中國粉體網(wǎng)訊 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，等離子體刻蝕逐漸成為半導(dǎo)體制造工藝廣泛應(yīng)用的技術(shù)。等離子體刻蝕產(chǎn)生的等離子體具有很強(qiáng)的腐蝕性，在刻蝕晶圓的過程中也會對工藝腔腔體和腔體內(nèi)部件造成嚴(yán)重腐蝕，所以半導(dǎo)體加工設(shè)備中與等離子體接觸的部件需要有較好的耐等離子體刻蝕性能。
相對于有機(jī)和金屬材料，陶瓷材料一般都具有較好的耐物理和化學(xué)腐蝕性能以及很高的工作溫度，因而在半導(dǎo)體工業(yè)中，多種陶瓷材料已成為半導(dǎo)體單晶硅片制造工序和前道加工工序的設(shè)備核心部件制造材料，如SiC，AlN，Al2O3和Y2O3等。在等離子環(huán)境中陶瓷材料的選擇取決于核心部件所處的工作環(huán)境以及對制程產(chǎn)品的品質(zhì)要求，如耐等離子刻蝕性能，電性能，絕緣性等。等離子刻蝕設(shè)備應(yīng)用陶瓷材料的部件主要有視窗鏡、靜電卡盤、聚焦環(huán)等。
其中，聚焦環(huán)的主要目的是提供均勻的等離子體，用于確�？涛g的一致性和準(zhǔn)確性。同時，它還需要具備與硅晶圓相近的電導(dǎo)率。導(dǎo)電硅作為一種常用的聚焦環(huán)材料，它與硅晶圓的電導(dǎo)率幾乎接近，但不足是在含氟等離子體中耐刻蝕性差，刻蝕機(jī)部件材料常常使用一段時間后就會出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的現(xiàn)象，嚴(yán)重降低其生產(chǎn)效率。碳化硅除了與硅具有相似的電導(dǎo)率以外，還具有良好的耐離子刻蝕性能，相對于導(dǎo)電硅，它更適合用作聚焦環(huán)材料。
日本丸和制造的碳化硅環(huán)
碳化硅是一種強(qiáng)共價鍵化合物，具有以下顯著特點：1）密度低、彈性模量高；2）硬度高，耐磨損性能好；3）化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕性能優(yōu)異；4）高溫強(qiáng)度高、抗蠕變性好；5）電阻率可控，具有半導(dǎo)體特性；6）熱膨脹系數(shù)低、熱導(dǎo)率高。SiC因其優(yōu)異的性能被廣泛用于半導(dǎo)體加工設(shè)備部件，例如碳化硅具有優(yōu)異的耐高溫特性，廣泛應(yīng)用于各種沉積設(shè)備的核心部件材料。碳化硅具有優(yōu)異的導(dǎo)熱率以及與Si片較匹配的電導(dǎo)率被用作聚焦環(huán)材料，而且SiC具有更加優(yōu)異的耐等離子刻蝕性能，是極好的備選材料。
有研究人員研究了碳化硅在碳氟等離子中的刻蝕機(jī)理，其結(jié)論表明碳化硅經(jīng)碳氟等離子刻蝕后，表面發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)形成很薄一層碳氟聚合物薄膜，該薄膜可阻止活性氟基等離子體進(jìn)一步與基體發(fā)生反應(yīng)，因而相對于Si，其耐等離子刻蝕性能更加優(yōu)異。
近日有媒體報道，三星電子正在研發(fā)取代碳化硅聚焦環(huán)的新材料。業(yè)界消息指出，硬度表現(xiàn)優(yōu)秀的碳化硼成為三星有力備選方案。三星為將B4C打造成新一代聚焦環(huán)材料，正在進(jìn)行相關(guān)研發(fā)。但是小編在查閱資料過程中并沒有發(fā)現(xiàn)任何有關(guān)碳化硼在這一領(lǐng)域的應(yīng)用研究。
碳化硼同樣具有許多獨特的性質(zhì)，是很多工程應(yīng)用領(lǐng)域中的重要候選材料，并在耐火材料、研磨介質(zhì)、耐磨涂層、輕質(zhì)盔甲，以及反應(yīng)堆控制棒和屏蔽棒等諸多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)中國工程物理研究院材料研究所的研究，碳化硼在諸多領(lǐng)域中有著較大的應(yīng)用潛力，其中碳化硼在核領(lǐng)域中的應(yīng)用是最有價值和前景的。
碳化硼在輻照環(huán)境中產(chǎn)生的空位和間隙原子會自發(fā)地進(jìn)行結(jié)構(gòu)重組而實現(xiàn)“自修復(fù)”，能夠?qū)⑤椪論p傷降低至最小化，抗輻照性能優(yōu)良，在反應(yīng)堆中可作為中子吸收材料應(yīng)用于控制棒、屏蔽體等。此外，碳化硼還具有高塞貝克系數(shù)和低熱導(dǎo)率，熱電性能非常優(yōu)異，可用于研制新型設(shè)備，例如耐用高能、高容量的β-伏打電池、高溫?zé)犭娧b置、高靈敏的固態(tài)中子探測器等。
參考資料：
等離子體環(huán)境下陶瓷材料損傷行為研究，朱祖云，廣東工業(yè)大學(xué)
耐等離子體刻蝕釔基復(fù)合陶瓷的制備及其性能研究，譚毅成，廣東工業(yè)大學(xué)
碳化硼的研究進(jìn)展，龍亮等，中國工程物理研究院材料研究所
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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