Южнокорейские учёные создали «прозрачную» высокоэнтропийную керамику с рекордной устойчивостью к плазме для полупроводниковой промышленности

16.02.2025 08:57:00 | iXBT.com

Учёные из Южной Кореи разработали новый вид «прозрачной» керамики с высокой устойчивостью к плазме. Это первое в мире достижение такого рода, направленное на увеличение срока службы внутренних компонентов оборудования для травления полупроводников и снижение количества загрязняющих частиц в процессе производства.

Керамические материалы составляют более 90% от всех материалов, используемых во внутренних компонентах оборудования для травления полупроводников. Основная причина их применения – превосходная устойчивость к воздействию плазмы по сравнению с другими материалами. Подобно тому, как корабль ржавеет при контакте с морской водой, плазма, используемая в процессе травления, постоянно взаимодействует с внутренними компонентами оборудования, вызывая коррозию и загрязнение.

Для решения этих проблем традиционно используется керамика. Однако с увеличением уровня интеграции полупроводников процессы травления проводятся во всё более жёстких условиях. Это приводит к более частой замене обычных керамических компонентов, что негативно сказывается на производительности полупроводников.

Иллюстрация: Korea Institute of Materials Science (KIMS)

Исследовательская группа отошла от ограничений традиционных керамических материалов, таких как оксид иттрия (Y?O?), оксид алюминия (Al?O?) и иттрий-алюминиевый гранат (YAG), разработав новый состав высокоэнтропийной керамики.

Используя процесс спекания для получения высокоплотных твёрдых материалов, учёные успешно разработали керамику с плотностью 99,9%. Эта плотная керамика подходит для использования в оборудовании для процессов травления, требующих устойчивости к плазме.

Кроме того, команда проанализировала изменения в кристаллической структуре элементов и разработала прозрачную керамику, способную пропускать видимый и инфракрасный свет путём контроля пористости.

Высокоэнтропийная керамика – это тип керамического материала, созданный путём смешивания пяти или более элементов для формирования однородной структуры без образования примесей, в отличие от обычных материалов. Эта керамика обладает уникальными свойствами, такими как высокая термостойкость, отличная износостойкость и низкая теплопроводность, что сделало заметной в качестве термобарьерных материалов, катализаторов и материалов для хранения энергии.

Однако исследования их устойчивости к плазме до сих пор не проводились. Признав этот пробел, исследовательская группа сосредоточилась на этой области и успешно достигла первой в мире разработки высокоэнтропийной керамики, устойчивой к плазме.

В полупроводниковых процессах материал с низкой скоростью травления указывает на меньшее количество загрязняющих частиц и более высокую долговечность. Высокоэнтропийная прозрачная керамика, разработанная исследовательской группой, продемонстрировала исключительно низкую скорость травления, достигнув всего 1,13% по сравнению с сапфиром. Более того, по сравнению с оксидом иттрия (Y?O?), известным своей отличной устойчивостью к плазме, она показала скорость травления всего 8,25%, тем самым подтвердив свою долговечность.

Старший исследователь Хо Джин Ма из Корейского института материаловедения (KIMS) заявил: «В полупроводниковых процессах плазменное травление в основном осуществляется с использованием материалов, компонентов и оборудования из США и Японии, которые занимают более 90% рынка, оставляя отечественную промышленность сильно зависимой от иностранных источников. Это исследовательское достижение является ярким примером разработки высокоэнтропийной керамики, материала, который никогда ранее не изучался, для создания материала мирового класса, устойчивого к плазме, с использованием отечественной запатентованной технологии. Ожидается, что это послужит краеугольным камнем для достижения самодостаточности в области материалов и продвижения локализации компонентов».

Подробнее