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。

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。

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。

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。

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。

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。