（一）
半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備部件耐刻蝕性要求高
等離子刻蝕技術(shù)是選擇性去除晶圓表面物質(zhì)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。等離子刻蝕目的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，從而形成微電路。
等離子刻蝕是半導(dǎo)體制造中必不可少的角色，目前工藝手段主要有干法刻蝕和濕式刻蝕。其中，干法刻蝕（dry etching）是利用氣態(tài)中產(chǎn)生的等離子體，通過(guò)經(jīng)光刻開(kāi)出的掩模層窗口，與暴露于等離子體中的基板材料或者沉積在基板材料上的物質(zhì)進(jìn)行物理或化學(xué)反應(yīng)，從而刻蝕掉暴露于表面材料的一種工藝技術(shù)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，由于干法刻蝕具有重復(fù)率高、各向異性、對(duì)溫度不敏感、環(huán)境中顆粒少、無(wú)選擇性等特點(diǎn)，逐漸成為微納半導(dǎo)體器件制造中廣泛使用的技術(shù)。
圖 應(yīng)用材料公司 Centura 刻蝕反應(yīng)器采用釔涂層工藝腔室
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。隨著半導(dǎo)體晶體管尺寸急劇減小和鹵素類(lèi)等離子體能量增高，要求等離子刻蝕機(jī)的刻蝕腔體在晶圓刻蝕的時(shí)候需要保持越來(lái)越高的潔凈度，而刻蝕腔體內(nèi)表面部件材料被等離子刻蝕形成的固體顆粒物是腔體主要污染物，并且由于腔體內(nèi)表面部件材料被刻蝕，導(dǎo)致刻蝕機(jī)的核心部件刻蝕腔體壽命和可靠性大大被降低，因此，對(duì)刻蝕設(shè)備中內(nèi)表面部件材料耐刻蝕性要求也越發(fā)重要。艾邦建有半導(dǎo)體陶瓷產(chǎn)業(yè)微信群，歡迎掃描下方二維碼，添加管理員微信，即可加入。
（二）
氧化釔兼具熱學(xué)穩(wěn)定性和抗等離子特性
干蝕刻室中的氣氛具有高度腐蝕性，含有鹵素氣體，如氟和氯，這些氣體被等離子體分解成化學(xué)反應(yīng)性自由基。工藝氣體和移除的材料可能會(huì)沉積到腔室組件上，如壁、襯里和工藝套件。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，蝕刻室需要內(nèi)部耐磨和耐腐蝕涂層，以保護(hù)其免受腐蝕性氣體的影響，否則可能會(huì)對(duì)等離子體室組件及其性能造成不利影響。另一方面，由于離子轟擊，粒子從腔室壁上脫落，也有污染蝕刻晶圓的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致不良率上升。
氧化釔（Y2O3，Yttrium oxide）是釔的氧化物，是一種具有熱學(xué)穩(wěn)定性和抗等離子特性的氧化物。高純Y2O3涂層由于在Cl基和F基中的穩(wěn)定性，以及對(duì)等離子體的更高耐久性，使其逐漸被應(yīng)用到等離子體腔室。高純Y2O3涂層對(duì)半導(dǎo)體刻蝕工藝腔室內(nèi)表面具有優(yōu)良的保護(hù)作用。
圖 氧化釔應(yīng)用于半導(dǎo)體設(shè)備部件，來(lái)源：凱勒斯
高純度（純度99.9%以上）且均一的氧化釔粉末是干蝕刻室內(nèi)腐蝕環(huán)境的理想陶瓷涂層材料。所形成的涂層既致密又純凈，從而具有極好的尺寸穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。尺寸穩(wěn)定性可確保涂層的物理性能（如表面硬度）不會(huì)因長(zhǎng)期重復(fù)的離子轟擊而降低。
干法蝕刻室中的雜質(zhì)形成低沸點(diǎn)的揮發(fā)性氟化物。與AlF3（1297℃）和ZrF4（956℃）等其他典型氟化物相比，YF3（它形成的氟化物化合物）的高沸點(diǎn)（2230℃）使高純氧化釔粉末成為干法蝕刻室應(yīng)用中的最佳選擇。由于氟化物顆粒被離子解吸，腔室中的高工作溫度導(dǎo)致蒸汽形成和涂層過(guò)早失效。在干法蝕刻過(guò)程中，蒸汽和剝落的涂層都會(huì)污染被蝕刻晶圓的表面。氧化釔粉末純度超過(guò)99.9%，雜質(zhì)含量極小，形成高沸點(diǎn)的YF3，同時(shí)解決了這兩個(gè)問(wèn)題。此外，氧化釔基涂層具有很高的燒結(jié)電阻，因此可以承受干蝕刻室內(nèi)常規(guī)的熱循環(huán)。
氧化釔顆粒具有球形團(tuán)聚形態(tài)，典型的標(biāo)準(zhǔn)粒徑為20-53微米。嚴(yán)格的粒度控制確保了完全熔化，從而孔隙率較低、表面平滑、最佳的沉積效率和涂層性能。這些粉末的球形形態(tài)改善了流動(dòng)性，從而使涂層工藝更加一致。所有這些因素都顯著提高了涂層的整體耐腐蝕性和抗侵蝕性。涂層中孔隙數(shù)量的減少增加了原子之間的粘結(jié)強(qiáng)度，使污染顆粒難以分離。更平滑的表面光潔度也減少了可用于化學(xué)反應(yīng)的有效表面積。
來(lái)源：
1.《耐等離子體刻蝕釔基復(fù)合陶瓷的制備及其性能研究》，譚毅成.
2.《半導(dǎo)體干刻蝕應(yīng)用涂層粉末》——圣戈班陶瓷材料百科
3.《刻蝕腔室內(nèi)襯用抗等離子體腐蝕涂層的研究現(xiàn)狀》，張有茶，等.
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原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（陶瓷科技視野）：氧化釔涂層在半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備的應(yīng)用
