Оскільки процеси виробництва мікросхем продовжують просуватися до більш критичних вузлів, вимоги до продуктивності матеріалів для напівпровідникового обладнання постійно зростають. У сфері обладнання для травлення відбувається незначний зсув: довго -широко використовуваний матеріал оксид алюмінію (Al₂O₃) поступово замінюється оксидом ітрію (Y₂O3).
Ця модернізація є не простою заміною матеріалу, а неминучим результатом вищих вимог до чистоти, стабільності та терміну служби обладнання, які пред’являються передовими процесами. Отже, з якими проблемами стикається глинозем і які переваги роблять ітрій новим вибором?
Чому керамічні матеріали є незамінними в травильному обладнанні?
Сухе травлення є одним із найважливіших процесів у виробництві мікросхем. Камера травлення зазвичай заповнена реактивними газами, такими як CF₄, SF₆, Cl₂ і HBr, які утворюють високоактивне плазмове середовище в радіочастотному електричному полі.
Під час цього процесу високо{0}}іони постійно бомбардують стінки камери та поверхні компонентів, що супроводжується складною хімічною корозією та тепловим ударом. Для таких компонентів, як вкладиші камери, душові насадки, фокусні кільця та вікна, матеріал повинен не тільки демонструвати чудову стійкість до корозії та ерозії, але також мінімізувати виділення часток і забруднення.
Причина проста: якщо будь-яка частинка впаде на поверхню пластини, це може призвести до дефектів або навіть пошкодити всю пластину. Оскільки технологічні вузли стають меншими, вимоги до чистоти матеріалів обладнання стають дедалі суворішими.
Які обмеження глинозему?
Завдяки розвинутій технології, низькій вартості та хорошим механічним властивостям оксид алюмінію протягом тривалого часу був домінуючим керамічним матеріалом у напівпровідниковому обладнанні. Однак, коли процеси просуваються до більш критичних вузлів, стають очевидними обмеження глинозему в плазмових середовищах.
У фтор{0}}вмісній плазмі оксид алюмінію реагує з активними формами фтору з утворенням фториду алюмінію (AlF₃) та інших продуктів. Ці побічні-продукти реакції можуть осідати, відшаровуватися та ставати джерелами забруднення частинками. Тим часом сам оксид алюмінію поступово руйнується під -тривалим плазмовим бомбардуванням, скорочуючи термін служби компонентів.
Для зрілих технологічних вузлів такі проблеми зазвичай можна контролювати, скоротивши інтервали технічного обслуговування. Однак, оскільки критичні розміри пристрою зменшуються, толерантність до забруднення частинками та металами значно падає, а сліди забруднень, що виділяються з матеріалів камери, можуть вплинути на вихід продукту.
Чому Ітрія користується популярністю?
Серед багатьох матеріалів-кандидатів поступово виділявся ітрій. Порівняно з оксидом алюмінію оксид ітрію забезпечує кращу хімічну стабільність у галогенній-плазмі. Коли він реагує з фтор{3}}вмісною плазмою, отриманий шар фториду ітрію (YF₃) є досить стабільним і може утворювати захисне покриття, яке сповільнює подальшу корозію.
Крім того, оксид ітрію зазвичай демонструє нижчу швидкість плазмового травлення. Дослідження та промислове застосування показують, що за тих же умов швидкість ерозії оксиду ітрію значно нижча, ніж у оксиду алюмінію, що ефективно подовжує термін служби компонентів і зменшує частоту технічного обслуговування обладнання та простої.
Крім того, оксид ітрію зберігає добру структурну стабільність за високих температур і не легко тріскається чи відколюється під час тривалого-термічного циклу, що також важливо для контролю забруднення частинками.
Від покриттів до масової кераміки: два шляхи застосування трію ітрію
В даний час існує два основних технічних шляхи застосування оксиду ітрію в напівпровідниковій апаратурі. З точки зору промислового розвитку, ці маршрути не є взаємовиключними; вони відповідають різним сценаріям застосування та вимогам до вартості.
(1) Покриття з оксиду ітрію:Шар оксиду ітрію наноситься на алюмінієвий сплав або керамічну підкладку з оксиду алюмінію за допомогою таких процесів, як плазмове напилення, таким чином покращуючи плазмостійкість компонента. Цей підхід є відносно зрілим, його можна застосовувати до деталей складної-форми та має прийнятну вартість, що робить його найпоширенішим на сьогодні. Такі компоненти, як вкладиші камери, душові лійки та перегородки, часто обробляються такими покриттями.
(2) Об’ємна ітрієва кераміка:-Порошок оксиду ітрію високої чистоти безпосередньо спікають для виготовлення керамічних компонентів без використання інших матеріалів підкладки. Порівняно з покриттями об’ємна ітрієва кераміка забезпечує більш рівномірну мікроструктуру та чудову стійкість до плазми, але складність спікання, складність обробки та вартість виробництва значно вищі.
Вітчизняне виробництво ітрію все ще стикається з багатьма проблемами
Незважаючи на те, що переваги ітрію широко визнані, його індустріалізація стикається з високими перешкодами. Основною сировиною для розпилення є-порошок оксиду ітрію високої чистоти. Продукт повинен досягати надзвичайно високої чистоти, стабільного розподілу частинок за розміром, гарної сферичності та незмінної якості партії, щоб відповідати вимогам щодо подачі порошку та плавлення для термічного напилення.
У той же час контроль параметрів напилення, пористості покриття, оптимізації міцності зв’язку та подальших процесів обробки поверхні безпосередньо впливає на кінцеві характеристики продукту.
У сфері масової ітрієвої кераміки, оскільки матеріал сам по собі складно спікати та дорого обробляти, висуваються вищі вимоги до підготовки порошку, формування, спікання та можливостей точної обробки.