L'alumine, matière première pour les produits en aluminium et matériau auxiliaire dans des industries comme la chimie et la mécanique, joue depuis longtemps un rôle important dans l'économie nationale. Avec le développement rapide d'industries émergentes comme les semi-conducteurs, la demande en matériaux haute performance a explosé. Les produits en alumine haut de gamme sont devenus essentiels, notamment sur le marché des semi-conducteurs, qui pèse des milliers de milliards de dollars, où l'alumine est un matériau fondamental.
Marché des semi-conducteurs
Alors que des applications telles que l’IA, la communication 5G, l’IoT, le cloud computing, l’électronique automobile, la robotique et les drones continuent de croître, l’industrie des semi-conducteurs est en plein essor.
Selon plusieurs organismes d'études de marché, le marché mondial des semi-conducteurs a connu une croissance significative en 2024. Par exemple, les statistiques mondiales du commerce des semi-conducteurs (WSTS) ont indiqué que le marché mondial des semi-conducteurs a atteint 45 760 milliards de RMB en 2024, soit une augmentation de 191 TP3T. Le marché chinois des semi-conducteurs a progressé de 201 TP3T, représentant 301 TP3T du marché mondial. WSTS prévoit une croissance de 11 210 TP3T en 2025, pour atteindre 697 milliards de dollars. Deloitte prévoit également un chiffre d'affaires de 697 milliards de dollars en 2025 et s'attend à ce que le secteur des semi-conducteurs atteigne 1 000 milliards de dollars de ventes d'ici 2030.
Applications de l'alumine dans l'industrie des semi-conducteurs
Composants d'équipements semi-conducteurs
Les pièces en céramique d'alumine sont réputées pour leur dureté élevée, leur résistance mécanique, leur résistance à l'usure, leur tolérance aux températures élevées, leur résistivité électrique et leurs propriétés isolantes. Ces caractéristiques les rendent essentielles pour la fabrication de semi-conducteurs sous vide, à haute température et dans d'autres environnements spécifiques. L'alumine joue un rôle essentiel sur les lignes de production de semi-conducteurs, couvrant la quasi-totalité des équipements et en constituant les pièces maîtresses.
Les composants en céramique d'alumine sont classés en fonction de leur utilisation, notamment les types d'anneaux et de cylindres, les guides de flux d'air, les fixations porteuses, les rondelles portatives et les modules.
Types d'anneaux et de cylindres : Lors du processus de gravure, des revêtements en alumine de haute pureté ou des pièces en céramique sont utilisés pour les chambres de gravure et leurs revêtements. Ces matériaux sont hautement résistants à la corrosion et réduisent la contamination lors de la gravure plasma.
Composants en céramique d'alumine dans les équipements semi-conducteurs
| Type de produit | Fonction | Application d'équipements semi-conducteurs |
| Anneau de molybdène | Améliore le guidage du gaz, l'isolation et la résistance à la corrosion | Équipement de dépôt de couches minces |
| Bague de protection | Protège les composants clés du module tels que les mandrins électrostatiques et les éléments chauffants en céramique | Équipement de dépôt de couches minces, équipement de gravure |
| Anneau de bord | Empêche le débordement du plasma | Équipement de dépôt de couches minces, équipement de gravure |
| Bague de mise au point | Concentre le plasma dans la chambre | Équipement de dépôt de couches minces, équipement de gravure, équipement d'implantation ionique |
| Housse de protection | Scelle et adsorbe les résidus de processus | Équipement de dépôt de couches minces, équipement de gravure |
| Bague de serrage de terre | Sécurise et soutient les composants | Équipement de dépôt de couches minces, équipement de gravure |
| Doublure | Améliore le guidage du gaz pour une formation de film plus uniforme | Équipement de gravure |
| Baril thermique | Améliore les performances de contrôle de la température | Équipement de dépôt de couches minces, équipement de gravure, équipement d'implantation ionique |
| Tube de protection du thermocouple | Protège les thermocouples dans un environnement de température et physico-chimique relativement stable | Divers équipements frontaux de semi-conducteurs |
Composants du guide d'écoulement de gaz
Le nettoyage au plasma utilise des gaz corrosifs contenant des halogènes hautement réactifs comme le fluor et le chlore. Les buses à gaz sont généralement fabriquées en céramique d'alumine, ce qui exige une résistance élevée au plasma, une rigidité diélectrique élevée et une forte résistance à la corrosion des gaz et sous-produits du procédé. Ces buses présentent également des pores internes précis permettant un contrôle précis du débit de gaz.
Les composants en céramique d'alumine à guidage de gaz sont principalement utilisés dans les équipements semi-conducteurs
| Type de produit | Fonction | Application d'équipements semi-conducteurs |
| Buse, plaque de distribution de gaz, bague de restriction, plaque de diffusion | Guide le flux de gaz, assure une distribution uniforme et une vitesse stable des gaz de procédé et crée un environnement de procédé contrôlé | Équipement de dépôt de couches minces, équipement de gravure |
| Plaque de recouvrement de buse | Sert de fixation pour les buses et adsorbe les résidus de processus | Équipement de dépôt de couches minces, équipement de gravure |
Éléments porteurs et de fixation
Lors de la fabrication des semi-conducteurs, les plaquettes peuvent subir des traitements à haute température, tels que la gravure et l'implantation ionique. Des supports de plaquettes en alumine sont utilisés pour garantir la stabilité et la sécurité des plaquettes pendant le transport. Ces supports présentent une excellente conductivité thermique, dissipant et dirigeant efficacement la chaleur loin de la plaquette afin d'éviter tout dommage thermique.
Composants de la rondelle à poignée
Les composants en céramique d'alumine sont utilisés pour la manipulation des plaquettes, notamment dans les bras mécaniques installés sur les robots de transfert. Ces bras agissent comme les mains du robot, déplaçant les plaquettes vers des positions spécifiques, leurs surfaces étant en contact direct avec elles. Les plaquettes étant extrêmement sensibles à la contamination, la manipulation s'effectue généralement sous vide. La plupart des matériaux ne supportant pas ces conditions, les bras mécaniques sont fabriqués en céramique d'alumine hautement durable et d'une grande dureté. Ces céramiques sont également conçues avec précision et présentent des surfaces lisses, garantissant une contamination minimale. Différents modèles sont utilisés, tels que les systèmes de serrage, de portage, d'adsorption sous vide et de Bernoulli.
Bras robotisés en alumine/carbure de silicium
Source : Kyocera, Japon
Les pièces en céramique d'alumine de type joint à poignée sont principalement utilisées dans les équipements semi-conducteurs
| Type de produit | Fonction | Application d'équipements semi-conducteurs |
| Bras robotisé | Transfère les plaquettes à l'intérieur et à l'extérieur de la chambre | Divers équipements frontaux de semi-conducteurs |
| Pièce isolante | Empêche la conduction électrique ; certains fournissent également une isolation | Divers équipements frontaux de semi-conducteurs |
| Dissipateur de chaleur | Refroidit les composants de l'équipement | Divers équipements frontaux de semi-conducteurs |
Composants de la rondelle à poignée
Les composants en céramique d'alumine sont utilisés dans les équipements semi-conducteurs, notamment les modules. Dans les procédés de dépôt tels que le dépôt physique en phase vapeur (PVD), le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et le polissage mécano-chimique (CMP), des composants tels que les mandrins électrostatiques, les éléments chauffants en céramique, les tables et plateaux de polissage, les chambres et autres pièces sont fabriqués en céramique d'alumine.
Des plaques de polissage en alumine de haute pureté sont couramment utilisées, provenant de Kyocera, au Japon.
Substrats en céramique
Les substrats céramiques se distinguent par leurs excellentes propriétés isolantes, leur résistance élevée, leur faible coefficient de dilatation thermique, ainsi que leur excellente stabilité chimique et conductivité thermique. Ils sont largement utilisés dans le packaging des circuits intégrés.
Corning a développé des substrats en céramique d’alumine ultra-minces.
Les substrats céramiques en alumine sont largement utilisés en électronique RF et micro-ondes grâce à leur constante diélectrique élevée, permettant la miniaturisation des circuits. Ils présentent également une excellente stabilité thermique, une dérive thermique minimale, une résistance élevée du substrat et une stabilité chimique supérieure à la plupart des autres matériaux oxydés. Ces substrats conviennent aux circuits à couches épaisses, aux circuits à couches minces, aux circuits hybrides, aux modules de composants micro-ondes, etc. Économiques (environ 1/10 du prix du nitrure d'aluminium), les substrats céramiques en alumine sont les plus largement produits et utilisés dans l'industrie.
Abrasifs de polissage CMP
Le polissage chimico-mécanique (CMP) est actuellement la seule technologie capable d'obtenir une planarisation globale et est largement utilisée dans le polissage des plaquettes de semi-conducteurs, l'isolation des tranchées peu profondes, les interconnexions en cuivre, etc.
Les abrasifs jouent un rôle essentiel dans le CMP en effectuant des actions mécaniques telles que la micro-découpe et le rayage. Les liquides de polissage représentent 491 TP3T du coût des matériaux de polissage CMP, tandis que les abrasifs contribuent pour 501 TP3T à 701 TP3T au coût des liquides de polissage.
Source : Institut de recherche Huifu de Guangzhou
Les abrasifs les plus couramment utilisés sont le SiO₂, le CeO₂ et l'Al₂O₃. Parmi eux, la poudre d'alumine sphérique submicronique de haute pureté, utilisée comme abrasif dans les liquides de polissage CMP, offre des taux d'enlèvement de matière élevés, un polissage rapide, un minimum de rayures fines sur la surface polie et un excellent lissé. Elle est idéale pour le polissage des semi-conducteurs.
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