含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了适用于半导体行业的含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料及其制备方法。本发明专利技术采用了PVD弯管磁过滤电弧物理气相沉积技术，通过在现有的四面体类金刚石碳基薄膜材料基础上，额外掺杂硅和氧元素，制备了一种新型的类金刚石碳基薄膜材料，该新材料在成分和结构上都经过改良，与传统的湿化学表面处理技术制备的材料相比，其性能优势在于精准可控的表面电阻值、超高的表面硬度和耐磨损性能以及良好的化学稳定性。以及良好的化学稳定性。以及良好的化学稳定性。

【技术实现步骤摘要】
含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料及其制备方法


[0001]本专利技术具体适用于半导体行业的涉及含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]静电放电(Electrostatic Dissipation，即ESD)，会对芯片以及包含芯片的电子产品的制造过程和工作运行造成严重的损伤。它的主要破坏有两种，一是由静电放电产生的电流热量而导致热失效，二是由静电放电感应出过高的电压导致的击穿。这两种危害可能同时发生在同一个设备中。另外，ESD静电放电也容易对电子电路造成传导干扰或者辐射干扰。芯片及电子器件的微小化、操作系统的高速度以及工厂自动化技术的使用使得ESD控制体系成为ESD敏感器件质量控制和可靠性保障的重要因素。通常芯片在遭受ESD后可通俗分为三种状态：健康，死亡，受伤。健康的，该芯片有适当的ESD防护处理，可正常运行几年时间。死亡的，该芯片没有ESD防护，而遭受严重的ESD损害，不能正常运行。受伤的，该芯片遭受部分损坏，含有潜在的缺陷。虽然短时间内不易发觉，但是在使用过程中出现过早失效。
[0003]现有的类金刚石碳基薄膜材料，无法被直接应用于ESD领域，主要有以下几个原因：
[0004]电阻值偏低(103
‑
105ohms)，小于等于JEDEC行业的标准(105
‑
109ohms)；并且阻抗不够稳定，在不同的膜层厚度，不同的工件表面粗糙度等情况下，其阻值波动最多能达到三个数量级。
[0005]现有的类金刚石碳基薄膜材料其化学稳定性和热稳定性不够良好，在100℃左右碱洗的情况下，其电阻值和膜层结合力都无法达到长期的稳定状态。
[0006]综上所述，ESD应用领域有着一种强烈的市场需求，能找到一种先进的材料来替代掉传统材料，从而满足以上的综合性能要求，解决行业的新痛点。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对现有材料的不足之处，提供含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料及其制备方法，解决了采用常规电弧离子镀技术镀膜会影响材料本身阻抗值的稳定性的问题。
[0008]本专利技术是这样实现的，含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料，含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料通过PVD弯管磁过滤电弧技术搭配六甲基二硅氧烷的气体混合技术制备而得；
[0009]其中，含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料的原材料来源于固态的圆形石墨靶，以及六甲基二硅氧烷(HMDSO:C6H18OSi2)气体；
[0010]所述PVD弯管磁过滤电弧技术用于避免镀膜时镀膜工件的表面形成液滴，使得液滴影响工件表面的光洁度，保证材料本身阻抗值的稳定性；
[0011]所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料包括以下按照原子百分比的原料：
碳元素80
‑
88at％、硅元素10
‑
15at％、氧元素2
‑
7at％。
[0012]优选地，所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料包括以下按照原子百分比的原料：碳元素82
‑
86at％、硅元素11
‑
13at％、氧元素3
‑
5at％。
[0013]优选地，所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料包括以下按照原子百分比的原料：碳元素84at％、硅元素12at％、氧元素4at％。
[0014]优选地，所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料添加有硅和氧两种不同的元素，为高阶的含碳、硅、氧的多元薄膜复合材料，同时具有多种复合结构。
[0015]优选地，所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料的结构包括：
[0016]四面体类金刚石；
[0017]无定形硅氧(a
‑
Si：O)结构，其中，所述四面体类金刚石与无定形硅氧(a
‑
Si：O)结构结合为高阶的含碳、硅、氧的多元薄膜复合材料。
[0018]优选地，所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料的可控表面阻抗值为105‑
109omhs，同时并且在温度范围
‑
50℃到350℃之间阻抗值稳定。
[0019]优选地，所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料的纳米硬度为3500HV
‑
4000HV，摩擦系数为0.1
‑
0.25，抗粘连表面能为28
‑
36mN/m，其表面粗糙度为Ra0.2
‑
0.3。
[0020]另一方面，本申请还提供了含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料的制备方法，所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料的制备方法，具体包括：
[0021]步骤S1，获取薄膜复合新材料基材，通过PVD弯管磁过滤电弧技术搭配六甲基二硅氧烷的气体混合技术制备含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料，对基材进行预处理，使得基材满足磁过滤电弧离子镀膜要求，将基材放置在镀膜腔内，并对镀膜腔进行抽真空作业，腔体真空度为0.01
‑
0.06Pa，同时，镀膜腔内转盘的转速为1
‑
8转/分钟，同时需要对基材进行加热处理，加热处理采用多组热辐射加热板完成，同时，热电偶温控值设定为120
‑
140℃，持续恒温加热20
‑
60分钟后再关闭多组热辐射加热板；
[0022]步骤S2，取预处理后的基材，对基材进行钛打底层镀膜处理，关闭阳极层离子源，打开两列钛靶的挡板，氩气流量调整到150sccm，设定钛靶的溅射功率为18kW；加载偏压到800V、脉冲频率10
‑
150kHz和占空比20％，持续镀钛10分钟；
[0023]步骤S3，获取钛打底层镀膜处理的基材，打开电弧石墨靶材，进行过渡层镀膜处理，继续进行溅射钛，氩气流量调整到80sccm，靶材功率18kW；同时打开电弧石墨靶材，功率20
‑
100A，进行磁过滤电流1
‑
6A，过渡层持续20
‑
60分钟，加载偏压到0
‑
500V、脉冲频率10
‑
150kHz和占空比20％；
[0024]步骤S4，获取过渡层镀膜处理的产品，通入六甲基二硅氧烷气体，实现功能层沉积，关闭磁控溅射钛靶，持续打开石墨靶电弧工艺过程，功率调整55A，磁过滤电流2A，氩气流量调整到50sccm，通入六甲基二硅氧烷气体流量为1
‑
10g/min，调整偏压到0
‑
500V、脉冲频率10
‑
150kHz和占空比10％，沉积分钟为250分钟；
[0025]步骤S5，关闭所有参数设定，冷却处理镀膜后基材，获得最终产品优选地，在步骤S1中，所述对基材进行预处理的方法，具体包括：
[0026]开启两列阳极层离子源，同时通入氩气，氩气的设定流量为200
‑
250sccm，在工件上加载偏压0
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料，其特征在于，含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料通过PVD弯管磁过滤电弧技术搭配六甲基二硅氧烷的气体混合技术制备而得；其中，含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料的原材料来源于固态的圆形石墨靶，以及六甲基二硅氧烷(HMDSO:C6H18OSi2)气体；所述PVD弯管磁过滤电弧技术用于避免镀膜时镀膜工件的表面形成液滴，使得液滴影响工件表面的光洁度，保证材料本身阻抗值的稳定性；所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料包括以下按照原子百分比的原料：碳元素80
‑
88at％、硅元素10
‑
15at％、氧元素2
‑
7at％。2.如权利要求1所述的含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料，其特征在于：所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料包括以下按照原子百分比的原料：碳元素82
‑
86at％、硅元素11
‑
13at％、氧元素3
‑
5at％。3.如权利要求2所述的含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料，其特征在于：所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料包括以下按照原子百分比的原料：碳元素84at％、硅元素12at％、氧元素4at％。4.如权利要求3所述的含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料，其特征在于：所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料添加有硅和氧两种不同的元素，为高阶的含碳、硅、氧的多元薄膜复合材料，同时具有多种复合结构。5.如权利要求1所述的含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料，其特征在于：所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料的结构包括：四面体类金刚石；无定形硅氧(a
‑
Si：O)结构，其中，所述四面体类金刚石与无定形硅氧(a
‑
Si：O)结构结合为高阶的含碳、硅、氧的多元薄膜复合材料。6.如权利要求5所述的含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料，其特征在于：所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料的可控表面阻抗值为105‑
109omhs，同时并且在温度范围
‑
50℃到350℃之间阻抗值稳定。7.如权利要求6所述的含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料，其特征在于：所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料的纳米硬度为3500HV
‑
4000HV，摩擦系数为0.1
‑
0.25，抗粘连表面能为28
‑
36mN/m，其表面粗糙度为Ra0.2
‑
0.3。8.基于权利要求1
‑
7任一所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料的含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料的制备方法，其特征在于：所述含硅含氧的高阶静电消散薄膜复合新材料的制备方法，具体包括：步骤S1，获取薄膜复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆樟栋，
申请(专利权)人：苏州辉钻纳米新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：