在半導體行業中，設備投資占半導體產業資本支出的60%-70%，其中晶圓制造過程因工藝復雜，工序多樣，相關設備的價值量占比極高，達到了總資本支出的50%以上。半導體設備的發展已經成為推動半導體行業技術創新進步的引擎。
對于半導體設備的研制，部件所使用的材料是影響設備性能的關鍵因素。特別是對于晶圓制造過程中的刻蝕機和PECVD設備，等離子體通過物理作用和化學反應會對設備器件表面造成嚴重腐蝕，一方面縮短部件的使用壽命，降低設備的使用性能，另一方面腐蝕過程中產生的反應產物會出現揮發和脫落的現象，在工藝腔內產生雜質顆粒，影響腔室的潔凈度。
如何應對等離子體腐蝕難題？
一般可采用高純Al2O3涂層作為刻蝕腔體和腔體內部件的防護材料。但是隨著半導體器件最小特征尺寸的減小和晶圓尺寸的增大，為了獲得更高的刻蝕精度和保證刻蝕的均一性，等離子體能量也逐漸增大，同時鹵素類氣體開始被用于等離子體刻蝕。
高能含氟等離子體具有很高的化學活性，容易與Al2O3反應生成AlxFy化合物，沉積在工藝腔內壁或部件表面上，最后在等離子刻蝕過程中脫落成顆粒，污染晶圓，降低成品率，增加生產成本。因此，刻蝕機腔體和腔體部件材料的耐等離子體刻蝕性能變得至關重要。
石英材料
石英是一種物理化學性質穩定的無機非金屬材料，晶體結構屬三方晶系，作為刻蝕機腔體材料，對硅晶圓的雜質污染問題較為嚴重。與此同時，由于刻蝕過程采用含F的等離子體，F易與石英反應生成SiF4。因此等離子體對腔體的刻蝕現象比較嚴重，作為等離子刻蝕機腔體材料，使用壽命受到了極大的限制。
SiC材料
碳化硅是一種化學性質穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨性能優異的無機非金屬材料。SiC作為刻蝕機腔體材料，相較于石英，其材料本身產生的雜質污染較少，由于具有更加優異的力學性能，在等離子轟擊其原子表面時，原子損失率相對較少，日本三井公司報道一種SiC復合材料作為空氣刻蝕機腔體材料，具有較高的耐腐蝕性。
碳化硅刻蝕環用于半導體刻蝕工藝
陽極氧化鋁及高純Al2O3材料
刻蝕機腔室材料選擇鋁合金時，易造成金屬顆粒污染，轉而選擇在鋁合金上鍍一層致密的陽極氧化鋁層，通過陽極氧化，從而提高腔室材料的耐刻蝕性。實踐發現，陽極氧化鋁層易出現剝落的現象。這主要是由于合金中的雜質發生偏析，表面的陽極氧化鋁層易產生微裂紋，使得陽極氧化鋁的使用壽命較低，因此制備了高純的氧化鋁陶瓷作為腔室材料。其作為耐等離子刻蝕腔體材料具這些特點：
① 生產設備簡單，自動化程度較高，生產工藝成本較低；
② 由于鹵素氣體通常被用作高速刻蝕Si晶片使用，Al易與鹵素F等反應生成易揮發的Al-F副產物而污染晶片；
③ 金屬相雜質的添加，對其硬度和抗彎強度明顯下降；
④ 高溫下，納米晶粒易長大，并伴隨熱導率下降；
⑤ 在梯度涂層中，加重了分層效應；
⑥ 不能滿足300mm以上刻蝕設備的要求。
Y2O3材料
氧化釔作為一種Si片刻蝕加工的腔體材料，與Al2O3相比具有如下優勢與不足。
● 由于AlF3的消除，Y2O3造成的表面顆粒和缺陷污染減少；
● 材料中的過渡金屬含量低，降低了金屬污染的風險；
● Y2O3具有更加優異的介電性能，并且越厚的Y2O3陶瓷涂層，其抵抗介質擊穿能力越強；
● 作為耐等離子腔體材料，在等離子體中腐蝕速率較低；
● 使用成本低，但制備成本較高；
● 熱膨脹系數較Al2O3大，在腐蝕的過程中，在晶界邊界的殘余應力易發生膨脹，因此內部較易產生氣孔和微裂紋。
單晶YAG
YAG簡稱釔鋁石榴石，具有立方晶體結構、無雙折射效應、高溫蠕變小，具有優異的光學及電學性能，被廣泛地應用于激光器基質材料、高溫可見光窗口、等離子體腔室材料以及紅外窗口材料等。
YAG作為一種重要的耐熱和耐等離子體沖擊材料，近幾十年來，受到研究者以及一些相關設備制造商的關注。相較于Y2O3陶瓷，YAG具有使用壽命長、成本相對較低、制備工藝更為簡單、機械性能更優異等特點。
Al2O3-YAG共晶復合材料
Al2O3-YAG復合陶瓷，是由Al2O3與Y2O3納米粉末按照一定的配比，經過球磨混合、干燥、成型、燒結等工藝制備而來。在耐等離子刻蝕腔體壁材方面，相較于單晶YAG，具有良好的應用前景，根據目前相關的研究報道，相較其他耐蝕腔體材料具有機械性能優異、高熱導率、高溫抗蠕變性能優異、生產成本相對較低、耐等離子刻蝕性好等優點。
Si3N4材料
Si3N4作為一種共價鍵化合物，其熱膨脹系數低、導熱率高、抗化學腐蝕、耐熱沖擊性極佳。經過熱壓燒結的Si3N4，其硬度極高，且極耐高溫，它的強度一直維持在1200℃高溫下而不下降，受熱后不會熔成融體，到1900℃才會分解。熱壓燒結的氮化硅加熱到1000℃后投入冷水中也不會破裂。但是它作為一種等離子刻蝕腔體材料，仍存在以下不足：
① 機械加工成本高，已超過產品總成本的一半；
② 機械加工對材料表面損傷，由此對材料的強度產生不利；
③ 為了避免機械加工對材料性能的消極影響，制造加工通常采用過分保守的加工條件，大大地延長了加工時間，生產效率降低；
④ 作為一種非氧化物陶瓷材料，大尺寸燒結體難以制備，其制備成本高。
以上就是諾一精密陶瓷關于“先進陶瓷材料：等離子刻蝕機腔體材料的優選”的分享，部分內容來自網絡，僅供參考。
【工業陶瓷件加工定制廠家】認準諾一精密陶瓷，可提供氧化鋁陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、氮化硅陶瓷、陶瓷計量泵、陶瓷柱塞泵、陶瓷吸盤、陶瓷結構件、工業陶瓷件、半導體陶瓷備件、半導體陶瓷材料等精密陶瓷研發生產加工定制，可按需加工各類精密陶瓷板，棒，閥，管，環，塊，片，針，軸，螺桿，噴嘴，托盤，吸盤，柱塞，微孔陶瓷等不同形狀、工藝的精密陶瓷制品，歡迎您的咨詢。
