CN114068273B - 一种零部件及其制备方法和等离子体反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及等离子体刻蚀的技术领域，公开了一种零部件及其制备方法和等离子体反应装置，所述零部件具有聚合物吸附功能，用于等离子反应腔，包括：零部件本体，所述零部件本体表面设有耐等离子体腐蚀的第一涂层；设置于所述第一涂层表面的聚合物吸附涂层，所述聚合物吸附涂层包括具有多孔柱状结构的氧化铝材料。在零部件的外表面设置一层聚合物吸附涂层，用于吸附工艺过程中产生的颗粒副产物，从而减少聚合物不均匀分布、累积、掉落所产生的工艺缺陷，并且聚合物吸附涂层具有多孔柱状的结构特征，具有更高的比表面积，即更大的吸附面积，提高吸附效率和吸附量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体刻蚀的技术领域，具体涉及一种零部件及其制备方法和等离子体反应装置。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明有关的背景技术，而并不必然地构成现有技术。
聚合物(polymer)在半导体刻蚀工艺生产中，实际上是扮演了两面派的角色，一方面它扮演了正面角色，可以作为保护层，尤其是在侧壁刻蚀时候具有保护侧壁不受或者少受侧壁刻蚀的功能，这个在特定的工艺中是不可或缺的。而另一方面，它又扮演了负面角色，也就是说在一些重聚合物刻蚀工艺或者重聚合物副产物产生中，往往会产生工艺缺陷，例如聚合物的累积，形成颗粒物掉落至晶圆表面，从而产生工艺缺陷，事实上，这是我们不想得到的结果。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
在实际半导体生产中，由聚合物产生的工艺缺陷非常常见，也是花费了大量的人力、物力、经费等进行一系列的工艺维护，并且收效甚微，仍具有工艺缺陷发生时间不确定性，发生频率不稳定性等特点。
发明内容
鉴于上述的不足之处，本发明的目的在于提供一种零部件及其制备方法和等离子体反应装置，防止由于聚合物产生的工艺缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种具有聚合物吸附功能的零部件，用于等离子反应腔，所述零部件包括：
零部件本体，所述零部件本体表面设有耐等离子体腐蚀的第一涂层；
聚合物吸附涂层，设置于所述第一涂层表面，所述聚合物吸附涂层包括具有多孔柱状结构的氧化铝材料。
进一步地，所述聚合物吸附涂层还包括氟化铝材料。
进一步地，所述零部件本体为导体材料、半导体材料或绝缘材料中的至少一种。
进一步地，所述零部件为喷淋头。
进一步地，所述聚合物吸附涂层的颜色随着吸附的聚合物的增加逐渐变深。
进一步地，所述聚合物吸附涂层的多孔柱状结构呈竖直状。
进一步地，所述零部件为反应腔内壁、衬套、接地环、聚焦环、边缘环、等离子体约束环中的至少一种。
本发明还提供的技术方案为：一种制备所述零部件的方法，所述方法在一真空反应腔内进行，所述真空反应腔内设有一基座，其特征在于，包括以下步骤：
将设有耐等离子体腐蚀的第一涂层的零部件置于所述真空反应腔内；
将一含铝晶圆置于所述基座上，所述零部件与所述含铝晶圆相对设置；
向所述真空反应腔内通入含氧气体，并将所述含氧气体解离为等离子体；
所述含氧气体解离的等离子体与所述含铝晶圆反应，在所述零部件第一涂层表面形成所述具有多孔柱状结构的氧化铝材料。
进一步地，所述方法还包括下列步骤：
将所述含铝晶圆替换为一硅晶圆，然后向所述真空反应腔内通入含氟气体，并将所述含氟气体解离为等离子体，所述等离子体中的氟将部分氧化铝转化为氟化铝。
进一步地，所述含铝晶圆包括铝晶圆或含有铝和光阻的晶圆。
进一步地，所述含有氧元素的气体包括O2、CO、CO2、NO、N2O中的一种或多种。
进一步地，所述含有氟元素的气体包括CF4、C2F6、C3F8、C-C4F8或C4F6的一种或多种。
进一步地，所述反应腔内的压力为40mT～120mT，射频频率为27Mhz-120Mhz，功率为150W～600W。
本发明还提供的技术方案为：一种等离子体反应装置，包括一反应腔和零部件。
进一步地，所述零部件为喷淋头。
进一步地，所述喷淋头处于所述反应腔内的表面具有一种零部件的制备方法获得的聚合物吸附涂层。
进一步地，所述等离子体反应装置为电感耦合等离子体处理装置，所述零部件包括内衬套、覆盖环、聚焦环、绝缘环、等离子体约束环中的一种或多种。
进一步地，所述等离子体反应装置为电容耦合等离子体处理装置，所述零部件包括喷淋头、上接地环、下接地环、移动环、覆盖环、聚焦环、绝缘环、等离子体约束环中的一种或多种。
有益效果：
本发明在处于等离子反应腔内的零部件的外表面设置一层聚合物吸附涂层，用于吸附工艺过程中产生的颗粒副产物，从而减少聚合物不均匀分布、累积、掉落所产生的工艺缺陷，并且聚合物吸附涂层具有多孔柱状的结构特征，具有更高的比表面积，即更大的吸附面积，提高吸附效率和吸附量。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明的一实施例的一种具有聚合物吸附功能的零部件的示意图；
图2是本发明的一实施例的多孔柱状结构的显微镜下的示意图；
图3是本发明的一实施例的多孔柱状结构的显微镜下另一方向的示意图；
图4是本发明的另一实施例的一种具有聚合物吸附功能的零部件的示意图；
图5是本发明的一实施例的一种制备零部件的方法的流程图；
图6是本发明的一实施例的一种等离子体反应装置的结构的示意图；
图7是本发明的一实施例的另一种等离子体反应装置的结构的示意图。
其中，100、喷淋头；110、第一涂层；120、聚合物吸附涂层；600、等离子体反应装置；601、内衬套；602、气体喷嘴；603、静电卡盘；604、聚焦环；605、绝缘环；606、覆盖环；607、等离子体约束环；608、反应腔顶壁；609、反应腔；610、基座；611、气体供应装置；701、等离子体；702、基座；703、晶圆；704、电子或离子；705、微小颗粒；W、基片。
具体实施方式
需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考附图和可选的实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明实施例公开了一种具有聚合物吸附功能的零部件，用于等离子反应腔609，所述零部件包括零部件本体和聚合物吸附涂层120，所述零部件本体表面设有耐等离子体701腐蚀的第一涂层110；所述第一涂层包括稀土元素的氧化物或氟化物或氟氧化物中的至少一种。所述聚合物吸附涂层120设置于所述第一涂层110表面，所述聚合物吸附涂层120包括具有多孔柱状结构的氧化铝材料。
本发明在处于等离子反应腔609内的零部件的外表面设置一层聚合物吸附涂层120，用于吸附工艺过程中产生的颗粒副产物，从而减少聚合物不均匀分布、累积、掉落所产生的工艺缺陷，并且聚合物吸附涂层120具有多孔柱状的结构特征，具有更高的比表面积，即更大的吸附面积，提高吸附效率和吸附量。
其中，所述零部件本体为导体材料、半导体材料或绝缘材料中的至少一种，所述零部件为反应腔内壁、衬套、接地环、聚焦环、边缘环、等离子体约束环中的至少一种。
在一实施例中，所述零部件为喷淋头100，在刻蚀过程中，喷淋头100处于等离子反应腔609，为所述等离子反应腔609输送气体，所述等离子反应腔609为等离子体701环境，喷淋头100暴露在等离子体701环境中，由于等离子体701具有较强的腐蚀性，因此，在喷淋头100的外表面设置耐等离子体701腐蚀的第一涂层110，以阻挡等离子体701对喷淋头100的腐蚀，对喷淋头100进行保护。
进一步地，再在第一涂层110的外表面上形成一层聚合物吸附涂层120，所述聚合物吸附涂层120包括具有多孔柱状结构的氧化铝材料。产生的这种结构的氧化铝本身具有吸附能力，能将工艺过程中产生的副产物吸附，从而减少聚合物不均匀分布、累积、掉落所产生的工艺缺陷。
更进一步地，所述聚合物吸附涂层120还包括氟化铝材料，所述氟化铝与所述氧化铝掺杂，氧化铝提供比表面积，即提供一个吸附场所，氟化铝是在已经形成的氧化铝表面再形成的一种物质，其吸附聚合物主要是由于氟化铝是3F结构，可与聚合物产生较强的作用，聚合物中主要是C-H链吸附在AlF3不同的F终端，其发生的电子作用强度也不一样，可形成桥式或者远桥式吸附结构，亦或是两种吸附结构都存在，另外当AlF3形成一个表面F空位时，吸附后亦形成了与3F表面相似的桥式构型，但其吸附能较3F表面增加了1.20ev，进一步加强喷淋头100表面的吸附能力，吸附效果更佳，大大减少生产过程中的工艺缺陷；同时，在随着吸附的聚合物的增多，喷淋头100的表面的颜色会逐渐加深，直观地显示出所吸附的聚合物的量。
如图2和3所示，具体的，所述聚合物吸附涂层120的多孔柱状结构呈竖直状排布，即其形体绝大部分呈站立式，这样有利于聚合物的侧向吸附，增加吸附的有效面积，提高吸附效率和吸附量。
在另一实施例中，如图4所示，所述零部件可以为反应腔609内壁，在所述反应腔609内壁的内表面设置耐等离子体701腐蚀的第一涂层110，以阻挡等离子体701对所述反应腔609内壁的腐蚀，对所述反应腔609内壁进行保护。
进一步地，再在第一涂层110的外表面上形成一层聚合物吸附涂层120，所述聚合物吸附涂层120包括具有多孔柱状结构的氧化铝材料。产生的这种结构的氧化铝本身具有吸附能力，能将工艺过程中产生的副产物吸附，从而减少聚合物不均匀分布、累积、掉落所产生的工艺缺陷。
如图5所示，本发明实施例公开了一种制备所述零部件的方法，所述方法在一真空反应腔内进行，所述真空反应腔内设有一基座，包括以下步骤：
S1：将设有耐等离子体腐蚀的第一涂层的零部件置于所述真空反应腔内；
S2：将一含铝晶圆置于所述基座上，所述零部件与所述含铝晶圆相对设置；
其中，所述含铝晶圆包括铝晶圆或含有铝和光阻的晶圆，将所述含铝晶圆置于等离子体环境中，等离子体会将铝原子溅射到喷淋头的表面。
S3：向所述真空反应腔内通入含氧气体，并将所述含氧气体解离为等离子体；
其中，所述含有氧元素的气体包括O2、CO、CO2、NO、N2O中的一种或多种。
S4：所述含氧气体解离的等离子体与所述含铝晶圆反应，在所述零部件第一涂层表面形成所述具有多孔柱状结构的氧化铝材料。
这些含有氧的气体解离产生氧与喷淋头表面的铝原子结合生成氧化铝(Al2O3)材料，这样生成的氧化铝具有多孔柱状的结构。
进一步地，所述方法还包括下列步骤：
S5：将所述含铝晶圆替换为一硅晶圆，然后向所述真空反应腔内通入含氟气体，并将所述含氟气体解离为等离子体，所述等离子体中的氟将部分氧化铝转化为氟化铝。
其中，所述含有氟元素的气体包括CF4、C2F6、C3F8、C-C4F8或C4F6的一种或多种，例如四氟化碳(CF4)，CF4经过高的等离子体环境解离产生C，F，CF3，游离的F会和没有饱和的Al原子或者是氧化铝解离的Al原子产生氟化铝(Al F3)，从而在Al2O3表面形成AlF3这种化合物，对后续的工艺制程中所产生的副产物进行吸附；并且，由于氟具有强腐蚀性，因此在通入含氟气体之前，将所述含铝晶圆替换为一硅晶圆，硅与氟反应生成氟化硅(SiF4)，SiF4为气体，易于排出不会对制备过程产生影响，硅晶圆将基座包覆，对基座进行保护，防止基座暴露在含氟气体之中被腐蚀。
第一涂层为耐等离子体耐腐蚀涂层，涂覆方法包括CVD、ALD、PVD等方法，第一涂层致密性越高，耐腐蚀性效果越好。
具体的，所述反应腔内的压力为40mT～120mT，射频频率为27Mhz-120Mhz，功率为150W～600W。更具体的，所述射频频率设置为60Mhz。
在本实施例中，以上述方法制备的零部件，能够形成具有多孔柱状结构的氧化铝-氟化铝复合材料的聚合物吸附涂层，将工艺过程中产生的副产物逐一吸附，从而减少聚合物不均匀分布、累积、掉落所产生的工艺缺陷。
本发明实施例公开了一种等离子体反应装置600，所述等离子体反应装置600具体包括电感耦合等离子体处理装置或电容耦合等离子体处理装置。如图6所示，当等离子体反应装置600为电感耦合等离子体处理装置时，其包含的所述零部件包括内衬套、覆盖环、聚焦环、绝缘环、等离子体约束环中的一种或多种。如图7所示，当等离子体反应装置为电容耦合等离子体处理装置时，其包含的所述零部件包括喷淋头、上接地环、下接地环、移动环、覆盖环、聚焦环、绝缘环、等离子体约束环中的一种或多种。
处在反应腔609内的零部件，都暴露在等离子环境中，表面需要涂覆上述第一涂层110以防止等离子体的腐蚀，然后都处于刻蚀的空间中，因此都可以在它们的第一涂层110的表面在形成一层聚合物吸附涂层120，将工艺过程中产生的副产物逐一吸附，从而减少聚合物不均匀分布、累积、掉落所产生的工艺缺陷。
其中，所述等离子体反应装置600包括一反应腔609和零部件，所述零部件示例性的为喷淋头100，所述喷淋头100位于所述反应腔609的内部，所述喷淋头100的外表面包括一层耐等离子体腐蚀的第一涂层110，所述第一涂层110的表面设置一层聚合物吸附涂层120，所述聚合物吸附涂层120为多孔柱状的结构，所述聚合物吸附涂层120包括氧化铝材料和氟化铝材料，所述氧化铝形成于所述第一涂层110的表面，所述氟化铝形成于所述氧化铝的表面，所述第一涂层110由上一实施例所述的制备所述零部件的方法制成。在保护喷淋头100不被等离子体腐蚀的同时，将工艺过程中产生的副产物逐一吸附，从而减少聚合物不均匀分布、累积、掉落所产生的工艺缺陷。
当然，也可以将耐等离子体腐蚀的第一涂层110和聚合物吸附涂层120设置于所述反应腔609的内壁面，同样可以将工艺过程中产生的副产物逐一吸附，从而减少聚合物不均匀分布、累积、掉落所产生的工艺缺陷。
等离子体反应装置600还包括：基座610，基座610用于承载待处理基片W，等离子体用于对待处理基片W进行处理。由于等离子体具有较强的腐蚀性，为了防止零部件的表面和反应腔609内部腔壁被等离子体腐蚀，因此需要在零部件的表面和反应腔609内部腔壁设置耐等离子体腐蚀的第一涂层110；再由于在等离子体刻蚀的工艺过程中会产生很多副产物，因此再在所述第一涂层上设置一层聚合物吸附涂层120，将工艺过程中产生的副产物逐一吸附，从而减少聚合物不均匀分布、累积、掉落所产生的工艺缺陷。
具体的，如图7所示，所述等离子体反应装置为电容耦合等离子体处理装置，相应的，暴露于等离子体环境中的零部件包括：静电卡盘603、聚焦环604、绝缘环605、覆盖环606、等离子体约束环607、反应腔顶壁608、反应腔609、基座610、气体供应装置611和喷淋头100。
综上所述，在零部件暴露于等离子体环境中的表面上先设置一层耐等离子体腐蚀的第一涂层110，保护零部件不被等离子体腐蚀，再在第一涂层110上设置一层聚合物吸附涂层120，将工艺过程中产生的副产物逐一吸附，从而减少聚合物不均匀分布、累积、掉落所产生的工艺缺陷。
本发明中的聚合物吸附涂层120也可用于非半导体行业的尾气、废物的吸附。
需要说明的是，本方案中涉及到的各步骤的限定，在不影响具体方案实施的前提下，并不认定为对步骤先后顺序做出限定，写在前面的步骤可以是在先执行的，也可以是在后执行的，甚至也可以是同时执行的，只要能实施本方案，都应当视为属于本发明的保护范围。
以上内容是结合具体的可选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (18)
1.一种具有聚合物吸附功能的零部件，用于等离子反应腔，其特征在于，所述零部件包括：
零部件本体，所述零部件本体表面设有耐等离子体腐蚀的第一涂层；
聚合物吸附涂层，设置于所述第一涂层表面，所述聚合物吸附涂层包括具有多孔柱状结构的氧化铝材料。
2.根据权利要求1所述的一种具有聚合物吸附功能的零部件，其特征在于，所述聚合物吸附涂层还包括氟化铝材料。
3.根据权利要求1所述的一种具有聚合物吸附功能的零部件，其特征在于，所述零部件本体为导体材料、半导体材料或绝缘材料中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种具有聚合物吸附功能的零部件，其特征在于，所述零部件为喷淋头。
5.根据权利要求1所述的一种具有聚合物吸附功能的零部件，其特征在于，所述聚合物吸附涂层的颜色随着吸附的聚合物的增加逐渐变深。
6.根据权利要求1所述的一种具有聚合物吸附功能的零部件，其特征在于，所述聚合物吸附涂层的多孔柱状结构呈竖直状。
7.根据权利要求1所述的一种具有聚合物吸附功能的零部件，其特征在于，所述零部件为反应腔内壁、衬套、接地环、聚焦环、边缘环、等离子体约束环中的至少一种。
8.一种制备如权利要求1-7任意一项所述零部件的方法，所述方法在一真空反应腔内进行，所述真空反应腔内设有一基座，其特征在于，包括以下步骤：
将设有耐等离子体腐蚀的第一涂层的零部件置于所述真空反应腔内；
将一含铝晶圆置于所述基座上，所述零部件与所述含铝晶圆相对设置；
向所述真空反应腔内通入含氧气体，并将所述含氧气体解离为等离子体；
所述含氧气体解离的等离子体与所述含铝晶圆反应，在所述零部件的第一涂层表面形成所述具有多孔柱状结构的氧化铝材料。
9.根据权利要求8所述的一种零部件的制备方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：
将所述含铝晶圆替换为一硅晶圆，然后向所述真空反应腔内通入含氟气体，并将所述含氟气体解离为等离子体，所述等离子体中的氟将部分氧化铝转化为氟化铝。
10.根据权利要求8所述的一种零部件的制备方法，其特征在于，所述含铝晶圆包括铝晶圆或含有铝和光阻的晶圆。
11.根据权利要求8所述的一种零部件的制备方法，其特征在于，所述含氧气体包括O2、CO、CO2、NO、N2O中的一种或多种。
12.根据权利要求9所述的一种零部件的制备方法，其特征在于，所述含氟气体包括CF4、C2F6、C3F8、C-C4F8或C4F6的一种或多种。
13.根据权利要求8所述的一种零部件的制备方法，其特征在于，所述反应腔内的压力为40mT～120mT，射频频率为27Mhz-120Mhz，功率为150W～600W。
14.一种等离子体反应装置，其特征在于，包括一反应腔和如权利要求1-7任意一项所述的零部件。
15.根据权利要求14所述的一种等离子体反应装置，其特征在于，所述零部件为喷淋头。
16.根据权利要求15所述的一种等离子体反应装置，其特征在于，所述喷淋头处于所述反应腔内的表面具有如权利要求8-15任意一项所述的一种零部件的制备方法获得的聚合物吸附涂层。
17.根据权利要求14所述的一种等离子体反应装置，其特征在于，所述等离子体反应装置为电感耦合等离子体处理装置，所述零部件包括内衬套、覆盖环、聚焦环、绝缘环、等离子体约束环中的一种或多种。
18.根据权利要求14所述的一种等离子体反应装置，其特征在于，所述等离子体反应装置为电容耦合等离子体处理装置，所述零部件包括喷淋头、上接地环、下接地环、移动环、覆盖环、聚焦环、绝缘环、等离子体约束环中的一种或多种。
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