一种上部电极及其制造方法和干法刻蚀设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种上部电极及其制造方法和干法刻蚀设备。所述上部电极包括上部电极主体，其上设置有电极气体流出孔。所述上部电极主体的表面覆盖有离子晶体层，离子晶体层的表面覆盖有原子晶体层。所述方法包括在上部电极主体上设置电极气体流出孔，在上部电极主体的表面形成离子晶体层，在离子晶体层的表面形成原子晶体层。本发明提供的上部电极的表面氧化膜为原子晶体，由于原子晶体的化学性质稳定、耐高温而且莫氏硬度大，使得上部电极能够有效避免反应生成物的粘附以及电极气体流出孔的腐蚀，从而延长上部电极的使用寿命，同时避免发生工艺不良的情况。
【专利说明】一种上部电极及其制造方法和干法刻蚀设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体加工【技术领域】，尤其涉及一种上部电极及其制造方法和干法刻 蚀设备。
【背景技术】
[0002] 干法刻蚀是一种利用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。上部电极是干法刻蚀设备的 主要部件。现有技术中上部电极主体采用金属材料制成，一般为镁铝合金。图1为现有技 术中上部电极的结构示意图。如图1所示，上部电极100包括上部电极主体120和离子晶 体层140。上部电极主体120上分布着电极气体流出孔160,在上部电极主体120的表面通 过阳极氧化工艺生成离子晶体层140, 一般为伽马型氧化铝（γ-Α1203)层。经过阳极氧化 工艺后，离子晶体层140的厚度为40-60 μ m。
[0003] 现有技术中上部电极的表面氧化膜为离子晶体，因而上部电极的表面容易附着反 应生成物。另外，由于电极气体流出孔的氧化速率偏底，导致电极气体流出孔部位形成的氧 化膜偏薄，在气体腐蚀下上部电极很容易产生电极气体流出孔堵塞的问题，这样会影响到 产品良率。通常为了避免上述问题的发生，需要定期更换上部电极。因此，现有技术中上部 电极的使用寿命短，容易发生工艺不良的现象。
【发明内容】
[0004] 为解决上述问题，本发明提供一种上部电极及其制造方法和干法刻蚀设备，用于 解决现有技术中上部电极使用寿命短，容易发生工艺不良的问题。
[0005] 为此，本发明提供一种上部电极，包括上部电极主体，所述上部电极主体上设置有 电极气体流出孔。所述上部电极主体的表面覆盖有离子晶体层，离子晶体层的表面覆盖有 原子晶体层。
[0006] 优选的，所述原子晶体层为阿尔法型氧化铝层。
[0007] 优选的，所述离子晶体层的厚度为30-50 μ m。
[0008] 优选的，所述原子晶体层的厚度为30-40 μ m。
[0009] 本发明还提供一种干法刻蚀设备，包括上述的任意一种上部电极。
[0010] 本发明还提供一种上部电极的制造方法，所述方法包括：
[0011] 在上部电极主体上设置电极气体流出孔；
[0012] 在上部电极主体的表面形成离子晶体层；
[0013] 在离子晶体层的表面形成原子晶体层。
[0014] 优选的，所述在上部电极主体的表面形成离子晶体层的步骤包括：
[0015] 通过阳极氧化工艺在所述上部电极主体的表面形成所述离子晶体层。
[0016] 优选的，所述通过阳极氧化工艺在所述上部电极主体的表面形成所述离子晶体层 的步骤包括：
[0017] 利用硫酸、草酸或者两者的混合液在所述上部电极主体的表面进行阳极氧化工 艺，以形成所述离子晶体层。
[0018] 优选的，所述在离子晶体层的表面形成原子晶体层的步骤包括：
[0019] 通过溅射工艺在所述离子晶体层的表面形成所述原子晶体层。
[0020] 优选的，所述通过溅射工艺在离子晶体层的表面形成原子晶体层的步骤包括：
[0021] 对所述离子晶体层的表面进行溅射；
[0022] 对所述电极气体流出孔进行溅射，以形成所述原子晶体层。
[0023] 本发明具有下述有益效果：
[0024] 本发明提供的实施例中，上部电极的表面氧化膜为原子晶体，由于原子晶体的化 学性质稳定、耐高温而且莫氏硬度大，使得上部电极能够有效避免反应生成物的粘附以及 电极气体流出孔的腐蚀，因此，本发明提供的上部电极使用寿命长，同时能够避免发生工艺 不良的情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为现有技术中上部电极的结构示意图；
[0026] 图2为本发明实施例一提供的一种上部电极的结构示意图；
[0027] 图3为图2所示上部电极的局部俯视图；
[0028] 图4为图3所示上部电极的A-A剖视图；
[0029] 图5为本发明实施例三提供的一种上部电极的制造方法的流程图。
【具体实施方式】
[0030] 为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提 供的上部电极及其制造方法和干法刻蚀设备进行详细描述。
[0031] 图2为本发明实施例一提供的一种上部电极的结构示意图。如图2所示，上部电 极100包括上部电极主体120,其上设置有电极气体流出孔160。上部电极主体120的表面 覆盖有离子晶体层140,优选的，离子晶体层140为采用阳极氧化工艺生成的伽马型氧化铝 (Y-A1 203)层。离子晶体层140的表面覆盖有原子晶体层180。优选的，原子晶体层180为 阿尔法型氧化铝（α-Α1 203)层。
[0032] 需要说明的是：电极气体流出孔160形成于上部电极主体120上，且电极气体流出 孔160贯穿离子晶体层140以及原子晶体层180,因此图2中从原子晶体层180上可以看出 电极气体流出孔160,而且此种情况将由图3和图4明确示出。
[0033] 图3为图2所示上部电极的局部俯视图。如图3所示，电极气体流出孔160的表面 覆盖有离子晶体层140。优选的，离子晶体层140的厚度为30-50 μ m。离子晶体层140的 表面覆盖有原子晶体层180。优选的，原子晶体层180的厚度为30-40 μ m。由原子晶体构 成的原子晶体层化学性质稳定、耐高温而且莫氏硬度大，使得电极气体流出孔能够有效避 免反应生成物的粘附以及电极气体流出孔的腐蚀，从而延长上部电极的使用寿命，同时避 免发生工艺不良的情况。本发明提供的上部电极的使用寿命为现有技术中上部电极的4-5 倍，而且还提高了设备稼动率。
[0034] 图4为图3所示上部电极的A-A剖视图。如图4所示，上部电极主体上设置有电 极气体流出孔160。上部电极主体120的表面覆盖有离子晶体层140,离子晶体层140的表 面覆盖有原子晶体层180。在一个实施例中，电极气体流出孔160是圆形孔。在另一个实施 例中，电极气体流出孔160是方形孔。在实际应用中，电极气体流出孔160还可以是其它任 意的规则形状，例如，椭圆形或正多边形。当然，电极气体流出孔160也可以是其它任意的 不规则形状。
[0035] 在一个实施例中，电极气体流出孔160呈矩阵分布。优选的，电极气体流出孔160 分布密度均匀，相邻电极气体流出孔160之间的距离相等。在一个实施例中，电极气体流出 孔160分布密度不均匀。优选的，每相邻两行电极气体流出孔160之间的行距不相等。优 选的，每相邻两列电极气体流出孔160之间的列距不相等。
[0036] 在一个实施例中，电极气体流出孔160呈圆周分布。优选的，电极气体流出孔160 均匀分布在以上部电极中心为圆心的多个圆周上，电极气体流出孔160随着与上部电极中 心距离的增大，其孔径增大和/或与相邻通气孔间距减小。通过改变电极气体流出孔160 的结构和位置，使工艺气体进入工艺腔室更加均匀，形成等密度均匀的等离子体，达到改善 刻蚀均一性，延长上部电极使用寿命的目的。
[0037] 本发明实施例二还提供了一种干法刻蚀设备，所述干法刻蚀设备包括上部电极。 该上部电极采用上述实施例一提供的上部电极，此处不再赘述。
[0038] 本实施例提供的干法刻蚀设备具有上部电极，所述上部电极的表面覆盖有由原子 晶体构成的原子晶体层，其化学性质稳定、耐高温而且莫氏硬度大，使得电极气体流出孔能 够有效避免反应生成物的粘附以及电极气体流出孔的腐蚀，从而延长上部电极的使用寿 命，同时避免发生工艺不良的情况。本发明提供的上部电极的使用寿命为现有技术中上部 电极的4-5倍，而且还提高了设备稼动率。
[0039] 图5为本发明实施例三提供的一种上部电极的制造方法的流程图。如图5所示， 所述方法包括：
[0040] 步骤51、在上部电极主体上设置电极气体流出孔。
[0041] 在一个实施例中，所述上部电极主体采用金属合金制造。优选的，所述上部电极主 体采用铝镁合金。
[0042] 步骤52、在上部电极主体的表面形成离子晶体层。
[0043] 在一个实施例中，通过阳极氧化工艺在上部电极主体120的表面形成离子晶体层 140。优选的，利用酸液在上部电极主体120的表面进行阳极氧化工艺，以形成离子晶体层 140。更优选的，上述酸液包括硫酸、草酸或者两者的混合酸液。在实际应用中，该酸液还可 以为其它酸液和混合酸液，例如，乙酸。
[0044] 在一个实施例中，离子晶体层为采用阳极氧化工艺生成的伽马型氧化铝层。在伽 马型氧化铝的晶格中，氧离子近似为立方紧密堆积，Al3+不规则地分布在由氧离子围成的八 面体和四面体空隙之中。伽马型氧化铝是一种多孔性物质，每克的内表面积高达数百平方 米，活性高吸附能力强。
[0045] 步骤53、在离子晶体层的表面形成原子晶体层。
[0046] 在一个实施例中，通过溅射工艺在离子晶体层140的表面形成原子晶体层180。优 选的，所述溅射工艺包括两道工序：对离子晶体层140的表面进行溅射，对电极气体流出孔 160进行溅射，通过上述两道工序形成原子晶体层180。上述溅射工艺能够保证溅射形成的 原子晶体层具有均一性，使得上部电极更加有效地避免反应生成物的粘附以及电极气体流 出孔的腐蚀，从而延长上部电极的使用寿命，同时避免发生工艺不良的情况。
[0047] 在一个实施例中，原子晶体层为通过溅射工艺形成的阿尔法型氧化铝层。在阿尔 法型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，Al 3+对称地分布在氧离子围成的八面体配位 中心，晶格能很大，故化学性质稳定、熔点沸点很高而且莫氏硬度大。
[0048] 本实施例提供的上部电极制造方法中，由原子晶体构成的原子晶体层化学性质稳 定、耐高温而且莫氏硬度大，使得电极气体流出孔能够有效避免反应生成物的粘附以及电 极气体流出孔的腐蚀，从而延长上部电极的使用寿命，同时避免发生工艺不良的情况。本 发明提供的上部电极的使用寿命为现有技术中上部电极的4-5倍，而且还提高了设备稼动 率。
[0049] 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施 方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精 神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种上部电极，其特征在于，包括上部电极主体，所述上部电极主体上设置有电极气 体流出孔，所述上部电极主体的表面覆盖有离子晶体层，所述离子晶体层的表面覆盖有原 子晶体层。
2. 根据权利要求1所述的上部电极，其特征在于，所述原子晶体层为阿尔法型氧化铝 层。
3. 根据权利要求1或2所述的上部电极，其特征在于，所述离子晶体层的厚度为 30-50 μ m〇
4. 根据权利要求1或2所述的上部电极，其特征在于，所述原子晶体层的厚度为 30-40 μ m。
5. -种干法刻蚀设备，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的上部电极。
6. -种上部电极的制造方法，其特征在于，包括： 在上部电极主体上设置电极气体流出孔； 在上部电极主体的表面形成离子晶体层； 在离子晶体层的表面形成原子晶体层。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在上部电极主体的表面形成离子晶 体层的步骤包括： 通过阳极氧化工艺在所述上部电极主体的表面形成所述离子晶体层。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述通过阳极氧化工艺在所述上部电极 主体的表面形成所述离子晶体层的步骤包括： 利用酸液在所述上部电极主体的表面进行阳极氧化工艺，以形成所述离子晶体层。
9. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在离子晶体层的表面形成原子晶体 层的步骤包括： 通过溅射工艺在所述离子晶体层的表面形成所述原子晶体层。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述通过溅射工艺在离子晶体层的表面 形成原子晶体层的步骤包括： 对所述离子晶体层的表面进行溅射； 对所述电极气体流出孔进行溅射，以形成所述原子晶体层。
【文档编号】H01L29/41GK104157681SQ201410350543
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】赵吾阳, 刘学光, 倪水滨 申请人:京东方科技集团股份有限公司, 成都京东方光电科技有限公司