一种制备半导体反应腔室部件的方法及部件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种制备半导体反应腔室部件的方法和采用该方法制备的半导体反应腔室部件，首先采用烧结的方法制备多孔陶瓷预制体，所述多孔陶瓷预制体材料为耐等离子体腐蚀的氧化铝、氧化钇或碳化硅中的一种或几种混合；烧结得到的多孔陶瓷预制体经过切割打磨等机械加工方法制作成需要的半导体反应腔室部件形状。所述的半导体反应腔室部件可以为气体喷淋头或约束环等，得到的气体喷淋头的孔隙度可达95%，大大提高了气体喷淋头的出气口密度，使得气体通过气体喷淋头进入反应腔内的均匀度增加，基片刻蚀更加均匀。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体反应腔室部件制作【技术领域】，尤其涉及一种陶瓷类半导体反应 腔室部件的制作【技术领域】。 一种制备半导体反应腔室部件的方法及部件
【背景技术】
[0002] 在半导体设备的制造过程中，例如蚀刻、沉积、氧化、溅射等处理过程中，通常会利 用等离子体对基片(半导体晶片、玻璃基片等)进行处理。一般地，对于等离子体处理装置来 说，作为生成等离子体的方式，在高频放电方式的等离子体处理装置中，包括电容耦合型等 离子体反应器和电感耦合型等离子体反应器。所述的电容耦合型反应器通常配置有上部电 极和下部电极，优选地这两个电极平行设置。而且，通常在下部电极之上载置被处理基片， 经由整合器将等离子体生成用的高频电源施加于上部电极或者下部电极。通过由该高频电 源所生成的高频电场来使反应气体的外部电子加速，从而产生等离子体对下部基片进行等 离子体处理。
[0003] 在半导体制造领域，广泛使用向待处理基片以喷淋状供气的喷淋头。例如在等离 子体刻蚀处理设备中，在处理室内设置有用于载置基片的载置台，与该载置台相对的上方 位置设置有喷淋头，该喷淋头的表面设置有多个气体喷出孔，以喷淋状供给反应气体来产 生等离子体。在对基片进行等离子体刻蚀处理时，等离子体的分布均匀度对基片刻蚀均匀 度有很大影响，而通过喷淋头提供的反应气体的分布均匀度决定着等离子体的分布均匀 度，为了得到具有良好均一性的刻蚀基片，需要气体喷淋头的气体喷出孔致密且均匀。目前 常用的气体喷淋头经过钻孔等机械加工的方法获得气体喷出孔，由于考虑到成本和加工难 度，气体喷出孔常常很难做到致密且具有小口径大深度，在刻蚀反应腔内，对应机械加工孔 洞的位置与未加工孔洞的位置，存在气流分布的不均匀性，此种不均匀性造成刻蚀工艺的 不均匀性，并且随着刻蚀空间减小和气流增大而越发显著，限制了刻蚀空间进一步减小，工 作气体气流进一步增大的潜力。同时，机械制得的气体喷出孔由于孔壁平直，增大了颗粒污 染的风险。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明提供了一种制备半导体反应腔室部件的方法，所述方 法包括下列步骤：采用烧结的方法制备多孔陶瓷预制体，所述多孔陶瓷预制体材料为氧化 铝、氧化钇及碳化硅中的一种或几种混合；所述多孔陶瓷预制体孔隙为开口孔隙，孔隙度为 50%-95%，将所述多孔预制体机械加工为所需部件的形状。
[0005] 优选的，所述烧结的方法为有机泡沫浸浆法、粉末烧结法、浆料固结法、溶胶-凝 胶法中的一种。
[0006] 优选的，所述的有机泡沫浸浆法步骤为：
[0007] a)制备有机泡沫体和陶瓷浆料；
[0008] b)将有机泡沫体在陶瓷浆料中浸渍处理；
[0009] C)除去多余陶瓷浆料；
[0010] d)将浸渍有陶瓷浆料的有机泡沫干燥至水分〈1% ;
[0011] e)低温烧去有机泡沫后在温度为1000° C?1700° C范围内高温烧结。
[0012] 优选的，所述的有机泡沫材料为聚酯胺。
[0013] 优选的，所述陶瓷浆料包括陶瓷粉料，所述陶瓷粉料为氧化铝、氧化钇及碳化硅中 的一种或几种混合。
[0014] 优选的，所述陶瓷浆料还包括溶剂、粘结剂、流变剂、表面活性剂和消泡剂；所述溶 剂为水或乙醇；所述粘结剂为氢氧化铝溶胶或聚乙烯醇；所述流变剂为羟甲基纤维素或羟 乙基纤维素；所述表面活性剂为聚乙二胺；所述消泡剂为醇树脂或硅酮。
[0015] 优选的，所述陶瓷楽料颗粒度小于50um，绝对粘度为2?4Pa. s。
[0016] 进一步的，本发明还公开了一种半导体反应腔室部件，其特征在于：所述半导体反 应腔室部件材料为多孔陶瓷材料，所述多孔陶瓷材料孔隙为开口孔隙，孔隙度为50%-95%， 所述多孔陶瓷材料为氧化铝、氧化钇及碳化硅中的一种或几种混合。
[0017] 进一步的，所述半导体反应腔室部件为气体喷淋头。
[0018] 进一步的，所述部件为等离子体约束环。
[0019] 本发明的优点在于：本发明公开了一种制备半导体反应腔室部件的方法和采用该 方法制备的半导体反应腔室部件，首先采用烧结的方法制备多孔陶瓷预制体，所述多孔陶 瓷预制体材料为耐等离子体腐蚀的氧化铝、氧化钇或碳化硅中的一种或几种混合；烧结得 到的多孔陶瓷预制体经过切割打磨等机械加工方法制作成需要的半导体反应腔室部件形 状。所述的半导体反应腔室部件可以为气体喷淋头或等离子体约束环等，得到的气体喷淋 头的孔隙度可达95%，大大提高了气体喷淋头的出气口密度，使得气体通过气体喷淋头进入 反应腔内的均匀度增加，基片刻蚀更加均匀。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1示出制作多孔陶瓷预制体的流程示意图；
【具体实施方式】
[0021] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022] 图1公开了一种制作多孔陶瓷预制体的流程示意图，所述流程示意图示出采用有 机泡沫浸浆法烧制多孔陶瓷预制体的步骤示意图。该方法借助有机泡沫体的开孔三维网状 骨架结构，制备的多孔陶瓷具有较高开孔率，可达50%_95%。
[0023] 本发明所述的制备半导体反应腔室部件的方法首先包括有机泡沫体和陶瓷浆料 制备步骤110,有机泡沫体的选择首先要考虑其孔径大小，因有机泡沫的孔隙尺寸是决定最 后多孔陶瓷制品孔隙尺寸的主要因素，故应根据半导体反应腔室部件的要求选择气孔大小 和孔率高低合适的有机泡沫体。陶瓷浆料主要由陶瓷粉料、溶剂和添加剂组成，本发明的陶 瓷粉料选择耐等离子体腐蚀的氧化铝、氧化钇或碳化硅中的一种或几种的组合，本实施例 选择含量为35%的氧化铝和含量为65%的氧化硅，在其他的实施例中，可以根据需要选择单 独一种材料或者以其他比例的材料制作陶瓷粉料。溶剂通常为水或乙醇，添加剂包括粘结 齐?、流变剂、表面活性剂和消泡剂；所述粘结剂为氢氧化铝溶胶或聚乙烯醇等；所述流变剂 为羟甲基纤维素或羟乙基纤维素等；所述表面活性剂为聚乙二胺；所述消泡剂为醇树脂或 硅酮等。本发明中陶瓷浆料的颗粒度小于50um，绝对粘度为2?4Pa.s。在浸渍处理步骤 120中，将有机泡沫体在陶瓷浆料中浸渍，浸渍前先排除空气，排气方法通常有常压吸附法、 真空吸附法、机械滚压法及手工揉搓法。可多次浸浆直至达到密度要求。有机泡沫体浸渍 陶瓷浆料后需除去多余陶瓷浆料步骤130,其中最简单的方法是用两块木板挤压，规模化生 产则采用离心机或滚轧机等设备来完成。
[0024] 除去多余陶瓷浆料步骤130后进行干燥步骤140,常采用的方法有阴干、烘干或微 波炉干燥等待水分降至1. 〇%以下时，即可入窑进行烧结步骤150。烧结步骤150包括低温 和高温两个阶段。在低温阶段应缓慢升温使有机泡沫体缓慢而充分地挥发排除，升温制度 由有机泡沫体的热重分析曲线来制定。低温阶段若升温过快，有机物就会产生剧烈分解和 氧化而在短时间内放出大量气体，导致胚体开裂和粉化，因此多采用氧化方法使有机物通 过氧化途径而排除。选择合适的粘结剂来提高胚体的高温烧结强度是非常重要的。烧结步 骤150的高温烧结温度一般为1000-1700°C。烧结步骤完成后即得到多孔陶瓷预制体，将得 到的多孔陶瓷预制体进行机械切割打磨等机械加工步骤，制作成气体喷淋头或等离子体约 束环等半导体反应腔室部件。
[0025] 除了上述实施例描述的烧结方法，还可以采用粉末烧结法、浆料固结法、溶胶-凝 胶法中等，本发明不再一一赘述。
[0026] 通过本发明描述的方法得到的气体喷淋头的孔隙度可达95%，大大提高了气体喷 淋头的出气口密度，使得气体通过气体喷淋头进入反应腔内的均匀度增加，基片刻蚀更加 均匀。等离子体约束环用于将用过的反应气体排到反应腔下游，同时限制等离子体穿过其 中，通过采用本发明所述的烧结的多孔陶瓷材料制作的等离子体约束环，能够有效地阻止 等离子体通过。
[〇〇27] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1. 一种制备半导体反应腔室部件的方法，其特征在于：所述方法包括下列步骤： 采用烧结的方法制备多孔陶瓷预制体，所述多孔陶瓷预制体材料为氧化铝、氧化钇及 碳化硅中的一种或几种混合，所述多孔陶瓷预制体孔隙为开口孔隙，孔隙度为50%-95% ; 将所述多孔预制体机械加工为所述半导体反应腔室部件的形状。
2. 根据权利要求1所述的制备半导体反应腔室部件的方法，其特征在于：所述烧结的 方法为有机泡沫浸浆法、粉末烧结法、浆料固结法、溶胶-凝胶法中的一种。
3. 根据权利要求2所述的制备半导体反应腔室部件的方法，其特征在于：所述的有机 泡沫浸浆法步骤为： a) 制备有机泡沫体和陶瓷浆料； b) 将有机泡沫体在陶瓷浆料中浸渍处理； c) 除去多余陶瓷浆料； d) 将浸渍有陶瓷浆料的有机泡沫干燥至水分〈1% ; e) 低温烧去有机泡沫后在温度为1000° C?1700° C范围内高温烧结。
4. 根据权利要求3所述的制备半导体反应腔室部件的方法，其特征在于：所述的有机 泡沫材料为聚酯胺。
5. 根据权利要求3所述的制备半导体反应腔室部件的方法，其特征在于：所述陶瓷浆 料包括陶瓷粉料，所述陶瓷粉料为氧化铝、氧化钇及碳化硅中的一种或几种混合。
6. 根据权利要求3所述的制备半导体反应腔室部件的方法，其特征在于：所述陶瓷浆 料还包括溶剂、粘结剂、流变剂、表面活性剂和消泡剂；所述溶剂为水或乙醇；所述粘结剂 为氢氧化铝溶胶或聚乙烯醇；所述流变剂为羟甲基纤维素或羟乙基纤维素；所述表面活性 剂为聚乙二胺；所述消泡剂为醇树脂或硅酮。
7. 根据权利要求3所述的制备半导体反应腔室部件的方法，其特征在于：所述陶瓷浆 料颗粒度小于50um，绝对粘度为2?4Pa. s。
8. -种半导体反应腔室部件，其特征在于：所述部件材料为多孔陶瓷材料，所述多孔 陶瓷材料孔隙为开口孔隙，孔隙度为50%-95%，所述多孔陶瓷材料为氧化铝、氧化钇或碳化 娃中的一种或几种混合。
9. 根据权利要求8所述的反应腔室部件，其特征在于：所述部件为气体喷淋头。
10. 根据权利要求8所述的反应腔室部件，其特征在于：所述部件为等离子体约束环。
【文档编号】C04B38/06GK104108948SQ201310140944
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月22日 优先权日:2013年4月22日
【发明者】张力, 贺小明, 蒲远, 倪图强, 彭帆 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司