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氧化钇陶瓷——半导体刻蚀设备的关键材料

来源：世展网分类：粉体工业行业资讯 2023-04-03 16:02 阅读：11640

2026年上海国际粉体加工与处理展览会POWDEX CHINA

2026-03-24-03-26

距离320天

等离子刻蚀技术是在涂胶的晶圆上高效地复制掩膜图形，通过化学和物理过程选择性地从晶圆表面去除不需要的材料的一个重要工艺过程，是现代集成电路制造领域不可缺少的工艺步骤。

刻蚀机，来源：中微半导体随着集成电路技术的高速发展，等离子体刻蚀技术逐渐成为纳米量级的集成电路制造和微纳制造工艺中广泛应用的刻蚀技术。随着刻蚀气体中含氟等离子体能量的提高，高能含氟等离子体会侵蚀腔体和腔体内部件，缩短部件的使用寿命；同时腐蚀过程中会生成难挥发的氟化物沉积在晶圆表面，同时也增加了晶圆的污染。因此，刻蚀机腔体和腔体内部件材料的耐等离子体刻蚀性能变得至关重要。

刻蚀腔体，来源：京瓷

刻蚀机腔体及部件对材料有如下要求

大量地实践经验表明：在晶圆Si片的刻蚀过程中，由于需在高密度、高能量的等离子体轰击环境中，一般对刻蚀机腔体及部件材料提出了如下要求。（1）腔体材料的晶粒尺寸小，缺陷低。当大尺寸颗粒和缺陷沉积到晶圆上，这对芯片来说是致命的，很大程度上降低了芯片的产率；（2）腔体材料表面应避免金属污染，若腔室材料内含金属Na、K、Fe、Ni、Gr、Cu及其他颗粒时，当其沉积到Si片上同样会污染芯片；（3）与卤素反应较慢，晶圆的刻蚀通常采用卤素气体或者惰性气体进行等离子体轰击，如Cl₂、N₂、C₂H₄、O₂、BCl₃、F、HBr、HCl等，因此腔室材料应尽量避免与气体发生反应或者反应速率很慢；（4）在射频能量耦合的条件下，仍具有优异的、可重复的介电性能；（5）为了减少腐蚀速率以及减弱等离子对腔室材料的轰击，应尽可能保证腔室材料无孔隙或孔隙度极低；（6）晶圆的刻蚀过程需要反复利用化学试剂清洗，因此要求腔体材料具备优异地抗化学腐蚀性能；（7）生产、加工成本低；（8）使用寿命长等。

氧化钇陶瓷—半导体刻蚀设备的关键材料

陶瓷材料具有较好的耐腐蚀性能，因此，在半导体工业中，多种陶瓷材料已经成为晶圆加工设备的耐等离子体刻蚀材料。其中，氧化钇（Y₂O₃）属于立方晶系，其熔点为2430℃，电绝缘性良好，透光性好。许多研究表明，Y₂O₃陶瓷涂层的耐等离子刻蚀性能要优于Al₂O₃涂层。

氧化钇喷涂刻蚀腔体及模组件

Y₂O₃作为耐刻蚀材料的优点如下：（1）由于AlF₃的消除，Y₂O₃造成的表面颗粒和缺陷污染减少。（2）材料中的过渡金属含量低，降低了金属污染的风险。（3）Y₂O₃具有更加优异的介电性能，并且越厚的Y₂O₃陶瓷涂层，其抵抗介质击穿能力越强。（4）作为耐等离子腔体材料，在等离子体中腐蚀速率较低。

目前，氧化钇陶瓷在刻蚀机中主要应用场景为腔体与窗视镜。

在腔体中，除了做成整个腔体，考虑到价格因素，往往会在其它陶瓷基体上喷涂Y₂O₃涂层来达到目的。刻蚀机上的窗视镜材料要求透光率高，开始采用的是石英玻璃材料，但容易被腐蚀得模糊不清，之后被Al₂O₃材料替代。但是随着含氟等离子体的应用，Al₂O₃的耐腐蚀性能也逐渐满足不了批量生产的需求，因为Al₂O₃中的Al与氟离子反应会生成Al–F化合物，然后沉积结晶形成颗粒杂质，容易污染晶圆。Y₂O₃透明陶瓷在含氟等离子体中表现出非常好的耐腐蚀性能得到了极大的关注。虽然Y₂O₃陶瓷有极好的耐等离子体刻蚀性能，但由于较差的压实性和烧结能力，机械强度低，加工难度大，其实用性受到限制。此外，Y₂O₃作为稀土材料，除了难烧结外，价格较贵，单纯用Y₂O₃来制备半导体生产中的耐腐蚀器件，生产成本高。因此，氧化钇作为耐刻蚀材料有时会受到一定的限制。

有科研工作者通过对Y₂O₃陶瓷的研究发现，当加入一定量的氧化铝，会形成一种新的氧化钇基复合材料，即钇铝石榴石。与纯Y₂O₃陶瓷相比，氧化钇基复合陶瓷具有耐等离子腐蚀性好、力学性能更高、制造成本低等特点。

此外，除了与氧化铝复合之外，氧化钇稳定氧化锆陶瓷也成为了耐刻蚀材料的一大研究方向。

参考来源：[1]谭毅成等.耐等离子刻蚀陶瓷的研究现状[2]朱祖云.等离子体环境下陶瓷材料损伤行为研究[3]谭毅成.耐等离子体刻蚀钇基复合陶瓷的制备及其性能研究[4]崔成万.氧化钇粉体及其陶瓷材料的制备与性能研究

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第二届半导体行业用陶瓷材料技术研讨会

在半导体芯片设备中，精密陶瓷零部件的成本约占10％左右，当前市场基本被美国、日本等发达国家垄断。如何实现光刻机等半导体设备中先进陶瓷部件的国产化，解决当前芯片行业“卡脖子”问题的重要一环，也是国内先进陶瓷企业面临的巨大机遇与挑战。同时，随着新能源汽车、5G、人工智能、物联网等行业的蓬勃发展，以碳化硅、氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体材料产业规模不断扩大，先进陶瓷在半导体行业将迎来更大的应用市场。在此背景下，第二届半导体行业用陶瓷材料技术研讨会将在江苏苏州举办，旨在为半导体和先进陶瓷行业搭建沟通平台，交流先进技术，互通行业信息，促进产业链合作，推动国产替代进程。会议热诚欢迎行业专家、学者、技术人员、企业界代表出席，同时欢迎公司、企事业单位展示技术成果，洽谈产、学、研合作。

会务组

联系人：任海鑫

电话：18660985530（同微信）