[发明专利]一种半导体装备用抗高温蠕变接地基片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在金属或合金基片上制备纯铝涂层的方法，特别是涉及一种半导体装备用抗高温蠕变接地基片的制备方法。

背景技术

半导体装备中的接地基片处于高温等离子辐射和氟化物气体共同作用环境，不仅要求其具有良好的导电性能，而且对其抗高温蠕变性也提出了越来越高的要求。纯铝材料是半导体装备、尤其是大规模集成电路装备中理想的导电材料，这主要是因为铝除了具有良好的导电性外，在集成电路刻蚀、光刻以及镀膜等工艺过程中对元器件的污染最小。但是铝的熔点较低，只能在较低温度下(300℃以下)使用，随着工艺优化设计的要求，接地基片所处腔室的温度不断提高，已超过350℃，且还在提高，甚至超过400℃，此时纯铝已无法满足使用要求。不锈钢、镍基合金等具备优异的高温性能，但是导电性较差，而且在强等离子辐射条件下释放铁、镍等有害金属离子，污染半导体工艺环境，导致刻蚀、光刻以及镀膜过程中元器件报废。

目前，采用冷喷涂或热喷涂在不锈钢或镍基合金表面涂覆纯铝制备半导体装备接地基片的方法尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体装备用抗高温蠕变接地基片的制备方法，以不锈钢、镍合金或耐热钢等高温力学性能较好的材料做为半导体装备用抗高温蠕变接地基片的基体，在其表面制备厚度均匀、结合力良好的无氧化纯铝涂层，一方面利用纯铝的导电性能及其与大规模集成电路工艺的相容性，另一方面利用基体的力学性能解决接地基片抗高温蠕变性不够的问题。

本发明的技术方案如下：

一种半导体装备用抗高温蠕变接地基片的制备方法，包括如下步骤：

(1)接地基片基体的前处理：将所述接地基片的基体表面先进行纹理处理，纹理处理工艺参数为：320#砂纸抛光，去除基体表面积碳层；再用无水乙醇进行清洗；

(2)冷喷涂系统包括喷涂设备、喷涂室和专用夹具，所述专用夹具设置在所述喷涂室内，将所述基体放置于专用夹具上；

(3)喷涂：采用冷喷涂工艺制备纯铝涂层，利用所述冷喷涂系统，使压缩气体携带铝粉以超音速喷涂于所述基体表面，形成纯铝涂层，制得接地基片；喷涂工艺参数如下：喷涂距离5～50mm、气体压力0.5～4.5MPa、气体温度150～500℃、气体流量5～50g/s、铝粉纯度90％以上，铝粉粉末粒度200～600目；

(4)喷涂后热处理工艺：将所述接地基片置于热处理炉中随炉升温至100～500℃，在该温度下保温1～5小时；

(5)涂层表面后续处理：用菜瓜布和酒精对接地基片进行湿抛光，使接地基片表面无色差。

所述的半导体装备用抗高温蠕变接地基片的制备方法，优选方案为，其中专用夹具包括底座、侧壁和上板，所述侧壁上设置抽气口，所述抽气口可以接通真空泵；所述上板设置多个吸气孔，所述基体放置于所述吸气孔的上面，真空泵开动时将所述基体吸附在所述专用夹具上。

所述的半导体装备用抗高温蠕变接地基片的制备方法，优选方案为，所述基体由不锈钢、镍基合金或耐热钢制成；所述基体厚度为0.1～0.6mm。

所述的半导体装备用抗高温蠕变接地基片的制备方法，优选方案为，所述喷涂设备包括进气管、加热器、送粉器和超音速喷嘴，进气管的一端与高压气源连接，进气管的另一端分别经送粉器和加热器与超音速喷嘴相连接，所述基体表面与超音速喷嘴出口相对。

所述的半导体装备用抗高温蠕变接地基片的制备方法，优选方案为，超音速喷嘴包括进气口、收缩段、喉部、扩张段和出口，超音速喷嘴安装于喷涂室入口处，压缩气体分两路，一路进入送粉器，作为载带气将铝粉粉末引入超音速喷嘴；另一路连接加热器使气体膨胀，提高气流速度及加热铝粉粉末，之后两路气体进入超音速喷嘴，在其中形成气-固双相流，双相流中高动能铝粉颗粒撞击所述基体表面后产生塑性变形并沉积于所述基体表面形成铝导电层。

所述的半导体装备用抗高温蠕变接地基片的制备方法，优选方案为，所述压缩气体为空气、氮气或者氦气。

本发明的有益效果如下：

1.本发明是冷喷涂方法在半导体装备用抗高温蠕变接地基片上的应用，所制备的涂层厚度均匀、与基体结合良好、孔隙率低，从而提高接地基片的导电性能。

2.本发明采用冷气动力喷涂方法，纯铝粉末主要依靠塑性变形沉积形成涂层，喷涂温度远低于纯铝熔点，因此涂层中的氧含量低，从而提高接地基片的导电性能。

3.本发明还具有沉积效率高、能耗小、无热辐射、粉末可循环利用，操作简单、安全、成本低和无环境污染等特点。