一种等离子体刻蚀反应器的制作方法

本发明涉及半导体设备，特别涉及一种利用涂层涂覆在半导体装置腔体组件的内壁，可以改善半导体装置的等离子体刻蚀腔体的性能的一种等离子体刻蚀反应器。

背景技术：

1、对于电感耦合型等离子体(inductive coupled plasma,icp)和电容耦合型等离子体(capacitive coupled plasma,ccp)的刻蚀腔室，其腔体内壁用于将等离子体密封在等离子反应器(plasma reactor)内部，在等离子体刻蚀过程中，整个腔体的大表面均暴露在等离子的环境中，且若腔体内壁的表面的组分或性质发生了改变，则会敏感地影响到等离子体刻蚀过程的稳定性。通常情况下，腔体的内壁采用铝合金(al alloy)制成，并通过在腔体的内壁的表面覆盖y2o3等离子喷涂涂层或其他耐等离子体的涂层，来维持等离子体刻蚀的稳定性以及延长腔体设备的使用寿命。

2、对于一些icp刻蚀处理，例如，多晶硅(poly-si)的刻蚀处理和对金属的刻蚀处理，利用上述刻蚀方式对每个晶圆进行刻蚀处理时，则需要对icp刻蚀腔体的内部表面进行聚合物沉积(polymer deposition)和去沉积(de-deposition)的处理步骤，即涂覆与去涂覆(coating and de-coating)处理。对腔体进行涂覆具体为在腔体表面上或环境中进行原位预聚物沉积(in-situ pre-polymer)处理，使得在对晶圆进行等离子体刻蚀处理时，使其处于稳定的恒定的人造刻蚀环境中。由于在利用等离子体对晶圆进行刻蚀的同时会腐蚀腔体表面以及腔体内壁的表面，在刻蚀此晶圆前预先对腔体表面涂覆的聚合物涂层会在此过程中毁坏，导致在对下一个晶圆进行刻蚀的时候不能直接进行使用，因此需要清除残留在腔体表面或者腔体内壁表面上的涂层。因此，在对一个晶圆进行刻蚀完成后，紧接着就会对腔体的表面或者腔体的内壁表面进行去涂层处理。

3、由于上述的对腔体表面或腔体内壁表面进行涂覆与去涂覆处理，则腔体内壁表面会对等离子体刻蚀的稳定性产生影响。现有技术的处理会产生以下问题：一个问题是在完成对一个晶圆的刻蚀后，在进行去除残留涂层处理的过程中，同时会腐蚀腔体的内壁表面，使得减少设备的使用寿命。第二个问题是关于腔体的内壁表面的粗糙程度，当上述腔体的内壁表面比较粗糙时，使得很难去除残留在腔体的内壁表面的涂层，因此仍然残留在所述腔体的内壁表面的涂层随着对晶圆刻蚀的数量增加，上述残留的涂层会变得越来越厚，最终或快或慢的影响等离子体刻蚀的稳定性。第三个问题是在腔体内壁表面上的化学组分的稳定性的问题，当用于等离子体刻蚀的等离子体中包含有f离子时，腔体内壁表面涂有的psy2o3涂层会转化为含有yf3或yof的涂层表面；此处所述yof为含有y、o与f三种元素的化合物，根据等离子体化学组分的不同，其y、o与f三种元素之间的比例也不同，化合价不同)，同样的，当用于等离子体刻蚀的等离子体中包含有o离子时，腔体内壁表面涂有的ps yf3涂层会转化为含有yof的涂层表面；则此不稳定的腔体内壁表面的涂层也会影响等离子体刻蚀的稳定性。

4、随着icp等离子体刻蚀工艺的快速发展，例如逻辑硅腐蚀与记忆聚碳腐蚀的处理，均对刻蚀的稳定性的要求变得更加重要与苛刻。通常情况下，上述刻蚀工艺要求等离子体刻蚀速率(er)的不一致性小于1％。3σ等离子体刻蚀速率(er)的重复率小于1％。要求处理恢复时间少于8小时，对尺寸为0.19nm的腔体内部的颗粒通过10份或者250晶圆处理进行计数的时间小于1小时。为了达到上面所述的所有技术规格，需要使得等离子体的环境或者等离子腔体的表面，特别是等离子腔体的内壁表面要保持持久的稳定。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种等离子体刻蚀反应器，使得实现改善等离子腔体内部表面或腔体内壁表面的结构稳定性，提高等离子体刻蚀过程的性能，且满足先进的等离子体刻蚀工艺的要求的目的。

2、为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种等离子体刻蚀反应器，所述反应器包括腔体，所述腔体围绕而成的空间内设置有待处理基片，基片上方包括反应空间，反应气体和射频功率被输送到所述反应空间形成等离子体，对所述基片进行刻蚀，所述腔体的内壁表面形成有抗等离子体涂层，以防止腔体内刻蚀晶圆用的等离子体对内壁的腐蚀，所述抗等离子体涂层的表面材料层的粗糙度≤1μm，且所述抗等离子体涂层的表面材料层的孔隙率低于1％，厚度大于10um，所述抗等离子体涂层的表面材料层由包括氟和钇的化合物组成。

4、优选地，所述抗等离子体涂层的表面材料层的氟含量大于10％小于60％。

5、优选地，所述等离子体刻蚀反应器内的等离子体含有f与o离子，所述抗等离子体涂层为yof涂层，其中所述氧含量大于15％。

6、优选地，所述等离子体刻蚀反应器为电感耦合型反应器，反应器外部包括一个电感线圈，用于激励反应空间内的反应气体形成等离子体，所述腔体内包括一个可拆卸的内衬，所述内衬围绕所述反应空间，所述抗等离子体涂层涂覆在所述内衬上。

7、优选地，所述抗等离子体涂层还包括一中间材料层涂覆在所述腔体基材表面，所述中间材料层的厚度大于所述表面材料层，且所述抗等离子体涂层的中间材料层的孔隙率大于所述表面材料层。

8、优选地，所述抗等离子体涂层的中间材料层与表面材料层之间的界面的粗糙度小于1.5um，孔隙率小于2％。

9、优选地，所述抗等离子体涂层的中间材料层是以颗粒尺寸小于10μm的y2o3或者yf3的陶瓷粉喷涂到所述腔体基材上制成的，完成喷涂后再进行抛光加工。

10、优选地，所述等离子体刻蚀腔体的基材由铝或铝合金材料制成。

11、优选地，所述抗等离子体涂层的中间材料层为多层结构，沿着涂层厚度方向堆叠有多个涂层，多层结构中的每个涂层具有相同或不同的表面粗糙度，或者多层结构中的每个涂层具有相同或不同的厚度，或者多层结构中的每个涂层具有相同或不同的孔隙率。

12、优选地，所述抗等离子体涂层的中间材料层为在刻蚀腔体内壁的表面上采用等离子喷涂方式涂覆一个单层结构的y2o3涂层或al2o3涂层、或多层结构的y2o3涂层或al2o3涂层，或y2o3涂层与al2o3涂层的组合涂层；所述组合涂层为沿着涂层厚度的方向使y2o3涂层与al2o3涂层间隔布置、叠加而成。

13、优选地，所述抗等离子体涂层的中间材料层是通过粉末喷涂沉积、或冷喷涂沉积、或气溶胶沉积方式，在室温环境下沉积而成；所述抗等离子体涂层的表面材料层是通过等离子体增强物理气相沉积、或物理气相沉积、或化学气相沉积方式，在等离子体在真空环境沉积而成。

14、本发明与现有技术相比具有以下优点：

15、本发明公开的通过在icp腔室内壁的表面含有涂层，此涂层具有好的致密度，表面光滑度与稳定性的优点。上述涂层为抗等离子体涂层。

16、本发明具有改善等离子腔体内部表面或腔体内壁表面的结构稳定性，提高等离子体刻蚀过程的性能，且满足先进的等离子体刻蚀工艺的要求的优点。

17、本发明通过在等离子体刻蚀腔体的内壁表面涂覆了一层具有高致密度与光滑的抗等离子体涂层，使得其在进行去涂层处理的过程中容易将涂覆在上述内壁表面的抗等离子体涂层易清除干净不影响对下一个待处理的晶圆的处理过程，具有提高处理效率，降低生产成本的优点。