TW202238658A - 半導體零部件、其形成方法和等離子體處理裝置 - Google Patents

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Abstract

一種半導體零部件、其形成方法和等離子體處理裝置，其中，所述半導體零部件包括：零部件本體；結合層，位於所述零部件本體的表面；耐腐蝕塗層，位於所述結合層的表面，所述耐腐蝕塗層的材料包括矽鋁氧氮化合物。所述半導體零部件耐等離子體腐蝕的能力較強，不易產生顆粒污染。

Description

半導體零部件、其形成方法和等離子體處理裝置
本發明涉及半導體的領域，尤其涉及一種半導體零部件、半導體零部件的形成方法和等離子體處理裝置。
等離子體蝕刻製程在積體電路領域發揮了關鍵作用。對處於等離子體蝕刻腔室內惡劣腐蝕環境下的部件來說，需要具有相當高的耐等離子體腐蝕性。為此，有專利提出用氧化鋁或氧化釔耐腐蝕塗層對等離子體蝕刻腔室內部部件表面塗覆以保護工件，產生了良好的耐等離子體腐蝕的效果。
然而，氧化鋁耐腐蝕塗層易與等離子體環境中的氟離子反應形成易揮發的鋁氟副產物，所述鋁氟副產物若發生跌落將對基片造成污染。而氧化釔耐腐蝕塗層的製備成本較高，且其熱膨脹係數較大，在等離子體轟擊腐蝕的過程中，氧化釔邊界處殘餘應力易導致產生氣孔或開裂，因此，迫切需要提供一種耐等離子體腐蝕的半導體零部件，以降低顆粒污染問題。
本發明解決的技術問題是提供了一種半導體零部件、半導體零部件的形成方法和等離子體處理裝置，以降低顆粒污染。
為解決上述技術問題，本發明提供一種半導體零部件，包括：零部件本體；結合層，位於所述零部件本體的表面；以及耐腐蝕塗層，位於所述結合層的表面，所述耐腐蝕塗層的材料包括矽鋁氧氮化合物。
較佳的，所述結合層的材料包括：YF 3、Y 2O 3、YO xF 1-X(0＜x0.8) 或釔鋁氧化合物中的至少一種。
較佳的，還包括：過渡層，位於所述結合層與耐腐蝕塗層之間。
較佳的，所述過渡層的材料為結合層的材料與耐腐蝕塗層的材料的混合物；自所述結合層的表面沿過渡層的厚度方向，所述過渡層中的結合層的材料依次減少所述耐腐蝕塗層的材料依次增加。
較佳的，自所述結合層的表面沿過渡層的厚度方向，所述過渡層中耐腐蝕塗層的材料按5wt%～99wt%均勻分佈。
較佳的，所述耐腐蝕塗層為結晶結構。
較佳的，所述耐腐蝕塗層的材料為α-SiAlON或者β-SiAlON。
較佳的，所述耐腐蝕塗層以固溶體形態存在。
較佳的，所述耐腐蝕塗層的厚度為20微米～40微米。
相應的，本發明還提供一種等離子體處理裝置，包括：反應腔，其內為等離子體環境；以及上述的半導體零部件，所述半導體零部件的耐腐蝕塗層暴露於所述等離子體環境中。
較佳的，所述等離子體包括含F等離子體、含Cl等離子體、含H等離子體或含O等離子體中的至少一種。
較佳的，所述等離子體處理裝置為等離子體蝕刻裝置或者等離子體清洗裝置。
較佳的，當等離子體處理裝置為電感耦合等離子體處理裝置時，所述零部件包括：陶瓷板、內襯套、氣體噴嘴、氣體分配板、氣管法蘭、靜電吸盤元件、覆蓋環、聚焦環、絕緣環和等離子體約束裝置中的至少一種。
較佳的，當等離子體處理裝置為電容耦合等離子體處理裝置時，所述零部件包括：噴淋頭、上接地環、移動環、氣體分配板、氣體緩衝板、靜電吸盤元件、下接地環、覆蓋環、聚焦環、絕緣環、等離子體約束裝置中的至少一種。
相應的，本發明還提供一種形成上升半導體零部件的方法，包括：提供零部件本體；在所述零部件本體的表面形成結合層；以及在所述結合層的表面形成耐腐蝕塗層。
較佳的，所述結合層的形成製程包括：原子層沉積製程或者物理氣相沉積製程。
較佳的，所述耐腐蝕塗層的形成製程包括：物理氣相沉積製程。
較佳的，利用物理氣相沉積製程形成所述耐腐蝕塗層的靶材為單靶材，所述單靶材的材料為：矽鋁氧氮化合物。
較佳的，利用物理氣相沉積製程形成所述耐腐蝕塗層的靶材為雙靶材，所述雙靶材包括氮化鋁靶材和氧化矽靶材，所述氮化鋁靶材激發出的鋁離子、氮離子與所述氧化矽靶材激發出的氧離子和矽離子發生化學反應形成矽鋁氧氮化合物。
較佳的，所述結合層和耐腐蝕塗層之間還具有過渡層，所述過渡層為結合層的材料與耐腐蝕塗層的材料的混合物；當所述結合層和耐腐蝕塗層均通過物理氣相沉積製程形成的，隨著時間的變化，減小形成所述結合層的靶材的工作電流，同時增大所述耐腐蝕塗層的靶材的工作電流。
與習知技術相比，本發明實施例的技術方案具有以下有益效果： 本發明技術方案提供的半導體零部件中，所述零部件本體的表面具有結合層和耐腐蝕塗層，所述結合層用於提高耐腐蝕塗層與零部件本體之間的結合力，所述耐腐蝕塗層的材料為矽鋁氧氮化合物，矽鋁氧氮化合物的化學性能較穩定，不易與等離子體環境中的離子發生反應，因此，不易產生顆粒污染。並且，矽鋁氧氮化合物的熱膨脹係數較低，其不易殘留應力，因此，耐腐蝕塗層不易產生氣孔或者開裂。綜上，所述半導體零部件應用於等離子體環境中具有良好的耐腐蝕特性，且不易產生顆粒污染。
正如先前技術所述，氧化鋁與氧化釔易產生顆粒污染，為此，本發明致力於提供一種具有良好耐等離子體腐蝕的特性，且能夠降低顆粒污染的半導體零部件，以下進行詳細說明：
圖1為本發明一種等離子體處理裝置的結構示意圖。
請參考圖1，等離子體反應裝置包括：反應腔100，反應腔100內為等離子體環境，半導體零部件和反應腔100內部腔壁暴露於等離子體環境中，所述等離子體包括含F等離子體、含Cl等離子體、含H等離子體或含O等離子體中的至少一種。
等離子體反應裝置還包括：基座101，基座101用於承載待處理的基片W，等離子體用於對待處理的基片W進行處理。由於等離子體具有較強的腐蝕性，為了防止半導體零部件的表面被等離子體腐蝕，因此需要在零部件本體的表面塗覆耐腐蝕塗層。
在本實施例中，等離子體反應裝置為電容耦合等離子體反應裝置，相應的，暴露於等離子體環境中的半導體零部件包括：噴淋頭102、上接地環104、移動環、氣體分配板105、氣體緩衝板、靜電吸盤元件103、下接地環106、覆蓋環107、聚焦環108、絕緣環、等離子體約束裝置109中的至少一種。
圖2為本發明另一種等離子體處理裝置的結構示意圖。
在本實施例中，等離子體反應裝置為電感耦合等離子體反應裝置，相應的，暴露於等離子體環境中的半導體零部件包括：陶瓷板、內襯套600、氣體噴嘴601、氣體分配板、氣管法蘭、靜電吸盤元件602、覆蓋環603、聚焦環604、絕緣環和等離子體約束裝置605中的至少一種。
在等離子體蝕刻製程過程中，物理轟擊及化學反應作用也會同樣作用於蝕刻腔內部所有與等離子體接觸的半導體零部件，對半導體零部件造成腐蝕，長時間的暴露於等離子體腐蝕環境中，表面結構遭受破壞，會造成本體成分的析出，脫離表面形成微小顆粒，污染晶圓。半導體先進制對微小顆粒污染具有嚴苛的要求，例如大於45nm的顆粒數為0顆，並且貼地率更是低於10以下，因此，需要在等離子體反應裝置中的零部件本體的表面塗覆耐腐蝕塗層來抵禦等離子體的腐蝕。
如下對半導體零部件進行詳細說明：
圖3為本發明一種半導體零部件的結構示意圖。
請參考圖3，半導體零部件包括：零部件本體200；結合層201，位於所述零部件本體200的表面；耐腐蝕塗層202，位於所述結合層201的表面，所述耐腐蝕塗層202的材料為矽鋁氧氮化合物。
所述零部件本體200的材料為Al、Al 2O 3、Si或SiC中的一種。
所述結合層201的材料包括：YF 3、Y 2O 3、YO xF 1-X(0＜x0.8)或釔鋁氧化物中的至少一種。
所述結合層201能夠提高所述耐腐蝕塗層202與零部件本體200之間的結合力。
所述耐腐蝕塗層202的材料為矽鋁氧氮，矽鋁氧氮的化學性能較穩定，不易與等離子體環境中的離子發生反應形成副產物，因此，有利於降低顆粒污染。同時，所述耐腐蝕塗層202的熱膨脹係數低，在等離子體轟擊腐蝕的過程中，所述耐腐蝕塗層202的邊界不易殘留應力導致塗層產生氣孔或開裂。
在一種實施例中，所述耐腐蝕塗層202的材料為α-SiAlON，由於α-SiAlON 非電中性，需要陽離子補償電價不平衡，故H+能被固定到α-SiAlON的晶格中，α-SiAlON能抵禦H+離子在蝕刻反應過程中的腐蝕。
在另一種實施例中，所述耐腐蝕塗層202的材料為β-SiAlON，β-SiAlON六方結構的β-Si3N4為結構基礎，主晶相晶粒呈長柱狀，具有較好的強度和韌性。耐腐蝕塗層202的結構更緻密，在熱迴圈過程中不易開裂。
圖4是本發明另一種半導體零部件的結構示意圖。
請參考圖4，半導體零部件包括：零部件本體300；結合層301，位於所述零部件本體300的表面；過渡層303，位於所述結合層301的表面；耐腐蝕塗層302，位於所述過渡層303的表面。
所述零部件本體300、結合層301和耐腐蝕塗層302與上述實施例的材料、作用相同，在此不作贅述。
在本實施例中，所述結合層301與耐腐蝕塗層302之間還設有過渡層303。所述過渡層303的材料為結合層301的材料和耐腐蝕塗層302的材料的混合物，自所述結合層301的表面沿過渡層303的厚度方向，所述過渡層303中的結合層301的材料依次減少所述耐腐蝕塗層302的材料依次增加，使得所述過渡層303與結合層301、以及過渡層303與耐腐蝕塗層302介面處材料的差異性較小，因此，有利於提高所述過渡層303與結合層301之間、以及過渡層303與耐腐蝕塗層302之間的結合力，使耐腐蝕塗層302、過渡層303和結合層301之間不易因發生分層而脫落。
在一種實施例中，自所述結合層301的表面沿過渡層303的厚度方向，所述過渡層303中耐腐蝕塗層302按5wt%～99wt%均勻分佈，這樣能夠充分提高耐腐蝕塗層302與結合層301之間的接觸，有利於增強耐腐蝕塗層302與結合層301之間的結合力。
圖5是本發明形成半導體零部件的製程流程圖。
請參考圖5，步驟S1：提供零部件本體；步驟S2：在所述零部件本體的表面形成所述結合層；步驟S3：在所述結合層的表面形成耐腐蝕塗層，所述耐腐蝕塗層的材料為矽鋁氧氮化合物。
所述結合層的材料包括：氧化釔、氟氧化釔或釔鋁氧化物中的至少一種，在本實施例中，所述結合層的形成製程為原子層沉積製程。利用原子層沉積製程形成所述結合層，由於是結合層材料原子級別沉積在零部件本體的表面，因此，有利於提高結合層與零部件本體的結合力。
在其它實施例中，所述結合層的形成製程包括：物理氣相沉積製程。
所述耐腐蝕塗層的材料為α-SiAlON或者β-SiAlON，所述耐腐蝕塗層的形成製程包括：物理氣相沉積製程。
在一種實施例中，利用物理氣相沉積製程形成所述耐腐蝕塗層的靶材為單靶材，所述單靶材的材料為：矽鋁氧氮化合物。
在另一種實施例中，利用物理氣相沉積製程形成所述耐腐蝕塗層的靶材為雙靶材，所述雙靶材包括氮化鋁靶材和氧化矽靶材，所述氮化鋁靶材激發出的鋁離子、氮離子與所述氧化矽靶材激發出的氧離子和矽離子發生化學反應形成矽鋁氧氮化合物。
所述耐腐蝕塗層與結合層之間的結合力也較強的原因，這是：由於結合層的表面含有釔組分，在沉積SiAlON的過程中，Al組分較易錨定在結合層表面不飽和配位的O原子表面形成Y-O-Al過渡結構。
所述耐腐蝕塗層以固溶體存在的原因在於（SiO 2和AlN晶體結構相似且存在空隙，根據相似相容原則容易形成固溶體。
在本實施例中，所述耐腐蝕塗層的厚度為：20微米～40微米，選擇所述耐腐蝕塗層的厚度的意義在於：若所述耐腐蝕塗層的厚度小於20微米，所述耐腐蝕塗層對零部件本體的保護能力不夠，使零部件本體仍易受到等離子體的腐蝕；若所述耐腐蝕塗層的厚度大於40微米，所述耐腐蝕塗層的應力較大，且應力釋放會產生裂紋。
耐腐蝕塗層附著力與基體和耐腐蝕塗層相互作用有關，做厚了即削弱了兩者的作用。隨著耐腐蝕塗層厚度增加，基體中O或Si元素對塗層的鉚定作用逐漸減弱，若存在過渡層，Y-O-Al會發生斷裂。
圖6是本發明一種用於形成所述半導體零部件的裝置示意圖。
請參考圖6，用於形成所述半導體零部件的裝置包括：真空腔400；氧化釔靶材401和矽鋁氧氮靶材402，設於所述真空腔400內；零部件本體500，位於所述真空腔400內，與氧化釔靶材401和矽鋁氧氮402靶材相對設置；第一激發裝置403，用於激發氧化釔靶材401形成釔原子和氧原子，釔原子和氧原子在零部件本體500的表面形成結合層501；第二激發裝置404，用於激發矽鋁氧氮靶材402形成矽原子、鋁原子、氧原子和氮原子，在結合層501的表面形成耐腐蝕塗層502。
通過圖6所述的裝置可以在零部件本體500的表面形成結合層501和耐腐蝕塗層502。其形成方法包括：利用第一激發裝置403激發氧化釔靶材401在零部件本體500的表面形成結合層501，在形成結合層501的過程中，第二激發裝置404不開啟；形成所述結合層501之後，利用第二激發裝置404激發矽鋁氧氮靶材402，在所述結合層501的表面形成耐腐蝕塗層502，在形成耐腐蝕塗層502的過程中，關閉第一激發裝置403。
利用圖6所示裝置還可以在零部件本體500的表面依次形成結合層501、過渡層（圖中未示出）和耐腐蝕塗層502，所述過渡層的材料為結合層501材料與耐腐蝕塗層502材料的混合物；自所述結合層501的表面沿過渡層的厚度方向，所述過渡層中的結合層501的材料依次減少所述耐腐蝕塗層502的材料依次增加。形成所述結合層501、過渡層和耐腐蝕塗層502的方法包括：僅開啟第一激發裝置403激發氧化釔靶材，在零部件本體500的表面形成結合層501；逐漸降低第一激發裝置403的工作電流，並逐漸增大第二激發裝置404的工作電流，在所述結合層501的表面形成過渡層；形成所述過渡層之後，關閉第一激發裝置403，僅開啟第二激發裝置404，在所述過渡層表面形成耐腐蝕塗層404。
除此之外，所述結合層501可通過原子層沉積製程形成，所述耐腐蝕塗層502可通過雙靶材形成，所述雙靶材包括氮化鋁靶材和氧化矽靶材，所述氮化鋁靶材激發出的鋁離子、氮離子與所述氧化矽靶材激發出的氧離子和矽離子發生化學反應形成矽鋁氧氮化合物耐腐蝕塗層502。
選用矽鋁氧氮作為耐腐蝕塗層502的材料，所述耐腐蝕塗層502的化學性質較穩定，不易與等離子體環境中的離子發生化學反應形成顆粒污染。並且，所述矽鋁氧氮的熱膨脹係數較小，使耐腐蝕塗層502不易發生開裂。
雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離。本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以申請專利範圍所限定的範圍為原則。
100:反應腔 101:基座 102:噴淋頭 103,602:靜電吸盤元件 104:上接地環 105:氣體分配板 106:下接地環 107,603:覆蓋環 108,604:聚焦環 109,605:等離子體約束裝置 200,300,500:零部件本體 201,301,501:結合層 202,302,502:耐腐蝕塗層 303:過渡層 400:真空腔 401:氧化釔靶材 402:矽鋁氧氮靶材 403:第一激發裝置 404:第二激發裝置 600:內襯套 601:氣體噴嘴 W:基片S1~S3:步驟
圖1為本發明一種等離子體處理裝置的結構示意圖； 圖2為本發明另一種等離子體處理裝置的結構示意圖； 圖3為本發明一種半導體零部件的結構示意圖； 圖4是本發明另一種半導體零部件的結構示意圖； 圖5是本發明形成半導體零部件的製程流程圖；以及 圖6是本發明一種用於形成所述半導體零部件的裝置示意圖。
S1~S3:步驟

Claims (20)

  1. 一種半導體零部件，其中，包括： 一零部件本體； 一結合層，位於該零部件本體的表面；以及 一耐腐蝕塗層，位於該結合層的表面，該耐腐蝕塗層的材料包括矽鋁氧氮化合物。
  2. 如請求項1所述的半導體零部件，其中，該結合層的材料包括：YF 3、Y 2O 3、YO xF 1-X(0＜x0.8)或矽鋁氧化合物中的至少一種。
  3. 如請求項1所述的半導體零部件，其中，還包括：一過渡層，位於該結合層與該耐腐蝕塗層之間。
  4. 如請求項3所述的半導體零部件，其中，該過渡層的材料為該結合層的材料與該耐腐蝕塗層的材料的混合物；自該結合層的表面沿該過渡層的厚度方向，該過渡層中的該結合層的材料依次減少該耐腐蝕塗層的材料依次增加。
  5. 如請求項4所述的半導體零部件，其中，自該結合層的表面沿該過渡層的厚度方向，該過渡層中該耐腐蝕塗層的材料按5wt%～99wt%均勻分佈。
  6. 如請求項1所述的半導體零部件，其中，該耐腐蝕塗層為結晶結構。
  7. 如請求項1所述的半導體零部件，其中，該耐腐蝕塗層的材料為α-SiAlON或者β-SiAlON。
  8. 如請求項1所述的半導體零部件，其中，該耐腐蝕塗層以固溶體形態存在。
  9. 如請求項1所述的半導體零部件，其中，該耐腐蝕塗層的厚度為20微米～40微米。
  10. 一種等離子體處理裝置，其中，包括： 一反應腔，其內為一等離子體環境；以及 一如請求項1至請求項9中任一項所述的半導體零部件，該半導體零部件的一耐腐蝕塗層暴露於該等離子體環境中。
  11. 如請求項10所述的等離子體處理裝置，其中，該等離子體包括含F等離子體、含Cl等離子體、含H等離子體或含O等離子體中的至少一種。
  12. 如請求項10所述的等離子體處理裝置，其中，該等離子體處理裝置為等離子體蝕刻裝置或者等離子體清洗裝置。
  13. 如請求項12所述的等離子體處理裝置，其中，當該等離子體處理裝置為電感耦合等離子體處理裝置時，該零部件包括：陶瓷板、內襯套、氣體噴嘴、氣體分配板、氣管法蘭、靜電吸盤元件、覆蓋環、聚焦環、絕緣環和等離子體約束裝置中的至少一種。
  14. 如請求項12所述的等離子體處理裝置，其中，當該等離子體處理裝置為電容耦合等離子體處理裝置時，該零部件包括：噴淋頭、上接地環、移動環、氣體分配板、氣體緩衝板、靜電吸盤元件、下接地環、覆蓋環、聚焦環、絕緣環、等離子體約束裝置中的至少一種。
  15. 一種形成如請求項1至請求項9任一項所述的半導體零部件的方法，其中，包括下列步驟： 提一供零部件本體； 在該零部件本體的表面形成一結合層；以及 在該結合層的表面形成一耐腐蝕塗層。
  16. 如請求項15所述的半導體零部件的形成方法，其中，該結合層的形成製程包括：原子層沉積製程或者，物理氣相沉積製程。
  17. 如請求項16所述的半導體零部件的形成方法，其中，該耐腐蝕塗層的形成製程包括：物理氣相沉積製程。
  18. 如請求項17所述的半導體零部件的形成方法，其中，利用物理氣相沉積製程形成該耐腐蝕塗層的靶材為一單靶材，該單靶材的材料為：矽鋁氧氮化合物。
  19. 如請求項17所述的半導體零部件的形成方法，其中，利用物理氣相沉積製程形成該耐腐蝕塗層的靶材為一雙靶材，該雙靶材包括氮化鋁靶材和氧化矽靶材，所述氮化鋁靶材激發出的鋁離子、氮離子與所述氧化矽靶材激發出的氧離子和矽離子發生化學反應形成矽鋁氧氮化合物。
  20. 如請求項17所述的半導體零部件的形成方法，其中，該結合層和該耐腐蝕塗層之間還具有一過渡層，該過渡層的材料為該結合層的材料與該耐腐蝕塗層的材料的混合物；當該結合層和該耐腐蝕塗層均通過物理氣相沉積製程形成的，隨著時間的變化，減小形成該結合層的靶材的工作電流，同時增大該耐腐蝕塗層的靶材的工作電流。
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