专利名称：抗等离子体层的低温气浮沉积的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式主要涉及半导体处理，更具体地，涉及在半导体处理腔 室部件上抗等离子体层的低温气浮沉积。
背景技术：
半导体处理涉及在衬底上形成微小集成电路的数个不同的化学和物理工 序。通过化学气相沉积、物理气相沉积、外延生长等而生成构成集成电路的多 种材料的层。使用光刻胶掩模和湿刻或干刻技术对部分多种材料的层进行构 图。用于形成集成电路的衬底可为硅、砷化镓、磷化铟或其它合适材料。
典型的半导体处理腔室包括限定处理区的腔体、适于将来自气体供应的气 体供应到工艺区的气体分配组件、气体激发器例如等离子体发生器，以及气体 排出装置，其中气体激发器用于激发工艺气体以处理定位于衬底支架组件上的 衬底。在等离子体处理期间，激发的气体通常包括腐蚀并侵蚀处理腔室部件的 暴露部分的高腐蚀性物种。所侵蚀的腔室部件可加速腔室零件的解体。腐蚀性 物种的轰击还减少腔室部件的寿命。另外，腔室部件的被侵蚀零件的薄片可能 在衬底处理期间成为颗粒污染源。因此，期望提升腔室部件的等离子体耐腐蚀 性以增加处理腔室的使用期，减少腔室停工时间，降低维护频率并改善衬底产
传统地，可对处理腔室表面阳进行极化处理以提供对腐蚀性处理环境的一 定程度隔离。可选地，可以在部件表面上涂敷和/或形成介电层和/或陶瓷层，
诸如氮化铝(A1N)、氧化铝(A1203) 、 二氧化硅(Si02)或碳化硅(SiC)， 以有助于腔室部件的表面保护。用于涂覆该保护层的几种传统方法包括物理气 相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、溅射、等离子体喷涂、气浮沉积(AD) 等。传统的涂敷技术典型地利用相当高的温度而提供足够的热能以在部件表面 上溅射、沉积或喷射所需量的物质。然而，高温处理可能使表面特性失效或有 害地修改涂层表面的微结构，由于温度升高而导致涂层具有不良均匀性和/或
表面裂纹。另外，如果涂层或该涂层的下表面具有微裂纹或涂层施加不均匀，
则部件表面可能随着时间而损坏并最终将下面的部件表面暴露于腐蚀性等离
子体轰击中。
因此，需要一种用于在腔室部件的表面上涂覆和/或形成牢固的抗等离子 体层的改进方法。
发明内容
本发明的实施方式提供一种用于在半导体腔室部件/零件上抗等离子体层 的低温气浮沉积的方法。在一个实施方式中，用于低温气浮沉积的方法包括在 气浮发生器中形成细颗粒的气浮，将来自发生器并朝向衬底表面的气浮分配至
处理腔室中，将衬底温度维持在约0摄氏度和50摄氏度之间，以及在衬底表 面沉积由气浮中的物质形成的层。
在另一实施方式中，一种用于低温气浮沉积的方法包括在气浮发生器中形 成细颗粒的气浮，将来自发生器的气浮朝衬底表面分配至处理腔室中，将衬底 温度维持在约0摄氏度和50摄氏度之间，以及在衬底表面上沉积含稀土金属 的层。
在又一实施方式中，一种用于低温气浮沉积的方法包括由气浮发生器形成 具有小于2pm直径的细颗粒气浮，将来自发生器的气浮朝衬底表面分配至处 理腔室中，将衬底温度维持在约0摄氏度和约50摄氏度之间，以及在衬底表 面上沉积含稀土金属的层。
因此为了更详细地理解本发明的以上所述特征，将参照附图中示出的实施
例对以上简要所述的本发明进行更具体描述。
图l示出了气浮沉积装置的一个实施方式的截面图；以及
图2示出了根据本发明具有其上沉积有抗等离子体层的衬底的一个实施
方式的截面图。
然而，应该注意，附图中仅示出了本发明典型的实施方式，因此不能认为 是对本发明范围的限定，本发明可以允许其他等同的有效实施方式。
为了便于理解，在此尽可能用相同的附图标记表示附图中共同的相同元
件。预期一个实施方式的元件可有利地用在其它实施方式中，而不用进一步叙 述。
具体实施例方式
图1是可用于根据本发明执行气浮沉积(AD)工艺的装置100的一个实 施方式的截面图。本发明的气浮沉积(AD)工艺形成抗等离子体层，其可用 于有利地保护暴露于等离子体处理中的表面。装置100包括处理腔室122，该 腔室具有顶部130、底部126和在处理腔室122的内空间中限定处理区124的 侧壁142。工作台104设置在处理腔室122的顶部130上至至衬底固定器102， 该衬底固定器102在处理期间容纳衬底132。工作台104用于沿着X、 Y和Z 轴移动固定器102。因此，工作台104沿着X、 Y和Z轴移动定位于其上的衬 底132。机械增压泵116和旋转泵118经过在处理腔室122的侧壁142中形成 的端口耦合至处理区124，以在处理期间维持真空压力。
气浮发生器110通过输送管128经过处理腔室122的底部126耦合至处理 腔室122。输送管128经过处理腔室底部126延伸至处理区124。注入喷嘴106 设置在输送管128的端部134以便于气浮朝衬底132的表面140注射。多个喷 嘴可用于根据需要辅助朝表面140分配气浮。在使用多个喷嘴的实施方式中， 喷嘴可通过共同的或独立的输送管耦合至发生器。预期喷嘴可以不同角度将气 浮导引至衬底132。
过滤器112可以可选地设置在处理腔室122和气浮发生器110之间以有助 于通过气浮发生器110控制所生成的气浮的颗粒尺寸。
原料108放置在气浮发生器110中。气浮由原料108生成并经过喷嘴106 输送至处理区124中。气浮用于在衬底132上形成抗等离子体层。在一个实施 方式中，原料108可为细陶瓷颗粒、细金属颗粒或细合成物颗粒。在另一实施 方式中，原料108可以是具有直径约0.05pm和约3pm之间，例如小于2拜 的陶瓷颗粒。在又一实施方式中，原料108可以是具有耐等离子体腐蚀性质的 稀土材料和/或稀土氧化物。在示例性实施方式中，原料108可以是含超细钇 颗粒，诸如钇氧化物(Y203)颗粒、块状钇(Y)颗粒或钇(Y)合金，并具 有在约0.05)im和约3^im之间的平均直径，例如小于2pm，诸如lpm。在又一 实施方式中，原料108可以是与金属颗粒混合的含超细钇颗粒。适合的金属颗
粒包括铝(Al)、镁(Mg)、钛(Ti)、钽(Ta)等。在腐蚀性等离子体环 境下处理时，由含钇颗粒形成的涂层具有对等离子体良好的耐腐蚀性。在本发 明所示的实施方式中，原料108是具有小于2pm的平均直径的含超细钇颗粒， 诸如0.5^m。
集气筒114和质量流量控制器(MFC) 120经过输送管136依次耦合至气 浮发生器110。集气筒114提供具有足够高压力的载气而将所需量的原料108 以气浮形态喷射到处理腔室122。来自集气筒114的高载气压力形成具有携带 原料108的原料喷气流138，该携带原料108朝衬底表面140分配。喷气流138 中的原料108在衬底表面140上形成抗等离子体腐蚀涂层。气流138的流动和 /或速率可通过质量流量控制器(MFC) 120、载气压力或通过喷嘴106的形状 和/或开口直径来控制。在一个实施方式中，集气筒中提供的载气可为氮气 (N2)、氢气(H2)、氧气(02)、氟气(F2)和诸如氩(Ar)、氦(He)、 氖(Ne)等惰性气体的至少其中之一。
在操作中，原料108，例如具有平均直径小于0.5pm的含钇颗粒，放置在 气浮发生器110中，作为抗等离子体层沉积的源。将来自集气筒114的载气供 应至气浮发生器110中以由原料108形成气浮。对来自集气筒114的载气的压 力和喷射速率进行控制以提供足够的动能和动量而使原料108的颗粒加快进 入处理腔室122。另外地，原料108的压力和喷射速率具有足够的动能和动量 而有助于原料108的颗粒粘接到衬底表面140，而不会有害地损伤下层体衬底 材料。在一个实施方式中，载气的压力可维持在约10Pa和约50Pa之间以及载 气的注入速率可控制在约250米/秒(m/s)和约1750米/秒(m/s)之间。所形 成的原料108的气浮随后供应至处理腔室122中。
在一个实施方式中，处理腔室122的压力可维持为低于气浮发生器110 的压力，从而便于原料108从其注入。在一个实施方式中，处理腔室122的压 力维持在约2Torr和约10Torr之间，以及气浮发生器110的压力可维持在约 10Pa和约50Pa之间。可选地，处理腔室122和气浮发生器110之间的压力差 可控制在约10Pa和约100Pa之间的范围内，诸如约25Pa和约75Pa而促进含 超细钇颗粒108的气浮流动。
原料108的气浮以足够的能量撞击衬底表面140而移除衬底表面140上如 果存在的污染物或杂质。由于相互碰撞的结果，原料108和衬底表面140之间
的碰撞激活衬底表面140。随后，原料108的颗粒撞击衬底表面140并牢固地 粘接在其上，从而在衬底表面140上涂覆和/或沉积抗等离子体层。
定位在衬底固定器102上的衬底132维持在基本类似于相邻环境的低温下 以消除处理期间的温度变化。在一个实施方式中，衬底132维持在基本类似于 相邻环境的室温。在另一实施方式中，衬底132维持在约0摄氏度和约50摄 氏度之间的温度下，诸如在约10摄氏度和约40摄氏度之间，例如约25摄氏 度。衬底132的低且稳定的处理温度防止衬底132在沉积期间经历过大的温度 变化、热冲击和/热膨胀，从而使涂层和下层表面之间所产生的应力最小。持 续的低温防止衬底表面140的微结构和表面粗糙度受到热破坏，并因此提供均 匀并连续的衬底表面条件，其致使生成牢固且长效的保护层。
维持向衬底132的原料108输送直到达到抗等离子体层的预期厚度。在一 个实施方式中，抗等离子体层具有在约lpm和约500nm之间的厚度。
图2示出了使用图1所示的装置100或其它适合装置通过应用气浮沉积工 艺在衬底132上涂敷的抗等离子体层202的一个示例性实施方式。衬底132 可为半导体处理腔室的任意部件。在一个实施方式中，部件(例如衬底132) 可为衬底支撑组件、静电夹盘、气体分配板、护板、工艺环、掩模固定器、腔 室盖、气体喷嘴、挡板、泵送管道、腔室衬里和/或壁等。可掩盖部分衬底132 从而仅在衬底132的所选位置上形成保护层202。
通过气浮沉积形成的抗等离子体层202可以是由从气浮发生器110喷射 的原料108组成的陶瓷层。在一个实施方式中，抗等离子体层202是含稀土金 属的材料。例如，稀土金属可为钇(Y)。在另一实施方式中，抗等离子体层 202为含钇的材料，诸如块状钇、氧化钇(￥203)、钇合金、钇-铝-石榴石(YAG) 或其衍生物。在又一实施方式中，抗等离子体层202具有在约98重量百分比 和约99.9重量百分比之间，诸如大于99.5重量百分比钇纯度的含钇材料。在 另一实施方式中，抗等离子体层202具有约0.001g/cn^和约0.01g/cr^之间的 孔率。
可选地，抗等离子体层202可包括混合有Y2O3的金属。 一些金属包括铝 (Al)、镁(Mg)、钛(Ti)、钽(Ta)等。在再一实施方式中，抗等离子 体层202可包括掺杂的Y203。
在气浮沉积期间， 一些原料108可以嵌入在衬底表面140中并在衬底表面 140和抗等离子体层202之间的界面上形成粘接层204。牢固的粘接层204防 止氧化钇(Y203)抗等离子体层在等离子体处理期间破裂、剥离或脱落。在一 个实施方式中，粘接层204可为原料108与衬底部件材料的合金。可选地，粘 接层204可为衬底132的材料与原料108的混合物。在含钇的材料用作原料的 实施方式中，粘接层204可为钇掺杂的界面层。在一个实施方式中，粘接层 204可具有在约0.01|im和约0.2pm之间的厚度。在衬底表面140上沉积的抗 等离子体层202可具有在lnm和约500pm之间的厚度，例如约lpm和约 100fim，诸如约2pm和约30}im。
由原料108形成的抗等离子体层202提供在衬底表面140上的抗等离子体 腐蚀涂层，该涂层可用于保护半导体腔室的部件和/或零件的暴露表面与腐蚀 性等离子体和/或工艺气体隔离。在一个实施方式中，抗等离子体层202为具 有高纯度的氧化钇层(Y203)以使由氧化钇层(Y203)中存在的杂质造成的 腔室污染最小，从而在等离子体处理期间避免潜在的颗粒释放至半导体处理腔 室中。氧化钇层(Y203)具有至少约90体积百分比的氧化钇纯度，诸如至少 约99体积百分比的氧化钇，以及至少约4.3g/cm3的密度。
氧化钇层(Y203)还在等离子体处理期间具有耐腐蚀和/或侵蚀的高硬度。 在一个实施方式中，氧化钇层(￥203)具有约3GPa和约llGPa之间的硬度(维 氏5Kgf)。另外地，氧化钇层(Y203)具有在约2(i-英寸和40(Hi-英寸之间的 表面粗糙度，诸如约16p-英寸，以及约小于0.02百分比的保水性。
由于原料108可提供具有平均直径小于2pm，诸如小于约0.5,的颗粒， 因此所沉积的抗等离子体层202具有在约O.Olpm和约5pm之间的小晶粒尺 寸，诸如约O.Olnm和约lpm之间，例如约O.Oliim和约0.5pm，诸如小于约 O.lpm。抗等离子体层202的小晶粒尺寸基本上消除了在等离子体轰击下的颗 粒生成。而且，小晶粒尺寸提供密集且紧凑的薄膜结构，从而增强耐腐蚀薄膜 性能。在一个实施方式中，氧化钇抗等离子体层202的平均晶粒尺寸为约小于 约O.ljxm。
因此，提供了一种用于在半导体腔室部件/零件上抗等离子体层的低温气 浮沉积方法。低温气浮沉积允许在稳定的低温下在部件上沉积抗等离子体层， 从而改善均匀性、最小化涂层应力，并防止腔室部件在腐蚀性等离子体环境中， 从而增加腔室部件的寿命。
虽然前述涉及本发明的实施方式，但在不偏离本发明的基本范围内可设计 其它和进-步的实施方式，并且本发明的范围由以下权利要求书确定。
权利要求
1.一种用于半导体腔室部件的低温气浮沉积的方法，包括在气浮发生器中形成细颗粒的气浮；将来自所述发生器的所述气浮朝向衬底表面分配至处理腔室中；维持所述衬底温度在约0摄氏度和50摄氏度之间；以及在所述衬底表面上将来自所述气浮中的材料沉积为层。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细颗粒包括稀土金属。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细颗粒包括含钇材料。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述含钇材料包括块状钇 (Y)、钇氧化物(Y203)、钇合金、钇-铝-石榴石(YAG)或金属中混合的氧化钇(Y203)的至少其中之一。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述含钇材料进一歩包括 具有在其中混合有氧化钇(Y203)的金属，其中所述金属为铝(Al)、镁(Mg)、钛(Ti)或钽(Ta)的至少其中之一。
6，根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细颗粒具有在约0.05pm 和约3pm之间的直径。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细颗粒具有小于约2pm 的直径。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述衬底表面上沉积的 所述层为抗等离子体层。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述细颗粒的气浮的 步骤进一步包括将载气提供到所述气浮发生器中；以及 将携带有所述载气的细颗粒喷射至所述处理腔室。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述载气包括Ar、 He、 Xe、 02、 N2和H2的至少其中之一。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，提供载气的所述步骤进 一步包括维持所述气浮发生器中的所述载气的压力在约10Pa和约50Pa之间。
12. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，喷射所述细颗粒的气浮的所述歩骤进一歩包括将所述细颗粒的所述气浮以在约250m/s和约1750m/s之间的速率朝所述 衬底表面输送。
13. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述衬底表面上所沉积 的所述层具有在约liim和约100pm之间的厚度。
14. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述衬底表面上所沉积 的所述层具有在约0.01pm和约lpm之间的晶粒尺寸。
15. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述衬底表面上沉积所 述成的步骤进一步包括在所述衬底表面中形成粘接层。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述粘接层具有在约 0.01pm和约0.2(im之间的厚度。
17. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底为在半导体等离 子体处理腔室中使用的部件/或零件。
18. —种用于半导体腔室部件的低温气浮沉积的方法，包括 在气浮发生器中形成细颗粒的气浮；将来自所述发生器的所述气浮朝向衬底表面分配至处理腔室中； 维持所述衬底温度在约0摄氏度和50摄氏度之间；以及在所述衬底表面上沉积含稀土金属的层。
19. 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述细颗粒具有小于约 2,的直径。
20. 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述含稀土金属的层为 含钇的材料。
21. —种用于半导体腔室部件的低温气浮沉积的方法，包括 在气浮发生器中形成具有小于2pm直径的细颗粒的气浮； 将来自所述发生器的所述气浮朝衬底表面分配至处理腔室中； 维持所述衬底温度在约0摄氏度和约50摄氏度之间；以及 在所述衬底表面上沉积含稀土金属的层。
22. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述含稀土金属的层为 含钇材料。
全文摘要
本发明的实施方式提供一种在半导体腔室部件/零件上抗等离子体层的低温气浮沉积方法。在一个实施方式中，用于低温气浮沉积的方法包括在气浮发生器中形成细颗粒的气浮，将来自发生器的所述气浮朝向衬底表面分配至处理腔室中，维持所述衬底温度在约0摄氏度和50摄氏度之间，以及在所述衬底表面上沉积来自所述气浮中的材料的层。
文档编号C23C24/00GK101168842SQ20071016384
公开日2008年4月30日 申请日期2007年9月30日 优先权日2006年10月23日
发明者埃尔米拉·赖亚博瓦, 塞恩·撒奇, 熹·朱, 珍妮弗·Y·孙, 西姆仁·L·卡茨 申请人:应用材料股份有限公司