[發明專利]一種三陰極等離子噴涂技術制備Y2O3涂層的方法

無效

• 申請號: 201110396560.X
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN103132004A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 王文東;劉邦武;夏洋;李勇滔
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: C23C4/10
• 分類號: C23C4/10;C23C4/12
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

本發明涉及Y₂O₃陶瓷涂層制備技術領域，具體涉及一種三陰極等離子噴涂技術制備Y₂O₃涂層的方法。

背景技術

目前，低溫等離子體微細加工方法是材料微納加工的關鍵技術，它是微電子、光電子、微機械、微光學等制備技術的基礎，特別是在超大規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鍵的工藝流程之一，是實現超大規模集成電路生產中的微細圖形高保真地從光刻模板轉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腐蝕性的活性自由基(如Cl^*，Cl₂^*，F^*，CF^*等)，它們對等離子刻蝕工藝腔的內表面也會產生腐蝕作用，引起污染，影響刻蝕效果，并且會使刻蝕工藝腔失效。早期的90年代的等離子刻蝕設備，在較小功率和單一等離子體發生源的情況下，在鋁基體層上加Al₂O₃涂層就可以滿足等離子體對刻蝕工藝腔的蝕刻損傷。進入到300mm設備，隨著等離子功率越來越大，等離子體對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生如下問題：(1)顆粒；(2)工藝腔壁涂層剝落，導致等離子體直接與鋁基體發生作用；(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刻蝕工藝腔內表面進行改性，滿足刻蝕工藝的需要。

研究表明，Y₂O₃涂層對刻蝕工藝腔具有良好的保護作用。與Al₂O₃相比，Y₂O₃的化學性質非常穩定，具有優異的耐等離子蝕刻性能，并且和CF系氣體生成的反應產物YF3蒸氣壓低，作為顆粒難以飛散。目前，以Y₂O₃粉末作為噴涂材料，利用大氣等離子噴涂方法，在刻蝕工藝腔內表面制備出單一結構的Y₂O₃耐腐蝕涂層是一種普遍采用的方法。

大氣等離子噴涂是用N₂、Ar、H₂及He等作為離子氣，經電離產生等離子高溫高速射流，將輸入材料熔化或熔融噴射到工作表面形成涂層的方法。其中的等離子電弧溫度極高，足夠融化包括Y₂O₃在內的所有的高熔點陶瓷粉末。大氣等離子噴涂工藝中，氣體環境會對涂層的最終性能有很大程度的影響。氣體的選擇原則主要是考慮實用性和經濟性。具體的要求是：(1)性能穩定，不與噴涂材料發生有害反應；(2)熱焓高，適合于難熔材料，但又不應過高而燒蝕噴嘴；(3)應選擇與電極或噴嘴不發生化學作用的氣體；(4)成本低廉，供應方便。

耐腐蝕性及與基體的結合強度是Y₂O₃涂層的兩個關鍵性指標。涂層耐腐蝕性不但與選用的材料相關，還與涂層的致密度有關。因此涂層的孔隙率愈低則耐腐蝕性能愈佳。而涂層與基體的結合強度與噴涂時粒子的飛行速度等因素相關。為進一步提高涂層的綜合性能，需要尋找更合適的方法制備Y₂O₃耐侵蝕陶瓷涂層。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三陰極等離子噴涂技術制備Y₂O₃涂層的方法，可在等離子刻蝕工藝腔內表面制備出性能優異的Y₂O₃涂層。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種三陰極等離子噴涂技術制備Y₂O₃涂層的方法，包括如下步驟：

步驟(1)，選擇純度大于99.95％的Y₂O₃粉末；

步驟(2)，對被噴涂的基材表面進行預處理；

步驟(3)，通過三陰極等離子噴涂設備在所述基材表面進行等離子噴涂，制備出Y₂O₃涂層。

上述方案中，所述步驟(1)中的Y₂O₃粉末的粒度為5～100μm。