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        法國(guó)NANOE公司
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        氧化釔陶瓷——半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備的關(guān)鍵材料

        法國(guó)NANOE公司  2023-04-21  點(diǎn)擊3770次

        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,通過化學(xué)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(gè)重要工藝過程,是現(xiàn)代集成電路制造領(lǐng)域不可缺少的工藝步驟。

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        刻蝕機(jī),來源: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。


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        刻蝕腔體,來源:京瓷


        1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(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孔隙或孔隙度極低;


        (6)晶圓的刻蝕過程需要反復(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。


        2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。


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        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。

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        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涂層來達(dá)到目的。


        刻蝕機(jī)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(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。


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        Nanoe公司坐落于法國(guó)巴黎,擁有十多年的原材料制造經(jīng)驗(yàn),專注于先進(jìn)陶瓷材料的研發(fā)和制造,旗下產(chǎn)品有:納米陶瓷粉體和Zetamix 3D打印設(shè)備以及陶瓷/金屬線束。納米陶瓷粉體以高性能著稱,是全球ZTA氧化鋯增韌氧化鋁合成材料的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者,粉體可用于半導(dǎo)體、電子,耐磨件、生物醫(yī)療、流體處理等領(lǐng)域。其他納米陶瓷粉體:ATZ,氧化鋁,氧化鋯,氧化釔等


        除了等離子刻蝕產(chǎn)品,Nanoe還提供氧化鋁、多晶紅寶石、氧化鋯等粉體材料,另外憑借在原材料制造方面的專業(yè)實(shí)力,其在2018年推出Zetamix品牌,這是首個(gè)適用FDM技術(shù)的3D打印陶瓷線材品牌。


        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(fù)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
        [5]中國(guó)粉體網(wǎng)

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