알루미나 세라믹 - 반도체 제조의 보이지 않는 초석
반도체 기술이 3nm 이하의 공정으로 이동하는 시대에,알루미나 세라믹(알₂O₃ 세라믹)은 고순도, 우수한 절연성, 고온 내성, 그리고 화학적 안정성 덕분에 반도체 장비의 정밀한 작동을 지원하는 핵심 소재로 부상했습니다. 칩 제조부터 패키징 및 테스트에 이르기까지, 알루미나 세라믹은 반도체 산업의 보이지 않는 초석으로서 끊임없는 혁신을 주도하고 있습니다.
1.반도체 제조에서 알루미나 세라믹의 핵심 응용 분야
⑴ 칩 제조 장비의 핵심 부품
에칭 및 증착 장비:플라스마 에칭 및 박막 증착(CVD/PVD) 공정에서알루미나 세라믹정전척(전자식 에스씨), 가스 분배판, 챔버 라이닝 제조에 사용됩니다. 플라즈마 부식(예: 클₂, CF₄)에 대한 내성과 매우 높은 평탄도(표면 거칠기 라 ≤ 0.01μm)는 웨이퍼 처리의 정밀성과 안정성을 보장합니다.
리소그래피 기술:알루미나 세라믹극자외선(극자외선) 리소그래피 장비의 마스크 지지 구조에 사용됩니다. 낮은 열팽창 계수(8.2×10⁻⁶/℃)는 열 드리프트를 줄여 나노미터 수준의 리소그래피 정밀도를 보장합니다.
⑵ 포장 및 테스트 공정
집적 회로 패키징 기판:다층알루미나 세라믹IGBT 및 MOSFET과 같은 전력 모듈에 사용되는 기판은 절연(체적 저항률 10¹⁴ Ω·센티미터)과 방열 기능(열전도도 25W/(m·K))을 결합합니다. 열팽창 계수가 실리콘 칩과 동일하여 열 응력을 줄입니다.
화학적 기계적 연마(씨엠피):표면 거칠기알루미나 세라믹연마판을 0.5nm 이내로 제어할 수 있어 웨이퍼의 평탄화 균일성을 크게 향상시키고 "디싱" 결함을 줄일 수 있습니다.
2. 기술적 혁신: 소재 개량부터 공정 혁신까지
⑴ 고순도 및 나노구조화
중국과학원 상하이 마이크로시스템정보기술연구소 연구팀은 최근 단결정 알루미나 게이트 유전체 소재를 개발했습니다. 이 소재는 단 1나노미터 두께에서도 전류 누설을 효과적으로 방지하여 저전력 칩을 위한 새로운 솔루션을 제공합니다. 또한, 나노-알루미나 세라믹(입자 크기 <200nm) 졸-겔 방법을 통해 제조된 이 소재는 기존 소재보다 50% 더 높은 350MPa의 굽힘 강도를 보입니다.
⑵ 복합적이고 기능적인 디자인
플라즈마 부식 저항성:고엔트로피 희토류 원소로 도핑된 이트리아-알루미나 복합 세라믹은 에칭 장비 구성품의 수명을 10배 이상 연장합니다.
지능형 통합:예를 들어, 지펑 Technology는 그래핀을 도입했습니다.알루미나 세라믹열전도도를 200W/(m·K)로 높여 5G 기지국의 방열 모듈에 적합하게 되었습니다.
3. 시장 전망 및 현지화 프로세스
⑴ 글로벌 시장 성장
2023년 글로벌 시장 규모는알루미나 세라믹반도체용 부품 시장 규모는 72억 달러에 달하며 정밀 세라믹 부품의 45%를 차지했습니다. 일체 포함, 5G 등 다양한 분야의 수요 증가로 2025년까지 시장 규모가 100억 위안을 돌파할 것으로 예상되며, 중국의 시장 점유율은 30%에서 35%로 상승할 것으로 전망됩니다.
⑵ 현지화 혁신
중국의 고순도 자급률알루미나 세라믹(순도 ≥99.9%)가 80%를 넘어섰습니다. 윈싱(윤싱) 공업용 세라믹 등 기업들은 생산 능력을 확대하여 연간 300톤의 고순도 분말 생산을 계획하고 있습니다. 정책 차원에서는 신소재 산업 발전 지침에서 고성능 알루미나 세라믹을 핵심 연구 방향으로 지정하고 2026년까지 핵심 장비의 국산화율 85% 이상을 달성하는 것을 목표로 하고 있습니다.
4. 미래 트렌드: 친환경 제조 및 새로운 시나리오
저탄소 공정:저온 동시소성(장기요양보험) 기술은 에너지 소비를 25% 줄이는 반면, 마이크로파 소결은 탄소 배출량을 30% 줄입니다.
새로운 응용 분야:수소 연료 전지 씰, 3D 프린팅 세라믹 부품(정밀도 0.1mm), 이종 접합 태양광 전지 캐리어 플레이트와 같은 시나리오에는 엄청난 잠재력이 존재합니다.