CN108431934A - 半导体处理设备的耐腐蚀性涂层 - Google Patents
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Abstract
本文提供一种半导体处理设备的耐腐蚀涂层与制造半导体处理设备的耐腐蚀涂层的方法。在某些实施方式中，一种处理半导体处理腔室部件的方法包括：在包含中性电解质与阻抗材料的阳极处理溶液中，阳极处理包含含铝主体的半导体处理腔室部件，以在含铝主体顶上形成耐腐蚀涂层。在某些实施方式中，一种处理半导体处理腔室部件的方法包括：在中性电解质溶液中，阳极处理包含含铝主体的半导体处理腔室部件，以在含铝主体的表面上形成氧化铝层；及将经阳极处理的半导体处理腔室部件浸入阻抗材料溶液中，以在氧化铝层顶上形成阻抗材料层。
Description
技术领域
本公开内容的实施方式一般地涉及半导体处理设备的耐腐蚀涂层与制造半导体处理设备的耐腐蚀涂层的方法。
背景技术
在基板处理腔室(例如半导体处理腔室)中的基板(例如半导体晶片)处理期间，如在制造集成电路与显示器，基板通常暴露于赋能气体(energized gases)，例如是能够在基板上蚀刻或沉积材料的赋能气体。赋能气体亦可被提供以清洁基板处理腔室的表面。然而，赋能气体通常可包含腐蚀性含卤素气体与其他会侵蚀基板处理腔室的部件(例如腔室外壳壁、喷头、基板支撑基座、衬垫、或类似物)的赋能物质。例如，由铝制成的基板处理腔室部件(例如腔室部件)可与赋能含卤素气体化学反应以形成腐蚀腔室部件的氯化铝(AlCl3)或氟化铝(AlF3)。腔室部件的腐蚀部分会剥落且污染基板，其降低基板良率。因此，经腐蚀的腔室部件从基板处理腔室被频繁地更换或移除，以及清洁，这造成非期望的基板处理腔室停机时间。
当前，腔室部件由例如是硬质阳极处理(hard anodizing)工艺或等离子体电解氧化处理(PEO)被处理，造成在腔室部件上多孔氧化铝层的形成。阳极处理通常是在铝表面上产生相对多孔氧化铝的整体化涂层的电解氧化处理。然而，通常阳极处理工艺造成多孔层，其允许卤化物成分最终到达且与腔室部件的铝表面反应。
因此，发明人已经开发出改良的半导体处理设备的耐腐蚀涂层与制造半导体处理设备的耐腐蚀涂层的方法。
发明内容
本文提供一种半导体处理设备的耐腐蚀涂层与制造半导体处理设备的耐腐蚀涂层的方法。在某些实施方式中，处理半导体处理腔室部件的方法包括：在包含中性电解质与阻抗材料的阳极处理溶液中，阳极处理包含含铝主体的半导体处理腔室部件，以在含铝主体的顶上形成耐腐蚀涂层。
在某些实施方式中，处理半导体处理腔室部件的方法包括：在中性电解质溶液中，阳极处理包含含铝主体的半导体处理腔室部件，以在含铝主体的表面上形成氧化铝层；和将阳极处理的半导体处理腔室部件浸入阻抗材料溶液中，以在氧化铝层的顶上形成阻抗材料层。
在某些实施方式中，半导体处理腔室部件包括：含铝主体；及覆盖基板处理腔室部件的表面的耐腐蚀涂层，其中耐腐蚀涂层包含氧化铝与阻抗材料。
本公开内容的其他与进一步的实施方式于后描述。
附图说明
通过参照描绘于附图中的本公开内容的说明性实施方式，可理解简要概述于前及具体详述于后的本公开内容的实施方式。附图仅绘示本公开内容的典型实施方式，因而不应视为对范围的限制，因为本公开内容可容许其他等同有效实施方式。
图1描绘根据本公开内容的某些实施方式的处理半导体处理腔室部件的方法的流程图。
图2描绘根据本公开内容的某些实施方式的处理半导体处理腔室部件的方法的流程图。
图3A-3D描绘根据本公开内容的某些实施方式的处理半导体腔室部件的阶段。
为了易于理解，尽可能地使用了相同的附图标号标示图式中共通的相同元件。图式并不依比例绘制且可为了清晰而简化。一实施方式中的元件与特征在没有进一步地描述下可有益地并入其他实施方式。
具体实施方式
本文公开经改良的半导体处理设备的耐腐蚀涂层与制造半导体处理设备的耐腐蚀涂层的方法。在某些实施方式中，本文所形成的耐腐蚀涂层可被用于在半导体处理腔室(例如处理腔室)内暴露于腐蚀性化学品的任何合适的半导体处理腔室部件(例如腔室部件)，腐蚀性化学品例如但不限于含氯或含氟处理化学品。本公开内容的实施方式有利地在腔室部件顶上形成耐腐蚀涂层，此举避免处理腔室内的腐蚀性化学品与腔室部件反应及腐蚀腔室部件，例如喷头、基板支撑基座、衬垫、或类似物的腔室部件。其他益处亦可经由本文披露的方法与结构而理解。
发明人已经观察到使用于典型化学气相沉积处理(CVD)或原子层沉积(ALD)处理的腔室部件频繁地暴露于会腐蚀腔室部件的腐蚀性化学品。例如，使用于CVD或ALD处理中，用于在基板(例如半导体晶片)顶上沉积材料的化学前驱物可含有会腐蚀腔室部件的腐蚀性成分。或者，在原位腔室清洁处理期间，腔室部件可被暴露于腐蚀性化学品，通常使用含卤素气体，例如含氟或含氯气体。
发明人已经观察到包含但不限于喷头或基板支撑基座或基板支撑基座的部件的腔室部件可由特别易于遭受含卤素气体(例如含氟气体或含氯气体)腐蚀的材料(例如铝或铝合金)所构成。发明人已经进一步观察到腔室部件通常使用例如硬式阳极处理或等离子体电解氧化(PEO)的处理而被处理，此举造成在腔室部件上多孔氧化铝层的形成。然而，多孔氧化铝层允许相关化学品的卤化物成分最终到达且与腔室部件的铝表面反应，而侵蚀腔室部件。
图1描绘根据本公开内容的某些实施方式的处理腔室部件的方法100的流程图。方法100开始于102，其中如描绘于图3A的具有暴露铝表面302的腔室部件300被浸入阳极处理溶液以阳极处理腔室部件300。阳极处理溶液包含中性电解质与阻抗材料。在某些实施方式中，阳极处理溶液由中性电解质与阻抗材料所构成，或实质上由中性电解质与阻抗材料所构成。尽管典型阳极处理工艺使用酸性电解质，例如具有pH值小于约2的硫酸(H2SO4)或草酸，发明人已经观察到在包含中性电解质与阻抗材料的溶液中的阳极处理有利地形成更致密、较少孔(less-porous)的耐腐蚀涂层。例如，在包含中性电解质与阻抗材料的溶液中的阳极处理有利地形成具有密度为约2.3g/cm3及小于约5％的孔隙度的耐腐蚀涂层。将待阳极处理的腔室部件300浸入阳极处理溶液中，且在阳极处理溶液中用作阳极。在某些实施方式中，腔室部件300耦接至电功率源，且电流被施加于腔室部件300。在某些实施方式中，腔室部件300耦接至电功率源的正端子。阴极浸入阳极处理溶液中且连接至电功率源。在某些实施方式中，阴极耦接至电功率源的负端子。在某些实施方式中，电功率源提供约20毫伏特至约300伏特的功率。在某些实施方式中，腔室部件300可被阳极处理任何合适的时间长度，以形成具有预定厚度的耐腐蚀涂层。例如，在某些实施方式中，腔室部件300可被阳极处理约60至约900秒。在某些实施方式中，在处理腔室中被暴露至腐蚀性化学品的腔室部件300的暴露铝表面302被浸入阳极处理溶液中。因此，如图3B所描绘，暴露铝表面302被转变为在剩余铝表面306顶上的包含氧化铝与阻抗材料的耐腐蚀涂层304。在某些实施方式中，腔室部件300的暴露铝表面302被转变为由氧化铝与阻抗材料所构成的耐腐蚀涂层或实质上由氧化铝与阻抗材料所构成的耐腐蚀涂层。例如，在某些实施方式中，耐腐蚀涂层是铝和锆、或铝和钇、或铝和聚四氟乙烯(例如特氟龙)的复合涂层。在某些实施方式中，耐腐蚀涂层304是整体地形成在腔室部件300上。
在某些实施方式中，中性电解质具有从约6至约8的pH值，例如硼酸铵(H12BN3O3)、己二酸铵(ammonium aditate)、酒石酸铵(ammonium titrate)、或磷酸铵(H12N3O4P)、或类似物。中性电解质助于在腔室部件300上形成致密与非多孔氧化物层。
在某些实施方式中，阻抗材料是钇、锆、铈、聚四氟乙烯(例如特氟龙)、或类似物。在具有阻抗材料(例如铁氟龙)与中性电解质(例如磷酸铵)的阳极处理溶液中的腔室部件300的阳极处理会形成致密与抗等离子体材料于腔室部件300上。具有耐腐蚀涂层304的腔室部件会有利地不与腐蚀性化学品激烈地反应，腐蚀性化学品被用于典型半导体处理腔室中，诸如沉积或蚀刻处理，及改良半导体处理腔室产率。在某些实施方式中，在阳极处理溶液中的阻抗材料对于中性电解质的摩尔比为约0.5：1至约1：1。上文论述的阳极处理工艺参数，例如阳极处理溶液、电功率、及阳极处理工艺的持续期间可被选定以形成具有预定性质(诸如例如预定厚度或耐腐蚀性)的耐腐蚀涂层304。在某些实施方式中，耐腐蚀涂层304具有约20nm至约500nm的厚度。
在某些实施方式中，在阳极处理腔室部件300之后，腔室部件300可在含氧气氛中退火。在某些实施方式中，合适的含氧气体，举例而言，可为提供氧与其他实质上非反应性成分的气体，诸如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、氧气(O2)、水蒸气(H2O)、或前述物的组合。在某些实施方式中，腔室部件300可退火于约200摄氏度至约400摄氏度的温度。在某些实施方式中，腔室部件300可被退火约120秒至约1800秒。退火腔室部件300助于提供在下方腔室部件300的金属与耐腐蚀涂层304之间的单一结构。具体而言，退火处理使耐腐蚀涂层304与铝表面306至少部分地相互扩散，造成更整体化与单一的耐腐蚀涂层304。
图2描绘根据本公开内容的某些实施方式的处理腔室部件300的方法200。此方法开始于202，通过在中性电解质溶液中阳极处理如图3A所描绘具有暴露铝表面302的腔室部件300。在某些实施方式中，中性电解质溶液由中性电解质所构成，或实质上由中性电解质所构成。在某些实施方式中，在中性电解质溶液中的中性电解质具有从约6至约8的pH值。在某些实施方式中，中性电解质为硼酸铵(H12BN3O3)、己二酸铵(ammonium aditate)、酒石酸铵(ammonium titrate)、或磷酸铵(H12N3O4P)、或类似物。中性电解质助于在腔室部件300上形成致密与非多孔氧化物层。
待阳极处理的腔室部件300作为阳极被浸入中性电解质溶液中且被施加电流。待阳极处理的腔室部件300被浸入中性电解质溶液中，且在中性电解质溶液中用作阳极。在某些实施方式中，腔室部件300耦接至电功率源且施加电流至腔室部件300。在某些实施方式中，腔室部件300耦接至电功率源的正端子。将阴极＝浸入中性电解质溶液中且连接至电功率源。在某些实施方式中，阴极耦接至电功率源的负端子。在某些实施方式中，电功率源提供约2至约300伏特的功率。在某些实施方式中，腔室部件300可被阳极处理任何合适的时间长度，以形成具有预定厚度的第一耐腐蚀涂层308。例如，在某些实施方式中，腔室部件300可被阳极处理约60至约900秒。在某些实施方式中，在处理腔室中暴露至腐蚀性化学品的腔室部件300的暴露铝表面302被浸入阳极处理溶液中。如图3C所描绘，半导体处理腔室部件的暴露铝表面302被转变成在铝表面306顶上的第一耐腐蚀涂层308，第一耐腐蚀涂层包含氧化铝，或者在某些实施方式中由氧化铝所构成，或实质上由氧化铝所构成。在某些实施方式中，第一耐腐蚀涂层308整体地形成在腔室部件300上。阳极处理参数，例如阳极处理溶液的组成、电功率、与阳极处理工艺的持续时间，可被选定以形成具有预定性质(举例而言，例如预定厚度)的氧化铝涂层。
经阳极处理的腔室部件300从中性电解质溶液移除且以去离子水清洗。接着，在204，经阳极处理的腔室部件300被浸入阻抗材料溶液中，以形成如图3D所描绘在含铝主体顶上(例如直接在第一耐腐蚀涂层308的顶上)的第二耐腐蚀涂层310。在某些实施方式中，阻抗材料溶液由阻抗材料所构成或实质上由阻抗材料所构成。在某些实施方式中，阻抗材料是钇、锆、铈、聚四氟乙烯(例如特氟龙)、或类似物。
经阳极处理的腔室部件300被浸入阻抗材料溶液中，且在阻抗材料溶液中用作阴极。在某些实施方式中，经阳极处理的腔室部件300耦接至电功率源，且电流被施加至经阳极处理的腔室部件300。在某些实施方式中，经阳极处理的腔室部件300耦接至电功率源的负端子。阳极被浸入阻抗材料溶液中且连接至电功率源。在某些实施方式中，阳极耦接至电功率源的正端子。在某些实施方式中，电功率源提供约20毫伏特至约100伏特的功率。例如阻抗材料溶液的组成、电功率、与处理的持续时间的处理参数可被选定以形成具有预定性质(举例而言，例如预定厚度)的阻抗材料层。
在某些实施方式中，在形成第一耐腐蚀涂层308之后、或在形成第二耐腐蚀涂层310之后、或在形成第一耐腐蚀涂层308与第二耐腐蚀涂层310之后，腔室部件300可在含氧气氛中退火。在某些实施方式中，合适的含氧气体，例如，可为提供氧与其他实质上非反应性成分的气体，诸如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、氧气(O2)、水蒸气(H2O)、或前述物的组合。在某些实施方式中，腔室部件300可于约200摄氏度至约400摄氏度的温度退火。在某些实施方式中，可对腔室部件300退火约60至约1800秒。退火腔室部件300助于提供在下方材料与第一耐腐蚀涂层和/或第二耐腐蚀涂层之间的单一结构。
尽管前述针对本公开内容的实施方式，在不背离本公开内容的基本范围的情况下可设计本公开内容的其他与进一步的实施方式。
Claims (15)
1.一种处理半导体处理腔室部件的方法，包含以下步骤：
在包含中性电解质与阻抗材料的阳极处理溶液中，阳极处理包含含铝主体的半导体处理腔室部件，以在所述含铝主体顶上形成耐腐蚀涂层。
2.如权利要求1所述的方法，其中在所述阳极处理溶液中的阻抗材料对于中性电解质的摩尔比为约0.5：1至约1：1。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述中性电解质是硼酸铵(H12BN3O3)、己二酸铵(ammonium aditate)、酒石酸铵(ammonium titrate)、或磷酸铵(H12N3O4P)。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述阻抗材料是钇、锆、铈、或聚四氟乙烯。
5.如权利要求1至4任一项所述的方法，进一步包含以下步骤：在所述含铝主体顶上形成所述耐腐蚀涂层之后，在含氧气氛中退火所述半导体处理腔室部件。
6.如权利要求1至4任一项所述的方法，其中所述耐腐蚀涂层具有约20nm至约500nm的厚度。
7.一种处理半导体处理腔室部件的方法，包含以下步骤：
在中性电解质溶液中，阳极处理包含含铝主体的半导体处理腔室部件，以在所述含铝主体的表面上形成氧化铝层；和
将经阳极处理的半导体处理腔室部件浸入阻抗材料溶液中，以在所述氧化铝层顶上形成阻抗材料层。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包含以下步骤：当将所述半导体处理腔室部件浸入所述中性电解质溶液的同时，施加电功率至所述半导体处理腔室部件。
9.如权利要求7所述的方法，进一步包含以下步骤：当将所述半导体处理腔室部件浸入所述阻抗材料溶液的同时，施加电功率至所述半导体处理腔室部件。
10.如权利要求7至9任一项所述的方法，进一步包含以下步骤：在形成所述阻抗材料层之后，在含氧气氛中退火所述半导体处理腔室部件。
11.如权利要求7至9任一项所述的方法，其中所述中性电解质溶液是硼酸铵(H12BN3O3)、己二酸铵(ammonium aditate)、酒石酸铵(ammonium titrate)、或磷酸铵(H12N3O4P)。
12.如权利要求7至9任一项所述的方法，其中所述阻抗材料溶液是钇、锆、铈、或聚四氟乙烯。
13.一种半导体处理腔室部件，包含：
含铝主体；和
耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层覆盖所述半导体处理腔室部件的表面，其中所述耐腐蚀涂层包含氧化铝与阻抗材料。
14.如权利要求13所述的半导体处理腔室部件，其中所述耐腐蚀涂层具有约20nm至约500nm的厚度。
15.如权利要求13至14任一项所述的半导体处理腔室部件，其中：
所述耐腐蚀涂层包含在所述含铝主体顶上的氧化铝与阻抗材料的整体层；或者
所述耐腐蚀涂层包含在所述含铝主体顶上的氧化铝层与在所述氧化铝层顶上的阻抗材料层。
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