中國粉體網訊 隨著半導體技術的發展，等離子體刻蝕逐漸成為半導體制造工藝廣泛應用的技術。等離子體刻蝕產生的等離子體具有很強的腐蝕性，在刻蝕晶圓的過程中也會對工藝腔腔體和腔體內部件造成嚴重腐蝕，所以半導體加工設備中與等離子體接觸的部件需要有較好的耐等離子體刻蝕性能。
相對于有機和金屬材料，陶瓷材料一般都具有較好的耐物理和化學腐蝕性能以及很高的工作溫度，因而在半導體工業中，多種陶瓷材料已成為半導體單晶硅片制造工序和前道加工工序的設備核心部件制造材料，如SiC，AlN，Al2O3和Y2O3等。在等離子環境中陶瓷材料的選擇取決于核心部件所處的工作環境以及對制程產品的品質要求，如耐等離子刻蝕性能，電性能，絕緣性等。等離子刻蝕設備應用陶瓷材料的部件主要有視窗鏡、靜電卡盤、聚焦環等。
其中，聚焦環的主要目的是提供均勻的等離子體，用于確保刻蝕的一致性和準確性。同時，它還需要具備與硅晶圓相近的電導率。導電硅作為一種常用的聚焦環材料，它與硅晶圓的電導率幾乎接近，但不足是在含氟等離子體中耐刻蝕性差，刻蝕機部件材料常常使用一段時間后就會出現嚴重腐蝕的現象，嚴重降低其生產效率。碳化硅除了與硅具有相似的電導率以外，還具有良好的耐離子刻蝕性能，相對于導電硅，它更適合用作聚焦環材料。
日本丸和制造的碳化硅環
碳化硅是一種強共價鍵化合物，具有以下顯著特點：1）密度低、彈性模量高；2）硬度高，耐磨損性能好；3）化學穩定性好，耐腐蝕性能優異；4）高溫強度高、抗蠕變性好；5）電阻率可控，具有半導體特性；6）熱膨脹系數低、熱導率高。SiC因其優異的性能被廣泛用于半導體加工設備部件，例如碳化硅具有優異的耐高溫特性，廣泛應用于各種沉積設備的核心部件材料。碳化硅具有優異的導熱率以及與Si片較匹配的電導率被用作聚焦環材料，而且SiC具有更加優異的耐等離子刻蝕性能，是極好的備選材料。
有研究人員研究了碳化硅在碳氟等離子中的刻蝕機理，其結論表明碳化硅經碳氟等離子刻蝕后，表面發生一系列化學反應形成很薄一層碳氟聚合物薄膜，該薄膜可阻止活性氟基等離子體進一步與基體發生反應，因而相對于Si，其耐等離子刻蝕性能更加優異。
近日有媒體報道，三星電子正在研發取代碳化硅聚焦環的新材料。業界消息指出，硬度表現優秀的碳化硼成為三星有力備選方案。三星為將B4C打造成新一代聚焦環材料，正在進行相關研發。但是小編在查閱資料過程中并沒有發現任何有關碳化硼在這一領域的應用研究。
碳化硼同樣具有許多獨特的性質，是很多工程應用領域中的重要候選材料，并在耐火材料、研磨介質、耐磨涂層、輕質盔甲，以及反應堆控制棒和屏蔽棒等諸多領域都得到了廣泛應用。據中國工程物理研究院材料研究所的研究，碳化硼在諸多領域中有著較大的應用潛力，其中碳化硼在核領域中的應用是最有價值和前景的。
碳化硼在輻照環境中產生的空位和間隙原子會自發地進行結構重組而實現“自修復”，能夠將輻照損傷降低至最小化，抗輻照性能優良，在反應堆中可作為中子吸收材料應用于控制棒、屏蔽體等。此外，碳化硼還具有高塞貝克系數和低熱導率，熱電性能非常優異，可用于研制新型設備，例如耐用高能、高容量的β-伏打電池、高溫熱電裝置、高靈敏的固態中子探測器等。
參考資料：
等離子體環境下陶瓷材料損傷行為研究，朱祖云，廣東工業大學
耐等離子體刻蝕釔基復合陶瓷的制備及其性能研究，譚毅成，廣東工業大學
碳化硼的研究進展，龍亮等，中國工程物理研究院材料研究所
（中國粉體網編輯整理/平安）
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