CN112349572B - 一种气体喷淋头及等离子处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种气体喷淋头及等离子处理装置，该气体喷淋头包括：硅基底以及覆盖所述硅基底第一表面的涂层，其中，所述硅基底具有多个贯穿所述硅基底的气体通孔，所述涂层包括氧化钇涂层、氟化钇涂层和氧氟钇涂层中的至少一种，所述涂层不仅覆盖所述硅基底的第一表面，还延伸至覆盖所述气体通孔的至少部分内壁且所述涂层的形成工艺为等离子增强物理气相沉积工艺。本发明实施例所提供的气体喷淋头的耐腐蚀性较强，使用寿命较长，从而降低了所述气体喷淋头和所述等离子处理装置的成本。

Description

一种气体喷淋头及等离子处理装置

技术领域

本发明涉及等离子刻蚀技术领域，尤其涉及一种气体喷淋头及等离子处理装置。

背景技术

在半导体材料加工领域中，等离子处理装置用来执行对衬底上各种材料的刻蚀、化学气相沉积等工艺，具体工作时，将反应气体供入等离子处理装置的真空腔中，并对气体施加RF射频场，以产生等离子体，从而利用等离子体对衬底上的各种材料进行刻蚀或化学气相沉积等工艺。但是，现有等离子处理装置中用于向真空腔中注入反应气体的喷淋头的使用寿命较短。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种气体喷淋头，以延长苏所述气体喷淋头的使用寿命。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种气体喷淋头，应用于等离子处理装置，该气体喷淋头包括：硅基底以及覆盖所述硅基底第一表面的涂层，其中，所述硅基底具有多个贯穿所述硅基底的气体通孔，所述涂层包括氧化钇涂层、氟化钇涂层和氧氟钇涂层中的至少一种，所述涂层不仅覆盖所述硅基底的第一表面，还延伸至覆盖所述气体通孔的至少部分内壁且所述涂层的形成工艺为等离子增强物理气相沉积工艺。

可选的，所述硅基底为单晶硅基底或多晶硅基底。

可选的，在第一方向上，所述涂层位于所述第一表面上方的厚度取值范围为1μm-50μm，包括端点值；其中，所述第一方向垂直于所述第一表面。

可选的，所述气体通孔的直径取值范围为0.2mm-1mm，包括端点值。

可选的，所述涂层位于所述气体通孔内壁部分在第一方向上的长度不小于3mm，其中，所述第一方向垂直于所述第一表面。

可选的，所述涂层位于所述气体通孔内壁部分在第一方向上的长度为8mm。

可选的，所述气体喷淋头沿第一方向上的厚度取值范围为9mm-18mm，包括端点值，其中，所述第一方向垂直于所述第一表面。

一种等离子处理装置，包括：

真空腔；

固定于所述真空腔内的气流分隔元件；

固定于所述气流分隔元件出气侧的气体连通元件；

固定于所述气体连通元件背离所述气流分隔元件一侧的气体喷淋头，所述气体喷淋头的第一表面位于所述气体喷淋头背离所述气流分隔元件的一侧；

其中，所述气体喷淋头为上述任一项所述的气体喷淋头。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的气体喷淋头中，所述气体喷淋头中硅基底的热膨胀系数较小，因此，在所述气体喷淋头具体使用时，所述硅基底的变形较小，不会导致位于所述硅基底第一表面的涂层发生断裂，从而提高了位于所述硅基底表面的涂层对所述硅基底的保护作用，降低了等离子体与所述硅基底接触的概率，进而降低了等离子体对所述硅基底腐蚀的速率，延长了所述气体喷淋头的使用寿命。

而且，所述涂层不仅覆盖所述硅基底的第一表面，还延伸至覆盖所述气体通孔的至少部分内壁，以在对所述硅基底第一表面进行保护的同时，还对硅基底中气体通孔的内壁进行保护，避免氯的自由基与硅基底中气体通孔的内壁接触腐蚀气体通孔内壁，提高气体喷淋头中气体通孔的抗腐蚀能力，延长所述气体喷淋头的使用寿命。

此外，由于硅基底对氯和氟的耐腐蚀性较强，因此，即便具有腐蚀性的等离子体透过所述涂层渗透到所述涂层与所述硅基底的接触表面，该具有腐蚀性的等离子体对所述硅基底的腐蚀速率也较慢，从而可以提高所述气体喷淋头的耐腐蚀能力，减缓所述气体喷淋头在具体使用时被腐蚀的速率，进一步延长所述气体喷淋头的使用寿命。

另外，本发明实施例所提供的气体喷淋头中，所述涂层的形成工艺为等离子增强物理气相沉积工艺，利用该工艺形成的涂层具有高致密度，从而可以减小该涂层中气孔间隙和更强的耐腐蚀性，进而在具体使用时，可以降低等离子体通过该涂层渗透到该涂层与所述硅基底接触面上的概率，更进一步降低所述硅基底被腐蚀的概率，延长所述气体喷淋头的使用寿命，降低等离子处理过程中气体喷淋头的使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例所提供的气体喷淋头的结构示意图；

图2为本发明另一个实施例所提供的气体喷淋头的结构示意图；

图3为本发明又一个实施例所提供的气体喷淋头的局部放大图；

图4为本发明一个实施例所提供的等离子处理装置的结构示意图；

图5为图4所示等离子处理装置中气体喷淋头的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，现有等离子处理装置中用于向真空腔中注入反应气体的气体喷淋头的使用寿命较短。

发明人研究发现，这是由于现有技术中的气体喷淋头包括铝板以及位于所述铝板表面的涂层，其中，所述铝板的热膨胀系数较大，从而使得具体制程中，所述铝板的变形较为严重，导致所述铝板表面的涂层发生断裂，进而使得真空腔中的等离子体通过该裂缝与铝板接触，而用于刻蚀的等离子体主要为氯气或氟的等离子体，该等离子体的腐蚀性较强，在制程中对所述铝板的腐蚀较为严重，严重影响了气体喷淋头的使用寿命。

而且，真空腔中的等离子体通过涂层的裂缝与铝板接触后，会与铝板发生反应，生成颗粒物掉落到衬底表面，对衬底造成污染。

另外，真空腔中的等离子体通过涂层的裂缝与铝板接触后，与铝板的反应速度较快，从而增大所述其他喷淋头与所述衬底之间的间隙，导致所述衬底的工艺参数发生漂移，影响衬底的工艺质量。

基于此，本发明实施例提供了一种气体喷淋头，应用于等离子处理装置，如图1所示，该气体喷淋头包括：硅基底11以及覆盖所述硅基底11第一表面的涂层12，其中，所述硅基底11具有多个贯穿所述硅基底的气体通孔13，所述涂层12包括氧化钇涂层、氟化钇涂层和氧氟钇涂层中的至少一种，且所述涂层12的形成工艺为等离子增强物理气相沉积工艺。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述气体喷淋头沿第一方向上的厚度取值范围为9mm-18mm，包括端点值，其中，所述第一方向垂直于所述第一表面，以避免所述气体喷淋头的厚度过小，导致所述气体喷淋头过薄，影响所述气体喷淋头的强度，同时避免所述气体喷淋头的厚度过大，造成制作材料的浪费，提高所述气体喷淋头的成本。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

本发明实施例所提供的气体喷淋头中，硅基底的热膨胀系数较小，因此，在所述气体喷淋头具体使用时，所述硅基底的变形较小，不会导致位于所述硅基底第一表面的涂层发生断裂，从而提高了位于所述硅基底表面的涂层对所述硅基底的保护作用，降低了等离子体与所述硅基底接触的概率，进而降低了等离子体对所述硅基底腐蚀的速率，延长了所述气体喷淋头的使用寿命。

而且，由于硅基底对氯和氟的耐腐蚀性较强，因此，即便具有腐蚀性的等离子体透过所述涂层渗透到所述涂层与所述硅基底的接触表面，该具有腐蚀性的等离子体对所述硅基底的腐蚀速率也较慢，从而可以提高所述气体喷淋头的耐腐蚀能力，减缓所述气体喷淋头在具体使用时被腐蚀的速率，进一步延长所述气体喷淋头的使用寿命。

另外，本发明实施例所提供的气体喷淋头中，所述涂层的形成工艺为等离子增强物理气相沉积工艺(Plasma Enhanced Physical Vapor Deposition，简称PEPVD)，利用该工艺形成的涂层具有高致密度，从而可以减小该涂层中气孔间隙，使得该涂层具有更强的耐腐蚀性，进而在具体使用时，可以降低等离子体通过该涂层渗透到该涂层与所述硅基底接触面上的概率，进一步降低所述硅基底被腐蚀的概率，延长所述气体喷淋头的使用寿命，降低等离子处理过程中气体喷淋头的使用成本。

需要说明的是，传统的化学气相沉积(CVD)或等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)指的是一种化学制程，其中，将衬底曝露于一个或多个易挥发的前驱(volatileprecursors)，前驱在衬底表面反应或分解，以在衬底表面上产生所预期的沉积薄膜。另外，PVD指的是一种涂层制作方法，其包括纯物理过程，具体为：使一被蒸发或被溅射的预期薄膜材料凝结，从而在衬底的表面沉积薄膜，该预期薄膜材料通常是固态的源物质。而PEPVD为这两种制程的混合，即所述的PEPVD包括在腔室中和在衬底表面上进行的属于物理工艺的原子、自由基或者分子的凝结(PVD部分)和等离子体化学反应(PE部分)。

具体的，本发明实施例所提供的涂层是利用原子自由基(atomsradicals)或微粒凝结在硅基底表面上被沉积的，由此得到的涂层基本上没有多孔，在相同成分材料的情况下，该涂层比用现有技术等离子体喷涂方式(PS)所得到的涂层具有更高的抗刻蚀性。

需要说明的是，在本发明实施例中，所述涂层的致密性越强，所述涂层的耐腐蚀能力越强，所述涂层对所述硅基底的保护作用越好，所述硅基底被腐蚀的概率越低，使用寿命越长。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述硅基底为单晶硅基底，在本发明的另一个实施例中，所述硅基底为多晶硅基底，本发明对此并不做限定，只要保证所述硅基底为高纯硅基材，从而具有较强的抗腐蚀能力即可。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，在第一方向上，所述涂层位于所述第一表面上方的厚度取值范围为1μm-50μm，包括端点值，以避免所述涂层的厚度太小，影响所述涂层对所述硅基底的保护效果，同时避免所述涂层的厚度太大，导致所述涂层容易开裂。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。其中，所述第一方向垂直于所述第一表面。

需要说明的是，具体制程中，真空腔中的等离子体不仅会与位于所述硅基底第一表面的涂层接触，还可能蔓延至气体通孔中，而硅基底对氯分子和氟分子的耐腐蚀性较强，不会被氯分子和氟分子腐蚀，但是氯气被活化后形成的氯自由基的腐蚀性更强，从而使得硅基底对氯气被活化后形成的氯自由基的耐腐蚀能力相对较弱，从而使得氯气被活化后形成的氯自由基与硅基底接触后，会对硅基底造成一定的腐蚀，故在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图2所示，所述涂层不仅覆盖所述硅基底的第一表面，还延伸至覆盖所述气体通孔的至少部分内壁，以在对所述硅基底第一表面进行保护的同时，还对硅基底中气体通孔的内壁进行保护，避免氯的自由基与硅基底中气体通孔的内壁接触腐蚀气体通孔内壁，提高气体喷淋头中气体通孔的抗腐蚀能力，延长所述气体喷淋头的使用寿命。

如图3所示，图3本发明一个实施例所提供的气体喷淋头的局部放大图，在本发明实施例中，所述气体通孔的直径A取值范围为0.2mm-1mm，包括端点值。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

继续如图3所示，在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述涂层位于所述气体通孔内壁部分在第一方向上的长度B不小于3mm，其中，所述第一方向垂直于所述第一表面。可选的，所述涂层位于所述气体通孔内壁部分在第一方向上的长度B为8mm。但本发明对此并不做限定，只要保证具体制程中，真空腔中的氯自由基不会深入到气体通孔内壁未被所述涂层覆盖的部分即可。

相应的，本发明实施例还提供了一种等离子处理装置，如图4和图5所示，该等离子处理装置包括：

真空腔(图中未示出)；

位于所述真空腔内的气流分隔元件10；

位于所述气流分隔元件10出气侧的气体连通元件20；

位于所述气体连通元件20背离所述气流分隔元件10一侧的背离所述气体混合元件20一侧的气体喷淋头30，所述气体喷淋头30的第一表面位于所述气体喷淋头30背离所述气流分隔元件10的一侧；其中，所述气体喷淋头30为上述任一实施例所提供的气体喷淋头。

具体的，在本发明实施例中，所述气体连通元件20固定在所述气流分隔元件10上，具有多个第一气体通孔，所述气体喷淋头30固定在所述气体连通元件20上，具有多个第二气体通孔，具体工作时，所述气流分隔元件10出气侧输出的气体经所述气体连通元件20中的多个第一气体通孔传输至所述气体喷淋头30中的多个第二气体通孔中，经所述多个第二气体通孔输出。可选的，在本发明的一个实施例中，所述气体喷淋头30中第二气体通孔的孔径小于所述气体连通元件20中第一气体通孔的孔径。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述等离子处理装置还包括：与所述气体喷淋头电连接的第一电极；位于所述气体喷淋头背离所述气流分隔元件一侧，且与所述气体喷淋头之间具有一定间隙的第二电极；位于所述第二电极朝向所述气体喷淋头一侧，与所述第二电极电连接的静电夹盘。

具体工作时，将待刻蚀材料放在静电夹盘上，然后将所述真空腔外的气体通入所述真空腔内，在所述真空腔中充分混合后，进入所述气流分隔元件，被所述气流分隔元件分成多个气流通过区域，经各气流通过区域传到所述气体连通元件的第一气体通孔中，再传到所述气体喷淋头的第二气体通孔中，再经所述气体喷淋头的第二气体通孔进入所述气体喷淋头与所述静电夹盘之间的间隙区域中，同时利用第一电极和所述第二电极分别给所述气体喷淋头和所述静电夹盘施加射频功率，从而利用所述气体喷淋头与所述静电夹盘之间的电场，将位于所述气体喷淋头与所述静电夹盘之间的间隙区域中的气体电离，形成等离子体对待刻蚀材料进行刻蚀。

由于等离子处理装置的刻蚀原理已为本领域技术人员所熟知，本发明对此不再详细赘述。

综上所述，本发明实施例所提供的气体喷淋头及等离子处理装置中，所述气体喷淋头中硅基底的热膨胀系数较小，因此，在所述气体喷淋头具体使用时，所述硅基底的变形较小，不会导致位于所述硅基底第一表面的涂层发生断裂，从而提高了位于所述硅基底表面的涂层对所述硅基底的保护作用，降低了等离子体与所述硅基底接触的概率，进而降低了等离子体对所述硅基底腐蚀的速率，延长了所述气体喷淋头的使用寿命。

而且，由于硅基底对氯和氟的耐腐蚀性较强，因此，即便具有腐蚀性的等离子体透过所述涂层渗透到所述涂层与所述硅基底的接触表面，该具有腐蚀性的等离子体对所述硅基底的腐蚀速率也较慢，从而可以提高所述气体喷淋头的耐腐蚀能力，减缓所述气体喷淋头在具体使用时被腐蚀的速率，进一步延长所述气体喷淋头的使用寿命。

另外，本发明实施例所提供的气体喷淋头及等离子处理装置中，所述涂层的形成工艺为等离子增强物理气相沉积工艺，利用该工艺形成的涂层具有高致密度，从而可以减小该涂层中气孔间隙，使得该涂层具有更强的耐腐蚀性，进而在具体使用时，可以降低等离子体通过该涂层渗透到该涂层与所述硅基底接触面上的概率，更进一步降低所述硅基底被腐蚀的概率，延长所述气体喷淋头的使用寿命，降低等离子处理过程中气体喷淋头的使用成本。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种气体喷淋头，应用于等离子处理装置，其特征在于，该气体喷淋头包括：硅基底以及覆盖所述硅基底第一表面的涂层，其中，所述硅基底具有多个贯穿所述硅基底的气体通孔，所述涂层包括氧化钇涂层、氟化钇涂层和氧氟钇涂层中的至少一种，所述涂层不仅覆盖所述硅基底的第一表面，还延伸至覆盖所述气体通孔的部分内壁且所述涂层的形成工艺为等离子增强物理气相沉积工艺；

所述涂层位于所述气体通孔内壁部分在第一方向上的长度不小于3mm，且小于所述气体通孔内壁在所述第一方向上的长度，其中，所述第一方向垂直于所述第一表面。

2.根据权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，所述硅基底为单晶硅基底或多晶硅基底。

3.根据权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，在第一方向上，所述涂层位于所述第一表面上方的厚度取值范围为1μm-50μm，包括端点值；其中，所述第一方向垂直于所述第一表面。

4.根据权利要求1-3任一项所述的气体喷淋头，其特征在于，所述气体通孔的直径取值范围为0.2mm-1mm，包括端点值。

5.根据权利要求4所述的气体喷淋头，其特征在于，所述涂层位于所述气体通孔内壁部分在第一方向上的长度为8mm。

6.根据权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，所述气体喷淋头沿第一方向上的厚度取值范围为9mm-18mm，包括端点值，其中，所述第一方向垂直于所述第一表面。

7.一种等离子处理装置，其特征在于，包括：

真空腔；

固定于所述真空腔内的气流分隔元件；

固定于所述气流分隔元件出气侧的气体连通元件；

固定于所述气体连通元件背离所述气流分隔元件一侧的气体喷淋头，所述气体喷淋头的第一表面位于所述气体喷淋头背离所述气流分隔元件的一侧；

其中，所述气体喷淋头为权利要求1-6任一项所述的气体喷淋头。