Apabila proses pembuatan cip terus maju ke arah nod yang lebih kritikal, keperluan prestasi untuk bahan peralatan semikonduktor sentiasa meningkat. Dalam bidang peralatan etsa, peralihan halus sedang berlaku: bahan alumina (Al₂O₃) yang lama{1}}digunakan secara meluas secara beransur-ansur digantikan dengan yttria (Y₂O₃).
Peningkatan ini bukanlah penggantian bahan yang mudah, tetapi hasil yang tidak dapat dielakkan daripada permintaan yang lebih tinggi untuk kebersihan, kestabilan dan seumur hidup peralatan yang dikenakan oleh proses lanjutan. Jadi, apakah cabaran yang dihadapi oleh alumina, dan apakah kelebihan yang menjadikan yttria sebagai pilihan baharu?
Mengapa Bahan Seramik Sangat Diperlukan dalam Peralatan Etsa?
Goresan kering adalah salah satu proses yang paling kritikal dalam pembuatan cip. Ruang etch biasanya diisi dengan gas reaktif seperti CF₄, SF₆, Cl₂, dan HBr, yang membentuk persekitaran plasma yang sangat aktif di bawah medan elektrik frekuensi radio.
Semasa proses ini,-ion tenaga tinggi secara berterusan mengebom dinding ruang dan permukaan komponen, disertai dengan kakisan kimia kompleks dan kejutan haba. Untuk komponen seperti pelapik ruang, pancuran mandian, gelang fokus, dan tingkap, bahan itu bukan sahaja mesti mempamerkan ketahanan yang sangat baik terhadap kakisan dan hakisan, tetapi juga meminimumkan pelepasan dan pencemaran zarah.
Sebabnya mudah: jika mana-mana zarah jatuh ke permukaan wafer, ia boleh menyebabkan kecacatan atau bahkan mengikis keseluruhan wafer. Apabila nod proses menjadi lebih kecil, keperluan kebersihan untuk bahan peralatan menjadi semakin ketat.
Apakah Had Alumina?
Terima kasih kepada teknologi matang, kos rendah, dan sifat mekanikal yang baik, alumina telah lama menjadi bahan seramik yang dominan dalam peralatan semikonduktor. Walau bagaimanapun, apabila proses maju ke nod yang lebih kritikal, batasan alumina dalam persekitaran plasma menjadi jelas.
Dalam fluorin-yang mengandungi plasma, alumina bertindak balas dengan spesies fluorin aktif untuk membentuk aluminium fluorida (AlF₃) dan produk lain. Tindak balas oleh-produk ini boleh memendap, mengelupas dan menjadi sumber pencemaran zarah. Sementara itu, alumina itu sendiri secara beransur-ansur terhakis di bawah-pengeboman plasma jangka panjang, memendekkan hayat komponen.
Untuk nod proses matang, isu sedemikian biasanya boleh dikawal dengan memendekkan selang penyelenggaraan. Walau bagaimanapun, apabila dimensi kritikal peranti mengecut, toleransi terhadap pencemaran zarah dan logam menurun dengan ketara, dan bahan cemar surih yang dikeluarkan daripada bahan ruang boleh menjejaskan hasil produk.
Mengapa Yttria Mendapat Nikmat?
Di antara banyak bahan calon, yttria secara beransur-ansur menonjol. Berbanding dengan alumina, yttria menawarkan kestabilan kimia yang lebih baik dalam-plasma berasaskan halogen. Apabila ia bertindak balas dengan fluorin-yang mengandungi plasma, lapisan yttrium fluoride (YF₃) yang terhasil agak stabil dan boleh membentuk salutan pelindung yang memperlahankan kakisan selanjutnya.
Di samping itu, yttria biasanya menunjukkan kadar etsa plasma yang lebih rendah. Kajian dan aplikasi perindustrian menunjukkan bahawa dalam keadaan yang sama, kadar hakisan yttria adalah jauh lebih rendah daripada alumina, memanjangkan hayat komponen secara berkesan dan mengurangkan kekerapan penyelenggaraan peralatan dan masa henti.
Selain itu, yttria mengekalkan kestabilan struktur yang baik pada suhu tinggi dan tidak mudah retak atau tumpah di bawah kitaran haba jangka-panjang, yang juga penting untuk mengawal pencemaran zarah.
Daripada Salutan kepada Seramik Pukal: Dua Laluan Aplikasi untuk Yttria
Pada masa ini, dua laluan teknikal utama wujud untuk menggunakan yttria dalam peralatan semikonduktor. Dari perspektif pembangunan perindustrian, laluan ini tidak saling eksklusif; ia sepadan dengan senario aplikasi dan keperluan kos yang berbeza.
(1) Salutan Yttria:Lapisan yttria dimendapkan pada aloi aluminium atau substrat seramik alumina melalui proses seperti penyemburan plasma, dengan itu meningkatkan rintangan plasma komponen. Pendekatan ini agak matang, boleh digunakan pada bahagian-berbentuk kompleks dan mempunyai kos yang boleh diurus, menjadikannya bentuk yang paling banyak digunakan hari ini. Komponen seperti pelapik ruang, kepala pancuran mandian, dan penyekat sering dirawat dengan salutan sedemikian.
(2) Seramik yttria pukal:Serbuk-yttria ketulenan tinggi disinter terus untuk menghasilkan komponen seramik tanpa bergantung pada bahan substrat lain. Berbanding dengan salutan, seramik yttria pukal memberikan struktur mikro yang lebih seragam dan rintangan plasma yang unggul, tetapi kesukaran pensinteran, kerumitan pemprosesan dan kos pembuatan adalah jauh lebih tinggi.
Pengeluaran Dalam Negeri Yttria Masih Menghadapi Pelbagai Cabaran
Walaupun kelebihan yttria diiktiraf secara meluas, perindustriannya menghadapi halangan yang tinggi. Untuk aplikasi semburan, serbuk yttria ketulenan tinggi-adalah bahan mentah teras. Produk mesti mencapai ketulenan yang sangat tinggi, pengedaran saiz zarah yang stabil, sfera yang baik, dan kualiti kelompok yang konsisten untuk memenuhi keperluan penyusuan serbuk dan lebur untuk penyemburan haba.
Pada masa yang sama, kawalan parameter penyemburan, keliangan salutan, pengoptimuman kekuatan ikatan, dan proses kemasan permukaan seterusnya secara langsung mempengaruhi prestasi produk akhir.
Dalam bidang seramik yttria pukal, kerana bahan itu sendiri sukar untuk disinter dan mahal untuk dimesin, permintaan yang lebih tinggi diletakkan pada penyediaan serbuk, pembentukan, pensinteran, dan keupayaan pemprosesan ketepatan.