稀土氧化物基单片式腔室材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例大体而言关于抗等离子体的稀土氧化物基（rare-earth oxide based)材料，并且尤其是关于由抗等离子体的稀土氧化物基材料形成的固体烧结陶瓷制 品。
【背景技术】
[0002] 在半导体工业中，通过众多用于生产尺寸日益缩小的结构的制造工艺来制造器 件。一些制造工艺（诸如，等离子体蚀刻和等离子体清洁工艺）使基板暴露于高速的等离 子体流中以蚀刻或清洁基板。等离子体可能是高度腐蚀性的，并且可能腐蚀处理腔室以及 暴露于等离子体的其他表面。此腐蚀可能产生频繁地污染正在经处理的基板的粒子，从而 导致器件缺陷。另外，此腐蚀可能使来自腔室部件的金属原子污染经处理的基板（例如，经 处理的晶片）。
[0003] 随着器件几何形状缩小，对缺陷和金属污染的敏感性增加，并且粒子污染物规范 和金属污染物规范变得更加严格。因此，随着器件几何形状缩小，可允许的粒子缺陷和金属 污染的水平可能降低。为了使由等离子体蚀刻和/或等离子体清洁工艺引入的粒子缺陷和 金属污染最小化，已经开发出抗等离子体的腔室材料。此类抗等离子体材料的示例包括由 Al203、AlN、SiC和Y2O3组成的陶瓷。然而，这些陶瓷材料的抗等离子体特性对于一些应用可 能是不够的。例如，使用传统的陶瓷制造工艺而制造的抗等离子体的陶瓷盖和/或喷嘴在 用于具有90nm或更小的关键尺寸的半导体器件的等离子体蚀刻工艺时可能产生不可接受 的粒子缺陷水平。
【附图说明】
[0004] 在所附附图的诸图中以示例方式而非限制方式图示了本发明，在这些附图中，相 似的元件符号指示类似的元件。应当注意，在本公开中对"一"或"一个"实施例的不同引 用不一定是指相同的实施例，并且此类引用意味着至少一个实施例。
[0005] 图1是具有一个或更多个腔室部件的半导体处理腔室的剖视图，这些腔室部件是 使用本文的实施例中所提供的陶瓷材料而产生的固体烧结陶瓷制品。
[0006] 图2图示根据本发明的一个实施例的、用于形成固体烧结陶瓷制品的工艺。
[0007] 图3图示根据本发明的实施例的各种固体烧结陶瓷制品对在2200瓦特的偏置功 率下生成的等离子体的抗溅射性。
[0008] 图4图示根据本发明的实施例的各种固体烧结陶瓷制品对使用VH2化学品而生 成的等离子体的抗侵蚀性。
[0009] 图5图示根据本发明的实施例的各种固体烧结陶瓷制品对使用CHFvCFJ^学品而 生成的等离子体的抗侵蚀性。
[0010] 图6A是示出根据本发明的实施例的各种固体烧结陶瓷制品对使用N2/H2化学品而 生成的等离子体的抗侵蚀性的图表。
[0011] 图6B是示出各种块状烧结陶瓷制品的蚀刻前和蚀刻后粗糙度的图表。
【具体实施方式】
[0012] 本发明的实施例涉及新型烧结陶瓷材料并涉及制造这些新型烧结陶瓷材料的方 法。在实施例中，烧结陶瓷材料可具有固溶体，所述固溶体包括：约30摩尔％至约60摩 尔％的浓度的Y 2O3;约20摩尔％至约60摩尔％的浓度的Er 203;以及约0摩尔％至约30摩 尔％的浓度的Zr02、Gd 2O3或SiO2中的至少一者。在其他实施例中，烧结陶瓷材料可具有包 括Y 203、Zr0#P /或Al 203的混合物的固溶体。新型烧结陶瓷材料可用于产生用于等离子体 蚀刻反应器的腔室部件。在等离子体蚀刻反应器中使用利用本文所描述的新型烧结陶瓷材 料而产生的腔室部件可使得相比使用利用常规的抗等离子体的陶瓷材料而产生的腔室部 件大大地减少晶片上金属污染和/或离子缺陷。具体而言，通过使用本文的实施例中所描 述的陶瓷材料可大大地减少钇、铝及锌的金属污染。可由半导体、显示器、光电元件、微机电 系统（micro-electro-mechanical systems ;MEMS)装置等的制造商来指定经处理的晶片 上的这些金属污染物的减少。
[0013] 当在本文中使用术语"大约"和"约"时，旨在意味着所呈现的标称值的精确度在 ± 10 % 内。
[0014] 参照作为等离子体蚀刻反应器（也称为等离子体蚀刻器）的腔室部件的固体烧结 陶瓷制品来描述实施例。例如，陶瓷制品可以是工艺套环、腔室盖、气体分配板、喷淋头、静 电夹盘和升举销。然而，本文所描述的固体烧结陶瓷材料也可用于具有暴露于等离子体环 境的部件的其他装置，诸如，等离子体清洗器、等离子体推进系统，等等。此外，参照固体烧 结陶瓷制品来描述实施例。然而，所讨论实施例还使用于沉积的陶瓷涂层，诸如，等离子体 喷涂的陶瓷涂层以及使用离子辅助沉积（IAD)技术而施加的陶瓷涂层。因此，应当理解，对 固体烧结陶瓷材料的讨论还适用于相同组成的沉积的陶瓷材料。
[0015] 本文中参照当在用于等离子体蚀刻和/或等离子体清洗工艺的工艺腔室中使用 时导致减少的粒子缺陷和金属污染的陶瓷制品来描述实施例。然而，应当理解，本文中所 讨论的陶瓷制品当在用于其他工艺的工艺腔室、非等离子体蚀刻器、非等离子体清洁器、 化学气相沉积（CVD)炉、物理气相沉积（PVD)炉等中使用时也提供减少的粒子缺陷和金 属污染，其他工艺诸如，等离子体增强化学气相沉积（PECVD)、等离子体增强物理气相沉积 (PEPVD)、等离子体增强原子层沉积（PEALD)等等。
[0016] 图1是具有一个或更多个腔室部件的半导体处理腔室100的剖视图，所述腔室部 件100是使用本文的实施例中所提供的陶瓷材料而产生的固体烧结陶瓷制品。处理腔室 100可用于提供了腐蚀性等离子体环境的工艺。例如，处理腔室100可以是等离子体蚀刻反 应器（也称为等离子体蚀刻器）、等离子体清洗器等的腔室。可由固体烧结抗等离子体的 陶瓷材料组成或可包括固体烧结抗等离子体的陶瓷材料的腔室部件的示例包括静电夹盘 (ESC) 150、环（例如，工艺套环或单环）、腔室壁、气体分配板、喷淋头、衬垫、衬垫套组、腔室 盖104、喷嘴132,等等。下文参考图2更详细地描述用于形成这些腔室组件中的一个或更 多个的固体烧结陶瓷材料。
[0017] 在一个实施例中，处理腔室100包括封围内部容积106的腔室体102和盖130。盖 130在其中心处可具有孔，并且可将喷嘴132插入所述孔中。在一些实施例中，使用喷洒头 而不是盖130和喷嘴132。腔室体102可由铝、不锈钢或其他合适的材料制成。腔室体102 一般包括侧壁108和底部110。盖130、喷嘴132、喷淋头等中的任何一者可包括固体烧结陶 瓷材料。
[0018] 外衬垫116可邻接侧壁108而设置以保护腔室体102。外衬垫116可以是由稀土 氧化物基材料制成的抗等离子体的层。
[0019] 可在腔室体102中限定排气口 126,并且所述排气口 126可将内部容积106耦接至 栗系统128。栗系统128可包括一个或更多个栗和节流阀，这些栗和节流阀用于排空并调节 处理腔室100的内部容积106的压力。
[0020] 可在腔室体102的侧壁108上支撑盖130。盖130可被打开以允许对处理腔室100 的内部容积106的接取，并且在关闭时可为处理腔室100提供密封。可将气体面板158耦 接至处理腔室100,以便通过喷嘴132将工艺和/或清洁气体提供至内部溶剂106。
[0021] 可用于在处理腔室100中处理基板的处理气体的示例包括含卤素气体（诸如， C2F6' SF6、SiCl4、HBr、NF3、CF4、CHF 3、CH2F3' F、NF3、Cl2、CC14、BCl3和 (诸如，〇2或1〇)。载气的示例包括N2、He、Ar以及对于处理气体是惰性的其他气体（例如， 非反应的气体）。在盖130下方的处理腔室100的内部容积106中设置基板支撑组件148。 基板支撑组件148在处理期间支持基板144。环147 (例如，单环）可覆盖静电夹盘150的 部分，并且可在处理期间保护被覆盖的部分免于暴露于等离子体中。环147可由本文中所 描述的固体烧结陶瓷材料中的任何一种形成。
[0022] 可在基板支撑组件148