[發明專利]多孔復合陶瓷部件、其制備方法以及等離子體處理腔室

有效

• 申請號: 201210593720.4
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103021773A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 姚國峰;賀小明
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: H01J37/16
• 分類號: H01J37/16;H01J9/24;H01J37/32
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術領域

本發明涉及半導體材料和器件技術領域，具體涉及一種填充有含釔化合物的多孔復合陶瓷部件及其制備方法，以及一種包含有多孔復合陶瓷部件的等離子體處理腔室。

背景技術

在半導體材料及器件制造過程中，等離子體技術已經得到廣泛應用，比如等離子體刻蝕、等離子體改性等。等離子體是指被電離的氣體，主要由電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組成的集合體。等離子體中高能粒子的能量很高一般約為幾至幾十電子伏特，可以導致材料內部化學鍵的斷裂，那么等離子體工藝腔內的各個部件的耐蝕能力是很重要的。尤其是在等離子體工藝腔內的陶瓷部件，會受到工藝氣體和等離子體的侵蝕，從而嚴重影響工藝過程的穩定性，這就要求工藝腔中暴露在工藝氣體或等離子體中的陶瓷部件具有抗蝕性。通常等離子體工藝腔中的陶瓷部件為SiC、Al₂O₃、AlN等，為了提高陶瓷部件在等離子體工藝中的抗蝕能力，通過將IIIB族金屬氧化物加入到陶瓷中，從而提高陶瓷部件對等離子體的抗蝕能力。因為IIIB族金屬氧化物在熱處理過程中能與陶瓷材料反應生成新的晶粒，這些晶粒大部分位于晶界處，從而提高陶瓷的力學性能和抗氧化性，以及抗蝕能力。傳統制備摻有IIIB族金屬氧化物的方法是將陶瓷材料和IIIB族金屬氧化物的粉末充分混合均勻，然后在高溫燒結而成。然而，一般情況下，IIIB族金屬氧化物都均勻分散在陶瓷的內部，陶瓷表面對等離子體的抗蝕能力并未得到顯著增強，進一步影響到等離子體工藝的穩定性和等離子體設備的使用壽命。

專利US?6，352，611中，提出用于等離子工藝腔中的介電元器件和工藝元器件等，這些元器件由陶瓷材料、IIIB族元素的氧化物和粘結劑組成，并且材料致密，從而提高了這些元器件對等離子體的抗蝕能力，增強工藝穩定性，然而，制備這些元器件是采用傳統陶瓷燒結工藝，制備步驟包括：(i)將陶瓷粉末、IIIB族元素的氧化物的粉末和粘結劑初步混合形成混合原料；(ii)將該混合原料進行充分混合使其混合均勻；(iii)?對均勻混合的原料進行熱處理，比如燒結等，形成粗糙的陶瓷胚體；(iv)?對粗糙的陶瓷胚體進行拋光，得到最終的陶瓷制品。經共混燒結后，陶瓷致密度增加。上述制備方法得到的陶瓷雖然含有IIIB族元素的氧化物，但是由于這些IIIB氧化物經共混完全混合在陶瓷的內部，不能保留在陶瓷表面，從而并不能提高這些陶瓷構成的元器件對等離子體的抗蝕能力。

近年來，也有采用溶膠凝膠法、噴涂法、脈沖激光處理等制備Y2O3薄膜的。脈沖激光法造價昂貴，不適于大規模生產與產業化；溶膠凝膠法所采用的原料價格昂貴，有些原料有毒，危害健康和污染環境，并且溶膠凝膠過程所需時間長，影響了作業周期，凝膠中存在大量微孔，易收縮開裂，以及襯底結合度差；噴涂法也存在所形成的薄膜與襯底結合度差，薄膜疏松等缺點，例如專利US?2005/0136188A1和CN1906026B中，提供了一種含氧化釔涂覆的陶瓷部件及其制造方法，采用噴涂法在陶瓷部件表面形成多層氧化釔涂層，提高陶瓷部件表面的抗蝕能力，制備過程包括：在襯底表面熱噴涂第一含氧化釔涂層，經燒結處理在第一含氧化釔涂層和襯底之間形成包含多相氧化物的結合層，然后采用等離子體處理去除含氧化釔涂層表面的氧化釔顆粒，或者在第一含氧化釔涂層上熱噴涂第二含氧化釔涂層，第二氧化釔涂層可覆蓋住第一含氧化釔涂層表面的氧化釔顆粒，從而增強抗蝕能力。該方法可以在表面形成氧化釔涂層，但是由于熱噴涂的含氧化釔涂層與襯底之間主要靠機械結合，結合力不夠，后期還要進行熱處理，導致工藝復雜；并且一般熱噴涂的工藝得到的含氧化釔涂層存在一定的氣孔，這會嚴重降低陶瓷部件的抗蝕能力，還需要進行封孔處理等工序，因此增加了工藝難度；噴涂工藝還會產生多種有害因素。