[发明专利]一种半导体刻蚀腔体用梯度陶瓷溶射层的制备方法

说明书

本发明提供半导体刻蚀腔体用梯度陶瓷溶射层的制备方法，结合YF3和氧化钇材料各自的优缺点，使用等离子溶射在部件基体上制备一层氧化钇过渡层，然后在氧化钇过渡层上使用等离子溶射制备一层YF3耐腐蚀工作层。实现溶射层整体结合力达到8MPa以上，同时具有优异的耐高功率F系和Cl系等离子气体冲蚀性能，达到栅极特征线宽28nm以下制程工艺对刻蚀腔体使用寿命及particle的要求。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路，洗净再生工艺，精密设备维护，具体涉及一种半导体刻蚀腔体用梯度陶瓷溶射层的制备方法。

背景技术

目前，随着半导体集成电路行业的快速发展，相应的特征栅极线宽已经到3nm级别。刻蚀工艺是半导体集成电路图形化的关键工艺，随着特征栅极线宽越来越窄以及晶圆尺寸增大，刻蚀设备的功率越来越高，腐蚀气氛越来越恶劣，在刻蚀腔体内部高功率的F系或Cl系等离子气体的冲蚀下，腔体部件寿命严重降低。尤其在特征栅极线宽发展到28nm以下后，腔体部件表面的氧化钇涂层已经无法满足使用要求，使用寿命大大降低，腔体内部particle(颗粒)问题严重。

与氧化钇相比，YF3(氟化钇)具有更加优异的耐高功率F系和Cl系等离子气体冲蚀性能，但是YF3材料本身脆性大、热膨胀系数低，在部件基体材料上使用等离子溶射制备YF3溶射层时，溶射层极易产生剥落。而氧化钇材料与基体材料具有优异的粘附力(高达10MPa以上)，另外氧化钇与YF3热膨胀系数相近，能有效减少YF3因热冲击造成的剥落。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供半导体刻蚀腔体用梯度陶瓷溶射层的制备方法，结合YF3和氧化钇材料各自的优缺点，使用等离子溶射在部件基体上制备一层氧化钇过渡层，然后在氧化钇过渡层上使用等离子溶射制备一层YF3耐腐蚀工作层。实现溶射层整体结合力达到8MPa以上，同时具有优异的耐高功率F系和Cl系等离子气体冲蚀性能，达到栅极特征线宽28nm以下制程工艺对刻蚀腔体使用寿命及particle的要求。

本发明的技术方案是：一种半导体刻蚀腔体用梯度陶瓷溶射层的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、部件预处理；

步骤二、水洗干燥；

步骤三、选取氧化钇及YF3陶瓷粉末：氧化钇及YF3粉末粒度分布在10～90μm范围，纯度大于99.99％；

步骤四、氧化钇过渡层溶射：使用六轴机械手操作等离子溶射喷枪对部件进行溶射作业，保证溶射层厚度和性能均匀性，溶射时使用氮气或氩气冷却部件，控制部件表面温度低于80℃；溶射工艺参数：电流500～600A，电压55V～65V，主气流量35～50L/Min，次气流量4～10L/Min，送粉量20～60g/min，溶射距离100～150mm；

步骤五、YF3工作层溶射：使用六轴机械手操作等离子溶射喷枪对部件进行溶射作业，保证溶射层厚度和性能均匀性，溶射时使用氮气或氩气冷却部件，控制部件表面温度低于80℃；溶射工艺参数：电流450～550A，电压50V～60V，主气流量40～60L/Min，次气流量4～10L/Min，送粉量30～80g/min，溶射距离100～150mm；

步骤六、水洗干燥。

进一步的，步骤七、在1000级以上净空房中，对部件进行超声波清洗5～30min、100℃干燥2h以上并真空包装。

进一步的，步骤一中部件预处理：使用60#白刚玉砂材喷砂，喷砂压力2～6kg/cm2，喷砂后部件表面粗糙度均匀，粗糙度Ra在3～8μm范围内。

进一步的，步骤二中水洗干燥：对步骤一中喷砂后的部件先后使用高压水洗和超声波清洗进行清洗。

进一步的，步骤二中所述高压水洗使用的去离子水电阻率大于3MΩ·cm，压力为50～100bar。