一种半导体刻蚀腔体用梯度陶瓷溶射层的制备方法技术

本发明专利技术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。

Preparation method of gradient ceramic dissolving layer for semiconductor etching cavity

The present invention provides a preparation method of gradient ceramic spray layer for semiconductor etching cavity. Combining the advantages and disadvantages of YF3 and yttria materials, a yttria transition layer is prepared by plasma spray on the component substrate, and then a YF3 corrosion resistant working layer is prepared by plasma spray on the yttria transition layer. The results show that the overall binding force of the spray layer is more than 8 MPa, and it has excellent resistance to high-power F-series and Cl-series plasma gas erosion performance, which meets the requirements of the etching chamber life and the particles required by the process with gate characteristic linewidth less than 28 nm.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体刻蚀腔体用梯度陶瓷溶射层的制备方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术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。本专利技术的技术方案是：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。进一步的，步骤二中所述超声波清洗工艺使用的去离子水电阻率大于4MΩ·cm，超声波强度6～12W/inch2。进一步的，步骤二中清洗后使用高纯氮气或CDA吹扫，吹干后放入100℃烘箱干燥1～3h。进一步的，步骤六中水洗干燥：对溶射后的部件进行高压水洗和超声波清洗，去除表面可能粘附的微粒，并进行100℃预干燥处理0.5h。本专利技术的有益效果是：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。氧化钇过渡层纯度大于99.95％，厚度在50～150μm范围内，厚度偏差小于±5％，溶射层孔隙率为2～5％。YF3工作层纯度大于99.95％，厚度在75～200μm范围内，厚度偏差小于±5％，溶射层孔隙率为2～4％。该梯度溶射层整体结合力大于8MPa，等离子功率为800W时刻蚀速率低于50nm/min，是单一氧化钇溶射层的2～4倍，表面particle满足：particle≥0.3μm小于0.5颗/cm2，满足28nm以下制程对刻蚀腔体使用寿命及Particle的要求。附图说明图1为溶射层表面形貌；图2为梯度等离子溶射层结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。本专利技术涉及一种半导体刻蚀腔体用梯度陶瓷溶射层的制备方法，该梯度涂层具有优异的耐高功率F系和Cl系等离子气体冲蚀性能，提高了刻蚀腔体使用寿命，同时减少腔体内particle问题，满足栅极线宽28nm以下制程工艺要求。1、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。2、水洗干燥：对喷砂后的部件先后使用高压水洗和超声波清洗进行清洗。高压水洗使用的去离子水电阻率大于3MΩ·cm，压力为50～100bar；超声波清洗工艺使用的去离子水电阻率大于4MΩ·cm，超声波强度6～12W/inch2。清洗后使用高纯氮气或CDA吹扫，吹干后放入100℃烘箱干燥1～3h。3、陶瓷粉末：适用于此方案的氧化钇及YF3粉末粒度分布在10～90μm范围，纯度大于99.99％。4、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，保证部件表面温度低于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。5、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，保证部件表面温度低于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。6、水洗干燥：对溶射后的部件进行高压水洗和超声波清洗，去除表面可能粘附的微粒，并进行100℃预干燥处理0.5h。7、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。上述方案制备的溶射层具有以下特征：溶射层表面形貌如图1所示，梯度等离子溶射层结构示意图如图2所示，氧化钇过渡层纯度大于99.95％，厚度在50～150μm范围内，厚度偏差小于±5％，溶射层孔隙率为2～5％。YF3工作层纯度大于99.95％，厚度在75～200μm范围内，厚度偏差小于±5％，溶射层孔隙率为2～4％。该梯度溶射层整体结合力大于8MPa，等离子功率为800W时刻蚀速率低于50nm/min，是单一氧化钇溶射层的2～4倍，表面particle满足：particle≥0.3μm小于0.5颗/cm2，满足28nm以下制程对刻蚀腔体使用寿命及Particle的要求。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体刻蚀腔体用梯度陶瓷溶射层的制备方法，其特征在于，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，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，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。

【技术特征摘要】
1.一种半导体刻蚀腔体用梯度陶瓷溶射层的制备方法，其特征在于，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，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，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。2.根据权利要求1所述的一种半导体刻蚀腔体用梯度陶瓷溶射层的制备方法，其特征在于，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。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：何新玉，贺贤汉，
申请(专利权)人：上海申和热磁电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31