[發(fā)明專利]一種反應(yīng)等離子噴涂制備碳化硼涂層的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210002114.0
• 申請(qǐng)日: 2012-01-05
• 公開（公告）號(hào): CN103194716A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文東;閆坤坤;黃春;劉邦武;夏洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(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)明涉及等離子噴涂技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣相反應(yīng)等離子噴涂制備碳化硼涂層的方法。

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，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。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(nèi)表面制備出單一結(jié)構(gòu)的Y₂O₃耐腐蝕涂層是一種普遍采用的方法。

相比于Y₂O₃，碳化硼(B₄C)則更具潛力。具有超硬、高熔點(diǎn)、密度低等一系列的優(yōu)良物理性能。同時(shí)還有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，能抵抗酸、堿腐蝕，并且不與大多數(shù)熔融金屬潤濕和發(fā)生作用。因此碳化硼又是優(yōu)良的抗腐蝕材料，用于耐酸、堿零部件的加工。由于碳化硼材料與半導(dǎo)體工藝的兼容性好，因此非常適合用作半導(dǎo)體零部件的耐腐蝕涂層。

制備B₄C涂層主要的方法有：化學(xué)氣相沉積(CVD)、反應(yīng)燒結(jié)和等離子噴涂等。大氣等離子噴涂是用N₂、Ar、H₂及He等作為離子氣，經(jīng)電離產(chǎn)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，足夠融化所有的高熔點(diǎn)陶瓷粉末。大氣等離子噴涂工藝中，氣體環(huán)境會(huì)對(duì)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(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。具體的要求是：(1)性能穩(wěn)定，不與噴涂材料發(fā)生有害反應(yīng)；(2)熱焓高，適合于難熔材料，但又不應(yīng)過高而燒蝕噴嘴；(3)應(yīng)選擇與電極或噴嘴不發(fā)生化學(xué)作用的氣體；(4)成本低廉，供應(yīng)方便。

等離子噴涂由于具有射流溫度高、涂層厚度可控、結(jié)合強(qiáng)度高以及操作方便等特點(diǎn)，是制備B₄C涂層的有效方法。但是，B₄C在噴涂過程中存在高溫氧化和氣化等問題，大氣等離子噴涂不能制備出性能良好的B₄C涂層。有研究采用一種特種保護(hù)技術(shù)，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行等離子噴涂，雖然獲得了B₄C涂層，但是涂層中仍然存在少部分氧化產(chǎn)物。因此需要尋找更合適的方法制備B₄C耐侵蝕陶瓷涂層。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種高耐磨耐蝕性能的碳化硼涂層的制作方法。

具體技術(shù)方案由如下步驟實(shí)現(xiàn)：

一種反應(yīng)等離子噴涂制備碳化硼涂層的方法，包括如下步驟：

步驟(1)，選取碳化硼粉，并將碳化硼粉送入等離子體噴涂設(shè)備；

步驟(2)，對(duì)被噴涂的基材表面進(jìn)行預(yù)處理；

步驟(3)，選取Ar和CH₄為噴涂氣體，通過所述等離子體噴涂設(shè)備在所述基材表面進(jìn)行等離子噴涂，制備出碳化硼涂層。

在上述方案中，所述碳化硼粉末的粒度為5-40μm。