具有抗等离子体蚀刻的涂层的等离子体蚀刻装置的制作方法

本公开涉及半导体器件的制造。更具体地，本公开涉及涂覆在半导体器件制造中使用的室表面。

背景技术：

在半导体晶片处理期间，等离子体处理室用于处理半导体器件。涂层被用于在制造半导体器件过程中保护和确保室表面的成功的操作性能。

在该背景技术中讨论的描述和实施例并不被假定为现有技术。这些描述不是对现有技术的认可。

技术实现要素：

为了实现上述并根据本公开的目的，提供一种用于处理衬底的装置。室壁形成处理室腔。用于支撑衬底的衬底支撑件是在所述处理室腔内。用于提供气体到处理室的气体入口是在所述衬底的表面上方。用于使射频功率通过进入到所述处理室腔内的窗包括：陶瓷或石英的窗主体；和在所述陶瓷的窗主体的表面上的包括氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种的涂层。线圈在所述处理室腔之外，其中所述窗是在所述处理室腔和所述线圈之间。

在另一表现方式中，提供一种用于等离子体处理衬底的装置。室壁形成处理室腔。用于支撑衬底的衬底支撑件在所述处理室腔内。气体入口用于提供气体到所述处理室腔中。提供至少一个等离子体电极以用于将在所述处理室腔内的气体转变为等离子体。包括氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种的涂层是在处理室腔内的表面上，其中所述涂层为1至50微米厚。

在本公开的另一表现方式中，提供一种在等离子体蚀刻室中使用的装置。该装置包括陶瓷、不锈钢或石英的主体和涂层，该涂层包括覆盖所 述陶瓷主体的表面的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种，其中所述涂层为1至50微米厚。

本公开的这些和其它特征将在本公开的详细描述中并结合下面的附图在下面更详细地说明。

具体而言，本发明的一些方面可以描述如下:

1.一种用于处理衬底的装置，其包括：

室壁，其形成处理室腔；

衬底支撑件，其用于在所述处理室腔内支撑所述衬底；

窗，其用于使射频功率通过进入所述处理室腔内，所述窗包括：

陶瓷或石英的窗主体；以及

在所述窗主体的面朝所述处理室腔的表面上的涂层，在所述窗主体的至少一个表面上所述涂层包括氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种；以及

位于所述处理室腔之外的线圈，其中所述窗是在所述处理室腔和所述线圈之间。

2.根据条款1所述的装置，其中在所述窗主体的表面上的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种的所述涂层是通过等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积或气溶胶沉积中的至少一种形成。

3.根据条款2所述的装置，其中在所述窗主体的一个表面上的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种的所述涂层为1到50微米厚。

4.根据条款3所述的装置，其中所述窗主体包括石英或氧化铝中的至少一种。

5.根据条款4所述的装置，其中所述涂层大于60％的纯度。

6.根据条款1所述的装置，其还包括：

尖顶环，其从所述室壁延伸至所述窗，其中所述尖顶相对于所述室壁和所述窗成角度，并且其中所述尖顶包括：

尖顶主体；以及

涂层，其包括氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种，所述涂层覆盖所述尖顶主体的至少一个表面。

7.根据条款6所述的装置，其还包括用于通过所述窗提供气体到所述处理室中的气体入口，所述气体入口包括：

入口主体；以及

涂层，其包括氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种，覆盖所述入口主体的至少一个表面。

8.根据条款1所述的装置，其中覆盖所述窗主体的表面的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种的涂层是通过等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积中的至少一种形成。

9.一种用于等离子体处理衬底的装置，其包括：

室壁，其形成处理室腔；

衬底支撑件，其用于在所述处理室腔内支撑所述衬底；

气体入口，其用于提供气体到所述处理室腔中；

至少一个等离子体电极，其用于将在所述处理室腔内的气体转变成等离子体；以及

涂层，其在所述处理室腔内的表面上包括氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种，其中所述涂层为1至50微米厚。

10.如条款9所述的装置，其中所述等离子体处理室还包括：

功率窗，其将所述至少一个等离子体电极与所述处理室腔分隔开；

尖顶，其从所述室壁延伸至所述功率窗，其中所述气体入口延伸通过所述功率窗，并且其中所述涂层涂覆所述功率窗、尖顶或气体入口中的至少一个的表面。

11.根据条款9所述的装置，其中覆盖所述窗主体的表面的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种的涂层是通过等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积或气溶胶沉积中的至少一种形成。

12.根据条款9所述的装置，其还包括衬里，其中所述涂层涂覆所述衬里。

13.根据条款9所述的装置，其中覆盖所述窗主体的表面的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种的涂层是通过等离子体增强化学气相沉积或物理气相沉积中的至少一种来形成。

14.根据条款9所述的装置，其还包括边缘环，其中所述涂层涂覆所述边缘环。

15.一种在等离子体蚀刻室使用的装置，其包括：

主体；和

涂层，其包括覆盖所述主体的表面的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种，其中所述涂层为1至50微米厚。

16.根据条款15所述的装置，其中所述主体包括Si、石英、SiC、SiN、氧化铝、氮化铝、不锈钢或碳化铝中的至少一种。

17.根据条款16所述的装置，其中所述涂层是通过物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积或气溶胶沉积中的至少一种形成。

18.根据条款16所述的装置，其中所述涂层大于99％的纯度。

附图说明

公开的发明在附图的图中通过举例的方式示出，而不是通过限制的方式示出，并且在附图中类似的附图标记指代相似的元件，并且其中：

图1是可在实施方式中使用的蚀刻反应器的示意图。

图2是衬里的部分的放大剖视图。

图3是构成下部电极的静电卡盘的放大剖视图。

图4示意地示出了另一等离子体处理室的一个实施例。

图5是功率窗的放大剖视图。

图6是气体喷射器的放大剖视图。

图7是边缘环的部分的放大剖视图。

图8是尖顶的部分的放大剖视图。

具体实施方式

本公开现在将参考一些如在附图中所示的本发明的实施例详细地说明。在以下的说明中，许多具体细节被阐述以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于一个本领域技术人员而言，本公开可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其它情况下，公知的工艺步骤和/或结构没有详细描述以免不必要地模糊本公开。

为了便于理解，图1是在其中安装了衬底166的等离子体处理室100的示意图。等离子体处理室100包括约束环102、上部电极104、下部电极108、气体源110、衬里162和排气泵120。衬里162是用重熔的陶瓷层自衬底形成。在等离子体处理室100内，晶片166被定位在下部电极108上。下部电极108包含用于保持晶片166的合适的衬底夹持机构(例如，静电式、机械式夹持，等等)。反应器顶部128包括与下部电极108正相对地布置的上部电极104。上部电极104、下部电极108和约束环102限定约束等离子体体积140。

气体由气体源110通过气体入口143供给到约束等离子体体积140，并且由排气泵120通过约束环102和排气口从约束等离子体体积140排出。除了有助于排放气体，排气泵120还有助于调节压力。RF源148电连接到下部电极108。

室壁152围绕衬里162、约束环102、上部电极104和下部电极108。衬里162有助于防止穿过约束环102的气体或等离子体接触室壁152。将RF功率连接到电极的不同组合是可能的。在一个实施方式中，27兆赫、60兆赫和2兆赫的功率源构成连接到下部电极108的RF功率源148，并且上部电极104接地。控制器135可控地连接到RF源148、排气泵120和气体源110。工艺室100可以是CCP(电容耦合等离子体)反应器或ICP(感应耦合等离子体)反应器或其它源，如可使用表面波、微波或电子回旋共振ECR。

图2是衬里162的部分的放大剖视图。衬里162包括衬里主体204和覆盖衬里主体204的至少一个表面的涂层208。衬里主体204可以由一种或多种不同的材料制成。优选地，衬里主体204为陶瓷、石英或不锈钢。更优选地，衬里主体204包括不锈钢、硅(Si)、石英、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、氧化铝(AlO)、氮化铝(AlN)或碳化铝(AlC)中的至少一种。优选地，衬里主体204是氧化铝。涂层208包括氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种。因此，该涂层可以是氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆，或氟化钆的组合中的一种或多种，也可具有其它材料。这样的其它材料可以是在获得氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆过程中难以去除的杂质或可以是使涂层结合到衬里主体的结合剂。更优选地，该涂层是>60％(重量)纯度的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种。最优选地，该涂层为>99％(重量)纯度的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆，或氟化钆中的至少一种。优选地，该涂层是1-50微米厚。更优选地，该涂层是5-20微米厚。最优选地，该涂层是8-15微米厚。为提供这样均匀且薄的涂层，优选地，该涂层是通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或气溶胶沉积(ASD)中的至少一种来形成。更优选地，该涂层通过PECVD或PVD形成。

图3是构成下部电极108的静电卡盘的放大剖视图。下部电极 108包括下部电极主体304和覆盖该下部电极主体304的至少一个表面的涂层308。在本实施例中，涂层308只在下部电极主体304的侧表面上。下部主体304可以具有一种或多种不同材料。优选地，下部电极主体304是陶瓷、石英或不锈钢。更优选地，下部电极主体304包括不锈钢、硅(Si)、石英、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、氧化铝(AlO)、氮化铝(AlN)或碳化铝(AlC)中的至少一种。涂层308包括氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种。因此，该涂层可以是氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆，或氟化钆的组合中的一种或多种，也可具有其它材料。这样的其它材料可以是在获得氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆过程中难以去除的杂质或可以是使涂层结合到电极主体的结合剂。更优选地，该涂层是>60％(重量)纯度的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种。最优选地，该涂层为>99％(重量)纯度的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆，或氟化钆中的至少一种。优选地，该涂层是1-50微米厚。更优选地，该涂层是5-20微米厚。最优选地，该涂层是8-15微米厚。为提供这样均匀且薄的涂层，优选地，该涂层是通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或气溶胶沉积(ASD)中的至少一种来形成。更优选地，该涂层通过PECVD或PVD形成。

图4示意性示出了可以在另一实施方式中使用的另一等离子体处理室400的一个例子。等离子体处理室400包括等离子体反应器402，该等离子体反应器402具有在其中的等离子体处理约束室404。通过匹配网络408调节的等离子体电源406供应功率到位于功率窗412附近的TCP线圈410，以通过提供感应耦合功率在等离子体处理约束室404中生成等离子体414。尖顶472从约束室404的室壁476延伸到构成尖顶环的窗口412。尖顶472相对于室壁476和窗口412成角度，使得该尖顶472和室壁476之间的内夹角与尖顶472和窗口412之间的内夹角的每一个都大于90度且小于180度。尖顶472在约束室404的顶部附近提供成角度的环，如图所示。TCP线圈 (上部电源)410可配置为在等离子处理约束室404内产生均匀扩散分布。例如，TCP线圈410可以被配置为在等离子体414中产生环形功率分布。提供功率窗口412以将TCP线圈410与等离子体处理约束室404分开，同时允许能量从TCP线圈410传到等离子处理约束室404。通过匹配网络418调节的晶片偏压电源416提供功率给电极420以在由电极420支撑的衬底466上设置偏置电压。控制器424为等离子体电源406、气体源/气体供给机构430和晶片偏压电源416设置点。

等离子体电源406和晶片偏压电源416可被配置成在特定的射频频率下操作，该特定的射频频率例如13.56兆赫、27兆赫、2兆赫、60兆赫、400千赫、2.54千兆赫或它们的组合。等离子体电源406和晶片偏压电源416可被适当地设置大小以提供功率范围，以达到预期的处理性能。例如，在一个实施方式中，等离子体电源406可提供在50到5000瓦的范围内的功率，晶片偏压电源416可提供在20到2000V范围内的偏置电压。另外，TCP线圈410和/或电极420可以由两个或两个以上的子线圈或子电极构成，该子线圈或子电极可以由单一电源供电或者由多个电源供电。

如图4所示，等离子体处理室308还包括气体源/气体供给机构430。气体源430通过气体入口(例如气体喷射器440)与等离子体处理约束室404流体连接。气体喷射器440可以是位于等离子体处理约束室404的任何有利的位置，并且可以采取任何形式注入气体。然而，优选地，气体入口可以被配置为产生“可调的”气体注入轮廓，其允许独立调节气体分别到等离子体处理约束室404的多个区域的流动。更优选地，该气体喷射器安装到功率窗412，这意味着气体喷射器可以在功率窗上安装、在功率窗中安装或构成功率窗的一部分。工艺气体和副产物通过压力控制阀442和泵444从等离子体处理约束室404去除，这也起到维持等离子体处理约束室404内特定压力的作用。压力控制阀442可维持在加工期间小于1托(torr)的压力。边缘环460被置于衬底466的周围。气体源/气体供给机构430由控制器424控制。可使用由Lam Research Corp.of Fremont,CA提供的Kiyo来实现实施方式。

图5是功率窗412的放大剖视图。功率窗412包括窗主体504和 覆盖窗主体504的至少一个表面的涂层508。在本实施例中，涂层508只在窗主体504的一个表面上。窗主体504可以由一种或多种不同的材料制成。优选地，窗主体504是陶瓷或石英。更优选地，窗主体504包括硅(Si)、石英、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、氧化铝(AlO)、氮化铝(AlN)或碳化铝(AlC)中的至少一种。最优选地，窗主体504包括AlO或石英。涂层508包括氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种。因此，该涂层可以是氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆，或氟化钆的组合中的一种或多种，也可具有其它材料。这样的其它材料可以是在获得氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆过程中难以去除的杂质或可以是使涂层结合到窗主体的结合剂。更优选地，该涂层是>60％(重量)纯度的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种。最优选地，该涂层为>99％(重量)纯度的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆，或氟化钆中的至少一种。优选地，该涂层是1-50微米厚。更优选地，该涂层是5-20微米厚。最优选地，该涂层是8-15微米厚。为提供这样均匀且薄的涂层，优选地，该涂层是通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或气溶胶沉积(ASD)中的至少一种来形成。优选地，该涂层508只在窗主体504的面向等离子体的侧面，如图所示。

图6是气体喷射器440的放大剖视图。气体喷射器440包括喷射器主体604和覆盖该喷射器主体604的至少一个表面的涂层608。在本实施例中，涂层608仅在喷射器主体604的至少两个表面上。喷射器主体604具有钻孔612，气体通过该钻孔612。在一些实施方案中，涂层608可以作为钻孔612的衬里。气体喷射器440也可以具有用于将气体喷射器440固定到功率窗412的安装件616。喷射器主体604可以具有一种或多种不同材料。优选地，喷射器主体604是陶瓷或石英。更优选地，喷射器主体604包括硅(Si)、石英、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、氧化铝(AlO)、氮化铝(AlN)或碳化铝(AlC)中的至少一种。最优选地，喷射器主体604包括石 英或氧化硅。涂层608氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种。因此，该涂层可以是氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆，或氟化钆的组合中的一种或多种，也可具有其它材料。这样的其它材料可以是在获得氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆过程中难以去除的杂质或可以是使涂层结合到喷射器主体的结合剂。更优选地，该涂层是>60％(重量)纯度的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种。最优选地，该涂层为>99％(重量)纯度的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆，或氟化钆中的至少一种。优选地，该涂层是1-50微米厚。更优选地，该涂层是5-20微米厚。最优选地，该涂层是8-15微米厚。为提供这样均匀且薄的涂层，优选地，该涂层是通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或气溶胶沉积(ASD)中的至少一种来形成。

图7是边缘环460的部分的放大剖视图。边缘环460包括环主体704和覆盖环主体704的至少一个表面的涂层708。优选地，环主体704是陶瓷、不锈钢或石英。更优选地，下部电极主体304包括不锈钢、硅(Si)、石英、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、氧化铝(AlO)、氮化铝(AlN)或碳化铝(AlC)中的至少一种。涂层708包括石英或氧化硅。涂层708包括氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种。因此，该涂层可以是氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆，或氟化钆的组合中的一种或多种，也可具有其它材料。这样的其它材料可以是在获得氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆过程中难以去除的杂质或可以是使涂层结合到电极主体的结合剂。更优选地，该涂层是>60％(重量)纯度的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种。最优选地，该涂层为>99％(重量)纯度的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆，或氟化钆中的至少一种。优选地，该涂层是1-50微米厚。更优选地，该涂层是5-20微米厚。最优选地，该涂层是8-15 微米厚。为提供这样均匀且薄的涂层，优选地，该涂层是通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或气溶胶沉积(ASD)中的至少一种来形成。

图8是尖顶472的一部分的放大剖视图。尖顶包括尖顶主体804和覆盖尖顶主体804的至少一个表面的涂层808，其将面对腔室暴露于等离子体。优选地，所述尖顶主体804是陶瓷、不锈钢或石英。更优选，尖顶主体804包括不锈钢、硅(Si)、石英、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、氧化铝(AlO)、氮化铝(AlN)或碳化铝(AlC)中的至少一种。涂层808包括氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种。因此，该涂层可以是氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆，或氟化钆的组合中的一种或多种，也可具有其它材料。这样的其它材料可以是在获得氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆过程中难以去除的杂质或可以是使涂层结合到电极主体的结合剂。更优选地，该涂层是>60％(重量)纯度的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆或氟化钆中的至少一种。最优选地，该涂层为>99％(重量)纯度的氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆，或氟化钆中的至少一种。优选地，该涂层是1-50微米厚。更优选地，该涂层是5-20微米厚。最优选地，该涂层是8-15微米厚。为提供这样均匀且薄的涂层，优选地，该涂层是通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或气溶胶沉积(ASD)中的至少一种来形成。

已出乎意料地发现，包含氧化铒、氟化铒、氧化钐、氟化钐、氧化铥、氟化铥、氧化钆，或氟化钆中的至少一种的涂层是高度抗蚀刻的。已发现，PVD、CVD、ALD或ASD可提供高度耐蚀刻的薄的但均匀的层。这样的薄层容易施加而不显著改变对象的尺寸。

在电感耦合等离子体反应器中，部件受侵蚀最多的机理之一是由于离子溅射。大多数的溅射是由高能离子进行，该高能粒子根据室的几何形 状轰击功率窗412、尖顶472以及气体喷射器440。这些高能离子通过RF场的激励攻击室的供电端(线圈和ESC)。因此，这些部件需要额外的保护。这在图4中进行了说明，示出了与尖顶472、功率窗412或气体喷射器440碰撞的多种正离子415。

在其他实施例中，其它元件如约束环102、室壁152或上部电极104等也可具有抗蚀刻涂层。

虽然已经根据几个优选实施例对发明进行了描述，但仍有落入本发明的范围之内的变形、置换和各种替代等同方案。存在实施本公开的方法和装置的许多替代方式。因此，意在将下面所附的权利要求解释为包括所有这些落入本发明的真实精神和范围内的变形、置换和各种替代等同方案。