用于盖与喷嘴上的稀土氧化物基涂层的离子辅助沉积的制作方法

文档序号:9634856阅读:750来源:国知局
用于盖与喷嘴上的稀土氧化物基涂层的离子辅助沉积的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例大体涉及具有抗等离子体的薄膜保护层的腔室盖和腔室喷嘴。
【背景技术】
[0002] 在半导体产业中,器件由生产尺寸持续减小的结构的制造工艺来制造。诸如等离 子体蚀刻和等离子体清洗工艺之类的一些制造工艺使基板暴露于高速等离子体流以蚀刻 或清洗基板。等离子体可能是高度侵蚀性的,并可能侵蚀处理腔室以及暴露于等离子体的 其他表面。
[0003] 盖和喷嘴是导体与电介质蚀刻中的两个重要的蚀刻腔室部件。通常,盖和喷嘴由 块状(bulk)陶瓷制成。然而,随着器件节点的持续减小,提出了严格的缺陷要求。这些新 应用中的一些使用高操作温度(例如,约300°C或更高)。当用于此类高温应用时,许多块 状陶瓷可能因热冲击而破裂。此外,抗等离子体的块状陶瓷通常非常昂贵。
[0004] 由于Al2O3的高热导率和弯曲强度,Al 203可用于盖和喷嘴。然而,在氟化学品作用 下,被暴露的Al2O3在经处理的晶片上形成AlF颗粒和Al金属污染物。近来尽力以厚保护 涂层来涂覆盖和喷嘴的面向等离子体的侧。已探查到厚膜涂层(诸如,等离子体喷涂涂层) 可减少晶片上金属污染。然而,等离子体喷涂涂层的真空密封已成为担忧的问题,因为在一 些示例中,等离子体喷涂涂层因固有的孔隙与裂痕而无法维持真空。此外,等离子体喷涂涂 层有长的前置时间,并且通常由特殊的表面准备引导,导致增加了成本。另外,由于表面准 备和成本,重新磨光涂层可能是挑战。
[0005] 已考虑将被称为物理气相沉积(PVD)的薄膜涂覆技术用于涂覆盖和喷嘴。然而, PVD涂覆工艺非常慢(影响最终的涂覆成本),并因此无法生成足够厚以符合部件(特别是 对于非消耗性零件,像盖和喷嘴)的寿命要求的涂层。此外,PVD涂层通常具有高残余应力, 这在一些示例中将由于破裂和剥离而缩短部件寿命。
【附图说明】
[0006] 在所附附图的图中,以示例方式而非限制方式来说明本发明,在所附附图中,相同 的元件符号指示类似的元件。应当注意,本公开中对"一"或"一个"实施例的引用不一定 是指同一个实施例,并且此类引用意味着至少一个。
[0007] 图1描绘了处理腔室的一个实施例的截面图。
[0008] 图2A描绘沉积机制,此沉积机制适用于利用高能粒子的沉积技术(诸如,离子辅 助沉积(IAD))。
[0009] 图2B描绘了 IAD沉积设备的示意图。
[0010] 图3-4示出由一个或更多个薄膜保护层覆盖的制品(例如,盖和/或喷嘴)的横 截面图。
[0011] 图5A示出根据一个实施例的、具有稀土氧化物抗等离子体层的腔室盖的透视视 图。
[0012] 图5B示出根据一个实施例的、具有稀土氧化物抗等离子体层的腔室盖的剖面侧 视图。
[0013] 图5C示出根据一个实施例的、具有稀土氧化物抗等离子体层的腔室喷嘴的透视 视图。
[0014] 图6示出用于在盖或喷嘴上形成一个或多个保护层的工艺的一个实施例。
[0015] 图7示出暴露于电介质蚀刻学品的各种材料的腐蚀速率,包括根据本文中 所述的实施例而形成的多个不同的IAD涂层的腐蚀速率。
[0016] 图8和图9分别示出根据本发明的实施例而形成的薄膜保护层在014_(:1 2与 CHF3-NF3-Cl2化学品作用下的腐蚀速率。
[0017] 图10-11分别示出根据本发明的实施例而形成的薄膜保护层在CH4-Clg CHF 3-NF3-CM^学品作用下的粗糙度轮廓。
[0018] 图12示出在低偏置下暴露于CF4-CHF3$槽用学品的各种材料的腐蚀速率。
【具体实施方式】
[0019] 本发明的实施例提供制品(诸如,用于蚀刻反应器的盖和/或喷嘴),所述制品在 所述制品的一个或更多个面向等离子体的表面上具有薄膜保护层。保护层可具有高达约 300 μπι的厚度,并且提供抗等离子体腐蚀性以保护制品。可使用离子辅助沉积(IAD)(例 如,使用电子束IAD(EB-IAD))将保护层形成在制品上。薄膜保护层可以是Υ 3Α15012、Υ4Α120 9、 Er2O3' Gd2O3' Er3Al5O12' Gd3Al5O12、包含 Y4Al2Otr^ Y2O3-ZrO2固溶体的陶瓷化合物或另一稀土 氧化物。由薄膜保护层提供的改善的抗腐蚀性可改善制品的使用寿命,同时减少维护和制 造成本。此外,可足够厚地施加 IAD涂层以为盖和/或喷嘴提供更长的寿命,并且IAD涂层 可具有良好的气密性以维持真空。能以低成本施加 IAD涂层并且在稍后重新磨光所述IAD 涂层。
[0020] 图1是半导体处理腔室100的截面图,所述处理腔室100具有一个或更多腔室部 件,以根据本发明的实施例的薄膜保护层涂覆所述一个或更多个腔室部件。处理腔室100 可用于提供腐蚀性等离子体环境的工艺。例如,处理腔室100可以是用于等离子体蚀刻反 应器(也称为等离子体蚀刻器)、等离子体清洁器等的腔室。可包括薄膜保护层的腔室部件 的示例包括基板支撑组件148、静电夹盘(ESC) 150、环(例如,工艺套件环或单环)、腔室壁、 基底、气体分配板、喷淋头、衬层、衬层套组、屏蔽件、等离子体屏、流量均衡器、冷却基底、腔 室观察孔、腔室盖104、喷嘴等。在一个特定实施例中,保护层施加在腔室盖104和/或腔室 喷嘴132上。
[0021] 薄膜保护层(在下文中将更详细地描述)是由离子辅助沉积(IAD)所沉积的稀土 氧化物层。薄膜保护层可包括=Y 2O3与Y 2〇3基陶瓷、,Y 3A15012 (YAG)、Y4Al2O9(YAM)、Er2O 3与 Er2O3基陶瓷、Gd 203与 Gd 203基陶瓷、Er 3A15012 (EAG)、Gd3Al5O12 (GAG)、Nd2O3与 Nd 203基陶瓷、 YAlO3 (YAP)、Er4Al2O9 (EAM)、ErAlO3 (EAP)、Gd4Al2O9 (GdAM)、GdAlO3 (GdAP)、Nd3Al5O12 (NdAG)、 Nd4Al2O9 (NdAM)、NdAlO3 (NdAP)和 / 或包含 Y4AI2Oe^ Y 203-Zr02固溶体的陶瓷化合物。薄膜 保护层也可包括YF 3、Er-Y组分(例如,Er 80重量%与Y 20重量% )、Er-Al-Y组分(例 如,Er 70重量%、A1 10重量%与¥ 20重量% )、Er-Y-Zr组分(例如,Er 70重量%、Y 20 重量%与Zr 10重量% )或Er-Al组分(例如,Er 80重量%与Al 20重量% )。
[0022] 薄膜保护层也可以基于由上述陶瓷中的任何一种形成的固溶体。对于包含Y4Al 2O9 与Y2O3-ZrO2固溶体的陶瓷化合物,在一个实施例中,陶瓷化合物包括62. 93摩尔比率(摩 尔%)的¥203、23.23摩尔%的2抑2以及13.94摩尔%的六1 203。在另一实施例中,陶瓷化合 物可包括50-75摩尔%范围内的Y20 3、10-30摩尔%范围内的ZrO2以及10-30摩尔%范围内 的Al2O 3。在又一实施例中,陶瓷化合物可包括40-100摩尔%范围内的Υ203、0-60摩尔%范 围内的ZrO 2以及0-10摩尔%范围内的Al 203。在另一实施例中,陶瓷化合物可包括40-60 摩尔%范围内的Y2O 3、30-50摩尔%范围内的ZrO2以及10-20摩尔%范围内的Al 203。在另 一实施例中,陶瓷化合物可包括40-50摩尔%范围内的Y2O 3、20-40摩尔%范围内的ZrO2以 及20-40摩尔%范围内的Al2O 3。在又一实施例中,陶瓷化合物可包括70-90摩尔%范围内 的Y203、0-20摩尔%范围内的ZrO 2以及10-20摩尔%范围内的Al 203。在另一实施例中,陶 瓷化合物可包括60-80摩尔%范围内的Y20 3、0-10摩尔%范围内的ZrO2以及20-40摩尔% 范围内的Al2O 3。在另一实施例中,陶瓷化合物可包括40-60摩尔%范围内的Υ203、0-20摩 尔%范围内的ZrO 2以及30-40摩尔%范围内的Al 203。在其他实施例中,其他分布也可用于 陶瓷化合物。
[0023] 在一个实施例中,包括Y203、Zr02、Er 203、Gd2O3与SiO 2的组合的替代陶瓷化合物被 用于保护层。在一个实施例中,替代陶瓷化合物可包括40-45摩尔%范围内的Y 203、0-10摩 尔%范围内的Zr02、35-40摩尔%范围内的Er 203、5-10摩尔%范围内的Gd2O3以及5-15摩 尔%范围内的SiO 2。在第一示例中,替代陶瓷化合物包括40摩尔%的Y203、5摩尔%的Zr0 2、 35摩尔%的Er203、5摩尔%的Gd2O 3以及15摩尔%的SiO 2。在第二示例中,替代陶瓷化合物 包括45摩尔%的Y203、5摩尔%的Zr0 2、35摩尔%的Er203、10摩尔%的Gd2O 3以及5摩尔% 的SiO2。在第三示例中,替代陶瓷化合物包括40摩尔%的Y20 3、5摩尔%的Zr02、40摩尔% 的Er203、7摩尔%的Gd 2O3以及8摩尔%的SiO 2。
[0024] 上述薄膜保护层中的任一者可包括微量的其他材料,诸如,Zr02、A120 3、Si02、B203、 Er2O3' Nd2O3' Nb2O5' Ce02、Sm203、Yb2O3或其他氧化物。
[0025] 薄膜保护层可以是施加于不同的陶瓷上的IAD涂层,所述不同的陶瓷包括氧化物 基(oxide based)陶瓷、氮化物基(nitride based)陶瓷和碳化物基(carbide based)陶 瓷。氧化物基陶瓷的示例包括SiO2 (石英)、A1203、Y203等。碳化物基陶瓷的示例包括SiC、 Si-SiC等。氮化物基陶瓷的示例包括A1N、SiN等。IAD涂层靶材可以是煅烧粉末、预制块 (例如,由生坯冲压、热压等形成的预制块)、烧结体(例如,具有50% -100%的密度)、机械 加工体(例如,陶瓷、金属或金属合金)。
[0026] 如图所述,根据一个实施例,盖130和喷嘴132各自具有薄膜保护层133、134。然 而,应当理解,其他腔室部件(诸如,上文中列举的那些部件)中的任何一个也可包括薄膜 保护层。
[0027] 在一个实施例中,处理腔室100包括腔室体102和盖130,所述腔室体102和盖130 封围内部容积106。盖130在中心处可具有孔,喷嘴132可插入孔内。腔室体102可由铝、 不锈钢或其他适合的材料制成。腔室体102通常包括侧壁108和底部110。盖130、喷嘴 132、侧壁108和/或底部110中的任一个可包括薄膜保护层。
[0028] 外部衬层116可邻接侧壁108而设置以保护腔室体102。能以薄膜保护层制造和 /或涂覆外部衬层116。在一个实施例中,外部衬层116由氧化铝制成。
[0029] 排气口 126可限定在腔室体102中,并且可将内部容积106耦接至栗系统128。栗 系统128可包括一个或更多
当前第1页1 2 3 4 5 6 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1