique.

Processus de candidature	Composants en céramique
CMP	Table de polissage, plateau de polissage, bras de manutention
Photolithographie	Mandrin à vide, mandrin à plaquettes, table de travail, bras de manutention
Traitement haute température (RTP / Epitaxie / Oxydation / Diffusion)	Isolateur, suscepteur de base, bateau à plaquettes, tube de four, palette en porte-à-faux
Déposition	Couvercle de chambre, revêtement de chambre, anneau de dépôt, mandrin électrostatique, chauffage, isolant de galvanoplastie, filtre anti-vide
Graver	Dessus de dôme, corps de chambre, bague de mise au point, buse, mandrin électrostatique, bras de manutention
Implantation ionique	Roulement, mandrin à vide, mandrin électrostatique

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I. Fabrication de puces : composants de base

1. Traitement des plaquettes

A. Mandrins électrostatiques

Les mandrins électrostatiques sont généralement constitués de matériaux de haute puretéalumineetnitrure d'aluminiumcéramique. Leur fonction principale est d'adsorber et de fixer les plaquettes semi-conductrices lors de processus tels que la gravure, le dépôt chimique en phase vapeur et le dépôt physique en phase vapeur. Dans ces processus, les mandrins électrostatiques doivent présenter une excellente planéité globale, une isolation électrique, une résistance à l'érosion par plasma et un contrôle précis de la température grâce à un système de chauffage et de refroidissement interne.

B. Composants du processus de gravure

Les composants tels que les revêtements en céramique, les bagues de focalisation et les disques de distribution de gaz utilisés dans les chambres de réaction de gravure sont généralement directement exposés à des conditions de gravure à haute température et à corrosion sévère. L'industrie utilise généralement de l'oxyde d'yttrium, du nitrure d'aluminium et de l'oxyde d'aluminium pour fabriquer ces composants, garantissant ainsi une résistance extrêmement forte à la corrosion pour les empêcher de contaminer la tranche. L'oxyde d'yttrium présente une excellente résistance à la corrosion dans les plasmas halogènes (tels que Cl₂ et CF₄), ce qui en fait le choix privilégié pour les machines de gravure haut de gamme. Les céramiques de nitrure d'aluminium de haute pureté possèdent une excellente conductivité thermique, une excellente résistance à la chaleur et une excellente isolation, avec un coefficient de dilatation thermique proche de celui du silicium, et présentent une excellente résistance au plasma, ce qui entraîne une répartition uniforme de la chaleur, ce qui en fait un choix idéal pour la gravure de composants.

C. Polissage mécano-chimique

Les têtes de polissage en céramique utilisées dans les équipements de polissage chimico-mécanique sont généralement fabriquées à partir de nitrure d'aluminium, car le nitrure d'aluminium a une dureté, une résistance à l'usure et une stabilité chimique supérieures. Ces propriétés matérielles permettent aux têtes de polissage en céramique de fonctionner de manière stable dans des environnements de polissage chimico-mécanique à long terme afin de maintenir une pression de planéité constante sur la surface de la tranche.

D. Implantation ionique

Les composants utilisés comme isolants, fixations et déflecteurs dans les lignes de lumière des processus d'implantation ionique nécessitent une isolation élevée pour empêcher l'accumulation de charges et résister au bombardement par des faisceaux d'ions à haute énergie. L'alumine etnitrure de siliciumpossèdent des propriétés matérielles fiables, ce qui les rend idéales pour fabriquer des composants dans ces composants.

2. Dépôt de couches minces

Les céramiques de précision, telles que le nitrure d'aluminium et l'alumine, peuvent être produites comme plaques chauffantes, suscepteurs et revêtements de chambre dans les équipements de dépôt chimique en phase vapeur. Leurs propriétés matérielles supérieures leur permettent de maintenir des performances stables et d'empêcher la libération d'impuretés indésirables dans des environnements de fonctionnement difficiles impliquant des températures de travail élevées (jusqu'à plusieurs centaines de degrés Celsius) et des gaz réactifs corrosifs.

3. Traitement thermique (diffusion, oxydation)

Haute puretéverre de quartz(bien qu'il ne s'agisse pas d'une céramique typique, elle entre dans la catégorie des céramiques silicatées) etcarbure de siliciumles céramiques sont couramment utilisées dans la fabrication de tubes de fours à diffusion et de bateaux à plaquettes. Le carbure de silicium possède une conductivité thermique élevée, une résistance mécanique à haute température, une rigidité élevée, un faible coefficient de dilatation thermique, une bonne uniformité thermique, une résistance à la corrosion et une résistance à l'usure. Outre son utilisation dans la production de tubes de four et de bateaux à plaquettes, il peut également être appliqué dans la production et le traitement de plates-formes XY, de bases,bague de mise au points, plaques de polissage,mandrins à plaquettes, mandrins à vide,armes de transport, etpagaies cantilever.

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II. Test de puces et emballage

1. Cartes de sonde de test

Les céramiques de précision telles que l'alumine et le nitrure d'aluminium sont couramment utilisées comme substrats pour les cartes à sondes. Ces substrats en céramique offrent une excellente isolation, planéité et stabilité dimensionnelle pour garantir que des milliers de microsondes peuvent être alignées avec précision avec de minuscules plots sur la puce pour les tests de performances électriques.

2. Substrat d'emballage et boîtier

Le nitrure d'aluminium et l'oxyde de béryllium sont des matériaux couramment utilisés pour fabriquer des substrats et des boîtiers d'emballage. Ils offrent une herméticité exceptionnelle, une conductivité thermique élevée et un coefficient de dilatation thermique correspondant au silicium pour protéger efficacement la puce et dissiper la chaleur lors des boîtiers en céramique, tels que CERDIP et CQFP. Dans les modules de puissance, le substrat en nitrure d'aluminium en tant que couche isolante peut conduire efficacement la chaleur générée par la puce vers un dissipateur thermique métallique tout en assurant l'isolation électrique entre les circuits.

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Les céramiques de précision sont les « héros méconnus » de l’industrie des semi-conducteurs. Bien qu’ils ne constituent pas directement les circuits de la puce, ils sont la pierre angulaire et le gardien dont dépend la fabrication de puces de pointe. Les céramiques de précision, avec leurs propriétés matérielles fiables et constantes, aident l'industrie des semi-conducteurs à construire des dispositifs plus petits, plus rapides et plus robustes.