一種等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備中防蝕處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法。所述方法，包括如下步驟：將碳化硼粉末與聚乙烯粉末或酚醛樹脂粉末混合均勻，并將混合后的粉末送入等離子噴涂設(shè)備；對待噴涂的鋁基材的刻蝕工藝腔室無需噴涂的部位進(jìn)行遮蔽，然后使用丙酮或酒精對刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁進(jìn)行清洗；對清洗后的刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁進(jìn)行噴砂處理；通過等離子噴涂設(shè)備在刻蝕工藝腔室內(nèi)壁進(jìn)行等離子噴涂，制備出碳化硼涂層。本發(fā)明在碳化硼粉末中加入少許聚乙烯粉末或酚醛樹脂粉末不僅降低碳化硼在高溫下的碳流失和氧化，促進(jìn)了碳化硼涂層的致密化，并且不會(huì)在碳化硼涂層中引入雜質(zhì)元素，從而獲得性能良好、純凈的碳化硼涂層。
【專利說明】一種等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備中刻蝕工藝腔室內(nèi)表面防蝕處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法。
【背景技術(shù)】[0002]離子體刻蝕技術(shù)是半導(dǎo)體制造工藝,微電子IC制造工藝以及微納制造工藝中的一種相當(dāng)重要的步驟，但在等離子體干法刻蝕過程中，會(huì)生成大量的Cl基、F基等活性自由基。他們對半導(dǎo)體器件進(jìn)行刻蝕時(shí)，也會(huì)對半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中的鋁基等離子刻蝕工藝腔的內(nèi)表面以及石英罩產(chǎn)生腐蝕作用，這種腐蝕會(huì)產(chǎn)生大量的顆粒導(dǎo)致需要頻繁的維護(hù)生產(chǎn)設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致刻蝕設(shè)備的失效。
[0003]早期的等離子刻蝕腔防護(hù)技術(shù)有陽極氧化鋁，但陽極氧化鋁涂層的抗腐蝕能力極為有限。隨著熱噴涂技術(shù)的發(fā)展，在鋁基板上熱噴涂Al2O3陶瓷涂層有效的解決了在較小功率等離子體下刻蝕工藝腔的腐蝕問題，但隨著晶圓尺寸的增加，相應(yīng)的等離子體功率也越來越大，人們逐漸使用Y2O3涂層來代替Al2O3陶瓷涂層，研究表明Y2O3涂層的抗腐蝕性能是Al2O3涂層的5-7倍，同時(shí)Y2O3可以和F基反應(yīng)生成YF，YF穩(wěn)定且不易飛散，對半導(dǎo)體器件污染小，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。
[0004]隨著半導(dǎo)體刻蝕機(jī)功率的不斷增大，加工的器件關(guān)鍵尺寸的不斷減小，對涂層的耐腐蝕性要求將不斷提高。目前使用的Y2O3涂層也將逐漸難以滿足更高的抗腐蝕性要求，因此急需尋找新型穩(wěn)定的耐腐蝕材料來替代Y2O3，碳化硼是對酸最穩(wěn)定的物質(zhì)之一，在常溫下與絕大多數(shù)酸、堿和無機(jī)鹽都不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是優(yōu)良的耐腐蝕材料，且與半導(dǎo)體工藝的兼容性良好，非常適合用作半導(dǎo)體零部件的耐腐蝕涂層。美國的應(yīng)用材料公司等已開展了碳化硼涂層的研究工作。未來碳化硼無疑將取代Y2O3成為半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中耐腐蝕涂層的主流材料。
[0005]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&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，弧柱中心溫度可升高到15000k-33000Κ，足夠融化所有的高熔點(diǎn)陶瓷粉末。大氣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在噴涂過程中存在式⑴和式⑵反應(yīng)，造成高溫氧化和分解化等問題，因此常規(guī)的大氣等離子噴涂不能制備出性能良好的B4C涂層。
[0006]2B4C+702 — 4B203+2C0(I)
[0007]xB4C — 4BXC+ (x_4) C(2)
[0008]現(xiàn)有技術(shù)中有采用一種特種保護(hù)技術(shù)，是在惰性氣體保護(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】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法，可防止碳化硼涂層中的碳流失和氧化，而且促進(jìn)了碳化硼涂層的致密化，在等離子刻蝕工藝腔內(nèi)表面獲得性能優(yōu)異的耐腐蝕碳化硼涂層。
[0010]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0011]一種等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法，包括如下步驟:
[0012]步驟(1)，將碳化硼粉末與聚乙烯粉末或酚醛樹脂粉末混合均勻，并將混合后的粉末送入等尚子噴涂設(shè)備；
[0013]步驟(2)，對待噴涂的鋁基材的刻蝕工藝腔室無需噴涂的部位進(jìn)行遮蔽，然后使用丙酮或酒精對所述刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁進(jìn)行清洗；
[0014]步驟(3)，對清洗后的刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁進(jìn)行噴砂處理；
[0015]步驟(4)，通過所述等離子噴涂設(shè)備在所述刻蝕工藝腔室內(nèi)壁進(jìn)行等離子噴涂，制備出碳化硼涂層。
[0016]上述方案中，所述步驟(1)中的聚乙烯粉末或酚醛樹脂粉末的重量為所述混合后的粉末重量的1%~5%。
[0017]上述方案中，所述步驟(1)中的混合后的粉末的粒度為5~40 μ m。
[0018]上述方案中，所述步驟(4)中所述等離子噴涂設(shè)備使用的離子氣體為Ar和H2, Ar氣體的流量為40~90L/min，H2氣體的流量為5~20L/min。
[0019]上述方案中，所述步驟(4)中等離子噴涂設(shè)備的電弧電壓為40~90V，電弧電流為600~900A，送粉速度為15~100g/min，噴涂距離為60~140mm，粉斗攪拌速度5~40r/min，送粉角度為50°、0°，噴槍相對刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁的掃描速度為3~1000mm/S，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速為O~200rpm。
[0020]上述方案中，所述步驟(4)中等離子噴涂的過程中，采用壓縮空氣噴吹方法或者循環(huán)水冷方法來冷卻所述刻蝕工藝腔室，所述壓縮空氣噴吹方法中冷卻氣體的流量為100~2000L/min，所述循環(huán)水冷方法中冷卻水的流量為10~500L/min。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明采用的技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果如下:
[0022]本發(fā)明是在碳化硼粉末中加入少許聚乙烯粉末或酚醛樹脂粉末進(jìn)行噴涂，來制備碳化硼涂層。由于在噴涂過程中，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，聚乙烯或酚醛樹脂會(huì)燃燒分解，在消耗氧的同時(shí)，會(huì)在碳化硼顆粒表面留下很薄的一層殘?zhí)?，表面的殘?zhí)疾粌H可以優(yōu)先和氧氣發(fā)生反應(yīng)，避免碳化硼的氧化，而且表面殘?zhí)伎梢赃€原碳化硼顆粒表層的氧化物。本發(fā)明中，聚乙烯或酚醛樹脂的加入不僅降低甚至防止碳化硼在高溫下的碳流失和氧化，而且促進(jìn)了碳化硼涂層的致密化，并且聚乙烯或酚醛樹脂的摻雜不會(huì)在碳化硼涂層中引入雜質(zhì)元素，從而獲 得性能良好純凈的碳化硼涂層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法的流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明提供一種等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法，包括如下步驟:
[0026]步驟(1)，將碳化硼粉末與聚乙烯粉末或酚醛樹脂粉末混合均勻，并將混合后的粉末送入等尚子噴涂設(shè)備 ；
[0027]步驟(2)，對待噴涂的鋁基材的刻蝕工藝腔室無需噴涂的部位進(jìn)行遮蔽，然后使用丙酮或酒精對刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁進(jìn)行清洗；
[0028]步驟(3)，對清洗后的刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁進(jìn)行噴砂處理；
[0029]步驟(4)，通過等離子噴涂設(shè)備在刻蝕工藝腔室內(nèi)壁進(jìn)行等離子噴涂，制備出碳化硼涂層。
[0030]在上述方案的基礎(chǔ)上，可以通過以下兩個(gè)具體的實(shí)施例詳細(xì)描述制備碳化硼涂層的過程。
[0031]實(shí)施例1:
[0032]本實(shí)施例提供一種等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法，具體包括如下步驟:
[0033]( I)將99重量份的碳化硼粉末和I重量份的聚乙烯粉末混合均勻，混合后的粉末的粒度范圍為5~40 μ m，并將混合后的粉末送入等離子噴涂設(shè)備；
[0034](2)對待噴涂的鋁基材的刻蝕工藝腔室無需噴涂的部位進(jìn)行遮蔽，然后使用丙酮或酒精對刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁進(jìn)行清洗；
[0035](3)對清洗后的刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁進(jìn)行噴砂處理；
[0036](4)采用Sluzer Metco Multicoat等離子噴涂設(shè)備進(jìn)行等離子噴涂，噴槍類型F4MB ;在Ai^P H2的噴涂氣體環(huán)境下對刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁進(jìn)行等離子噴涂，Ar氣體的流量為40~90L/min，H2氣體的流量為5~20L/min ;等離子噴涂設(shè)備的電弧電壓為40~90V，電弧電流為600~900A，送粉速度為15~100g/min，噴涂距離為60~140mm，粉斗攪拌速度5~40r/min，送粉角度為50°、0°，噴槍相對刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁的掃描速度為3~1000mm/S，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速為O~200rpm ;在等離子噴涂的過程中，采用壓縮空氣噴吹方法或者循環(huán)水冷方法來冷卻被噴涂的刻蝕工藝腔室，壓縮空氣噴吹方法中冷卻氣體的流量為100~2000L/min，循環(huán)水冷方法中冷卻水的流量為10~500L/min ;最終在刻蝕工藝腔室內(nèi)壁上完成碳化硼耐腐蝕陶瓷涂層的制備。
[0037]實(shí)施例2:
[0038]本實(shí)施例中是將95重量份的碳化硼粉末和5重量份的酚醛樹脂粉末混合均勻，混合后的粉末的粒度范圍為5~40 μ m，并將混合后的粉末送入等離子噴涂設(shè)備，本實(shí)施例中的其他步驟以及等離子噴涂設(shè)備的工藝參數(shù)均與實(shí)施例1相同。
[0039]本發(fā)明使用聚乙烯或酚醛樹脂粉末摻雜B4C粉末進(jìn)行等離子噴涂制備碳化硼涂層。具體而言，就是在B4C粉末中加入少許的聚乙烯粉末或酚醛樹脂粉末進(jìn)行噴涂，并且在噴涂過程中對混合粉以一定的速度不停的攪拌，使B4C粉與聚乙烯或酚醛樹脂混合均勻。在噴涂過程中，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，酚醛樹脂或聚乙烯會(huì)燃燒分解，在消耗氧的同時(shí)，會(huì)在碳化硼顆粒表面留下很薄的一層殘?zhí)?，表面的殘?zhí)疾粌H可以優(yōu)先和氧氣發(fā)生反應(yīng)，避免B4C的氧化，而且表面殘?zhí)伎梢赃€原碳化硼顆粒表層的氧化物。本發(fā)明中，乙烯或酚醛樹脂的加入不僅降低甚至防止B4C在高溫下的C流失和氧化，而且促進(jìn)了碳化硼涂層的致密化，并且聚乙烯或酚醛樹脂摻雜不會(huì)在涂層中引入雜質(zhì)元素，從而獲得性能良好純凈的B4C涂層。 [0040]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟(1)，將碳化硼粉末與聚乙烯粉末或酚醛樹脂粉末混合均勻，并將混合后的粉末送入等尚子噴涂設(shè)備； 步驟(2)，對待噴涂的鋁基材的刻蝕工藝腔室無需噴涂的部位進(jìn)行遮蔽，然后使用丙酮或酒精對所述刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁進(jìn)行清洗； 步驟(3)，對清洗后的刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁進(jìn)行噴砂處理； 步驟(4)，通過所述等離子噴涂設(shè)備在所述刻蝕工藝腔室內(nèi)壁進(jìn)行等離子噴涂，制備出碳化硼涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法，其特征在于，所述步驟(I)中的聚乙烯粉末或酚醛樹脂粉末的重量為所述混合后的粉末總重量的1%~5%。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法，其特征在于，所述步驟(I)中的混合后的粉末的粒度為5~40 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法，其特征在于，所述步驟(3)中所述等離子噴涂設(shè)備使用的離子氣體為Ar和H2, Ar氣體的流量為40~90L/min，H2氣體的流量為5~20L/min。
5.如權(quán)利要求1所述的等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法，其特征在于，所述步驟(3)中等離子噴涂設(shè)備的電 弧電壓為40~90V，電弧電流為600~900A，送粉速度為15~100g/min，噴涂距離為60~140mm，粉斗攪拌速度5~40r/min，送粉角度為50°~90°，噴槍相對刻蝕工藝腔室的內(nèi)壁的掃描速度為3~1000mm/s，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速為O~200rpm。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子噴涂技術(shù)制備碳化硼涂層的方法，其特征在于，所述步驟(3)中等離子噴涂的過程中，采用壓縮空氣噴吹方法或者循環(huán)水冷方法來冷卻所述刻蝕工藝腔室，所述壓縮空氣噴吹方法中冷卻氣體的流量為100~2000L/min，所述循環(huán)水冷方法中冷卻水的流量為10~500L/min。
【文檔編號(hào)】C23C4/10GK103540891SQ201210237834
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月9日
【發(fā)明者】王文東, 閆坤坤, 黃春 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所