CN102212857A - 半导体部件的阳极氧化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了半导体部件的阳极氧化工艺，该阳极氧化工艺通过调整阳极氧化过程中电流密度值来得到相应的膜层。本发明能够提高膜层的精度和密度，并能够得到高质量的膜层。

Description

半导体部件的阳极氧化工艺
技术领域：
本发明涉及一种镀膜工艺，特别涉及一种半导体设备零部件进行阳极氧化的工艺。
背景技术：
硬质氧化全称硬质阳极氧化处理。铝合金的硬质阳极氧化处理主要用于工程或军事目的，它既适用于变形铝合金，更多可能用于压铸造合金零件部件。硬质阳极氧化膜一般要求厚度为25-150um，大部分硬质阳极氧化膜的厚度为50-80um，膜厚小于25um的硬质阳极氧化膜，用于齿键和螺线等使用场合的零部件，耐磨或绝缘用的阳极氧化膜厚度约为50um，在某些特殊工艺条件下，要求生产厚度为125um以上的硬质阳极氧化膜，但是必须注意阳极氧化膜越厚，其外层的显微硬度会越低，膜层表面的粗糙度增加。硬质阳极氧化的槽液，一般是硫酸溶液以及硫酸添加有机酸，如草酸、氨基磺酸等。另外，可通过降低阳极氧化温度或降低硫酸浓度来实现硬质阳极氧化处理。对于铜含量大于5％或硅含量大于8％的变形铝合金，或者高硅的压铸造铝合金，也许还应考虑增加一些阳极氧化的特殊措施。
同时，半导体设备零部件由于其特殊的工作环境，对零件的表面膜层有着极其苛刻的要求。尤其是其中铝制零件的硬质氧化方面，该工艺不等同于传统的阳极氧化，对其耐磨性，绝缘性，导热性，孔隙率等都有严格的控制。
而传统的氧化工艺是在既定的电流下以时间的长短来直接获得厚的或者薄的膜层的，或者是一个电压下来制得的。这样的工艺在控制精度和密度上大打折扣，且最终获得的膜层质量很差。
如中国专利CN 101575723A就公开了一种阳极氧化方法，其所采用的技术方案是在阳极氧化条件下，将轻金属材料放入电解液中，以轻金属材料为阳极，以不与电解液反应的导电材料为阴极，使阴极和阳极分别与电源的正极和负极电连接，并且进行恒电流密度阳极氧化和恒电压阳极氧化，其中恒电流密度阳极氧化的电流密度为0.5-6安培/平方分米，而恒电压阳极氧化的电压为20-400伏特。这种技术方案同样存在上述缺陷。
发明内容：
本发明针对现有阳极氧化工艺采用恒电流密度阳极氧化工艺或恒电压阳极氧化工艺所存在的缺陷，而提供一种新型的阳极氧化控制工艺，以提高形成膜层的精度和密度，并能够得到高质量的膜层。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案
半导体部件的阳极氧化工艺，所述阳极氧化工艺通过调整阳极氧化过程中电流密度值来得到相应的膜层。
所述电流密度值共分为五个连续的时间段进行调整，每个时间段内电流密度值进行台阶式的提高，从而完成电流密度值的调整。
所述第一时间段内每过1.5min增加电流密度值0.10A/dm2；所述第二时间段内每过1.5min增加电流密度值0.15A/dm2，所述第三时间段内每过1.5min增加电流密度值0.25A/dm2，所述第四时间段内每过1.5min增加电流密度值0.30A/dm2，所述第五时间段内每过1.5min增加电流密度值0.30A/dm2。
所述每个时间段内共进行五次电流密度值调整。
所述第一时间段内电流密度值的起始值为0.10A/dm2。
根据上述技术方案得到的本发明摒弃了传统的恒电流密度阳极氧化工艺或恒电压阳极氧化工艺，通过对阳极氧化过程中电流的进给进行控制，以实现各项指标的控制，从而形成相应的膜层。
根据本发明得到的膜层相对于用传统工艺形成的膜层具有以下优点：
(1)厚度值大；
(2)密度大；
(3)精度高；
(4)硬度强；
(5)耐电压能力强；
(6)耐高温能力强。
附图说明：
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明阳极氧化的流程示意图。
图2为本发明中电流密度值调整的示意图。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明所提供的半导体部件的阳极氧化工艺主要是通过对阳极氧化过程中电流的进给进行控制，以实现各项指标的控制，从而形成相应的膜层。
为此，本发明中的阳极氧化工艺是通过调整阳极氧化过程中电流密度值来得到相应的膜层。具体控制如下：
整个电流密度值的调整共分为五个连续的时间段进行，每个时间段内电流密度值都进行台阶式的提高，即每个时间段内电流密度值每过一定的时间就提高一次，并且每次提高值都一致，但是不同的时间段内，每次提高值不同。
在上述五个时间段调整好后维持到最后的厚度氧化结束，断开电源。
基于上述原理，本发明提供的阳极氧化过程如下(参见图1)：
(1)完成阳极氧化准备(其为本领域技术人员熟知技术，此处不加以赘述)。
(2)阳极氧化控制，进行电流密度值调整：
如图2所示，整个电流密度值调整过程共分为五个时间段，每个时间段进行7.5min，分五次进行，每次1.5min。
第一时间段内每过1.5min增加电流密度值0.10A/dm2，并且电流密度值的起始值为0.10A/dm2。故第一时间段内电流密度值从0.10A/dm2不断增至0.50A/dm2，具体如下：
首先调整电流密度值至0.10A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至0.20A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至0.30A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至0.40A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至0.50A/dm2，并以该值维持1.5min，第一时间段调整结束。
由于五个时间段连续，故第二时间段在第一时间段调整结束后立即调整电流密度值，每次调整值为增加0.15A/dm2，并且每次调整的时间间隔同样为1.5min。所以，第二时间段电流密度值的起始值在第一时间段结束时0.50A/dm2的基础上增加0.15A/dm2为0.65A/dm2。故第二时间段内电流密度值从0.65A/dm2不断增至1.25A/dm2，具体如下：
首先调整电流密度值至0.65A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至0.80A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至0.95A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至1.10A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至1.25A/dm2，并以该值维持1.5min，第二时间段调整结束。
第三时间段在第二时间段调整结束后立即调整电流密度值，每次调整值为增加0.25A/dm，并且每次调整的时间间隔同样为1.5min。所以，第三时间段电流密度值的起始值在第二时间段结束时1.25A/dm2的基础上增加0.25A/dm2为1.50A/dm2。故第三时间段内电流密度值从1.50A/dm2不断增至2.50A/dm2，具体如下：
首先调整电流密度值至1.50A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至1.75A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至2.00A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至2.25A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至2.50A/dm2，并以该值维持1.5min，第三时间段调整结束。
第四时间段在第三时间段调整结束后立即调整电流密度值，每次调整值为增加0.30A/dm2，并且每次调整的时间间隔同样为1.5min。所以，第四时间段电流密度值的起始值在第三时间段结束时2.50A/dm2的基础上增加0.30A/dm2为2.80A/dm2。故第四时间段内电流密度值从2.80A/dm2不断增至4.00A/dm2，具体如下：
首先调整电流密度值至2.80A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至3.10A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至3.40A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至3.70A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至4.00A/dm2，并以该值维持1.5min，第四时间段调整结束。
第五时间段在第四时间段调整结束后立即调整电流密度值，每次调整值为增加0.30A/dm2，并且每次调整的时间间隔同样为1.5min。所以，第五时间段电流密度值的起始值在第四时间段结束时4.00A/dm2的基础上增加0.30A/dm2为4.30A/dm2。故第五时间段内电流密度值从4.30A/dm2不断增至5.50A/dm2，
首先调整电流密度值至4.30A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至4.60A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至4.90A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至5.20A/dm2，并以该值维持1.5min；接着调整电流密度值至5.50A/dm2，并以该值维持1.5min，第五时间段调整结束。
(3)调好这五段之后维持到最后的厚度氧化结束，关掉电源。
通过上述工艺形成的膜层与传统工艺形成的膜层在厚度、密度、精度、硬度、耐高压以及耐高温等方面的比较如下表1所示
表1
  传统工艺   本发明提供的工艺
  厚度   50-80微米   100-150微米
  密度   1000毫克/平方英尺/10微米   3000毫克/平方英尺/10微米
  精度   ±10微米   ±2微米
  硬度   300-400HV   800-1500HV
  耐电压   500-1250V/25微米   1200-1600V/微米
  耐高温   400度   1500度
通过表1比较的结果可知，通过本发明的工艺得到的膜层在各个方面都极大的优于由传统工艺得到的膜层，具有很好的质量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.半导体部件的阳极氧化工艺，其特征在于，所述阳极氧化工艺通过调整阳极氧化过程中电流密度值来得到相应的膜层。
2.根据权利要求1所述的半导体部件的阳极氧化工艺，其特征在于，所述电流密度值共分为五个连续的时间段进行调整，每个时间段内电流密度值进行台阶式的提高，从而完成电流密度值的调整。
3.根据权利要求2所述的半导体部件的阳极氧化工艺，其特征在于，所述第一时间段内每过1.5min增加电流密度值0.10A/dm2；所述第二时间段内每过1.5min增加电流密度值0.15A/dm2，所述第三时间段内每过1.5min增加电流密度值0.25A/dm2，所述第四时间段内每过1.5min增加电流密度值0.30A/dm2，所述第五时间段内每过1.5min增加电流密度值0.30A/dm2。
4.根据权利要求2或3所述的半导体部件的阳极氧化工艺，其特征在于，所述每个时间段内共进行五次电流密度值调整。
5.根据权利要求3所述的半导体部件的阳极氧化工艺，其特征在于，所述第一时间段内电流密度值的起始值为0.10A/dm2。
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