[發(fā)明專利]一種等離子氫處理制備黑色Y2O3陶瓷涂層的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110396196.7
• 申請(qǐng)日: 2011-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN103132006A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵花;王文東;劉邦武;夏洋;李勇滔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): C23C4/12
• 分類號(hào): C23C4/12;C23C4/10
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及Y₂O₃陶瓷涂層制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種等離子氫處理制備黑色Y₂O₃陶瓷涂層的方法。

背景技術(shù)

目前，低溫等離子體微細(xì)加工方法是材料微納加工的關(guān)鍵技術(shù)，它是微電子、光電子、微機(jī)械、微光學(xué)等制備技術(shù)的基礎(chǔ)，特別是在超大規(guī)模集成電路制造工藝中，有近三分之一的工序是借助于等離子體加工完成的，如等離子體薄膜沉積、等離子體刻蝕及等離子體去膠等。其中等離子體刻蝕為最關(guān)鍵的工藝流程之一，是實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)中的微細(xì)圖形高保真地從光刻模板轉(zhuǎn)移到硅片上的不可替代的工藝。

在刻蝕工藝過程中，由于存在大量的具有強(qiáng)腐蝕性的活性自由基(如Cl*，Cl₂*，F(xiàn)*，CF*等)，它們對(duì)等離子刻蝕工藝腔的內(nèi)表面也會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用，引起污染，影響刻蝕效果，并且會(huì)使刻蝕工藝腔失效。早期的90年代的等離子刻蝕設(shè)備，在較小功率和單一等離子體發(fā)生源的情況下，在鋁基體層上加Al₂O₃涂層就可以滿足等離子體對(duì)刻蝕工藝腔的蝕刻損傷。進(jìn)入到300mm設(shè)備，隨著等離子功率越來越大，等離子體對(duì)刻蝕工藝腔壁的損傷也越來越大，使得在刻蝕的過程容易發(fā)生如下問題：(1)顆粒；(2)工藝腔壁涂層剝落，導(dǎo)致等離子體直接與鋁基體發(fā)生作用；(3)Al₂O₃零部件的壽命受到更高功率的限制。所以需要尋找一種新的途徑對(duì)刻蝕工藝腔內(nèi)表面進(jìn)行改性，滿足刻蝕工藝的需要。

研究表明，Y₂O₃涂層對(duì)刻蝕工藝腔具有良好的保護(hù)作用。與Al₂O₃相比，Y₂O₃的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，具有優(yōu)異的耐等離子蝕刻性能，并且和CF系氣體生成的反應(yīng)產(chǎn)物YF₃蒸氣壓低，作為顆粒難以飛散。以Y₂O₃粉末作為噴涂材料，利用大氣等離子噴涂方法，在刻蝕工藝腔內(nèi)表面制備出單一結(jié)構(gòu)的Y₂O₃涂層，能夠有效解決上述Al₂O₃涂層所面臨的各種問題。

等離子噴涂技術(shù)是一種表面處理技術(shù)，以N₂、Ar、H₂及He等作為離子氣體，經(jīng)電離產(chǎn)生等離子高溫高速射流，將輸入材料(金屬，陶瓷，金屬陶瓷等)熔化或熔融噴射到工作表面形成具有一定厚度的涂層。其中的等離子電弧溫度極高，足夠融化包括Y₂O₃在內(nèi)的所有的高熔點(diǎn)陶瓷粉末；射流中的熔融粉末動(dòng)能大，與基體接觸后能充分展開、層疊，有效提高涂層結(jié)合強(qiáng)度，降低孔隙率。是制備高性能、高質(zhì)量陶瓷涂層的關(guān)鍵技術(shù)。

傳統(tǒng)的等離子噴涂方法制造的Y₂O₃涂層為白色，這種顏色的涂層孔隙較多，粒子間的結(jié)合力較小，其抗腐蝕性能受到影響。黑色的Y₂O₃涂層可以很好地吸收光，等離子刻蝕機(jī)工作時(shí)腔室內(nèi)存在等離子輝光，利用反射率更低的黑色的Y₂O₃涂層可以吸收部分等離子輝光，從而降低光輻射對(duì)器件造成的損傷；黑色的Y₂O₃涂層耐臟，在正常使用情況下，與白色Y₂O₃涂層相比減少了清洗次數(shù)，提高生產(chǎn)率，從而降低維修成本；一些研究證明，經(jīng)過黑化處理的Y₂O₃涂層表面較白色的Y₂O₃涂層更光滑致密，孔隙率明顯降低，因此腐蝕性氣體難以滲透，耐腐蝕性提高；黑化處理的涂層與基體的附著強(qiáng)度增大，不易剝落。經(jīng)過黑化處理的Y₂O₃涂層并沒有改變其內(nèi)在特性，仍然可以應(yīng)用于一切白色Y₂O₃涂層適用的場(chǎng)合。