在硅晶片的制造过程中,干法刻蚀是重要的环节之一。通常是利用等离子体来对晶圆进行轰击,同时活性原子或原子团与晶圆材料反应,生成挥发性的物质被真空系统带走,从而达到刻蚀的目的。但在生产过程中,氟等离子体同样会对刻蚀腔内器件造成侵蚀,导致设备零部件寿命降低,维护成本升高。同时,形成的刻蚀产物以悬浮微粒的形式从内壁脱落,弥散在腔体中,也会导致晶圆污染,成品率下降。因此应当提高刻蚀腔内零部件的耐等离子刻蚀性能,通常是在其表面等离子喷涂陶瓷涂层来实现。Y2O3是目前半导体行业中应用极为广泛的耐等离子体刻蚀涂层。但目前相关报道缺乏对涂层制备工艺的系统研究,缺乏建立涂层制备工艺——微观结构——使用性能的联系。本文通过正交实验设计法对大气等离子喷涂Y2O3耐刻蚀涂层的工艺参数进行了优选。研究了工艺参数对涂层性能的影响和涂层喷涂过程中的物相转变,分析了涂层在氟等离子体环境中的刻蚀行为和孔隙率对涂层刻蚀过程的影响。主要得到以下结论:在以Ar/H2为工作气体的大气等离子喷涂制备氧化钇涂层的过程中,存在立方相Y2O3向单斜相Y2O3的转变,喷涂参数会影响相变的程度,单斜相Y2O3的含量在5%-8%左右。150mm的喷涂距离能提供颗粒最大的冲击压力,因此单斜相含量最高。涂层表面形貌能在一定程度上反映颗粒的熔化——撞击——铺展情况。涂层截面形貌中可见涂层与基体结合紧密,其结合方式为机械咬合;涂层中存在不同程度的孔隙、裂纹等缺陷,将影响涂层的整体性能。APS参数对涂层孔隙率存在显著直接影响,进而影响结合强度、硬度、刻蚀速率以及介电强度。在实验参数设计范围内,涂层孔隙率受工艺参数影响为:随着主氩气的升高先降低后升高,随着氢气的增加先降低后几乎不变,随着喷涂间距的增大而先降低后升高,随着喷涂速度的增大而逐步降低。确定了如下优选参数:主氩气流量50NLPM,氢气流量6NLPM,喷涂间距150mm,喷涂速度900mm/s。以优选参数进行喷涂,发现样品孔隙率最低,比初始组内最低孔隙率降幅约27.9%;硬度有提高但不明显;结合强度提高14.3%;介电强度提高5.9%;刻蚀速率降低了10.3%。等离子刻蚀过程增大了样品表面粗糙度。在刻蚀表面,氟化物含量基本稳定在较低水平,氟元素约占10at%。Y2O3陶瓷涂层在等离子体刻蚀情况下的损耗机理可以概括为局部腐蚀和均匀腐蚀。对涂层中存在的孔隙、裂纹等缺陷,腐蚀选择性地从边缘处开始,随后形成反映孔隙形状的腐蚀痕迹,其腐蚀速度也相对较快。对涂层中的致密区域,则发生均匀腐蚀,腐蚀速率较慢,同样形成凹坑,并且沿晶界的腐蚀更加严重。更低的孔隙率样品表现出更为优异的耐刻蚀性。孔隙率与涂层的刻蚀速率有显著相关性,降低孔隙率是提高Y2O3涂层耐刻蚀性能的关键。