精密陶瓷：解决半导体产业“卡脖子”问题的关键！

  在半导体产业中，半导体制造设备是我国卡脖子的问题，也是重点鼓励发展的产业。近几年，随国家政策的调整，半导体行业快速地发展，产业规模急速增大，半导体制造设备持续向精密化、复杂化演变，

  作为半导体生产设备的核心部件，精密陶瓷部件的研发生产直接影响着半导体装备制造业乃至整个半导体产业链的发展。可以说，精密陶瓷部件是整个半导体产业基础中的基础。因此，无论从经济安全角度还是产业成本角度考虑，要突破我国半导体产业面临的“卡脖子”窘境，一定要重视精密陶瓷部件等半导体生产设备核心部件的国产化发展。

  半导体设备需要大量的精密陶瓷部件。由于陶瓷具有高硬度、高弹性模量、高耐磨、高绝缘、耐腐蚀、低膨胀等优点，可用作硅片抛光机、外延/氧化/扩散等热处理设备、光刻机、沉积设备，半导体刻蚀设备，离子注入机等设备的零部件。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。

  氧化铝在半导体装备中使用最为广泛的精密陶瓷材料。具有材料结构稳定，机械强度高，硬度高，熔点高，抗腐蚀，化学稳定性优良，电阻率大，电绝缘性能好等优点，在半导体设备中应用广泛。

  在半导体刻蚀设备中，刻蚀机腔室材料作为晶圆污染的大多数来自，等离子刻蚀对其影响程度决定了晶圆的良率、质量、刻蚀工艺的稳定性等等。因此，刻蚀机腔室材料的选用特别的重要。当前，主要是采用高纯Al?O?涂层或Al?O?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。

  在晶圆硅晶片的搬运中，会应用到氧化铝陶瓷制成的陶瓷机械手臂。氧化铝陶瓷和碳化硅陶瓷都具备致密质、高硬度、高耐磨性的物理性质，以及良好的耐热性能、优良的机械强度，高温环境仍拥有非常良好的绝缘性、良好的抗腐蚀性等物理性能，是用于制作半导体设备机械手臂的绝佳材料。从材料性质来看，碳化硅陶瓷用于制作陶瓷机械手臂较为合适，但是从材料价格、加工难度等经济方面来说，氧化铝陶瓷机械手臂的性价比更高。

  此外，在晶圆抛光工艺中，氧化铝陶瓷可被大范围的应用于抛光板、抛光磨垫校正平台、线、碳化硅(SiC)

  碳化硅具有高导热性、高温机械强度、高刚度、低热线胀系数、良好的热均匀性、抵抗腐蚀能力、耐磨耗性等特性

  高纯氮化铝陶瓷具有卓越的热传导性，耐热性、绝缘性，热线胀系数接近硅，且具备优秀能力的等离子体抗性，产品热量分布均匀

  氮化硅(Si3N4）是断裂韧性高、耐热冲击性强、高耐磨耗性、高机械强度、耐腐蚀的材料

  近期，美国半导体产业协会（SIA）表示，2021年全球芯片销售额达到创纪录的5559亿美元，较上年增长26.2%。该协会预计，随着芯片制造商继续扩大产能以满足需求，2022年全球芯片销售额将增长8.8%。

  据了解，继2020年同比增长17%以及2021年同比增长39%之后，晶圆厂设备支出预计在2022将继续保持增长。SEMI(国际半导体产业协会)指出，2022年全球前端晶圆厂设备(不含封装测试的前道工艺设备，一般为晶圆制造设备)支出预计将超过980亿美元，达到历史上最新的记录，连续第三年实现增长。

  目前国外在集成电路核心装备用精密陶瓷结构件的研发和应用方面走在前列的公司有日本京瓷、美国CoorsTek、德国BERLINERGLAS等，其中，京瓷和CoorsTek公司占据了集成电路核心装备用高端精密陶瓷结构件市场占有率的70%。

  京瓷及CoorsTek制造的高端陶瓷零部件具有材料体系齐全、性能优异、结构较为复杂、加工精度高等特点，所制造的精密陶瓷结构件几乎涵盖了现有结构陶瓷材料体系，如氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮化铝等；结构件的应用领域也几乎覆盖了全部集成电路核心装备，形成了一系列型号齐全、品种多样的精密陶瓷结构件产品，如美国CoorsTek公司可提供光刻机专用组件、等离子刻蚀设备专用组件、PVD/CVD专用组件、离子注入设备专用组件、晶片吸附固定传输专用组件等一系列产品；京瓷可提供光刻机、晶圆制造设备、刻蚀机、沉积设备（CVD、溅射）、LCD等装备用精密陶瓷结构件。我国在集成电路核心装备用精密陶瓷结构件的研发和应用方面起步较晚，在大尺寸、高精度、中空、闭孔、轻量化结构的结构陶瓷零部件的制备领域有诸多关键技术问题有待突破。