[发明专利]一种等离子喷涂技术制备碳化硼涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备中刻蚀工艺腔室内表面防蚀处理技术领域，具体涉及一种等离子喷涂技术制备碳化硼涂层的方法。

背景技术

离子体刻蚀技术是半导体制造工艺，微电子IC制造工艺以及微纳制造工艺中的一种相当重要的步骤，但在等离子体干法刻蚀过程中，会生成大量的Cl基、F基等活性自由基。他们对半导体器件进行刻蚀时，也会对半导体刻蚀设备中的铝基等离子刻蚀工艺腔的内表面以及石英罩产生腐蚀作用，这种腐蚀会产生大量的颗粒导致需要频繁的维护生产设备，严重时甚至会导致刻蚀设备的失效。

早期的等离子刻蚀腔防护技术有阳极氧化铝，但阳极氧化铝涂层的抗腐蚀能力极为有限。随着热喷涂技术的发展，在铝基板上热喷涂Al₂O₃陶瓷涂层有效的解决了在较小功率等离子体下刻蚀工艺腔的腐蚀问题，但随着晶圆尺寸的增加，相应的等离子体功率也越来越大，人们逐渐使用Y₂O₃涂层来代替Al₂O₃陶瓷涂层，研究表明Y₂O₃涂层的抗腐蚀性能是Al₂O₃涂层的5-7倍，同时Y₂O₃可以和F基反应生成YF，YF稳定且不易飞散，对半导体器件污染小，目前，以Y₂O₃粉末作为喷涂材料，利用大气等离子喷涂方法，在刻蚀工艺腔内表面制备出单一结构的Y₂O₃耐腐蚀涂层是一种普遍采用的方法。

随着半导体刻蚀机功率的不断增大，加工的器件关键尺寸的不断减小，对涂层的耐腐蚀性要求将不断提高。目前使用的Y₂O₃涂层也将逐渐难以满足更高的抗腐蚀性要求，因此急需寻找新型稳定的耐腐蚀材料来替代Y₂O₃，碳化硼是对酸最稳定的物质之一，在常温下与绝大多数酸、碱和无机盐都不发生化学反应，是优良的耐腐蚀材料，且与半导体工艺的兼容性良好，非常适合用作半导体零部件的耐腐蚀涂层。美国的应用材料公司等已开展了碳化硼涂层的研究工作。未来碳化硼无疑将取代Y₂O₃成为半导体刻蚀设备中耐腐蚀涂层的主流材料。

制备B₄C涂层主要的方法有：化学气相沉积(CVD)、反应烧结和等离子喷涂等。大气等离子喷涂是用N₂、Ar、H₂及He等作为离子气，经电离产生等离子高温高速射流，将输入材料熔化或熔融喷射到工作表面形成涂层的方法。其中的等离子电弧温度极高，弧柱中心温度可升高到15000K~33000K，足够融化所有的高熔点陶瓷粉末。大气等离子喷涂由于具有射流温度高、涂层厚度可控、结合强度高以及操作方便等特点，是制备B₄C涂层的有效方法。但是，B₄C在喷涂过程中存在式(1)和式(2)反应，造成高温氧化和分解化等问题，因此常规的大气等离子喷涂不能制备出性能良好的B₄C涂层。

2B₄C+7O₂→4B₂O₃+2CO                                          (1)

xB₄C→4B_xC+(x-4)C                                            (2)

现有技术中有采用一种特种保护技术，是在惰性气体保护下进行等离子喷涂，虽然获得了B₄C涂层，但是涂层中仍然存在少部分氧化产物。因此需要寻找更合适的方法制备B₄C耐侵蚀陶瓷涂层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子喷涂技术制备碳化硼涂层的方法，可防止碳化硼涂层中的碳流失和氧化，而且促进了碳化硼涂层的致密化，在等离子刻蚀工艺腔内表面获得性能优异的耐腐蚀碳化硼涂层。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种等离子喷涂技术制备碳化硼涂层的方法，包括如下步骤：

步骤（1），将碳化硼粉末与聚乙烯粉末或酚醛树脂粉末混合均匀，并将混合后的粉末送入等离子喷涂设备；