半导体设备的核心材料以高纯度金属、硅基化合物和特种树脂为主,其中贵金属(如铜、钴、钌)和硅晶圆占比超90%,关键特性包括高导电性、耐高温性及纳米级加工精度。
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金属材料:贵金属和过渡金属是半导体制造的关键,例如铜用于互连层降低电阻,钴替代钨提升电子迁移率,钌和铑则被研发用于下一代先进制程。金属栅极材料(如氮化钛、钽)和阻挡层(如钛/氮化钛)确保晶体管结构的稳定性。
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硅基材料:单晶硅是晶圆的基础材料,而硅化合物(如碳化硅、氮化镓)用于高频、高压器件。二维半导体材料(如二硫化钼)因原子级厚度成为突破2nm制程的潜力选项。
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特种树脂:封装环节依赖环氧树脂(高绝缘性)、聚酰亚胺(耐250℃高温)和硅树脂(低应力),用于保护芯片并缓解热膨胀差异。光刻胶则需具备亚微米级分辨率以支持精细电路图案。
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新兴材料:量子效应调控材料(如拓扑绝缘体)和有机半导体(柔性电子)正在研发中,未来可能颠覆传统硅基工艺。
提示:半导体材料的创新直接推动制程微缩,选择材料时需平衡性能、成本与工艺兼容性。