CN115558988B - 涂层的形成方法、半导体零部件及等离子体反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涂层的形成方法、半导体零部件及等离子体反应装置。该方法包含：提供一衬底，其具有一待处理面，待处理面的线粗糙度Ra≤0.3um，测量面积为285.2um×213.8um的最大面高度差Sz≤5um；提供一具有单晶/类单晶结构的靶材，其与衬底相对设置；激发靶材形成气相分子流，使气相分子流运动至待处理面，在待处理面上沉积形成耐等离子体腐蚀涂层，该耐等离子体腐蚀涂层经过X射线衍射得到的衍射峰图谱由一个主峰和若干次峰，每个次峰的强度至少低于主峰的强度1/5，主峰的半峰宽小于1°。本发明耐等离子体腐蚀涂层具有单晶/类单晶结构的同时，对衬底晶格匹配和耐温性的要求大大降低。

Description

涂层的形成方法、半导体零部件及等离子体反应装置
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，具体涉及一种涂层的形成方法、半导体零部件及等离子体反应装置。
背景技术
等离子体蚀刻工艺在集成电路制造领域发挥了关键作用。随着等离子体刻蚀工艺中深宽比指标的不断提高，刻蚀腔体中的零部件所承受的等离子体腐蚀环境越来越恶劣。现有技术的耐腐蚀涂层在这些工艺制程中逐渐表现出失效的微颗粒污染，不能满足工艺需求。
研究发现，上述涂层失效的原因之一在于，常规的耐腐蚀涂层为多晶结构，在受到越来越强的等离子体的物理轰击和化学腐蚀作用下，涂层表面的晶粒原子密度低的取向排列的晶粒会被优先氟化，晶粒体积发生膨胀，超过一定的阈值后从涂层表层脱落，形成微小的颗粒污染物，造成刻蚀制程中微颗粒污染物失效。
发明内容
本发明的目的是解决现有的耐腐蚀涂层随着工艺发展，耐腐蚀性能不能满足工艺需求的问题，提供一种耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，该耐等离子体腐蚀涂层具有单晶或类单晶结构，能提高耐等离子体腐蚀涂层耐腐蚀性。
为了达到上述目的，本发明提供了一种耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，包括：
提供一衬底，所述衬底具有一待处理面，所述待处理面的线粗糙度Ra小于等于0.3um，且所述待处理面中任选测量面积为285.2um×213.8um的最大面高度差Sz小于等于5um；
提供一具有单晶/类单晶结构的靶材，其与所述衬底相对设置；该靶材包括氧化物、氟化物或氟氧化物中的任意一种；
激发所述靶材形成气相分子流，使所述气相分子流运动至所述衬底的待处理面，在所述待处理面上沉积形成耐等离子体腐蚀涂层，所述耐等离子体腐蚀涂层经过X射线衍射所得到的衍射峰图谱由一个主峰和若干次峰，其中，每个次峰的强度至少低于所述主峰强度的1/5，所述主峰的半峰宽小于1°。
可选地，当所述衬底与靶材之间的距离小于10cm时，激发所述靶材形成气相分子流的环境压力小于10-2Pa。
可选地，当所述衬底与靶材之间的距离小于100cm时，激发所述靶材形成气相分子流的环境压力小于10-3Pa。
可选地，所述衬底为单晶或多晶结构或非晶结构，所述衬底材质选自陶瓷、硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅、铝合金、阳极氧化铝、不锈钢、玻璃中的任意一种或任意两种以上的组合。
可选地，所述玻璃为石英玻璃、SiO2-Al2O3系玻璃。
可选地，在所述待处理面上沉积形成耐等离子体腐蚀涂层过程中，工艺温度小于400℃。
可选地，当衬底中没有孔洞结构时，所述衬底的待处理面通过抛光实现；所述抛光包括机械抛光、化学抛光和机械化学抛光方式中的任意一种或任意两种以上的组合。
可选地，没有孔洞结构的衬底材料包括：铝、铝合金或者单晶硅中的至少一种。
可选地，当衬底本体中有孔洞结构时，先对衬底的待处理面进行预处理，以消除衬底的孔洞结构，再对所述待处理面通过抛光实现；所述抛光包括机械抛光、化学抛光和机械化学抛光方式中的任意一种或任意两种以上的组合。
可选地，有孔洞结构的衬底材料包括：陶瓷、多晶硅、碳化硅、氮化硅和氧化硅中的至少一种。
可选地，还包含：提供一增强源。
可选地，所述增强源包括：等离子体源、离子束源、射频源源、微波源中的至少一种。
可选地，在所述待处理面上沉积形成耐等离子体腐蚀涂层过程中，工艺温度小于200℃。
可选地，所述沉积包括溅射沉积或蒸发沉积。
可选地，所述靶材为稀土金属氧化物、稀土金属氟化物、稀土金属氟氧化物的任意一种，其中稀土金属包括Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Td、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种稀土元素。
本发明还提供了一种半导体零部件，其包括：
零部件本体；所述零部件本体具有一待处理面，所述待处理面的线粗糙度Ra小于等于0.3um，且所述待处理面中任选测量面积为285.2um×213.8um时的最大面高度差Sz小于等于5um；
耐等离子体腐蚀涂层位于所述待处理面上；该耐等离子体腐蚀涂层经过X射线衍射所得到的衍射峰图谱由一个主峰和若干次峰，其中，每个次峰的强度至少低于所述主峰的强度1/5，所述主峰的半峰宽小于1°。
可选地，每个次峰的强度至少低于所述主峰强度的1/20。
可选地，所述耐等离子体腐蚀涂层的厚度为：0.1um~1000um。
可选地，所述耐等离子体腐蚀涂层包含稀土元素的氧化物、氟化物、氟氧化物中的至少一种。
可选地，所述稀土元素包括Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Td、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种。
本发明还提供了一种等离子体反应装置，包括：
反应腔，所述反应腔内为等离子体环境；
上述的半导体零部件，其暴露于所述等离子体环境中。
可选地，所述等离子体反应装置为电容耦合等离子体反应装置；所述零部件包括：气体喷淋头、衬垫、喷嘴、气体分配板、静电卡盘、聚焦环、绝缘环、覆盖环、等离子体约束装置中的至少一种。
可选地，所述等离子体反应装置为电感耦合等离子体反应装置；所述零部件包括：陶瓷盖板、衬套、气体喷嘴、聚焦环、绝缘环、静电卡盘、覆盖环或等离子体约束装置中的至少一种。
与现有技术相比，本发明技术方案至少具有如下有益效果：
本发明选用单晶或类单晶靶材，使得激发形成的分子流沿着直线运动方式运动到衬底表面，在与衬底表面发生碰撞前不会发生分子流之间的碰撞。并且，由于衬底表面足够光滑，使得分子流与衬底表面原子发生碰撞时不改变原子特定取向的排列方式，因此，能够在衬底的待处理面上形成具有单晶/类单晶结构的耐等离子体腐蚀涂层。所述耐等离子体腐蚀涂层具有一致的原子排列取向，原子密度相同，能够大大降低局部被优先氟化而引起失效的概率，提高耐等离子体腐蚀性能，进一步提高制程良率。
通过控制衬底的待处理面的粗糙度，使所述待处理面的线粗糙度Ra小于等于0.3um，且所述待处理面中任选测量面积为285.2um×213.8um时的最大面高度差Sz小于等于5um，即：所述待处理面非常光滑，并选择单晶/类单晶靶材，所述单晶/类单晶结构的靶材经激发后，形成的气相分子流可直线运动至衬底表面，沉积形成单晶/类单晶结构的耐等离子体腐蚀涂层。与现有的多晶涂层相比，本发明形成的耐等离子体腐蚀涂层表面原子具有特定的取向，能够实现更高的耐腐蚀效果。进一步地，本发明还通过控制靶材与衬底间的距离、工艺的真空度，对分子流的原子排列取向进行了严格的限定，可以进一步降低工艺温度，在保持涂层具有单晶/类单晶结构的同时，使得本发明对衬底晶格匹配的要求、衬底耐温性的要求大大降低。
附图说明
图1为一种耐腐蚀涂层Yb2O3的XRD图。
图2为本发明的一种耐等离子体腐蚀涂层的形成方法的流程图。
图3为本发明的一种半导体零部件的截面图。
图4为本发明的一种电感耦合等离子体反应装置（ICP）的腔内结构示意图。
图5为本发明的一种电容耦合等离子体反应装置（CCP）的腔内结构示意图。
图6为本发明的实施例1的一种耐等离子体腐蚀涂层的形成过程（蒸发沉积）的腔内状态示意图。
图7为本发明的实施例1的具有单晶结构的Yb2O3氧化物靶材的XRD图。
图8为本发明的实施例1形成的耐等离子体涂层的XRD图。
图9为本发明的实施例2的一种耐等离子体腐蚀涂层的形成过程（蒸发沉积）的腔内状态示意图。
图10为本发明的实施例2形成的耐等离子体涂层的XRD图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗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，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“若干”可以是一个或者多个。
在本发明的描述中，需要说明的是，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
研究发现：随着等离子体等腐蚀环境的日益严苛，现有的耐腐蚀涂层（如，含Yb2O3、Y2O3、YF3、YOF等）逐渐表现出失效的微颗粒污染，不能更好满足制程需求。这些耐腐蚀涂层失效的原因主要在于，现有的耐腐蚀涂层为多晶结构，在受到越来越强的等离子体的物理轰击和化学腐蚀作用下，涂层表面的晶粒原子密度低的取向排列的晶粒会被优先氟化，晶粒体积发生膨胀，超过一定的阈值后从涂层表层脱落，形成微小的颗粒污染物，造成刻蚀制程中微颗粒污染物失效。
如图1所示，为现有技术中耐腐蚀涂层Yb2O3的XRD图。该图谱由各个不同取向的晶面组成，如(211)、(222)、(440)等，说明Yb2O3涂层中原子排列具有各个不同的方向，因而在实际服役条件下，表现出的耐腐蚀效果是这些各个不同取向排列原子的耐腐蚀效果的平均值。在发生失效行为时，可以判断，具有最低原子面密度的晶体取向的晶粒会优先发生腐蚀，形成微颗粒污染物。
为此，尝试形成单晶或类单晶结构以解决上述缺陷。现有技术通常采用外延生长的方法在不同衬底表面获得单晶涂层，主要外延方法有固相外延生长、金属有机化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延（MBE）。从原理上来说，这些方法都要求衬底本身具有单晶/类单晶结构，并且由于对所沉积的分子源随机的取向特征没有很好的限定手段，使得需要对衬底继续较高温度的加热退火，从而使得随机取向通过高温晶格振动的方式进行取向的调整，才能够实现分子源沿着特定方向的沉积，形成单晶/类单晶结构。因此，目前的单晶/类单晶制备方法中，对衬底要求很高，如，一般要求衬底也具有单晶结构或类单晶结构，同时要求衬底与涂层的晶格匹配度较高，衬底耐温性能高（需耐涂层熔点2/3以上的高温）等，大大限制了单晶/类单晶涂层在半导体耐等离子体腐蚀领域的应用。
本发明在耐等离子体腐蚀涂层形成过程的3个阶段（衬底准备、靶材准备、激发分子流）对分子流的原子排列取向进行了严格的限定，在保持耐等离子体腐蚀涂层具有单晶/类单晶结构的同时，降低了工艺温度，使得本发明对衬底晶格匹配的要求、衬底耐温性的要求大大降低，进而实现本发明的目的。
本文所述的类单晶结构是指晶粒中原子取向基本一致的晶体结构，类似于单晶结构。本文所述的类单晶结构经过X射线衍射得到的衍射峰图谱由一个超强主峰和强度至少低于超强主峰强度1/5以下的其他峰构成，所述超强主峰的半峰宽小于1°。
本文所述的等离子体反应装置包含：反应腔及组成该装置的零部件。在工作状态下，所述反应腔内为等离子体环境，所述零部件暴露于所述等离子体环境中。由于等离子体具有较强的腐蚀性，因此，需要在零部件本体表面涂覆耐等离子体腐蚀涂层，以阻挡等离子体对零部件本体的腐蚀。
如图2所示，本发明提供了一种耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其包括：
步骤S1，提供一衬底，所述衬底具有一待处理面，所述待处理面的线粗糙度Ra≤0.3um，测量面积为285.2um×213.8um的最大面高度差Sz≤5um。
本发明限定衬底待处理面的线粗糙度Ra、最大面高度差Sz值，其中线粗糙度Ra具体指的是算术平均粗糙度，使衬底表面足够光滑，且后续选用单晶或单晶靶材，使得激发形成的分子流达到衬底表面时，分子流直接与衬底表面原子发生碰撞，且不改变原子特定取向的排列方式，进而形成具有单晶/类单晶结构的耐等离子体腐蚀涂层。
为实现衬底待处理面的粗糙度要求，可以对待处理面进行如下加工处理：
当衬底本体中没有孔洞或者气泡时，所述衬底的待处理面通过抛光实现；例如：对于经过熔融过程形成的铝、铝合金、单晶硅材质衬底时，衬底本体中没有孔洞或者气泡，可以直接通过机械抛光、化学抛光和机械化学抛光方式中的一种或者多种方式获得光滑表面。
当衬底本体中有孔洞或者气泡时，先对衬底的待处理面进行预处理，以消除衬底的孔洞结构或气泡，再对所述待处理面通过抛光实现。例如：对于经过高温烧结但没有经过熔融过程形成的如陶瓷、多晶硅、碳化硅、氮化硅和氧化硅为材质的衬底时，由于烧结过程中晶粒收缩形成的孔洞结构，使得这些材质经过抛光后的孔洞结构暴露在表面，这些孔洞结构的高度偏差较大，甚至高达百微米级别，无法通过直接抛光的方式完全去除。因此，对于这些材质，需要通过一定的预处理工艺才能得到符合本发明要求的表面特征。所述预先处理工艺，包括但不限于：1）添加烧结助剂，形成液相烧结，减小缩微孔尺寸；2）在零部件本体的表面涂覆陶瓷釉；3）通过快速加热方式熔融表面，消除孔洞结构等。通过上述预处理工艺消除孔洞结构后，再通过机械抛光、化学抛光和/或机械化学抛光方式可以获得本发明要求的具有光滑表面特征的衬底。
光滑表面的检测，可以通过光学显微镜进行检测，例如VKX-3000，直接测量得到Ra，Sz的值。本发明采用VKX-3000测量Sz时，1000倍放大的视野面积为285.2um×213.8um。应该理解，采用不同的放大倍数时，测量面积可以变化。
本发明的衬底对晶格匹配度不做要求，即，不要求衬底具有单晶结构，衬底可以为单晶或多晶结构或非晶结构。本发明通过对耐等离子体腐蚀涂层形成单晶/类单晶结构的工艺过程进行控制，能实现本发明的技术效果，降低对衬底的特殊要求。所述衬底材质选自陶瓷、硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅、铝合金、阳极氧化铝、不锈钢、玻璃中的任意一种或任意两种以上的组合。所述陶瓷包括：Al2O3陶瓷、AlN陶瓷、ZrO2陶瓷、Y2O3陶瓷中的任意一种或任意两种以上的混合。一些实施例中，陶瓷也可以包括厚度达到数百um的喷涂陶瓷膜，例如喷涂Al2O3、AlN、ZrO2、Y2O3等。一些实施例中，所述玻璃为非晶结构，包括常见半导体玻璃，如石英玻璃、SiO2-Al2O3系玻璃等。
步骤S2，提供一具有单晶/类单晶结构的靶材，其与所述衬底相对设置。该靶材包括氧化物、氟化物或氟氧化物中的任意一种。
步骤S3，激发所述靶材形成气相分子流，使所述气相分子流运动至所述衬底的待处理面，在所述待处理面上沉积形成耐等离子体涂层。所述耐等离子体腐蚀涂层经过X射线衍射所得到的衍射峰图谱由一个主峰和若干次峰，其中，每个次峰的强度至少低于所述主峰的强度1/5，所述主峰的半峰宽小于1°。
所述靶材选择具有单晶/类单晶结构的靶材，在初始状态已经实现了原子结构沿着特定方向的有序排列，进而这种靶材在激发形成分子流时，仍然能够保持这种特定取向的排列方式。为进一步提高涂层的耐等离子体腐蚀性能，所述靶材可选择稀土金属氧化物、稀土金属氟化物、稀土金属氟氧化物的任意一种，其中稀土金属包括Y（钇）、La（镧）、Ce（铈）、Pr（镨）、Nd（钕）、Sm（钐）、Eu（铕）、Tb（铽）、Gd（钆）、Dy（镝）、Ho（钬）、Er（铒）、Tm（铥）、Yb（镱）、Lu（镥）中的至少一种稀土元素。
在高真空环境中，激发靶材形成的分子流沿着直线运动方式运动到衬底表面，在与衬底表面发生碰撞前没有发生分子流之间的碰撞，从而没有改变原子特定取向的排列方式。因此，可以通过控制激发环境的压力，提高耐等离子体腐蚀涂层的性能。在沉积的过程中，沉积腔室的环境压力至少保持在10-2Pa以下的真空，以保持分子流的直线运动特征，靶材距离衬底的距离需要小于该环境压力下对应的分子自由程，真空度越高，距离越大。例如，当所述衬底与靶材之间的距离小于10cm时，激发所述靶材形成气相分子流的环境压力小于10-2Pa；当所述衬底与靶材之间的距离小于100cm时，激发所述靶材形成气相分子流的环境压力小于10-3Pa。
所述沉积包括溅射沉积或蒸发沉积。所述溅射沉积或者蒸发沉积过程，是指靶材经过激发后形成分子流，分子流经过直线运动方式到达衬底表面，并发生碰撞，形核长大并沉积形成高致密耐等离子体腐蚀涂层的过程。溅射沉积过程中，使用高能量的离子束/等离子体束（冷源）物理轰击靶材，使得表面原子脱离靶材，进而形成分子流；而蒸发沉积过程，则使用电阻加热、激光、电子束加热等加热方式（热源）对靶材进行激发，使得表面原子脱离靶材，形成分子流。在这个过程中，所述衬底温度<400℃。 对于刻蚀零部件而言，一般包括本体(如Si、铝合金、陶瓷等)和附属部件（如加热器、有机胶、阳极氧化涂层、有机涂层等）。耐等离子体腐蚀涂层形成过程中工艺温度过高（例如>400℃），会造成本体和/或附属部件的失效，例如铝合金蠕变、有机胶老化、阳极氧化涂层脱落、有机涂层软化等，本发明的工艺温度较低，因此，有机胶不易发生老化、阳极氧化涂层不易脱落、有机涂层不易软化，进而造成零部件不能正常服役。因此，对于涂层工艺来说，尽量接近或者略高于服役环境温度，是最佳选择。
在另一些实施例中，如为了进一步降低工艺温度，还提供一增强源辅助。所述增强源包括：等离子体源、离子束源、射频源源、微波源中的至少一种。在所述待处理面上沉积形成耐等离子体腐蚀涂层过程中，工艺温度小于200℃，这将大大降低对衬底的耐温性能的要求。
如图3所示，为本发明的一种半导体零部件的截面图，该零部件可用于等离子体反应装置，包含：
零部件本体1，所述零部件本体具有一待处理面，所述待处理面的线粗糙度小于等于0.3um，且所述待处理面中任选测量面积为285.2um×213.8um时的最大面高度差小于等于5um；
采用本发明所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法形成于所述零部件本体1（作为衬底）表面的耐等离子体腐蚀涂层2。该耐等离子体腐蚀涂层经过X射线衍射所得到的衍射峰图谱由一个主峰和若干次峰，其中，每个次峰的强度至少低于所述主峰的强度1/5，所述主峰的半峰宽小于1°。一些实施例中，每个次峰的强度至少低于所述主峰强度的1/20。
所述耐等离子体腐蚀涂层的厚度为：0.1um~1000um。
所述耐等离子体腐蚀涂层包含所述稀土元素的氧化物、氟化物、氟氧化物中的至少一种。所述稀土元素包括Y（钇）、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Td、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种。
一些实施例中，所述等离子体反应装置为电感耦合等离子体（ICP）反应装置，如图4所示，所述零部件包括：陶瓷盖板401、衬套402、气体喷嘴403、聚焦环404、绝缘环405、静电卡盘406、覆盖环407或等离子体约束装置408中的至少一种。
一些实施例中，所述等离子体反应装置为电容耦合等离子体（CCP）反应装置；如图5所示，所述零部件包括：衬垫（图中未示）、喷嘴501、气体分配板502、气体喷淋头503、静电卡盘504、等离子体约束装置505、聚焦环506、绝缘环507、覆盖环508中的至少一种。
实施例1
如图6所示，为一种耐等离子体腐蚀涂层的形成过程（蒸发沉积）的腔内状态示意图。衬底601与靶材602正相对设置在腔室603中。衬底601与靶材602的直线距离d为80cm~100cm。所述衬底601采用Al2O3陶瓷衬底。所述衬底601的待处理面面向所述靶材602设置，其具有一光滑表面，所述光滑表面的线粗糙度Ra≤0.3um（本例中为0.2），当测量面积为285.2um×213.8um时最大面高度差Sz≤5um（本例中为2um）。所述靶材为Yb2O3氧化物单晶靶材，其XRD图如7所示，可以看出，该Yb2O3氧化物靶材具有单晶结构，主要由(440)晶面排列的超强衍射峰构成。
抽真空，保持真空腔室的压力小于10-2Pa，本例中为1×10-3Pa ~5×10-3Pa。腔室603内温度为200~300℃左右，如可设定330-350℃的温度范围。激发靶材602，形成气相分子流，使所述气相分子流直线运动（图中的虚线箭头所示）至所述衬底601的待处理面，在所述待处理面上沉积形成耐等离子体涂层604。耐等离子体涂层604经XRD分析，如图8所示，该图谱中，由一个超强的(440)晶面取向的衍射峰（即，主峰）和其他远远小于(440)晶面衍射峰强度（1/5强度以下）的次峰组成，如(222)、(433)等，且主峰的半峰宽较小（小于1°）。说明该耐等离子体涂层604中原子排列主要按照(440)晶面取向进行的，具有类单晶结构。由于(110)面是面心立方晶体中所有取向中原子密度最高的面，而(440)晶面与(110)是等效晶面，具有相同的取向，因而，具有(440)原子排列特征的类单晶耐等离子体腐蚀涂层，具有比现有技术更高的耐腐蚀效果。 实施例2
如图9所示，为另一种耐等离子体腐蚀涂层的形成过程（蒸发沉积）的腔内状态示意图。腔内设置有增强源605。衬底601与靶材602正相对设置在腔室603中，衬底601与靶材602的直线距离d为20cm~30cm，所述衬底601采用铝合金衬底。所述衬底601的待处理面面向所述靶材602设置，其具有一光滑表面，所述光滑表面的线粗糙度Ra≤0.3um（本例中为0.3um），测量面积为285.2um×213.8um的最大面高度差Sz≤5um（本例中为4um）。所述靶材为具有单晶结构的Yb2O3氧化物靶材。
抽真空，保持真空腔室的压力小于10-3Pa，本例中为8×10-4Pa。开启一射频源作为增强源605。所述增强源605包括：等离子体源、离子束源、射频源源、微波源中的至少一种。激发靶材602，形成气相分子流，所述增强源605能够增加分子流的动能，因此，腔室603内温度不用太高，具体腔室603内温度为100℃~200℃左右，如可设定150-180℃的温度范围，使所述气相分子流直线运动至所述衬底601的待处理面，在所述待处理面上沉积形成耐等离子体涂层604。耐等离子体涂层604经XRD分析，如图10所示，该XRD谱图由主峰（440晶面）、次峰（222晶面）、次峰（433晶面）及若干微小的次峰构成，图中明显看出，主峰的强度远远大于任意一个次峰的强度（每个次峰的强度均远小于主峰强度的1/5），且主峰的半峰宽较小（小于1°）。以上均证明了该耐等离子体涂层604具有类单晶结构。
实施例1与实施例2采用了不同的衬底结构，均得到了类单晶结构的耐等离子体涂层，证明了本发明对多种衬底材料的普适性，即，不需要对衬底是否是单晶结构进行限定，也能够实现在多晶衬底上形成具有单晶/类单晶结构的涂层，大大拓展了耐等离子体腐蚀涂层对衬底的选择范围。
进一步地，本发明不需退火即可实现单晶或类单晶涂层，工艺温度大幅降低（＜400℃），克服了传统单晶/类单晶涂层形成过程中衬底晶格匹配要求高和衬底温度高等瓶颈问题，大大拓展单晶/类单晶涂层对半导体不同衬底的选择范围，进而提高单晶/类单晶涂层在半导体刻蚀制程中的应用范围。本发明中，对单晶/类单晶涂层形成过程进行严格的工艺控制：首先对靶材，要求具有单晶/类单晶结构，使得激发后形成的分子流都具有与靶材类似晶面取向，而不是随机分布；其次，对分子流输运过程进行控制，即真空度和飞行距离的控制，使得分子流在飞行过程中不会发生相对碰撞而改变分子流取向；再次，对分子流到达衬底表面的状态进行控制，即要求衬底表面线粗糙度Ra≤0.3um，测量面积为285.2um×213.8um的最大面高度差Sz≤5um，使得分子流在衬底的表面粘附而沉积时分子排列取向没有发生较大的改变；最后，对工艺的温度进行控制，降低分子流的热动能，进而降低分子流在衬底表面的碰撞迁移，继续按照特定的晶面取向排列分子，沉积而形成具有单晶/类单晶的涂层，实现本发明效果。
综上所述， 本发明通过选择单晶或类单晶靶材、控制气相分子流的运动形式、限定衬底的光滑表面要求等，实现了单晶/类单晶结构的形成。该形成方法对衬底的晶格匹配度无要求，且由于工艺温度的大幅降低，对衬底的耐温性也要求降低。与多晶涂层相比，本发明形成的单晶/类单晶涂层作为耐等离子体腐蚀涂层，由于具有一致的原子排列取向，原子密度相同，大大降低局部被优先氟化而引起失效的概率，提高耐等离子体腐蚀性能，进一步提高制程良率。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (21)

1.一种耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其特征在于，包括：
提供一衬底，所述衬底具有一待处理面，所述待处理面的线粗糙度Ra小于等于0.3um，且所述待处理面中任选测量面积为285.2um×213.8um时的最大面高度差Sz小于等于5um；
提供一具有单晶/类单晶结构的靶材，其与所述衬底相对设置，该靶材包括氧化物、氟化物或氟氧化物中的任意一种；
激发所述靶材形成气相分子流，使所述气相分子流运动至所述衬底的待处理面，在所述待处理面上沉积形成耐等离子体腐蚀涂层，所述耐等离子体腐蚀涂层经过X射线衍射所得到的衍射峰图谱由一个主峰和若干次峰，其中，每个次峰的强度至少低于所述主峰的强度1/5，所述主峰的半峰宽小于1°。
2.如权利要求1所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其特征在于，当所述衬底与靶材之间的距离小于10cm时，激发所述靶材形成气相分子流的环境压力小于10-2Pa。
3.如权利要求1所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，当所述衬底与靶材之间的距离小于100cm时，激发所述靶材形成气相分子流的环境压力小于10-3Pa。
4.如权利要求1所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其特征在于，所述衬底为单晶或多晶结构或非晶结构，材质包括：陶瓷、硅、碳化硅、氮化硅、氧化硅、铝合金、阳极氧化铝、不锈钢或玻璃中的至少一种。
5.如权利要求4所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其特征在于，所述玻璃为石英玻璃、SiO2-Al2O3系玻璃。
6.如权利要求1所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其特征在于，在所述待处理面上沉积形成耐等离子体腐蚀涂层过程中，工艺温度小于400℃。
7.如权利要求1所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其特征在于，当衬底中没有孔洞结构时，所述衬底的待处理面通过抛光实现；所述抛光包括机械抛光、化学抛光和机械化学抛光方式中的任意一种或任意两种以上的组合。
8.如权利要求7所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其特征在于，没有孔洞结构的衬底材料包括：铝、铝合金或者单晶硅中的至少一种。
9.如权利要求1所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其特征在于，当衬底中有孔洞结构时，先对衬底的待处理面进行预处理，以消除衬底的孔洞结构，再对所述待处理面通过抛光实现；所述抛光包括机械抛光、化学抛光和机械化学抛光方式中的任意一种或任意两种以上的组合。
10.如权利要求9所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其特征在于，有孔洞结构的衬底材料包括：陶瓷、多晶硅、碳化硅、氮化硅和氧化硅中的至少一种。
11.如权利要求1所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其特征在于，还包含：提供一增强源；所述增强源包括：等离子体源、离子束源、射频源、微波源中的至少一种。
12.如权利要求11所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其特征在于，在所述待处理面上沉积形成耐等离子体腐蚀涂层过程中，工艺温度小于200℃。
13.如权利要求1所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其特征在于，所述沉积工艺包括溅射沉积或蒸发沉积。
14.如权利要求1所述的耐等离子体腐蚀涂层的形成方法，其特征在于，所述靶材为稀土金属氧化物、稀土金属氟化物、稀土金属氟氧化物的任意一种，其中，稀土金属包括Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Td、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种稀土元素。
15.一种半导体零部件，其特征在于，该零部件包含：
零部件本体，所述零部件本体具有一待处理面，所述待处理面的线粗糙度Ra小于等于0.3um，且所述待处理面中任选测量面积为285.2um×213.8um时的最大面高度差Sz小于等于5um；
耐等离子体腐蚀涂层，位于所述待处理面上，该耐等离子体腐蚀涂层经过X射线衍射所得到的衍射峰图谱由一个主峰和若干次峰，其中，每个次峰的强度至少低于所述主峰强度的1/5，所述主峰的半峰宽小于1°。
16.如权利要求15所述的半导体零部件，其特征在于，所述耐等离子体腐蚀涂层包含稀土元素的氧化物、氟化物、氟氧化物中的至少一种；所述稀土元素包括Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Td、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种。
17.如权利要求15所述的半导体零部件，其特征在于，每个次峰的强度至少低于所述主峰强度的1/20。
18.如权利要求15所述的半导体零部件，其特征在于，所述耐等离子体腐蚀涂层的厚度为：0.1um~1000um。
19.一种等离子体反应装置，其特征在于，包括：
反应腔，所述反应腔内为等离子体环境；
如权利要求15至权利要求18任一项所述的半导体零部件，其暴露于所述等离子体环境中。
20.如权利要求19所述的等离子体反应装置，其特征在于，所述等离子体反应装置为电容耦合等离子体反应装置；所述零部件包括：气体喷淋头、衬垫、喷嘴、气体分配板、静电卡盘、聚焦环、绝缘环、覆盖环、等离子体约束装置中的至少一种。
21.如权利要求19所述的等离子体反应装置，其特征在于，所述等离子体反应装置为电感耦合等离子体反应装置；所述零部件包括：陶瓷盖板、衬套、气体喷嘴、聚焦环、绝缘环、静电卡盘、覆盖环或等离子体约束装置中的至少一种。
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