半导体硅芯片刻蚀过程需使用大量的石英玻璃反应腔和样品支架,由于刻蚀过程需使用HF溶液或CF4等含氟气体,氟离子会对石英玻璃产生严重的腐蚀破坏,故应使用耐腐蚀性的石英玻璃材料及制品。

目前,国内当前现有的电熔、气炼、连熔、CVD或PCVD等工艺技术制备的单一组分石英玻璃材料耐腐蚀性较差,国内半导体制造厂商几乎全部依赖进口国外产品。

据悉,早期,日本采用氧化铝陶瓷、钇铝石榴石和氮化铝陶瓷等材料作为刻蚀用辅材,但是上述材料制造用原料纯度有限、可加工性差,而且陶瓷类材料存在晶粒,被腐蚀脱落过程会污染半导体硅片,进而降低硅片刻蚀的成品率等。针对上述问题,日本和德国等厂商均提出利用石英玻璃材料制作刻蚀反应腔和样品支架等,但是该材料为非普通高纯石英玻璃材料。

据中国建筑材料科学研究总院石英与特种玻璃研究院科研人员的介绍,由于不同工艺技术制备的石英玻璃材料结构等不一致,导致最终腐蚀破坏机理略有差别,如石英玻璃中的Na、K、Ca、Mg、Fe、Cu、Cr、Ni等杂质金属元素及羟基等的存在,均会破坏石英玻璃的完整[SiO4]4-结构,使结构疏松,致使氟离子更易侵蚀石英玻璃而遭破坏。

为了满足石英玻璃的腐蚀耐久性要求,必须对石英玻璃进行掺杂,以降低石英玻璃在含氟的强腐蚀性环境中的腐蚀速率,提高其耐久性。目前,国际上仅有德国贺利氏(Herseus)和日本东曹石英(Tosoh Quartz)等极少数公司能够批量生产抗腐蚀、耐久性石英玻璃,并已广泛应用于半导体的刻蚀等工艺过程。

近年来我国半导体集成电路得到了飞速发展,逐步解决了我国的“缺芯之痛”,集成电路芯片陆续替代进口。高纯、高性能石英玻璃材料及制品作为半导体集成电路制造过程不可或缺的关键配套辅材,近年来在半导体集成电路的大力牵引下也得到了快速发展,但是目前不少高端石英玻璃材料与制品还是依赖进口,严重制约着我国半导体集成电路的发展。尤其是半导体硅芯片刻蚀过程用掺杂耐久性石英玻璃长期大量依赖进口,严重影响了我国半导体集成电路的国际竞争力。

因此,针对半导体硅芯片刻蚀过程用石英材料与制品容易被腐蚀、穿孔、使用寿命短和依赖进口等问题,建议国家高度重视、支持和鼓励国内石英企业联合半导体刻蚀厂商共同开发该类掺杂耐久性石英玻璃材料与制品,打破国外技术与产品垄断,替代进口。


半导体硅芯片刻蚀用高纯石英材料