热喷涂如何解决半导体和光电元件刻蚀设备反应腔的腐蚀问题

中国是全球最大的半导体消费市场，半导体需求量全球占比由2000年的7%攀升至2016年的42%，成为全球半导体市场的增长引擎。受到中美贸易战的影响，半导体板块受到严重波及。中国每年对外用于进口芯片的花费达2000多亿美元,超过进口石油的花费，可见中国对美半导体的进口量之大，对外依存度之高。据预测，明年半导体行业，特别是存储器芯片将走下行趋势。这提醒了中国需要坚持自主发展多芯片半导体等业务！在这样的环境下，如何节省制造成本成为了减少损失的重要途径之一。

 

欧瑞康美科拥有80多年的资深热喷涂工艺，特别是等离子喷涂工艺，并且在半导体行业和光电行业的干法刻蚀设备（等离子体刻蚀）中有所应用，可以提供完整的交钥匙解决方案、包括核心部件、操作部件、外围部件和集成系统，也可提供涂层粉末以及涂层开发业务。通过对磨损部件进行涂覆以延长其寿命，可节省高达近90%因重新购买干刻设备反应室内部零件带来的巨大成本。

 

集成电路和光电原件目前应用于各种电气和电子行业，半导体的晶片和光电原件是通过电子电路逐层生长--刻蚀--生长--再刻蚀进行加工的，干法刻蚀是其中的重要步骤。

 

然而在等离子体干法刻蚀过程中，会生成大量的Cl基、F基等活性自由基，它们在半导体器件进行刻蚀时，也会对由铝和铝合金制造的等离子刻蚀工艺腔的内表面产生腐蚀作用。这种强烈的侵蚀产生了大量的颗粒不仅导致需要频繁的维护刻蚀设备，严重时甚至会导致刻蚀工艺腔的失效和器件的损坏。

 

经过这几年的发展，目前晶片的特征尺寸低于25nm，基材的尺寸也在逐渐增大，因此干刻设备中起刻蚀作用的等离子体的能量也逐渐增大。

 

在高密度等离子体冲蚀条件下反应室的耐腐蚀已成为一个关键问题。反应室腔体内壁板，上部电极组件，下部电极组件，静电卡盘，聚焦环等反应室内部零件都可以通过大气等离子喷涂氧化铝或氧化钇陶瓷涂层来提升绝缘和耐等离子体冲蚀和氯化物、氟化物腐蚀的性能。

 

针对这类应用，欧瑞康美科可提供的从设备到粉末的全套解决方案，不仅可以在技术上而且在经济上解决了等离子体刻蚀工艺腔的腐蚀问题。以下做简要介绍。

 

 

 

设备篇

 

业内一般采用欧瑞康美科的大气等离子热喷涂设备UniCoatPro和F4MBXL等离子喷枪或SinplexPro等离子喷枪的配置。

 

 

 

 

 

涂层篇

 

在半导体及液晶显示屏的刻蚀制造装备中，广泛应用高纯氧化铝和高纯氧化钇作为抗等离子冲蚀材料。根据对不同等离子能量下涂层相关性能的研究显示，在抗等离子冲蚀性能方面，高纯氧化钇涂层比高纯氧化铝涂层及氧化铝烧结块体有更为出色的表现。且因为等离子能量的提高，原先氧化钇涂层与氧化钇烧结块材的性能差异也在逐渐减小。随着等离子能量在实际工况下持续提高，氧化钇涂层也得到了更为广泛的应用。

 

半导体和光电行业一般应用涂层材质为氧化钇或氧化铝陶瓷。欧瑞康美科对应的涂层材料牌号分别为Metco6035A 和Metco6103。

 

Metco 6035A：

此牌号涂层的化学成分是纯氧化钇。氧化钇是一种高度稳定的高熔点化合物，呈很强的化学惰性，特别是在含有卤素元素的等离子体中具有优异的耐刻蚀和耐腐蚀性。此外，氧化钇也具有优异的电绝缘性。氧化钇涂层通常用于反应腔内壁和部件。

 

以下为Metco 6035A涂层关键性能指标：

 

Metco 6103：

此牌号涂层的化学成分是高纯氧化铝。氧化铝是应用最广泛的工程陶瓷之一。它是一种坚硬耐磨的材料，具有很强的化学惰性和热稳定性。高纯度等级的氧化铝有着杰出的电绝缘性和低热导率。氧化铝涂层的半导体和光电行业中通常用于反应腔上电极、下电极静电吸盘等部件。

 

以下为Metco 6103涂层关键性能指标：