SiC刻蚀环——半导体等离子刻蚀机的关键部件
前面为大家介绍了等离子刻蚀设备中的陶瓷零部件,其中就有提到了聚焦环。聚焦环是放置在晶圆外部、直接接触晶圆的重要部件,通过将电压施加到环上以聚焦通过环的等离子体,从而将等离子体聚焦在晶圆上以提高加工的均匀性。
SiC刻蚀环——半导体等离子刻蚀机的关键部件
图 碳化硅聚焦环在刻蚀机中的应用,来源:KNJ
刻蚀设备中 CVD 碳化硅零部件包含聚焦环、气体喷淋头、托盘、边缘环等,由于 CVD 碳化硅对含氯和含氟刻蚀气体的低反应性、导电性,使其成为等离子体刻蚀设备聚焦环等部件的理想材料。

一、碳化硅是聚焦环的理想材料

由于聚焦环在真空反应室内会直接接触等离子体,因此,需要采用耐等离子体腐蚀的材料。传统的聚焦环由硅或石英制成,导电硅作为常用的聚焦环材料,它与硅晶圆的电导率几乎接近,但不足是在含氟等离子体中耐刻蚀性差,刻蚀机部件材料常常使用一段时间后就会出现严重腐蚀的现象,严重降低其生产效率。
表 Si基聚焦环和CVD SiC聚焦环对比,来源:MLTi
SiC刻蚀环——半导体等离子刻蚀机的关键部件

SiC聚焦环在机械性能、化学性能、导热性能、耐高温、耐离子刻蚀性能等方面,都强于传统Si:

(1)  具有高密度减少蚀刻量;

(2)  较高的带隙优秀的绝缘;

(3)  高热导率、低膨胀系数,耐热冲击;

(4)  具有高弹性,抗机械性冲击性好;

(5)  硬度高,耐磨损,耐腐蚀。
碳化硅具有与硅相似的电导率、良好的耐离子刻蚀性能。随着集成电路微型化推进,集成电路制造对于刻蚀工艺的需求量、重要性不断增加,刻蚀用等离子体功率、能量持续提高,尤其是电容耦合(CCP)等离子体刻蚀设备中所需等离子体能量更高,因此碳化硅材料制备的聚焦环使用率越来越高。

SiC刻蚀环——半导体等离子刻蚀机的关键部件

图 固体碳化硅聚焦环,来源:东海碳素
在半导体设备用碳化硅零部件领域,行业内企业一般均采用化学气相沉积(CVD)法进行生产。通常聚焦环是通过气相沉积的方法将化学反应生成的碳化硅沉积成一定的形状,然后根据具体使用条件,将呈一定形状的碳化硅进行机械加工生成聚焦环。这个过程中,参与气相沉积的原材料配比是经过多次实验后固定的,因此制作出的碳化硅聚焦环的属性,如电阻率等参数也是固定的。但是对等离子体刻蚀设备来说,固定的电阻率对不同的刻蚀设备并不总是适用,当需要较低电阻率的聚焦环或较高电阻率的聚焦环时,由于需要改变参与气相沉积的原材料配比,需要重新进行多次实验重新确定原材料配比,周期长,耗费高。

二、碳化硅聚焦环相关厂商名单

湖南德智新材料有限公司

深圳市志橙半导体材料股份有限公司

凯乐士股份有限公司

吉盛微(武汉)新材料科技有限公司

Semicorex Advanced Material Technology Co.,Ltd.

东海碳素Tokai Carbon

韩国KNJ

CoorsTek

Ferrotec Material Technologies Corporation

COMA Technology

日本精密陶瓷株式会社

……

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一、暂定议题
 

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半导体设备及陶瓷零部件的现状及发展趋势

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2

半导体用高超精密陶瓷部件研制与应用

拟邀请陶瓷零部件企业/高校研究所

3

半导体引线键合用陶瓷劈刀制备技术

拟邀请劈刀企业/高校研究所

4

大功率电力电子器件用陶瓷封装基板的研究进展

拟邀请陶瓷基板企业/高校研究所

5

第三代功率半导体封装用AMB陶瓷覆铜基板

拟邀请AMB企业/高校研究所

6

多孔陶瓷的研究进展及在半导体领域的应用

拟邀请多孔陶瓷企业/高校研究所

7

LTCC技术在半导体晶圆探针卡中的应用

拟邀请探针卡企业/高校研究所

8

CVD用绝缘高导热氮化铝陶瓷加热器的研发

拟邀请陶瓷加热盘企业/高校研究所

9

耐等离子腐蚀的氧化钇陶瓷的开发与应用

拟邀请氧化钇陶瓷企业/高校研究所

10

高强度高耐磨的氮化硅陶瓷材料的开发

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11

碳化硅陶瓷结构件在集成电路制造关键装备中的应用

拟邀请碳化硅陶瓷企业/高校研究所

12

半导体装备用陶瓷静电卡盘关键技术

拟邀请静电卡盘企业/高校研究所

13

高纯氧化铝陶瓷制备工艺及其在半导体领域的应用

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14

真空钎焊设备在半导体领域的应用

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15

高精度复杂形状碳化硅陶瓷制备工艺研究

拟邀请碳化硅陶瓷企业/高校研究所

16

半导体设备用陶瓷的成型工艺技术

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17

高强度氮化硅粉体制备工艺技术及产业化

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18

高性能氮化铝粉体连续式生产关键工艺技术

拟邀请氮化铝粉体企业/高校研究所

19

覆铜陶瓷基板的失效机理分析及可靠性设计

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20

特种陶瓷高温烧结工艺技术

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作者 gan, lanjie