アルミナセラミックス - 半導体製造における目に見えない基礎
半導体技術が3nm以下のプロセスへと移行する時代において、アルミナセラミックスアル₂O₃セラミックスは、その高純度、優れた絶縁性、耐熱性、そして化学的安定性により、半導体装置の精密動作を支える重要な材料として注目されています。チップ製造からパッケージング、そして試験に至るまで、アルミナセラミックスは「目に見えない礎」として、半導体産業の継続的なイノベーションを牽引しています。
1.半導体製造におけるアルミナセラミックスの主な用途
⑴ チップ製造装置の主要コンポーネント
エッチングおよび堆積装置：プラズマエッチングおよび薄膜堆積（CVD/PVD）プロセスでは、アルミナセラミックス静電チャック（ESC）、ガス分配プレート、チャンバーライニングの製造に使用されます。プラズマ腐食耐性（塩素₂、CF₄など）と超高平坦性（表面粗さRa ≤ 0.01μm）により、ウェーハ処理の精度と安定性を確保します。
リソグラフィー技術：アルミナセラミックス極端紫外線（極端紫外線）リソグラフィー装置のマスク支持構造に使用されています。低い熱膨張係数（8.2×10⁻⁶/℃）により熱ドリフトが低減され、ナノメートルレベルのリソグラフィー精度を実現します。
⑵ 包装および試験工程
集積回路パッケージ基板:多層アルミナセラミックIGBTやMOSFETなどのパワーモジュールに使用される基板で、絶縁性（体積抵抗率10¹⁴Ω·cm）と放熱性（熱伝導率25W/(m·K)）を兼ね備えています。熱膨張係数はシリコンチップと一致するため、熱応力を低減します。
化学機械研磨（CMP）：表面粗さアルミナセラミック研磨プレートは 0.5 ナノメートル 以内で制御できるため、ウェーハの平坦化均一性が大幅に向上し、ディッシング欠陥が低減します。
2. 技術革新：材料の改良からプロセスの革新まで
⑴ 高純度とナノ構造化
中国科学院上海マイクロシステム・情報技術研究所の研究チームは最近、単結晶アルミナゲート絶縁膜を開発しました。この材料はわずか1ナノメートルの厚さでもリーク電流を効果的に防止できるため、低消費電力チップに新たなソリューションを提供します。さらに、ナノメートルアルミナセラミックスゾルゲル法で製造されたこの超微粒子超微粒子セラミックス（粒径<200nm）は、曲げ強度が350MPaと、従来の材料より50%も高いことが示されています。
⑵ 複合機能設計
プラズマ耐腐食性:高エントロピー希土類元素を添加したイットリア・アルミナ複合セラミックスは、エッチング装置の部品の耐用年数を 10 倍以上延長します。
インテリジェントな統合:例えば、ジフェン Technologyはグラフェンをアルミナセラミックス熱伝導率を200W/(m·K)まで向上させ、5G基地局の放熱モジュールに最適な製品となっています。
3. 市場予測とローカリゼーションプロセス
⑴ 世界市場の成長
2023年には、世界の市場規模はアルミナセラミック半導体向け部品は72億米ドルに達し、精密セラミック部品の45%を占めています。人工知能、5Gなどの需要拡大に伴い、2025年には市場規模が100億人民元を超え、中国の市場シェアは30%から35%に拡大すると予測されています。
⑵ ローカリゼーションのブレークスルー
中国の高純度石油自給率アルミナセラミックス（純度99.9%以上）のアルミナセラミックス生産量は80%を超えています。雲星工業陶磁器などの企業は生産能力を拡大しており、年間300トンの高純度粉末生産を計画しています。政策レベルでは、「新材料産業発展指針」において高性能アルミナセラミックスが重点研究方向として挙げられ、2026年までに主要設備の国産化率85%以上を達成することを目指しています。
4. 将来の動向：グリーン製造と新たなシナリオ
低炭素プロセス：低温同時焼成（LTCC）技術によりエネルギー消費が 25% 削減され、マイクロ波焼結により炭素排出量が 30% 削減されます。
新興アプリケーション:水素燃料電池シール、3D プリントされたセラミック部品 (精度 0.1 んん)、ヘテロ接合型太陽光発電セルキャリアプレートなどのシナリオには、大きな可能性があります。