TW201447968A - 等離子體裝置內具有氧化釔包覆層的部件及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種等離子體處理裝置內具有氧化釔包覆層的部件，其包括部件本體；氧化釔包覆層，其覆蓋部件本體暴露於等離子體的至少部分表面；以及形成於氧化釔包覆層表面的阻擋層，該阻擋層阻止該氧化釔包覆層中的氧化釔與含氟等離子體反應。本發明能夠有效避免氧化釔包覆層與含氟等離子體產生氟化釔顆粒污染物。

Description

等離子體裝置內具有氧化釔包覆層的部件及其製造方法

本創作係屬於半導體加工設備的領域，特別是關於一種等離子體處理裝置內具有氧化釔包覆層的部件及其製造方法。

近年來，隨著半導體製造工藝的發展，等離子體處理工藝被廣泛應用於半導體元器件的制程中。上述制程，如沉積、刻蝕工藝等一般是在等離子體處理裝置內進行，然而，在進行等離子體處理工藝時，由於等離子體的轟擊性和工藝氣體的腐蝕性，也使暴露于高密度高腐蝕性高活性的等離子體環境中的等離子體處理裝置內部部件(如等離子體處理腔室的腔壁、氣體噴淋頭、聚焦環等)被腐蝕。

以氣體噴淋頭為例，現有的氣體噴淋頭其本體一般為鋁，但是鋁容易在等離子體環境下被腐蝕，導致其壽命縮短。針對這一問題，現有技術中通過在氣體噴淋頭本體的外表面覆蓋一層抗腐蝕性能力較強的保護層，提高其耐腐蝕性。較常見的，該保護層的材料為氧化釔，其對含氟氣體等腐蝕性氣體或等離子體的耐腐性較高，可保護氣體噴淋頭的本體不被侵蝕。與上述中提到的氣體噴淋頭的抗腐蝕目的類似，氧化釔保護層也噴塗於等離子體處理裝置內其他部件的表面。採用氧化釔作為保護層的另一優勢在於，雖然氧化釔中的釔原子也可與含氟氣體等腐蝕性氣體或等離子體反應生成氟化釔，但氟化釔同樣具有較好的耐腐蝕性和穩定性，因此 即使氧化釔暴露在含氟氣體或其等離子體環境下，也表現出穩定的高耐腐蝕性。

然而，在實際應用中，由於等離子體處理裝置的反應腔室內生成的等離子體密度具有不均勻的特徵分佈，在等離子體密度較大處，氧化釔保護層中的釔原子與含氟等離子體反應生成的氟化釔較多；相應的在等離子體密度較小處，氧化釔保護層表面生成的氟化釔較少，因此氧化釔保護層表面的氟化釔的生長速度也就不可避免地呈現出不均勻性。隨著氟化釔的厚度不斷增加，在生長較快的區域可能會發生氟化釔在壓力作用下從氧化釔保護層表面剝落的情況，而剝落的氟化釔形成顆粒污染物，會對正在加工的半導體器件(如矽片)造成缺陷，甚至可能造成器件失效。此外，從氧化釔表面濺射出的釔原子也可能會在其他部件表面與含氟等離子體發生反應生成氟化釔並脫落成為顆粒污染物。因此，對於等離子體處理裝置中具有氧化釔包覆層的部件來說，如何防止氟化釔顆粒污染就變得尤為重要。

本發明的主要目的在於克服現有技術的缺陷，提供一種能夠避免其表面所包覆的氧化釔與含氟等離子體反應導致顆粒污染的等離子體處理裝置的部件。

為達成上述目的，本發明提供一種等離子體處理裝置內具有氧化釔包覆層的部件，包括：部件本體；氧化釔包覆層，其覆蓋該部件本體暴露於等離子體的至少部分表面；以及形成於該氧化釔包覆層表面的阻擋層，該阻擋層阻止該氧化釔包覆層中的氧化釔與含氟等離子體反應。

優選的，該阻擋層為氟化釔阻擋層或氧化鉺阻擋層。

優選的，該阻擋層的厚度為2微米至10微米。

優選的，該阻擋層通過等離子體沉積或熱噴塗沉積或凝膠溶膠法沉積而形成。

優選的，該阻擋層通過在該氧化釔包覆層沉積後接續進行相同的沉積工藝而形成，該沉積工藝包括等離子體沉積，熱噴塗沉積，離子輔助沉積，濺射沉積或物理氣相沉積。

優選的，該阻擋層為氟化釔阻擋層，其通過在進行等離子體處理工藝前，在該等離子體裝置的反應腔室內形成含氟等離子體，並由該含氟等離子體與該氧化釔包覆層的表面發生反應而形成。

優選的，形成該含氟等離子體的射頻功率小於等於1000W，反應腔室氣壓大於等於100mtorr。

優選的，該部件選自氣體噴淋頭，氣體分配板，等離子體限制環，聚焦環，靜電夾盤或等離子體處理裝置反應腔室的內壁。

根據本發明的另一方面，本發明還提供了一種製造上述具有氧化釔包覆層的部件的製造方法，其包括如下步驟：步驟S1：製造部件本體；步驟S2：在該部件本體暴露於等離子體的至少部分表面上沉積氧化釔包覆層；以及步驟S3：在該氧化釔包覆層表面形成阻擋層，以阻止該氧化釔包覆層中的氧化釔與含氟等離子體反應。

優選的，該步驟S3包括通過等離子體沉積或熱噴塗沉積或凝膠溶膠法沉積阻擋層材料以形成該阻擋層。

優選的，該步驟S3包括在步驟S2之後接續以相同的沉積 工藝形成該阻擋層，該沉積工藝包括等離子體沉積或熱噴塗沉積或離子輔助沉積或濺射沉積或物理氣相沉積阻擋層材料以形成該阻擋層。

優選的，該阻擋層材料為氟化釔或氧化鉺。

優選的，該步驟S3包括在進行等離子體處理工藝前，在該 等離子體裝置的反應腔室內形成含氟等離子體，該含氟等離子體與該氧化釔包覆層的表面反應生成氧化釔以形成該阻擋層。

優選的，形成該含氟等離子體的射頻功率小於等於 1000W，反應腔室氣壓大於等於100mtorr。

優選的，其特徵在於，該部件選自氣體噴淋頭，氣體分配板， 等離子體限制環，聚焦環，靜電夾盤或等離子體處理裝置反應腔室的內壁。

本發明的有益效果在於通過氧化釔包覆層表面形成一層緻 密均勻的阻擋層，能夠有效避免氧化釔中的釔原子與含氟等離子體發生反應引起顆粒污染。此外，阻擋層也不易被含氟等離子體腐蝕，具有更佳的穩定性。

1‧‧‧反應腔室

2‧‧‧上電極

3‧‧‧下電極

4‧‧‧反應氣體噴淋頭

5‧‧‧靜電夾環

6‧‧‧聚焦環

7‧‧‧等離子體限制環

8‧‧‧接地器件

10‧‧‧噴淋頭本體

20‧‧‧氧化釔包覆層

30‧‧‧阻擋層

W‧‧‧基片

第1圖，為本發明實施例等離子體處理裝置的示意圖。

第2圖，為本發明實施例具有氧化釔包覆層的噴淋頭的局部剖視圖。

第3圖，為本發明實施例等離子體處理裝置內具有氧化釔包覆層的部件製造方法的流程圖。

為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對 本發明的內容作進一步說明。當然本發明並不局限於該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護範圍內。

在本發明中，具有氧化釔包覆層的部件可用於等離子體處理 裝置。圖1為本實施例中的等離子體處理裝置的結構示意圖。請參閱圖1，等離子體處理裝置具有一個反應腔室1，反應腔室1內具有相互平行設置的上電極2和下電極3。通常，上電極配置於反應氣體噴淋頭4中，下電極配置於靜電夾盤5中。在靜電夾盤5上放置待要加工的基片W，該基片W可以是待要刻蝕或加工的半導體基片或者待要加工成平板顯示器的玻璃平板。靜電夾盤5與基片W之間產生靜電力使基片被牢牢地吸附在靜電夾盤5上，達到固定基片的目的。反應氣體從氣體源中被輸入至反應腔室1內，一個或多個射頻電源可以被單獨地施加在下電極上或同時被分別地施加在上電極與下電極上，用以將射頻功率輸送到下電極上或上電極與下電極上，從而在反應腔室內部產生大的射頻電場，此射頻電場對少量存在於反應腔室內部的電子進行加速，使之與輸入的反應氣體的氣體分子碰撞。這些碰撞導致反應氣體的離子化和等離子體的激發，從而在反應腔室內產生等離子體。此外，等離子體處理裝置內基片W周圍還設置有聚焦環6，用以在基片周圍提供一個相對封閉的環境，約束等離子體以改善基片表面上的等離子體的均一性。此外，靜電夾盤3兩側還可設置等離子體限制環7，其用於將等離子體約束在支撐區域內，通過接地器件8將等離子體限制環接地。在等離子體處理裝置腔室的合適位置處設置有排氣區域，排氣區域與外置的排氣裝置(圖中未示)相連接，用以在處理過程中將用過的反應氣體及副產品氣體抽出腔室。

應該理解，本發明中的等離子體處理裝置可以為各種類型的 通用的等離子體處理裝置，圖1所示僅僅是示例性的，其可以包括更少或更多的組成元件，或該組成元件的安排可能與圖中所示相同或不同。

如前所述，具有氧化釔包覆層的部件用於等離子體處理裝 置，其可以是等離子體處理裝置中的各個部件，包括但不限於上述的氣體噴淋頭4，靜電夾盤5，聚焦環6，等離子體限制環7或其他部件如反應腔室的腔壁，排氣環，氣體分配板等。在本實施例中，以該具有氧化釔包覆層的部件作為氣體噴淋頭為例進行說明，但這不用於限制本發明的範圍。

圖2所示為具有氧化釔包覆層的氣體噴淋頭的局部剖視 圖。請參考圖2，氣體噴淋頭包括噴淋頭本體10，氧化釔包覆層20以及阻擋層30。其中，噴淋頭本體材質可為金屬(例如鋁)或金屬合金或陶瓷。 氧化釔包覆層20塗覆在噴淋頭本體易暴露於等離子體的至少部分表面上，如在本實施例中覆蓋於噴淋頭本體10的下表面，以保護噴淋頭本體不受等離子體侵蝕。氧化釔包覆層可以選擇溶膠凝膠沉積、等離子體沉積、熱噴塗沉積、離子輔助沉積、濺射沉積、物理氣相沉積等現有工藝形成。為避免剝落或性能不穩定，氧化釔包覆層的厚度一般視製備工藝和應用環境而定。例如採用噴塗法形成的氧化釔包覆層厚度一般為0.2毫米，採用等離子體增強物理氣相沉積製備的厚度了為0.02至0.15毫米。此外，在實際實施過程中，氧化釔包覆層還可以摻雜氟化釔、氧化鉺、氧化鋯或氧化鋁，以上摻雜物可以提高氧化釔包覆層的耐等離子體腐蝕性能。

由於氧化釔與含氟等離子體反應所產生的生長較快的氟化 釔顆粒易從氧化釔包覆層表面脫落，這不僅會造成新的氟化釔顆粒物污 染，也會導致噴淋頭氧化釔包覆層變薄，耐等離子體腐蝕性能變差。基於此，覆蓋氣體噴淋頭本體的氧化釔包覆層20上形成一層均勻緻密的阻擋層30，阻擋層30的作用在於阻止氧化釔與含氟等離子體反應生成氟化釔，從而可避免氟化釔顆粒剝落的缺陷。阻擋層30較氧化釔包覆層20薄，其厚度可為2微米至10微米。進一步的，阻擋層30還具有耐等離子體腐蝕的特性，其本身不易被含氟等離子體侵蝕。在本發明的一具體實施例中，阻擋層為氟化釔阻擋層，這是因為氟化釔不僅可以隔離氧化釔與含氟等離子體反應，不易被含氟等離子體腐蝕，且也不會與含氟等離子體反應生成可能會剝落的新的耐等離子體腐蝕的薄膜化合物，因此即使噴淋頭使用一段時間後，氟化釔阻擋層也不會變薄或形成新的化合物顆粒污染。在本發明的另一具體實施例中，阻擋層30也可為氧化鉺阻擋層，其具有與氟化釔阻擋層相類似的特性，在此不作贅述。

值得注意的是，阻擋層30可通過多種方法形成。在本發明 的一實施例中，阻擋層是通過薄膜塗覆工藝形成。具體來說，是採用等離子體沉積、熱噴塗沉積、凝膠溶膠法沉積等方法在氧化釔包覆層表面沉積阻擋層；或以沉積工藝形成氧化釔包覆層後接續以相同沉積工藝形成阻擋層，該沉積工藝例如為等離子體沉積或熱噴塗沉積或離子輔助沉積或濺射沉積或其他物理氣相沉積，採用相同的沉積工藝可簡化工藝步驟。通過上述薄膜塗覆工藝可以非常容易地實現大面積均勻鍍膜，因此所形成的阻擋層緻密度和均勻性都能夠保證。

較佳的，在本發明的另一實施例中，阻擋層30為氟化釔阻 擋層，該氟化釔阻擋層30的形成方法是通過在進行等離子體處理工藝之 前，先在等離子體反應腔室內形成含氟等離子體，由該含氟等離子體與氧化釔包覆層的表面發生反應而形成。為使氟化釔阻擋層具有良好的厚度及密度均勻性，形成含氟等離子體的射頻功率小於等於1000W，反應腔室氣壓大於等於100mtorr。

綜上所述，本實施例所提供的氣體噴淋頭，通過在氧化釔包 覆層表面形成均勻緻密的阻擋層，避免了氧化釔與含氟等離子體反應產生氟化釔顆粒污染，且阻擋層本身不易被含氟等離子體腐蝕，因此，氣體噴淋頭的使用壽命得以有效提高。

現結合圖3對本發明的具有氧化釔包覆層的部件的製造方 法作進一步說明。如前所述，具有氧化釔包覆層的部件可選自氣體噴淋頭，氣體分配板，等離子體限制環，聚焦環，靜電夾盤或反應腔室內壁等各種等離子體處理裝置內部的部件。

圖3所示為本發明的製造方法的流程示意圖，其包括如下步驟：步驟S1：製造部件本體。

步驟S2：在部件本體暴露於等離子體的至少部分表面上沉積氧化釔包覆層。氧化釔包覆層的沉積方法可以選擇溶膠凝膠沉積、等離子體沉積、熱噴塗沉積、離子輔助沉積、濺射沉積。該些方法中使用的工藝條件可為現有工藝條件，氧化釔包覆層的沉積厚度一般視製備工藝和應用環境而定。例如採用噴塗法沉積厚度一般為0.2毫米，採用等離子體增強物理氣相沉積製備的厚度為0.02至0.15毫米。在實際實施過程中，氧化釔包覆層還可以摻雜氟化釔、氧化鉺、氧化鋯或氧化鋁，以 上摻雜物可以提高氧化釔包覆層的耐等離子體腐蝕性能。

步驟S3：在氧化釔包覆層表面形成阻擋層，以阻止氧化釔包覆層中的氧化釔與含氟等離子體反應。

在本發明的一具體實施例中，阻擋層是通過薄膜塗覆工藝形成。具體來說，採用等離子體沉積、熱噴塗沉積、凝膠溶膠法沉積等方法在氧化釔包覆層表面沉積阻擋層材料從而形成阻擋層；或在氧化釔包覆層沉積後接續進行等離子體沉積或熱噴塗沉積或離子輔助沉積或濺射沉積或物理氣相沉積阻擋層材料而形成阻擋層。採用薄膜塗覆工藝可以非常容易地實現大面積均勻鍍膜，所形成的阻擋層緻密度和均勻性都能夠保證。進一步的，阻擋層材料本身也具有耐含氟等離子體腐蝕的特性。較佳的，阻擋層材料為氟化釔或氧化鉺，其不僅可以隔離氧化釔與含氟等離子體反應，且本身不易被含氟等離子體腐蝕或與含氟等離子體反應生成新的化合物，因此即使長時間處於含氟等離子體環境下，形成的阻擋層也不會變薄或造成新的化合物顆粒污染。

較佳的，在本發明的另一具體實施例中，阻擋層的形成步驟為：在進行等離子體處理工藝之前，先在等離子體反應腔室內形成含氟等離子體；該含氟等離子體與氧化釔表面發生反應形成均勻的氟化釔阻擋層。含氟等離子體可通過將含氟氣體通入反應腔室內，激勵該含氟氣體電離而形成。為達到良好的厚度及密度均勻性，形成含氟等離子體的射頻功率小於等於1000W，反應腔室氣壓大於等於100mtorr。採用該方法形成氟化釔阻擋層，其緻密性和均勻性良好，阻擋層粘附性 較高；此外，該方法充分利用含氟等離子體，形成氟化釔阻擋層的工藝以及後續等離子體處理工藝在同一反應腔室中原位執行，相較於前述的薄膜塗覆工藝，成本較低，製造難度下降。

綜上所述，本發明通過在部件的氧化釔包覆層表面再形成一層均勻緻密的阻擋層，能夠有效避免氧化釔中的釔原子與含氟等離子體發生反應引起氟化釔顆粒污染，提高部件的使用壽命。阻擋層還具有耐等離子體侵蝕的特性，因此即使在等離子體環境下使用一段時間後，阻擋層也不易變薄，從而在一次形成後可長期使用而無需反復形成，製造成本更為低廉。另外，該阻擋層本身不易與含氟等離子體反應生成新的耐等離子體腐蝕的薄膜化合物，可避免引起新的薄膜化合物顆粒污染。

雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然該諸多實施例僅為了便於說明而舉例而已，並非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明精神和範圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發明所主張的保護範圍應以申請專利範圍所述為准。

1‧‧‧反應腔室

2‧‧‧上電極

3‧‧‧下電極

4‧‧‧反應氣體噴淋頭

5‧‧‧靜電夾環

6‧‧‧聚焦環

7‧‧‧等離子體限制環

8‧‧‧接地器件

W‧‧‧基片

Claims (15)

1. 一種等離子體處理裝置內具有氧化釔包覆層的部件，其特徵在於，包括：部件本體；氧化釔包覆層，其覆蓋該部件本體暴露於等離子體的至少部分表面；以及形成于該氧化釔包覆層表面的阻擋層，該阻擋層阻止該氧化釔包覆層中的氧化釔與含氟等離子體反應。
2. 如申請專利範圍第1項該之具有氧化釔包覆層的部件，其中，該阻擋層為氟化釔阻擋層或氧化鉺阻擋層。
3. 如申請專利範圍第1項該之具有氧化釔包覆層的部件，其中，該阻擋層的厚度為2微米至10微米。
4. 如申請專利範圍第2項該之具有氧化釔包覆層的部件，其中，該阻擋層通過等離子體沉積或熱噴塗沉積或凝膠溶膠法沉積而形成。
5. 如申請專利範圍第2項該之具有氧化釔包覆層的部件，其中，該阻擋層通過在該氧化釔包覆層沉積後接續進行相同的沉積工藝而形成，該沉積工藝包括等離子體沉積，熱噴塗沉積，離子輔助沉積，濺射沉積或物理氣相沉積。
6. 如申請專利範圍第2項該之具有氧化釔包覆層的部件，其中，該阻擋層為氟化釔阻擋層，其通過在進行等離子體處理工藝前，在該等離子體裝置的反應腔室內形成含氟等離子體，並由該含氟等離子體與該氧化釔包覆層的表面發生反應而形成。
7. 如申請專利範圍第6項該之具有氧化釔包覆層的部件，其中，形成該含 氟等離子體的射頻功率小於等於1000W，反應腔室氣壓大於等於100mtorr。
8. 如申請專利範圍第1項該之具有氧化釔包覆層的部件，其中，該部件選自氣體噴淋頭，氣體分配板，等離子體限制環，聚焦環，靜電夾盤或等離子體處理裝置反應腔室的內壁。
9. 一種等離子體處理裝置內具有氧化釔包覆層的部件的製造方法，包括如下步驟：步驟S1：製造部件本體；步驟S2：在該部件本體暴露於等離子體的至少部分表面上沉積氧化釔包覆層；以及步驟S3：在該氧化釔包覆層表面形成阻擋層，以阻止該氧化釔包覆層中的氧化釔與含氟等離子體反應。
10. 如申請專利範圍第11項該之具有氧化釔包覆層的部件的製造方法，該步驟S3更包括：通過等離子體沉積或熱噴塗沉積或凝膠溶膠法沉積阻擋層材料以形成該阻擋層。
11. 如申請專利範圍第11項該之具有氧化釔包覆層的部件的製造方法，該步驟S3更包括：在步驟S2之後接續以相同的沉積工藝形成該阻擋層，該沉積工藝包括等離子體沉積或熱噴塗沉積或離子輔助沉積或濺射沉積或物理氣相沉積阻擋層材料以形成該阻擋層。
12. 如申請專利範圍第10或11項該之具有氧化釔包覆層的部件的製造方法，其中，該阻擋層材料為氟化釔或氧化鉺。
13. 如申請專利範圍第11項該之具有氧化釔包覆層的部件的製造方法，該 步驟S3更包括：在進行等離子體處理工藝前，在該等離子體裝置的反應腔室內形成含氟等離子體，該含氟等離子體與該氧化釔包覆層的表面反應生成氧化釔以形成該阻擋層。
14. 如申請專利範圍第15項該之具有氧化釔包覆層的部件的製造方法，其中，形成該含氟等離子體的射頻功率小於等於1000W，反應腔室氣壓大於等於100mtorr。
15. 如申請專利範圍第11項該之具有氧化釔包覆層的部件的製造方法，其中，該部件選自氣體噴淋頭，氣體分配板，等離子體限制環，聚焦環，靜電夾盤或等離子體處理裝置反應腔室的內壁。