专利名称：抗刻蚀层、半导体处理装置及制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及抗刻蚀层、半导体处理装置及其制作方法。
背景技术：
MOCVD是金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition)的英文缩写。MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。它以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种III-V族、II-VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常MOCVD系统中的晶体生长都是在常压或低压(lO-lOOTorr)的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行，并采用H2作为载气 (Carrier Gas)，衬底温度为500-1200°C，用射频感应加热石墨基座(衬底基片在石墨基座上方)，吐通过温度可控的液体源鼓泡方式携带金属有机物到生长区。具体请结合图1所示的现有的MOCVD内部结构示意图。处理腔室40内具有加热石墨基座20，所述加热石墨基座20上放置若干待处理基片30，喷淋头(shower head, SH) 10 与所述加热石墨基座20和待处理基片30相对放置，所述喷淋头10的材质为不锈钢等材质，所述喷淋头10中具有多个孔洞，该喷淋头10通过所述空洞将气态物质喷洒于待处理基片30上方，在所述待处理基片30上方发生化学反应，形成的反应物质沉积在所述待处理基片30上，形成外延层。在申请号为US20050136188的美国专利申请中可以发现更多关于现有的MOCVD设
备的信息。在实际中发现，在MOCVD设备的工艺过程中，由于源物质堆积、源物质之间发生化学反应生成的反应物质堆积等原因，引起MOCVD设备腔室内部以及MOCVD设备内的处理部件被上述源物质或反应物质沾污，现有技术采用原位化学清洁方法定期对MOCVD设备的处理腔室进行清洁。其中所述原位化学清洁方法为在MOCVD设备的处理腔室内形成含有酸性离子或碱性离子的等离子体，利用所述等离子体对MOCVD设备的处理腔室以及可能会受到污染的处理部件的表面进行清洁，通过所述等离子体与源物质或反应物质发生反应将所述源物质或反应物质去除。在实际中发现，上述原位化学清洁方法中使用的等离子体在去除所述源物质或反应物质的同时，会损伤MOCVD设备腔室的内部以及处理部件暴露于等离子体下的表面，从而会降低MOCVD设备腔室和处理部件的使用寿命，增加用户的使用成本。
发明内容
本发明解决的问题是提供了一种抗刻蚀层、半导体处理装置及其制作方法，在 MOCVD设备的反应腔室的表面和处理部件暴露于等离子体的表面形成抗刻蚀层，消除或降低现有的MOCVD设备的反应腔室和处理部件受到的等离子体损伤的影响，提高MOCVD设备腔室和处理部件的使用寿命，从而降低用户的使用成本。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种半导体处理装置，包括处理腔室，所述处理腔室用于通入源气体，对放置于处理腔室内的基片进行相应处理，且所述处理腔室还用于容纳等离子体，所述处理腔室内具有多个处理部件，还包括抗刻蚀层，覆盖于所述处理腔室和/或处理部件的暴露于等离子体的表面，所述抗刻蚀层用于抵抗等离子体的刻蚀和保护所述处理腔室和/或处理部件，所述抗刻蚀层的材质为陶瓷材质。可选地，所述陶瓷材质为&03、A1203、YAG、YF3> Er2O3> Gd2O3> RhO2, lr203> ZrO2^AlN, SiC、Si3N4中的一种或者其中的组合。可选地，所述处理腔室和/或所述处理部件的材质与所述抗刻蚀层的材质相同或者不相同。可选地，所述半导体处理装置为MOCVD设备、等离子体刻蚀设备或等离子体增强化学气相沉积设备。一种半导体处理装置的制作方法，包括提供处理腔室或处理部件，所述处理腔室用于通入源气体，对放置于处理腔室内的基片进行相应处理，所述处理腔室还用于容纳等离子体和所述处理部件；在所述处理腔室和/或所述处理部件的暴露于等离子体的表面形成抗刻蚀层，所述抗刻蚀层用于抵抗等离子体刻蚀和保护所述处理腔室和/或处理部件，所述抗刻蚀层的材质为陶瓷材质。可选地，所述陶瓷材质为&03、A1203、YAG、YF3> Er2O3> Gd2O3> RuO2, lr203> ZrO2^AlN, SiC、Si3N4中的一种或者其中的组合。可选地，所述处理腔室和/或所述处理部件的材质与所述抗刻蚀层的材质相同或者不相同。可选地，所述半导体处理装置为MOCVD设备、等离子体刻蚀设备或等离子体增强化学气相沉积设备。可选地，所述抗刻蚀层的制作方法为等离子体喷涂工艺、化学气相沉积工艺、等离子体增强化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、化学溶胶凝胶工艺、化学湿法涂层工艺或者其中的组合。相应地，本发明还提供一种抗刻蚀层，用于抵抗等离子体刻蚀，所述抗刻蚀层的材质为陶瓷材质，所述陶瓷材质为 A03、Al203、YAG、YF3、Er203、Gd203、Ru02、Ir203、Zr02、AlN、SiC、 Si3N4中的一种或者其中的组合。可选地，所述抗刻蚀层制作方法为等离子体喷涂工艺、化学气相沉积工艺、等离子体增强化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、化学溶胶凝胶工艺、化学湿法涂层工艺或者其中的组合。与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点本发明实施例在半导体处理装置的处理腔室和/或处理部件的暴露于等离子体的表面形成抗刻蚀层，从而在进行原位化学清洁时，该抗刻蚀层能抵抗等离子体的刻蚀，并且能够保护处理腔室和/或处理部件，减小等离子体对所述处理腔室和/或处理部件的表面损伤，提高所述处理腔室和/或处理部件的使用寿命，降低用户的使用成本；进一步地，在本发明的可选实施例中，所述处理腔室和/或所述处理部件的材质与所述抗刻蚀层的材质相同，从而所述处理腔室和/或所述处理部件能够更好地抵抗等离子体的刻蚀；进一步地，在本发明的可选实施例中所述处理腔室和/或所述处理部件的材质与所述抗刻蚀层的材质也可以不相同，从而在所述抗刻蚀层使用一段时间后，可以利用化学机械研磨、清洗、刻蚀或者机械的方法将抗刻蚀层去除，然后重新在所述处理腔室和/或所述处理部件的表面形成新的抗刻蚀层，以更好地保护处理腔室和/或处理部件，延长所述处理腔室和/或处理部件的使用寿命，从而进一步降低用户的使用成本。
图1是现有的MOCVD设备的结构示意图；图2是本发明的半导体处理装置的制作方法流程示意图；图3是本发明一个实施例的用于测试抗刻蚀层的刻蚀速率的喷淋头结构示意图。
具体实施例方式对于利用等离子进行工艺处理的设备，例如等离子体刻蚀设备、等离子体增强化学气相沉积设备、MOCVD设备(M0CVD设备利用等离子体对处理腔室和处理部件进行原位清洁)，其处理腔室和处理部件容易受到等离子体的损伤的问题，本发明实施例提出一种半导体处理装置，包括
包括处理腔室，所述处理腔室用于通入源气体，对放置于处理腔室内的基片进行相应处理，且所述处理腔室还用于容纳等离子体，所述处理腔室内具有多个处理部件，还包括抗刻蚀层，覆盖于所述处理腔室和/或处理部件的暴露于等离子体的表面，所述抗刻蚀层用于抵抗等离子体的刻蚀和保护所述处理腔室和/或处理部件。本发明所述的半导体处理装置为处理腔室内能够产生等离子体并且该等离子体可能对处理腔室和/或处理腔室内的处理部件产生等离子体损伤的任何半导体处理装置，例如，所述半导体处理装置可以为等离子体刻蚀设备、等离子体增强化学气相沉积设备、MOCVD设备等。所述处理腔室通常为真空腔室，所述处理腔室内能够通入源气体作为反应气体，并且能够产生等离子体。所述处理部件是指位于处理腔室内部的所有组成部件，例如喷淋头(showerhead，SH)、 加热台(heater)等，所述处理部件中暴露于等离子体环境中的部分以及所述处理腔室的表面容易受到等离子体的损伤。作为一个实施例，所述半导体处理装置为MOCVD设备，由于MOCVD设备的沉积工艺通常是在高温(500 1200摄氏度)环境下进行的长时间(6 9小时)工艺，因此，对其处理腔室和处理部件的质量要求更高。在利用等离子体对处理腔室和/或处理部件进行清洁时，若损伤处理腔室和/或处理部件，更容易降低产品的良率并且可能导致MOCVD设备的故障(会影响MOCVD设备的利用率)。所述处理腔室和处理部件的材质、形状、结构、加工方法和制作方法均与现有技术相同，其中所述处理腔室和处理部件的材质可以为陶瓷材料或合金材料。本实施例中，所述处理腔室和处理部件的材质为合金材料，因为合金材料具有硬度大，高温性能稳定、加工制作容易等优点。本发明所述的用于制作处理腔室和处理部件的合金材料可以为铝合金或不
5锈钢等材料。与铝合金相比，不锈钢的熔点高、高温下组织结构稳定，因此本实施例中，所述处理腔室和处理部件的合金材料为不锈钢，所述不锈钢可以为各种不同型号的不锈钢，例如SS316L、SS304等，本领域技术人员可以进行具体的选择。本发明所述的抗刻蚀层的材质为陶瓷材质。所述陶瓷材质为103、A1203、YAG、YF3、 Er203、Gd203、Ru02、Ir203、Zr02、AlN、SiC、Si3N4中的一种或者其中的组合，或者所述陶瓷材料也可以为上述材料与其它材料的组合。在本发明的一个实施例中，所述处理腔室和/或处理部件的材质为不锈钢，该不锈钢的型号为SS316L。在本发明的又一实施例中，所述处理腔室和/或所述处理部件的材质与所述抗刻蚀层的材质相同，即所述处理腔室和/或所述处理部件可以利用与所述抗刻蚀层的材质相同的材质制作，从而形成块状的处理腔室和/或处理部件，无需在处理腔室和/或处理部件制作后，专门在所述处理腔室和/或处理部件表面形成抗刻蚀层，并且也不需要考虑处理腔室和/或处理部件与抗刻蚀层之间的应力和结合强度的问题。需要说明的是，虽然所述抗刻蚀层可以抵抗等离子体刻蚀，但是长期使用仍然会造成抗刻蚀层的厚度不均、结构被破坏或表面沾污等情况，此时，可以进行测试，获得在特定的等离子体和处理腔室、源气体的环境下，等离子体对某一抗刻蚀层的刻蚀速率，基于该刻蚀速率可以获得抗刻蚀层的厚度和使用周期(所述使用周期=抗刻蚀层的厚度/等离子体对抗刻蚀层的刻蚀速率)，在抗刻蚀层的使用周期结束前，重新在处理腔室和/或处理部件上形成新的抗刻蚀层，抗刻蚀层的形成方法以及等离子体对某一抗刻蚀层的刻蚀速率的获得方法在后续将会说明。相应地，本发明还提供一种半导体处理装置的制作方法，请参考图2所示的本发明的半导体处理装置的制作方法流程图，所述半导体处理装置包括步骤Si，提供处理腔室或处理部件，所述处理腔室用于通入源气体，对放置于处理腔室内的基片进行相应处理，所述处理腔室还用于容纳等离子体和所述处理部件；步骤S2，在所述处理腔室和/或所述处理部件的暴露于等离子体的表面形成抗刻蚀层，所述抗刻蚀层用于抵抗等离子体刻蚀和保护所述处理腔室和/或处理部件。其中，本发明所述的半导体处理装置为其处理腔室内能够产生等离子体并且该等离子体可能对处理腔室和/或处理腔室内的处理部件产生等离子体损伤的任何半导体处理装置，例如，所述半导体处理装置可以为等离子体刻蚀设备、等离子体增强化学气相沉积设备、MOCVD设备等。所述处理腔室通常为真空腔室，所述处理腔室内能够通入源气体作为反应气体，并且能够产生等离子体。所述处理部件是指位于处理腔室内部的所有组成部件， 例如喷淋头(showerhead，SH)、加热台(heater)等，所述处理部件中暴露于等离子体环境中的部分以及所述处理腔室的表面容易受到等离子体的损伤。作为一个实施例，所述半导体处理装置为MOCVD设备。所述处理腔室为MOCVD设备的处理腔室，所述处理部件至少包括MOCVD设备的工艺腔室内的喷淋头和加热台。本发明所述的处理腔室和处理部件的制作方法与现有技术相同，作为本领域技术人员的公知技术，在此不做详细的说明。本发明所述抗刻蚀层的材质为陶瓷材质。所述陶瓷材质为&03、A1203、YAG、YF3、 Er203、Gd203、Ru02、Ir203、Zr02、AlN、SiC、Si3N4中的一种或者其中的陶瓷与其它材料的组合。在本发明的一个实施例中，所述处理腔室和/或所述处理部件的材质与所述抗刻蚀层的材质相同，即利用所述陶瓷材质制作块状的处理腔室和/或处理部件，这样可以使在处理腔室和/或处理部件表面上形成的抗刻蚀层具有良好的结合力，从而提高形成部件的表面质量。在本发明的一个实施例中，所述抗刻蚀层的制作方法为等离子体喷涂(热喷涂) 工艺制作。在本发明的又一实施例中，所述抗刻蚀层制作方法也可以为化学气相沉积工艺、 等离子体增强化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、化学溶胶凝胶工艺或化学湿法涂层工艺等，本领域技术人员可以根据实际情况进行灵活的选择。相应地，本发明还提供一种抗刻蚀层，用于抵抗等离子体刻蚀，所述材料层的材质为陶瓷材料，所述陶瓷材质为 103、A1203、YAG、YF3> Er2O3> Gd2O3> RuO2, lr203> ZrO2, A1N、SiC、 Si3N4中的一种或者其中的陶瓷与其它材料的组合。发明人进行了相关实验，验证采用本发明实施例给出的抗刻蚀层可以有效保护处理腔室和/或处理部件，并且获得对于特定的半导体处理设备、特定的等离子体等的情况下对特定的抗刻蚀层的刻蚀速率。以MOCVD设备为例，以MOCVD设备的喷淋头作为测试对象，且所述喷淋头的材质为不锈钢。具体地，请结合图3所示的本发明一个实施例的用于测试抗刻蚀层的刻蚀速率的喷淋头结构示意图。喷淋头100的中部具有多个孔1001，在所述喷淋头100的外部，放置三个测试样本，分别是第一测试样本101、第二测试样本102和第三测试样本103。各个测试样本的表面的中心与所述喷淋头100的中心的距离相同。所述第一测试样本101、第二测试样本102和第三测试样本103的制作方法包括 首先，提供3个基本样本，所述基本样本的材质与所述喷淋头100的材质相同，且所述3个基本样本的形状、大小和加工方法相同，作为一个实施例，所述基本样本的材质为SS316L ； 然后，在其中2个基本样本的表面形成不同的抗刻蚀层，但2个基本样本的抗刻蚀层表面的一半面积覆盖硅片，而另一半面积的表面裸露；而剩余的1个基本样本的一半的面积的表面裸露，另一半的面积的表面覆盖硅片。上述3个基本样本的表面覆盖硅片的位置相同。例如，在第一个基本样本的表面上形成第一抗刻蚀层，第一抗刻蚀层的一半面积的表面1011 裸露，另一半面积的表面1012覆盖硅片，将该第一个基本样本作为第一测试样本101，作为一个实施例，所述第一抗刻蚀层1011的材质为Y2O3 ；第二个基本样本的表面上形成第二抗刻蚀层，第二抗刻蚀层的一半面积的表面1021裸露，另一半面积的表面1022覆盖硅片，将该第二个基本样本作为第二测试样本102，作为一个实施例，所述第二抗刻蚀层1021的材质为Al2O3 ；第三个基板样本的一半的面积的表面1031裸露，另一半面积的表面1032覆盖硅片，利用该第三个基本样本作为第三测试样本103。测试时，将所述各个测试样品连同喷淋头100—起安装于MOCVD设备中，所述 MOCVD的处理腔室进行采用HCl和Ar的混合气体产生酸性等离子体，所述混合气体的流量比范围为0.6 1 1.4 1，处理腔室的压力范围为0 1.5托，所述流速范围为0.3 0. Sslm，产生等离子体的射频电源的频率为低频信号(频率范围为10 20MHz)，射频功率范围为1000 2000瓦，测试时的工艺腔室内的温度范围为300 700摄氏度，加热距离范围为10 22毫米，在上述条件下产生等离子体进行测试，测试时间大于至少为8小时。根据上述测试条件，分别根据第一测试样本101和第二测试样本102表面上的抗刻蚀层的厚度的减小量，以及所述第三测试样本103的未覆盖硅片的表面1031的材质(即不锈钢SS316L)厚度的减小量，结合测试时间，测试上述测试条件下等离子体对第一测试样本101上的第一抗刻蚀层1011和第二测试样本102上的第二抗刻蚀层1021的刻蚀速率以及第三测试样本103的未覆盖硅片的区域1031(即不锈钢材质SS316L)的刻蚀速率，然后计算所述第一抗刻蚀层1011和第二抗刻蚀层1021相对所述第三测试样本103的未覆盖硅片的区域1031的材质(即不锈钢材质)的相对刻蚀速率，结果为对于第三测试样本103 的材质为SS316L，材质为AO3的第一抗刻蚀层1011的相对刻蚀速率仅为SS316L的12. 0%， 材质为Al2O3的第二抗刻蚀层1021的相对刻蚀速率仅为SS316L的22. 5%。根据上述相对刻蚀速率，采用同样的等离子体进行刻蚀工艺，无论采用第一抗刻蚀层1011的IO3或第二抗刻蚀层1021的Al2O3，其刻蚀速率均远小于不锈钢层的刻蚀速率，因此所述抗刻蚀层具有良好的抵抗等离子体刻蚀的能力，因此，可以用于对处理腔室和或处理部件的保护。发明人进行的其他相关实验还证明，采用IO3的陶瓷材料的相对刻蚀速率为 SS316L的11%，而Al203的陶瓷材料的相对刻蚀速率为SS316L的20%。综上，本发明实施例在半导体处理装置的处理腔室和/或处理部件的暴露于等离子体的表面形成抗刻蚀层，从而在进行原位化学清洁时，该抗刻蚀层能抵抗等离子体的刻蚀，并且能够保护处理腔室和/或处理部件，减小等离子体对所述处理腔室和/或处理部件的表面损伤，提高所述处理腔室和/或处理部件的使用寿命，降低用户的使用成本；进一步地，在本发明的可选实施例中，所述处理腔室和/或所述处理部件的材质与所述抗刻蚀层的材质相同，从而所述处理腔室和/或所述处理部件能够更好地抵抗等离子体的刻蚀；进一步地，在本发明的可选实施例中所述处理腔室和/或所述处理部件的材质与所述抗刻蚀层的材质也可以不相同，从而在所述抗刻蚀层使用一段时间后，可以利用化学机械研磨、清洗、刻蚀或者机械的方法将抗刻蚀层去除，然后重新在所述处理腔室和/或所述处理部件的表面形成新的抗刻蚀层，以更好地保护处理腔室和/或处理部件，延长所述处理腔室和/或处理部件的使用寿命，从而进一步降低用户的使用成本。虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种半导体处理装置，包括处理腔室，所述处理腔室用于通入源气体，对放置于处理腔室内的基片进行相应处理，且所述处理腔室还用于容纳等离子体，所述处理腔室内具有多个处理部件，其特征在于，还包括抗刻蚀层，覆盖于所述处理腔室和/或处理部件的暴露于等离子体的表面，所述抗刻蚀层用于抵抗等离子体的刻蚀和保护所述处理腔室和/或处理部件，所述抗刻蚀层的材质为陶瓷材质。
2.如权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于，所述陶瓷材质为103、A1203、YAG、 YF3> Er203> Gd203、RhO2, lr203> ZrO2, A1N、SiC、Si3N4 中的一种或者其中的组合。
3.如权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于，所述处理腔室和/或所述处理部件的材质与所述抗刻蚀层的材质相同或者不相同。
4.如权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于，所述半导体处理装置为MOCVD设备、等离子体刻蚀设备或等离子体增强化学气相沉积设备。
5.一种半导体处理装置的制作方法，包括提供处理腔室或处理部件，所述处理腔室用于通入源气体，对放置于处理腔室内的基片进行相应处理，所述处理腔室还用于容纳等离子体和所述处理部件；其特征在于，还包括在所述处理腔室和/或所述处理部件的暴露于等离子体的表面形成抗刻蚀层，所述抗刻蚀层用于抵抗等离子体刻蚀和保护所述处理腔室和/或处理部件，所述抗刻蚀层的材质为陶瓷材质。
6.如权利要求5所述的半导体处理装置的制作方法，其特征在于，所述陶瓷材质为 Y2O3> A1203、YAG、YF3> Er2O3> Gd2O3> RuO2, lr203> ZrO2, A1N、SiC、Si3N4 中的一种或者其中的组口 O
7.如权利要求5所述的半导体处理装置的制作方法，其特征在于，所述处理腔室和/或所述处理部件的材质与所述抗刻蚀层的材质相同或者不相同。
8.如权利要求5所述的半导体处理装置的制作方法，其特征在于，所述半导体处理装置为MOCVD设备、等离子体刻蚀设备或等离子体增强化学气相沉积设备。
9.如权利要求5所述的半导体处理装置的制作方法，其特征在于，所述抗刻蚀层的制作方法为等离子体喷涂工艺、化学气相沉积工艺、等离子体增强化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、化学溶胶凝胶工艺、化学湿法涂层工艺或者其中的组合。
10.一种抗刻蚀层，用于抵抗等离子体刻蚀，其特征在于，所述抗刻蚀层的材质为陶瓷材质，所述陶瓷材质为 A03、Al203、YAG、YF3、Er203、Gd203、Ru02、Ir203、Zr02、AlN、SiC、Si3N4 中的一种或者其中的组合。
11.如权利要求10所述的抗刻蚀层，其特征在于，所述抗刻蚀层制作方法为等离子体喷涂工艺、化学气相沉积工艺、等离子体增强化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、化学溶胶凝胶工艺、化学湿法涂层工艺或者其中的组合。
全文摘要
本发明实施例提供一种抗刻蚀层、半导体处理装置及其制作方法，所述半导体处理装置包括处理腔室，所述处理腔室用于通入源气体，对放置于处理腔室内的基片进行相应处理，且所述处理腔室还用于容纳等离子体，所述腔室内具有多个处理部件，所述半导体处理装置还包括抗刻蚀层，覆盖于所述处理腔室和/或处理部件的暴露于等离子体的表面，所述抗刻蚀层用于抵抗等离子体的刻蚀和保护所述处理腔室和/或处理部件。本发明利用抗刻蚀层对处理腔室和处理部件进行保护，防止所述处理腔室和处理部件受到等离子体的损伤，并提高处理腔室和处理部件的使用寿命。
文档编号C23C30/00GK102260855SQ20111021014
公开日2011年11月30日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者万磊, 倪图强, 杨平, 贺小明 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司