中國粉體網(wǎng)訊  對于半導(dǎo)體設(shè)備的研制,，部件所使用的材料是影響設(shè)備性能的關(guān)鍵因素。特別是對于晶圓制造過程中的刻蝕機(jī)和PECVD設(shè)備,，等離子體通過物理作用和化學(xué)反應(yīng)會對設(shè)備器件表面造成嚴(yán)重腐蝕,，一方面縮短部件的使用壽命,，降低設(shè)備的使用性能,，另一方面腐蝕過程中產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物會出現(xiàn)揮發(fā)和脫落的現(xiàn)象，在工藝腔內(nèi)產(chǎn)生雜質(zhì)顆粒,，影響腔室的潔凈度,。當(dāng)前，主要采用高純Al₂O₃涂層或Al₂O₃陶瓷作為刻蝕腔體和腔體內(nèi)部件的防護(hù)材料,。

等離子體刻蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖

隨著半導(dǎo)體器件最小特征尺寸的不斷縮小,，對晶圓缺陷的要求變得更加嚴(yán)格，為了避免金屬雜質(zhì)和顆粒的污染,，對半導(dǎo)體設(shè)備腔體和腔體內(nèi)的部件材料提出了更加嚴(yán)格的要求,。刻蝕機(jī)腔體內(nèi)耐等離子刻蝕陶瓷材料的主要特點(diǎn)有：（1）純度要高,，金屬雜質(zhì)含量少,；（2）主要組成成分化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，特別是與鹵素類腐蝕性氣體的化學(xué)反應(yīng)速率要低,；（3）致密度高,，開口氣孔少；（4）晶粒細(xì)小,，晶界相含量少,；（5）具有優(yōu)良的機(jī)械性能，便于生產(chǎn)加工,；（6）某些部件可能還有其他性能要求，如良好的介電性能,、導(dǎo)電性或?qū)�熱性等�?br/>

Al₂O₃是一種高硬度的化合物,，主要的晶型是α-Al₂O₃、β-Al₂O₃,、γ-Al₂O₃,。其中，α-Al₂O₃是唯一熱力學(xué)穩(wěn)定的相,，屬于離子型晶體,，化學(xué)性能穩(wěn)定，在常溫下不受酸堿腐蝕,，可以作為耐火或耐腐蝕材料,。早期等離子刻蝕防護(hù)技術(shù)是在鋁基材上沉積一層致密的硬質(zhì)陽極保護(hù)層，但由于合金中的雜質(zhì)會發(fā)生偏析,，表面的陽極氧化鋁層易產(chǎn)生微裂紋,，在刻蝕過程中出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，所以硬質(zhì)陽極氧化鋁的耐等離子體刻蝕性能較差。

隨著涂層技術(shù)的發(fā)展,，高純Al₂O₃涂層逐漸用于刻蝕機(jī)工藝腔和腔體內(nèi)部件的防護(hù),。研究者通過氣溶膠噴霧法在硅襯底上形成致密的Al₂O₃涂層,，在高能含氟等離子中的耐刻蝕性能是單晶Si的20倍,。但是由于熱膨脹系數(shù)的不同,，Al₂O₃涂層與襯底之間容易開裂，影響涂層的耐刻蝕性能,。

與Al₂O₃涂層相比，致密的高純Al₂O₃塊體陶瓷具有更好的耐等離子體刻蝕性能,。研究人員研究了應(yīng)用在半導(dǎo)體加工設(shè)備中的Al₂O₃塊體的制備方法，純度要求在99%以上,，金屬氧化物雜質(zhì)（如MgO,，CaO，SiO₂等）必須控制在0.05~0.8%之內(nèi),，在不影響燒結(jié)性能的情況下可以提高其耐等離子體刻蝕性能，每100g氧化鋁的含磷量不能超過0.0025g,，有利于大塊體陶瓷燒結(jié)均勻,。

傳統(tǒng)的氧化鋁燒結(jié)塊體由于內(nèi)外燒結(jié)狀態(tài)不同，導(dǎo)致密度相差很大,，其介質(zhì)損耗大,，在半導(dǎo)體制造設(shè)備使用過程中容易產(chǎn)生熱量,，生成或擴(kuò)大微裂紋,，降低耐等離子體刻蝕性能。隨著等離子功率的增大和腐蝕性較強(qiáng)的含氟刻蝕氣體的使用,，Al₂O₃的耐腐蝕性能已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)要求,，一方面Al₂O₃中的Al與氟離子會反應(yīng)生成AlxFy化合物，沉積后結(jié)晶成顆粒雜質(zhì),，污染晶圓,；另一方面，嚴(yán)重的腐蝕會縮短部件的使用壽命,。因此,，不斷研究陶瓷材料的等離子體刻蝕機(jī)制對于制備耐等離子體刻蝕性能優(yōu)異的陶瓷材料具有十分重要的意義。

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)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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