Le ceramiche di precisione, in particolare le ceramiche strutturali avanzate, sono materiali indispensabili nella produzione di semiconduttori di fascia alta, permeando l'intera catena industriale dalla fabbricazione dei chip, al test e all'imballaggio. Ceramiche di precisione come allumina, nitruro di silicio, nitruro di alluminio e carburo di silicio, che soddisfano pienamente i severi requisiti dei processi dei semiconduttori in termini di elevata purezza, elevata resistenza al calore, elevata resistenza all'usura, robusta resistenza alla corrosione e isolamento elettrico superiore. Nelle apparecchiature per semiconduttori, le ceramiche di precisione rappresentano circa il 16% del valore totale e sono ampiamente applicate nella produzione di componenti per apparecchiature, tra cui macchine per la lucidatura di wafer, apparecchiature per il trattamento termico, macchine per la litografia, apparecchiature per la deposizione, apparecchiature per l'incisione e macchine per l'impianto di ioni.

Processo di candidatura	Componenti in ceramica
CMP	Tavolo di lucidatura, piastra di lucidatura, braccio di movimentazione
Fotolitografia	Mandrino a vuoto, mandrino per wafer, piano di lavoro, braccio di movimentazione
Elaborazione ad alta temperatura (RTP/Epitassia/Ossidazione/Diffusione)	Isolante, suscettore di base, navicella per wafer, tubo del forno, pala a sbalzo
Deposizione	Coperchio della camera, rivestimento della camera, anello di deposizione, mandrino elettrostatico, riscaldatore, isolante galvanico, filtro rompivuoto
Acquaforte	Parte superiore della cupola, corpo della camera, anello di messa a fuoco, ugello, mandrino elettrostatico, braccio di movimentazione
Impianto ionico	Cuscinetto, mandrino a vuoto, mandrino elettrostatico

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I. Fabbricazione dei chip: componenti principali

1. Elaborazione dei wafer

A. Mandrini elettrostatici

I mandrini elettrostatici sono comunemente realizzati con elevata purezzaalluminaEnitruro di alluminioceramica. La loro funzione principale è quella di assorbire e fissare i wafer semiconduttori durante processi quali l'attacco, la deposizione chimica da vapore e la deposizione fisica da vapore. In questi processi, i mandrini elettrostatici devono avere un'eccellente planarità complessiva, isolamento elettrico, resistenza all'erosione al plasma e controllo preciso della temperatura attraverso un sistema di riscaldamento e raffreddamento interno.

B. Componenti del processo di attacco

Componenti come rivestimenti ceramici, anelli di focalizzazione e dischi di distribuzione del gas utilizzati nelle camere di reazione di incisione sono generalmente esposti direttamente a condizioni di incisione con corrosione elevata e grave. L'industria utilizza tipicamente ossido di ittrio, nitruro di alluminio e ossido di alluminio per realizzare questi componenti, garantendo che abbiano una resistenza alla corrosione estremamente elevata per impedire loro di contaminare il wafer. L'ossido di ittrio mostra un'eccellente resistenza alla corrosione nei plasmi alogeni (come Cl₂ e CF₄), rendendolo la scelta preferita per le macchine per incisione di fascia alta. Le ceramiche di nitruro di alluminio di elevata purezza possiedono eccellenti conduttività termica, resistenza al calore e isolamento, con un coefficiente di dilatazione termica vicino a quello del silicio, e mostrano un'eccellente resistenza al plasma, con conseguente distribuzione uniforme del calore, rendendole la scelta ideale per l'incisione dei componenti.

C. Lucidatura chimico-meccanica

Le teste di lucidatura in ceramica utilizzate nelle apparecchiature di lucidatura chimico-meccaniche sono generalmente realizzate in nitruro di alluminio, poiché il nitruro di alluminio ha durezza, resistenza all'usura e stabilità chimica superiori. Queste proprietà del materiale consentono alle teste di lucidatura in ceramica di funzionare stabilmente in ambienti di lucidatura chimico-meccanica a lungo termine per mantenere una pressione di planarità costante sulla superficie del wafer.

D. Impianto ionico

I componenti utilizzati come isolanti, elementi di fissaggio e deflettori nelle linee di luce dei processi di impianto ionico richiedono un elevato isolamento per prevenire l'accumulo di carica e resistere al bombardamento da parte di fasci ionici ad alta energia. Allumina enitruro di siliciopossiedono proprietà dei materiali affidabili, che li rendono ideali per la fabbricazione di componenti in questi componenti.

2. Deposizione di film sottile

Le ceramiche di precisione, come il nitruro di alluminio e l'allumina, possono essere prodotte come piastre riscaldanti, suscettori e rivestimenti di camere in apparecchiature per la deposizione di vapori chimici. Le proprietà superiori dei materiali consentono loro di mantenere prestazioni stabili e prevenire il rilascio di impurità indesiderate in ambienti operativi difficili che comportano temperature di esercizio elevate (fino a diverse centinaia di gradi Celsius) e gas reattivi corrosivi.

3. Trattamento termico (diffusione, ossidazione)

Elevata purezzavetro al quarzo(sebbene non sia una ceramica tipica, rientra nella categoria delle ceramiche ai silicati) ecarburo di siliciole ceramiche sono comunemente utilizzate nella produzione di tubi per forni a diffusione e navicelle per wafer. Il carburo di silicio possiede un'elevata conduttività termica, resistenza meccanica alle alte temperature, elevata rigidità, basso coefficiente di dilatazione termica, buona uniformità termica, resistenza alla corrosione e resistenza all'usura. Oltre al suo utilizzo nella produzione di tubi per forni e navicelle per wafer, può essere applicato anche nella produzione e lavorazione di piattaforme, basi,anello di messa a fuocos, piastre lucidanti,mandrini per wafer, mandrini a vuoto,trasporto armi, Epale a sbalzo.

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II. Test e confezionamento dei chip

1. Testare le schede sonda

Le ceramiche di precisione come l'allumina e il nitruro di alluminio sono comunemente utilizzate come substrati per le schede sonda. Questi substrati ceramici offrono eccellente isolamento, planarità e stabilità dimensionale per garantire che migliaia di microsonde possano allinearsi accuratamente con minuscoli cuscinetti sul chip per i test delle prestazioni elettriche.

2. Substrato e alloggiamento dell'imballaggio

Il nitruro di alluminio e l'ossido di berillio sono materiali comunemente utilizzati per la produzione di substrati e alloggiamenti per imballaggi. Offrono un'ermeticità eccezionale, un'elevata conduttività termica e un coefficiente di espansione termica pari al silicio per proteggere efficacemente il chip e dissipare il calore durante i package ceramici, come CERDIP e CQFP. Nei moduli di potenza, il substrato in nitruro di alluminio come strato isolante può condurre in modo efficiente il calore generato dal chip al dissipatore di calore in metallo garantendo al tempo stesso l'isolamento elettrico tra i circuiti.

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Le ceramiche di precisione sono gli "eroi non celebrati" dell'industria dei semiconduttori. Sebbene non costituiscano direttamente il circuito del chip, sono la pietra angolare e il guardiano da cui dipende la produzione di chip all'avanguardia. Le ceramiche di precisione, con le loro proprietà materiali affidabili e costanti, supportano l'industria dei semiconduttori nella costruzione di dispositivi più piccoli, più veloci e più robusti.