中國粉體網(wǎng)訊  等離子刻蝕技術(shù)是在涂膠的晶圓上高效地復制掩膜圖形，通過化學和物理過程選擇性地從晶圓表面去除不需要的材料的一個重要工藝過程，是現(xiàn)代集成電路制造領域不可缺少的工藝步驟。

刻蝕機，來源：中微半導體

隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，等離子體刻蝕技術(shù)逐漸成為納米量級的集成電路制造和微納制造工藝中廣泛應用的刻蝕技術(shù)。隨著刻蝕氣體中含氟等離子體能量的提高，高能含氟等離子體會侵蝕腔體和腔體內(nèi)部件，縮短部件的使用壽命；同時腐蝕過程中會生成難揮發(fā)的氟化物沉積在晶圓表面，同時也增加了晶圓的污染。因此，刻蝕機腔體和腔體內(nèi)部件材料的耐等離子體刻蝕性能變得至關(guān)重要。

刻蝕腔體，來源：京瓷

刻蝕機腔體及部件對材料有如下要求

大量地實踐經(jīng)驗表明：在晶圓Si片的刻蝕過程中，由于需在高密度、高能量的等離子體轟擊環(huán)境中，一般對刻蝕機腔體及部件材料提出了如下要求。

（1）腔體材料的晶粒尺寸小，缺陷低。當大尺寸顆粒和缺陷沉積到晶圓上，這對芯片來說是致命的，很大程度上降低了芯片的產(chǎn)率；

（2）腔體材料表面應避免金屬污染，若腔室材料內(nèi)含金屬Na、K、Fe、Ni、Gr、Cu及其他顆粒時，當其沉積到Si片上同樣會污染芯片；

（3）與鹵素反應較慢，晶圓的刻蝕通常采用鹵素氣體或者惰性氣體進行等離子體轟擊，如Cl₂、N₂、C₂H₄、O₂、BCl₃、F、HBr、HCl等，因此腔室材料應盡量避免與氣體發(fā)生反應或者反應速率很慢；

（4）在射頻能量耦合的條件下，仍具有優(yōu)異的、可重復的介電性能；

（5）為了減少腐蝕速率以及減弱等離子對腔室材料的轟擊，應盡可能保證腔室材料無孔隙或孔隙度極低；

（6）晶圓的刻蝕過程需要反復利用化學試劑清洗，因此要求腔體材料具備優(yōu)異地抗化學腐蝕性能；

（7）生產(chǎn)、加工成本低；

（8）使用壽命長等。

氧化釔陶瓷—半導體刻蝕設備的關(guān)鍵材料

陶瓷材料具有較好的耐腐蝕性能，因此，在半導體工業(yè)中，多種陶瓷材料已經(jīng)成為晶圓加工設備的耐等離子體刻蝕材料。其中，氧化釔（Y₂O₃）屬于立方晶系，其熔點為2430℃，電絕緣性良好，透光性好。許多研究表明，Y₂O₃陶瓷涂層的耐等離子刻蝕性能要優(yōu)于Al₂O₃涂層。

氧化釔噴涂刻蝕腔體及模組件

Y₂O₃作為耐刻蝕材料的優(yōu)點如下：

（1）由于AlF₃的消除，Y₂O₃造成的表面顆粒和缺陷污染減少。

（2）材料中的過渡金屬含量低，降低了金屬污染的風險。

（3）Y₂O₃具有更加優(yōu)異的介電性能，并且越厚的Y₂O₃陶瓷涂層，其抵抗介質(zhì)擊穿能力越強。

（4）作為耐等離子腔體材料，在等離子體中腐蝕速率較低。

目前，氧化釔陶瓷在刻蝕機中主要應用場景為腔體與窗視鏡。

在腔體中，除了做成整個腔體，考慮到價格因素，往往會在其它陶瓷基體上噴涂Y₂O₃涂層來達到目的。

刻蝕機上的窗視鏡材料要求透光率高，開始采用的是石英玻璃材料，但容易被腐蝕得模糊不清，之后被Al₂O₃材料替代。但是隨著含氟等離子體的應用，Al₂O₃的耐腐蝕性能也逐漸滿足不了批量生產(chǎn)的需求，因為Al₂O₃中的Al與氟離子反應會生成Al–F化合物，然后沉積結(jié)晶形成顆粒雜質(zhì)，容易污染晶圓。Y₂O₃透明陶瓷在含氟等離子體中表現(xiàn)出非常好的耐腐蝕性能得到了極大的關(guān)注。

雖然Y₂O₃陶瓷有極好的耐等離子體刻蝕性能，但由于較差的壓實性和燒結(jié)能力，機械強度低，加工難度大，其實用性受到限制。此外，Y₂O₃作為稀土材料，除了難燒結(jié)外，價格較貴，單純用Y₂O₃來制備半導體生產(chǎn)中的耐腐蝕器件，生產(chǎn)成本高。因此，氧化釔作為耐刻蝕材料有時會受到一定的限制。

有科研工作者通過對Y₂O₃陶瓷的研究發(fā)現(xiàn)，當加入一定量的氧化鋁，會形成一種新的氧化釔基復合材料，即釔鋁石榴石。與純Y₂O₃陶瓷相比，氧化釔基復合陶瓷具有耐等離子腐蝕性好、力學性能更高、制造成本低等特點。

此外，除了與氧化鋁復合之外，氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷也成為了耐刻蝕材料的一大研究方向。

參考來源：

[1]譚毅成等.耐等離子刻蝕陶瓷的研究現(xiàn)狀

[2]朱祖云.等離子體環(huán)境下陶瓷材料損傷行為研究

[3]譚毅成.耐等離子體刻蝕釔基復合陶瓷的制備及其性能研究

[4]崔成萬.氧化釔粉體及其陶瓷材料的制備與性能研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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