用于工艺环上的稀土氧化物基薄膜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上涉及具有薄膜式抗等离子体的保护层的腔室工艺环。
【背景技术】
[0002] 在半导体工业中，通过许多制造工艺来制造器件，所述工艺制造不断减小的尺寸 的结构。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 等离子体流以蚀刻或清洁所述基板。等离子体可能是高度侵蚀性的，并可能侵蚀处理腔室 以及暴露于所述等离子体的其他表面。
[0003] 目前的工艺套件环由于高腐蚀速率和等离子体化学交互作用而具有性能问题。通 常用于导体蚀刻的插入环和单环由石英制成，而用于电介质蚀刻的插入环和单环由Si制 成。这些环坐落在晶片周围以使等离子体密度均匀，从而进行均匀的蚀刻。然而，石英和Si 在各种蚀刻化学物质和偏置功率下具有极高的腐蚀速率。这些环受到的严重的腐蚀可能导 致晶片上的粒子缺陷、工艺偏移、腐蚀副产物在其他腔室部件上的沉积以及腔室良率的减 小。
【附图说明】
[0004] 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。应注意的是，本公开中对"一"或"一个"实施例的不同的引 用不一定是指同一个实施例，并且此类引用意味着有至少一个。
[0005] 图1描绘了处理腔室的一个实施例的剖面图。
[0006] 图2A描绘了适用于利用高能粒子的各种沉积技术（诸如，离子辅助沉积（IAD)) 的沉积机制。
[0007] 图2B描绘了 IAD沉积设备的示意图。
[0008] 图3-4示出由一个或更多个薄膜保护层覆盖的制品的横截面侧视图。
[0009] 图5示出根据一个实施例的、具有稀土氧化物抗等离子体的层的工艺环的立体 图。
[0010] 图6示出用于在环上形成一个或更多个保护层的工艺的一个实施例。
[0011] 图7示出暴露于电介质蚀刻014化学物质下的腐蚀速率，包括根据本文所述的实 施例而生成的多种不同的IAD涂层的腐蚀速率。
[0012] 图8-9示出根据本发明的实施例而形成的薄膜保护层的腐蚀速率。
[0013] 图10-11示出根据本发明实施例而形成的薄膜保护层的粗糙度概况。
[0014] 图12示出在低偏置下，暴露于CF4_CHF3沟槽蚀刻化学物质下的腐蚀速率。
【具体实施方式】
[0015] 本发明的实施例提供一种制品（诸如，环），所述制品具有抗腐蚀的薄膜保护层以 增强所述环的使用寿命并减少晶片上缺陷，并且不影响等离子体均匀度。所述保护层可具 有高达约300微米的厚度，并且可提供抗等离子体腐蚀性以用于保护所述环。可使用离子 辅助沉积（IAD)(例如，使用电子束IAD(EB-IAD)在环上形成所述保护层。所述薄膜保护层 可以是Y3A15012(YAG)、Y4A1 209 (YAM)、Er203、Gd203、Er 3Al5012(EAG)、Gd3Al50 12(GAG)、包含Y4A1209与Y203-Zr02固溶体的陶瓷化合物（ceramic compound)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所述环的使用寿命，同时降低维护与制造成本。此外，可施加 足够厚的IAD涂层以为所述环提供更长的寿命。能以低成本施加 IAD涂层并且在稍后重新 磨光所述IAD涂层。
[0016] 图1是半导体处理腔室100的剖面图，所述处理腔室100具有以根据本发明的实 施例的薄膜保护层来涂覆的一个或更多个腔室部件。处理腔室1〇〇可用于提供腐蚀性等离 子体环境的工艺。例如，处理腔室1〇〇可以是用于等离子体蚀刻反应器（又称为等离子体 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、静电卡盘（ESC) 150、环（例如，工艺套件环或单环）、腔室壁、基底、气体分配盘、喷淋 头、衬层、衬垫套组、遮蔽件、等离子体罩幕（plasma screen)、流量均衡器、冷却基底、腔室 观察孔、腔室盖104、喷嘴，等等。在一个特定实施例中，保护层147施加在环146上。
[0017] 薄膜保护层147 (在下文中更详细地描述）是通过离子辅助沉积（IAD)来沉积的 稀土氧化物层。薄膜保护层147可包括Y203和Y203基陶瓷、Y 3A15012 (YAG)、Y4A1209 (YAM)、Er203和 Er203基陶瓷、Gd 203和 Gd 203基陶瓷、Er 3A15012 (EAG)、Gd3Al5012 (GAG)、Nd203和 Nd 203基陶瓷、 YA103 (YAP)、Er4Al209 (EAM)、ErA103 (ΕΑΡ)、Gd4Al209 (GdAM)、GdA103 (GdAP)、Nd3Al5012 (NdAG)、 Nd4Al209 (NdAM)、NdA103 (NdAP)和 / 或含有 Y4A120#P Y 203-Zr02固溶体的陶瓷化合物。薄膜 保护层也可包括YF3、Er-Y组分（例如，Er 80重量％和Y 20重量％ )、Er-Al-Y组分（例 如，Er 70重量％、A1 10重量％以及Y 20重量％ )、Er-Y-Zr组分（例如，Er 70重量％、Y 20重量％以及Zr-10重量％ )或Er-Al组分（例如，Er 80重量％以及Α1 20重量％ )。
[0018] 薄膜保护层147也可基于前述陶瓷中的任一种形成的固溶体。对于含有Y4A1 209和 Y203-Zr02固溶体的陶瓷化合物，在一个实施例中，陶瓷化合物包含62. 93摩尔百分比（摩 尔％ )的Υ2〇3、23· 23摩尔％的ZrOjP 13. 94摩尔％的A1 203。在另一实施例中，陶瓷化合物 可包含在50~75摩尔％的范围内的Y203、在10~30摩尔％的范围内的Zr02以及在10~ 30摩尔％的范围内的A1203。在另一实施例中，陶瓷化合物可包含在40~100摩尔％的范 围内的Y2〇3、在〇~60摩尔％的范围内的Zr02以及在0~10摩尔％的范围内的A1 203。在 另一实施例中，陶瓷化合物可包含在40~60摩尔％的范围内的Y203、在30~50摩尔％的 范围内的Zr02以及在10~20摩尔％的范围内的Α1 203。在另一实施例中，陶瓷化合物可包 含在40~50摩尔％的范围内的Y203、在20~40摩尔％的范围内的Zr02以及在20~40 摩尔％的范围内的A1203。在另一实施例中，陶瓷化合物可包含在70~90摩尔％的范围内 的Y203、在0~20摩尔％的范围内的Zr02以及在10~20摩尔％的范围内的A1 203。在另 一实施例中，陶瓷化合物可包含在60~80摩尔％的范围内的Y203、在0~10摩尔％的范围 内的Zr02以及在20~40摩尔％的范围内的Α1 203。在另一实施例中，陶瓷化合物可包含在 40~60摩尔％的范围内的Y203、在0~20摩尔％的范围内的Zr02以及在30~40摩尔％ 的范围内的A1203。在其他实施例中，其他分配比例也可用于陶瓷化合物。
[0019] 在一个实施例中，包括Y203、Zr02、Er 203、Gd203和SiO 2的组合的替代陶瓷化合物可 用于保护层。在一个实施例中，替代陶瓷化合物可包含在40~45摩尔％的范围内的Y203、 在ο~1〇摩尔％的范围内的Zr02、在35~40摩尔％的范围内的Er203、在5~10摩尔％ 的范围内的Gd203以及在5~15摩尔％的范围内的Si02。在第一示例中，替代陶瓷化合物 包含40摩尔％的Y203、5摩尔％的Zr02、35摩尔％的Er 203、5摩尔％的Gd203以及15摩尔％ 的Si02。在第二示例中，替代陶瓷化合物包含45摩尔％的Y203、5摩尔％的Zr0 2、35摩尔％ 的Er203、10摩尔％的Gd203以及5摩尔％的SiO 2。在第三示例中，替代陶瓷化合物包含40 摩尔％的Y2〇3、5摩尔％的Zr02、40摩尔％的Er20 3、7摩尔％的Gd203以及8摩尔％的SiO 2。 在一个实施例中，薄膜保护层147包含70~75摩尔％的Y203以及25~30摩尔％的ZrO 2。 在进一步的实施例中，薄膜保护层147是一种称为YZ20的材料，其包含73. 13摩尔％的Y203以及26. 87摩尔％的Zr02。
[0020] 以上所述的薄膜保护层中的任何一种可包含微量的其他材料，诸如，Zr02、A1 203、 Si02、B203、Er203、Nd 203、Nb205、Ce02、Sm 203、Yb203或其他氧化物。
[0021] 薄膜保护层147可以是施加在不同的陶瓷上的IAD涂层，所述陶瓷包括氧化物基 (oxide based)陶瓷、氮化物基（Nitride based)陶瓷或碳化物基（Carbide based)陶瓷。 氧化物基陶瓷的示例包括Si02(石英）、A1203、Y20 3以及具有化学式Mx0y的其他金属氧化物。 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 层的靶材材料可以是经煅烧的粉末、预制块（例如，通过生坯压制、热压制等而形成的预制 块）、烧结块（例如，具有50~100%密度的烧结块）或经机械加工的块体（例如，可以是 陶瓷、金属或金属合金）。
[0022] 如图所示，根据一个实施例，环146具有薄膜保护层133、134。然而，应当理解，其 他腔室部件（诸如，上文中列举的那些腔室部件）中的任何一个都可包含薄膜保护层。
[0023] 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 包围内部容积106。盖130在中心处可具有孔，并且喷嘴132可插入到该孔中。腔室体102 可由铝、不锈钢或其他合适的材料制成。腔室体102通常包含侧壁108和底部110。
[0024] 外衬116可邻接侧壁108而设置以保护腔室体102。外衬116可用薄膜保护层制 造和/或涂覆。在一个实施例中，外衬116由氧化铝制成。
[0025] 排放口 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可包含一个或更多个栗和节流阀以用于排空和调节处理腔室100的内部容积106 的压力。
[0026] 盖130可支撑在腔室体102的侧壁108上。盖130可打开以允许进出处理腔室 100的内部容积106,并且在被关闭时可提供对处理腔室100的密封。气体面板158可耦接 至处理腔室100,以便通过喷嘴132将工艺气体和/或清洁气体提供至内部容积106。盖 130 可以是陶瓷，诸如，A1203、Y203、YAG、Si0 2、A1N、SiN、SiC、Si-SiC，或可以是含有 Y4A1209与Y203-Zr02固溶体的陶瓷化合物。喷嘴132也可以是陶瓷，诸如，针对用于盖的上述那些 陶瓷中的任何一种。
[0027] 可在处理腔室100中用于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、NF 3、CF4、CHF3、CH2F3、F、NF 3、Cl2、CC14、BC13及 SiF 4,等等）和其他气 体（诸如，〇2或1〇)