中國(guó)粉體網(wǎng)訊  對(duì)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(duì)于晶圓制造過(guò)程中的刻蝕機(jī)和PECVD設(shè)備，等離子體通過(guò)物理作用和化學(xué)反應(yīng)會(huì)對(duì)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(guò)程中產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)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(duì)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(duì)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�？涛g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(kāi)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(yáng)極保護(hù)層，但由于合金中的雜質(zhì)會(huì)發(fā)生偏析，表面的陽(yáng)極氧化鋁層易產(chǎn)生微裂紋，在刻蝕過(guò)程中出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，所以硬質(zhì)陽(yáng)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(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)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(huì)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(huì)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(duì)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(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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