中国粉体网讯 随着半导体技术的发展，等离子体刻蚀逐渐成为半导体制造工艺广泛应用的技术。等离子体刻蚀产生的等离子体具有很强的腐蚀性，在刻蚀晶圆的过程中也会对工艺腔腔体和腔体内部件造成严重腐蚀，所以半导体加工设备中与等离子体接触的部件需要有较好的耐等离子体刻蚀性能。
相对于有机和金属材料，陶瓷材料一般都具有较好的耐物理和化学腐蚀性能以及很高的工作温度，因而在半导体工业中，多种陶瓷材料已成为半导体单晶硅片制造工序和前道加工工序的设备核心部件制造材料，如SiC，AlN，Al2O3和Y2O3等。在等离子环境中陶瓷材料的选择取决于核心部件所处的工作环境以及对制程产品的品质要求，如耐等离子刻蚀性能，电性能，绝缘性等。等离子刻蚀设备应用陶瓷材料的部件主要有视窗镜、静电卡盘、聚焦环等。
其中，聚焦环的主要目的是提供均匀的等离子体，用于确保刻蚀的一致性和准确性。同时，它还需要具备与硅晶圆相近的电导率。导电硅作为一种常用的聚焦环材料，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。碳化硅除了与硅具有相似的电导率以外，还具有良好的耐离子刻蚀性能，相对于导电硅，它更适合用作聚焦环材料。
日本丸和制造的碳化硅环
碳化硅是一种强共价键化合物，具有以下显著特点：1）密度低、弹性模量高；2）硬度高，耐磨损性能好；3）化学稳定性好，耐腐蚀性能优异；4）高温强度高、抗蠕变性好；5）电阻率可控，具有半导体特性；6）热膨胀系数低、热导率高。SiC因其优异的性能被广泛用于半导体加工设备部件，例如碳化硅具有优异的耐高温特性，广泛应用于各种沉积设备的核心部件材料。碳化硅具有优异的导热率以及与Si片较匹配的电导率被用作聚焦环材料，而且SiC具有更加优异的耐等离子刻蚀性能，是极好的备选材料。
有研究人员研究了碳化硅在碳氟等离子中的刻蚀机理，其结论表明碳化硅经碳氟等离子刻蚀后，表面发生一系列化学反应形成很薄一层碳氟聚合物薄膜，该薄膜可阻止活性氟基等离子体进一步与基体发生反应，因而相对于Si，其耐等离子刻蚀性能更加优异。
近日有媒体报道，三星电子正在研发取代碳化硅聚焦环的新材料。业界消息指出，硬度表现优秀的碳化硼成为三星有力备选方案。三星为将B4C打造成新一代聚焦环材料，正在进行相关研发。但是小编在查阅资料过程中并没有发现任何有关碳化硼在这一领域的应用研究。
碳化硼同样具有许多独特的性质，是很多工程应用领域中的重要候选材料，并在耐火材料、研磨介质、耐磨涂层、轻质盔甲，以及反应堆控制棒和屏蔽棒等诸多领域都得到了广泛应用。据中国工程物理研究院材料研究所的研究，碳化硼在诸多领域中有着较大的应用潜力，其中碳化硼在核领域中的应用是最有价值和前景的。
碳化硼在辐照环境中产生的空位和间隙原子会自发地进行结构重组而实现“自修复”，能够将辐照损伤降低至最小化，抗辐照性能优良，在反应堆中可作为中子吸收材料应用于控制棒、屏蔽体等。此外，碳化硼还具有高塞贝克系数和低热导率，热电性能非常优异，可用于研制新型设备，例如耐用高能、高容量的β-伏打电池、高温热电装置、高灵敏的固态中子探测器等。
参考资料：
等离子体环境下陶瓷材料损伤行为研究，朱祖云，广东工业大学
耐等离子体刻蚀钇基复合陶瓷的制备及其性能研究，谭毅成，广东工业大学
碳化硼的研究进展，龙亮等，中国工程物理研究院材料研究所
（中国粉体网编辑整理/平安）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！
