中國(guó)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(fù)制掩膜圖形,，通過(guò)化學(xué)和物理過(guò)程選擇性地從晶圓表面去除不需要的材料的一個(gè)重要工藝過(guò)程，是現(xiàn)代集成電路制造領(lǐng)域不可缺少的工藝步驟,。

刻蝕機(jī),，來(lái)源：中微半導(dǎo)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(jí)的集成電路制造和微納制造工藝中廣泛應(yīng)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(huì)侵蝕腔體和腔體內(nèi)部件，縮短部件的使用壽命,；同時(shí)腐蝕過(guò)程中會(huì)生成難揮發(fā)的氟化物沉積在晶圓表面,，同時(shí)也增加了晶圓的污染。因此,，刻蝕機(jī)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(lái)源：京瓷

刻蝕機(jī)腔體及部件對(duì)材料有如下要求

大量地實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：在晶圓Si片的刻蝕過(guò)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(duì)刻蝕機(jī)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(dāng)大尺寸顆粒和缺陷沉積到晶圓上，這對(duì)芯片來(lái)說(shuō)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(yīng)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(shí),，當(dāng)其沉積到Si片上同樣會(huì)污染芯片,；

（3）與鹵素反應(yīng)較慢，晶圓的刻蝕通常采用鹵素氣體或者惰性氣體進(jìn)行等離子體轟擊,，如Cl₂,、N₂、C₂H₄,、O₂,、BCl₃、F,、HBr,、HCl等，因此腔室材料應(yīng)盡量避免與氣體發(fā)生反應(yīng)或者反應(yīng)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(fù)的介電性能,；

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

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

（7）生產(chǎn)、加工成本低,；

（8）使用壽命長(zhǎng)等,。

氧化釔陶瓷—半導(dǎo)體刻蝕設(shè)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(dǎo)體工業(yè)中,，多種陶瓷材料已經(jīng)成為晶圓加工設(shè)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(diǎn)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(diǎn)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(guò)渡金屬含量低，降低了金屬污染的風(fēng)險(xiǎn),。

（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(qiáng),。

（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(jī)中主要應(yīng)用場(chǎng)景為腔體與窗視鏡,。

在腔體中，除了做成整個(gè)腔體,，考慮到價(jià)格因素,，往往會(huì)在其它陶瓷基體上噴涂Y₂O₃涂層來(lái)達(dá)到目的。

刻蝕機(jī)上的窗視鏡材料要求透光率高,，開(kāi)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(yīng)用,，Al₂O₃的耐腐蝕性能也逐漸滿足不了批量生產(chǎn)的需求，因?yàn)锳l₂O₃中的Al與氟離子反應(yīng)會(huì)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(shí)性和燒結(jié)能力，機(jī)械強(qiáng)度低,，加工難度大,，其實(shí)用性受到限制,。此外，Y₂O₃作為稀土材料,，除了難燒結(jié)外,，價(jià)格較貴，單純用Y₂O₃來(lái)制備半導(dǎo)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(shí)會(huì)受到一定的限制,。

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

此外,，除了與氧化鋁復(fù)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(lái)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(fù)合陶瓷的制備及其性能研究

[4]崔成萬(wàn).氧化釔粉體及其陶瓷材料的制備與性能研究

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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