TWI669417B - 半導體製造用部件、包括複合體塗層的半導體製造用部件及其製造方法 - Google Patents

半導體製造用部件、包括複合體塗層的半導體製造用部件及其製造方法 Download PDF

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Abstract

根據本發明的一實施例，本發明提供具有包含SiC及C的複合體，在上述複合體中，Si:C原子比例為1:1.1至1:2.8的半導體製造用部件。

Description

半導體製造用部件、包括複合體塗層的半導體製造用部件及其製造方法
本發明涉及在乾式蝕刻工序中，利用晶圓等的基板來製造半導體元件的半導體製造用部件，包括複合體塗層的半導體製造用部件及其製造方法，更詳細地，具有包含SiC及C的複合體的半導體製造用部件、包括複合體塗層的半導體製造用部件及其製造方法。
通常，作為在半導體製造工序中使用的等離子處理工法、乾式蝕刻工序中的一種，使用氣體來對目標進行蝕刻的方法。向反應容器內注入蝕刻氣體並進行離子化之後，向晶圓表面加速，來以物理、化學去除晶圓表面的工序。上述方法中，蝕刻的調節簡單，生產性高，可形成數十nm水準的微細圖案，從而廣泛使用。
為了在等離子蝕刻中的均勻的蝕刻而需要考慮的參數(parameter)，需要蝕刻的層的厚度和密度、蝕刻氣體的能量及溫度、光刻膠的粘結性和晶圓表面的狀態及蝕刻氣體的均勻性等。尤其，使蝕刻氣體離子化，使離子化的蝕刻氣體在晶圓表面加速來執行蝕刻的原動力 的高頻(RF，Radio frequency)的調節可成為重要參數，並且，在實際蝕刻過程中，需要考慮直接切簡單進行調節的參數。
但是，實際上，乾式蝕刻裝置內，以進行蝕刻的晶圓為基準，需要適用具有對於晶圓表面整體的均勻能量分佈的均勻高頻的適用，當適用這種高頻時的均勻能量分佈的適用無法僅通過高頻的輸出調節實現，為了解決這個問題，通過作為用於向晶圓施加高頻的高頻電極的階段和陽極氧化聚焦環的形狀的半導體製造用部件來實現。
如上所述，為了延長設置於等離子蝕刻裝置內的半導體製造用部件的壽命，代替Si材質，進行著對於製造SiC材質的聚焦環或電極等的部件的方法的研究。即便如此，若絕大多數的SiC材質的半導體製造用部件經過一段時間，則向等離子露出並被磨損，從而導致頻頻進行交替的問題。這會提高產品的生產成本，並降低市場性。因此，為了減少SiC材質部件的交替，進行著用於耐等離子性提高的多級研究。
本發明的目的在於解決上述問題，本發明的目的在於，提供作為一例，具有包含SiC及C的複合體，在上述複合體中，調節Si：C原子比例，由此，確保更加優秀的耐等離子型的半導體製造用部件，包括複合體塗層的半導體製造用部件及其製造方法。
但是，本發明所要解決的問題並不局限於上述提及的問題，本發明所屬技術領域的普通技術人員可從以下的記載明確理解未提及的其他問題。
根據本發明的一實施例，本發明提供如下的半導體製造用部件，即，具有包含SiC及C的複合體，在上述複合體中，Si：C原子比例為1：1.1至1：2.8。
根據本發明的一實施例，在上述複合體中，Si：C原子比例為1：1.1至1：1.3。
根據本發明的一實施例，上述半導體製造用部件為包括選自聚焦環、電極部及導體組成的組中的至少一種的等離子處理裝置部件。
根據本發明的一實施例，上述C存在於上述SiC之間。
根據本發明的一實施例，在上述複合體中，上述C為熱分解碳。
根據本發明的一實施例，本發明提供包括複合體塗層的半導體製造用部件，上述包括複合體塗層的半導體製造用部件包括：半導體製造用部件；以及包含SiC及C的複合體塗層，形成於上述半導體製造用部件的至少一面，在上述複合體中，Si：C原子比例為1：1.1至1：2.8。
根據本發明的一實施例，在上述複合體中，Si：C原子比例為1：1.1至1：1.3。
根據本發明的一實施例，上述半導體製造用部件包含石墨、SiC或同時包含兩者。
根據本發明的一實施例，上述包括複合體塗層的半導體製造用部件為包括選自聚焦環、電極部及導體組成的組中的至少一種的等離子處理裝置部件。
根據本發明的一實施例，上述複合體塗層的平均厚度為1mm至3mm。
根據本發明的另一實施例，本發明提供半導體製造用部件的製造方法，上述半導體製造用部件的製造方法包括通過利用Si前體源及C前體源的化學氣相蒸鍍法來在包含石墨、SiC或同時包含兩者的母材形成包含SiC及C的複合體的步驟。
根據本發明的一實施例，形成上述包含SiC及C的複合體的步驟在1000℃至1900℃的溫度下執行。
根據本發明的一實施例，在形成上述包含SiC及C的複合體的步驟之前，包括混合Si前體及C前體的步驟。
根據本發明的另一實施例，本發明提供包括複合體塗層的半導體製造用部件的製造方法，上述包括複合體塗層的半導體製造用部件的製造方法包括：準備半導體製造用部件的步驟；以及通過利用Si前體及C前體的化學氣相蒸鍍法，在上述半導體製造用部件的至少一面形成包含SiC及C的複合體塗層的步驟。
根據本發明的一實施例，上述半導體製造用部件包含石墨、SiC或同時包含兩者。
根據本發明的一實施例，形成上述包含SiC及C的複合體塗層的步驟在1000℃至1900℃的溫度下執行。
根據本發明的一實施例，在形成上述包含SiC及C的複合體塗層的步驟之前，包括混合Si前體及C前體的步驟。
本發明一實施例的半導體製造用部件及包括複合體塗層的半導體製造用部件具有如下效果，即，與以往的SiC材料相比，耐等離子特性得到改善。由此，在乾式蝕刻裝置內，增加在等離子環境中體現的半導體製造用部件的壽命來減少基於頻頻交替的費用增加，並可提高產品製造工序的生產性。
100‧‧‧聚焦環
210‧‧‧複合體塗層
220‧‧‧聚焦環
圖1為本發明一實施例的半導體製造用部件中的一個聚焦環的剖視圖。
圖2為本發明一實施例的包括複合體塗層的半導體製造用部件的剖視圖。
圖3為示出相比於Si，所添加的C含量的等離子環境中的蝕刻率的圖表。
圖4(a)為本發明一實施例的半導體製造用部件中，相比於Si，C含量為1.1時的XRD分析圖表。
圖4(b)為本發明一實施例的半導體製造用部件中，相比於Si，C含量為1.2時的XRD分析圖表。
圖4(c)為本發明一實施例的半導體製造用部件中，相比於Si，C含量為1.3時的XRD分析圖表。
以下，參照附圖，詳細說明本發明的半導體製造用部件，包括複合體塗層的半導體製造用部件及其製造方法的實施例。
在各個附圖中提出的相同的附圖標記為相同的部件。以下說明的實施例及附圖可具有多種變更。並且，與附圖標記無關，對相同結構要素賦予相同的附圖標記，並省略對其的重複說明。以下說明的實施例並非限定實施形態，而是包括對於這些的所有變更、等同技術方案或代替技術方案。在說明本發明的過程中，在判斷對於相關的公知功能或結構的具體說明使本發明的主旨不清楚的情況下，將省略對其的詳細說明。
並且，在本說明書中使用的術語為用於適當表現本發明的優選實施例的而使用的術語，這可根據使用人員、運營人員的意圖或本發明所屬技術領域的慣例等改變。因此，對於本術語的定義需要以本說明書整體的內容來下達。各個附圖中提出的相同附圖標記表示相同部件。
在說明書整體中，當一個部件位於其他部件的“上部”時，不僅是一個部件與其他部件相接的情況，而且還包括兩個部件之間存在其他部件的情況下。
在說明書整體中，當一個部件“包括”其他結構要素時，只要沒有特殊反對的記載，意味著還可包括其他結構要素，而並非意味著排除其他結構要素。
只要並未明確定義，包括技術或科學術語，在此使用的所有術語具有與本發明所屬技術領域的普通技術人員一般理解的含義相同的含義。與一般使用的預先定義的相同術語具有在相關技術文脈上具有的含義相同的含義，只要在本申請中並未明確定義，不能被解釋成異常或過度形式。
根據本發明的一實施例，具有包含SiC及C的複合體，在上述複合體中，Si：C原子比例為1：1.1至1：2.8的半導體製造用部件。通常的耐等離子型材料的SiC材料的Si：C的原子比例為1：1。但是，在本發明一實施例中提供的包含SiC及C的複合體的上述Si：C的比例為1：1.1至1：2.8。在上述Si：C原子比例小於1：1.1的情況下，還包含C，由此，不會呈現出耐等離子特性改善效果，在上述Si：C原子比例大於1：2.8的情況下，可發生剝離。
根據本發明的一例，在上述複合體中，Si：C原子比例為1：1.1至1：1.3。當上述原子比例為1：1.1至1：1.3時，與SiC材料相比，耐等離子特性進一步得到改善。此時，以SiC 1為基準，包含1.1以上的原子比例的C原子向具有優秀耐等離子特性的SiC粒子之間填充，來進行用於形成包含SiC及C的複合體的物理結合。並且， 在上述複合體中，優選地，Si：C原子比例1：1.15至1：1.25。
根據本發明一實施例，上述半導體製造用部件可包括選自由聚焦環、電極部及導體組成的組中的至少一種的等離子處理裝置部件。只是，本發明的半導體製造用部件只要是在用於半導體產品生產的乾式蝕刻裝置內向等離子露出並被蝕刻的半導體製造用部件，並未受到特殊限制。
圖1為本發明一實施例的半導體製造用部件中的一個聚焦環100的剖視圖。圖1的聚焦環中，環整體具有包含SiC及C的複合體。
根據本發明的一例，在上述複合體中，上述C可存在於上述SiC之間。此時，C原子向具有優秀的耐等離子特性的SiC粒子之間填充，從而執行用於形成包含SiC及C的複合體的物理結合。通過這中間結合，形成更加緻密的結晶介面，由此，本發明的半導體製造用部件具有優秀的耐等離子特性。
根據本發明的一例，在上述複合體中，上述C可以為熱分解碳。上述C通過碳氫化合物原料的熱分解存在。上述碳氫化合物原料只要是包含碳氫原子的原料，則本發明並不特殊限制，可使用C2H2、CH4、C3H8、C6H14、C7H8中的一種以上。
根據本發明的另一實施例，本發明提供包括複合體塗層的半導體製造用部件，上述包括複合體塗層的半 導體製造用部件包括半導體製造用部件；以及包含SiC及C的複合體塗層，形成於上述半導體製造用部件的至少一面，在上述複合體中，Si：C原子比例為1：1.1至1：2.8。
圖2為本發明一實施例的包括複合體塗層的半導體製造用部件的剖視圖。圖2的聚焦環在作為半導體製造用部件的聚焦環220的上部表面形成包含SiC及C的複合體塗層210。
根據本發明的一實施方式，通過相對厚的包含SiC及C的複合體進行蒸鍍，即使不從開始就生產耐等離子性半導體製造用部件，而是利用包含SiC及C的複合體來塗敷以往生產的半導體製造用部件的表面中向等離子露出的部分，由此，可提高以往部件的耐等離子性。
在上述Si：C原子比例小於1：1.1的情況下，還包含C，由此，不會呈現出耐等離子特性改善效果，在上述Si：C原子比例大於1：2.8的情況下，可發生剝離。
根據本發明的一例，在上述複合體中，Si：C原子比例為1：1.1至1：1.3。當上述原子比例為1：1.1至1：1.3時，與SiC材料相比，耐等離子特性進一步得到改善。此時，包含1.1以上的比例的C原子向具有優秀耐等離子特性的SiC粒子之間填充，來進行用於形成包含SiC及C的複合體的物理結合。並且，在上述複合體中，優選地，Si：C原子比例1：1.15至1：1.25。
根據本發明一實施例，上述半導體製造用部件可包含石墨、SiC或同時包含兩者。上述半導體製造用部 件在本發明中並未特殊限定材料，但是可以為碳成分的石墨材料，也可以為耐等離子性優秀的SiC材料。
根據本發明一實施例，上述包括複合體塗層的半導體製造用部件可包括選自由聚焦環、電極部及導體組成的組中的至少一種的等離子處理裝置部件。只是，本發明的半導體製造用部件只要是在用於半導體產品生產的乾式蝕刻裝置內向等離子露出並被蝕刻的半導體製造用部件，並未受到特殊限制。
根據本發明的一例，上述複合體塗層的平均厚度為1mm至3mm。通常，在使用乾式蝕刻裝置的半導體部件製造工序中，SiC材料的部件通過等離子蝕刻的平均厚度為1mm。因此，優選地，複合體塗層一作為被蝕刻的平均厚度的1mm至3mm作為平均厚度進行蝕刻。在複合體塗層的平均厚度小於1mm的情況下，通過等離子，上述複合體塗層全部被蝕刻，從而導致耐等離子特性脆弱的半導體製造用部件露出，在大於3mm的情況下，塗層的厚度變大，從而導致生產效率的降低。
根據本發明的另一實施例，本發明提供半導體製造用部件的製造方法，上述半導體製造用部件的製造方法提供通過利用Si前體源及C前體源材料的化學氣相蒸鍍法在包含石墨、SiC或同時包含兩者的母材形成包含SiC及C的複合體的步驟。
為了通過化學氣相蒸鍍法蒸鍍包含SiC及C的複合體來形成，需要作為蒸鍍對象的母材。在本發明中 使用的母材並未受到特殊限制，可包含石墨、SiC或同時包含兩者。
本發明的包含SiC及C的複合體可使用Si前體源及C前體源製造。此時，作為Si前體，可使用在CH3SiCl3、(CH3)2SiCl2、(CH3)3SiCl、(CH3)4Si、CH3SiHCl2、SiCl4中的一種以上。並且，作為C前體，只要是包含碳和氫原子碳氫化合物原料，在本發明中並未特殊限制，可使用在C2H2、CH4、C3H8、C6H14、C7H8中的一種以上。
根據本發明的一例，形成上述包含SiC及C的複合體的步驟可在1000℃至1900℃的溫度下執行。在形成包含SiC及C的複合體的步驟在小於1000℃的溫度下執行的情況下，蒸鍍速度變慢，生產性降低，在結晶形成過程中，非結晶化或結晶性會降低，在大於1900℃的溫度下執行的情況下，微細結構的緻密性降低，從而發生氣孔或者裂痕發生概率增加。
根據本發明的一例，在形成上述包含SiC及C的複合體的步驟之前，還可包括混合Si前體及C前體的步驟。根據本發明的一實施方面，通過Si前體及C前體的噴嘴，並非向用於蒸鍍的腔室一次性供給，而是在腔室外混合上述Si前體及C前體，從而通過噴嘴進行噴射。此時，在腔室外部追加形成用於混合上述Si前體及C前體的混合裝置。
根據本發明的另一實施例，本發明提供包括複合體塗層的半導體製造用部件的製造方法，上述包括複合體塗層的半導體製造用部件的製造方法包括：準備半導體製造用部件的步驟；以及利用Si前體及C前體，通過化學氣相蒸鍍法在上述半導體製造用部件的至少一面形成包含SiC及C的複合體塗層的步驟。
根據本發明的一實施方式，通過相對厚的包含SiC及C的複合體進行蒸鍍，即使不從一開始生產耐等離子性半導體製造用部件，利用包含SiC及C的複合體塗敷以往生產的半導體製造用部件的表面中向等離子露出的部分，由此，可提高以往部件的耐等離子性。
根據本發明的一例，上述半導體製造用部件可包含石墨、SiC或同時包含兩者。上述半導體製造用部件在本發明中並未特殊限制材料，但是，可以為碳成分的石墨材料，也可以為耐等離子性優秀的SiC材料。
根據本發明的一例，形成上述包含SiC及C的複合體塗層的步驟可在1000℃至1900℃的溫度下執行。在形成包含SiC及C的複合體的步驟在小於1000℃的溫度下執行的情況下，蒸鍍速度變慢，生產性降低，在結晶形成過程中，非結晶化或結晶性會降低，在大於1900℃的溫度下執行的情況下，微細結構的致命性降低，從而發生氣孔或者裂痕發生概率增加。
根據本發明的一例，在形成上述包含SiC及C的複合體塗層的步驟之前，還可包括混合Si前體及C前體 的步驟。根據本發明的一實施方面，通過Si前體及C前體的噴嘴，並非向用於蒸鍍的腔室一次性供給，而是在腔室外混合上述Si前體及C前體，從而通過噴嘴進行噴射。此時，在腔室外部追加形成用於混合上述Si前體及C前體的混合裝置。
實施例
在用於生產半導體產品的乾式蝕刻裝置內，施加8000W的等離子power，執行確認基於C原子比例增加的半導體產品的等離子蝕刻比例的實驗。
在上述條件下，在Si材料的半導體製造用部件的情況下，10.21mm被蝕刻，在SiC材料的情況下，7.45mm被蝕刻，相比於Si，17%左右的蝕刻減少。另一方面，在包含SiC及C的複合體的情況下，在Si：C的原子比例為1：1.1的情況下，7.20mm被蝕刻(相比於Si，蝕刻率為70.5%)，在1：1.2的情況下，5.76mm被蝕刻，從而可確認耐等離子特性進一步提高。(相比於Si，時刻率為56.4%)。
相反，在包含SiC及C的複合體的Si：C的原子比例為1：1.4的情況下，耐等離子特性急劇減少，與SiC材料相比，耐等離子性降低，當與Si比較時，時刻率還算優秀(相比於Si，時刻率為91.5%)。
之後，實施本發明一實施方式的上述實施例1及實施例2的情況和對相比於Si，C含量為1.3的半導體製造用部件實施XRD分析實驗來改善耐等離子性蝕刻特性的特徵。
圖4(a)為本發明一實施例(實施例1)的半導體製造用部件中，相比於Si，C含量為1.1時的XRD分析圖表。圖4(b)為本發明一實施例(實施例2)的半導體製造用部件中，相比於Si，C含量為1.2時的XRD分析圖表。圖4(c)為本發明一實施例的半導體製造用部件中，相比於Si，C含量為1.3時的XRD分析圖表。
基於上述實驗數據，根據本發明的一實施方式，控制Si：C的原子比例，由此，可製造比SiC材質具有優秀的耐等離子特性的材料的半導體製造用部件。
並且，與SiC材料相比，即使降低，但是比Si具有優秀的耐等離子特性的包含SiC及C的複合體材料也根據需要的耐等離子特性的程度及所需要的生產成本來選擇，從而可製造需要水準的半導體製造用部件。
如上所述，通過限定實施例和附圖說明了實施例，只要是本發明所屬技術領域的普通技術人員，可從上述記載進行多種修改及變形。例如，說明的技術與說明的 方法以不同順序執行和/或說明的結構要素的與說明的方法不同形態結合或組合，或者通過其他結構要素或等同技術方案代替或置換也可實現適當結果。
因此，與其他實例、其他實施例及發明要求保護範圍等同的內容也屬於後述的發明要求保護範圍。

Claims (15)

  1. 一種半導體製造用部件，其中，具有包含SiC及C的複合體，在上述複合體中，Si：C原子比例為1：1.1至1：1.3。
  2. 如請求項1之半導體製造用部件，其中，上述半導體製造用部件為包括選自聚焦環、電極部及導體組成的組中的至少一種的等離子處理裝置部件。
  3. 如請求項1之半導體製造用部件，其中，在上述複合體中，上述C存在於上述SiC之間。
  4. 如請求項1之半導體製造用部件，其中，在上述複合體中，上述C為熱分解碳。
  5. 一種包括複合體塗層的半導體製造用部件，其中，包括：半導體製造用部件；以及包含SiC及C的複合體塗層，形成於上述半導體製造用部件的至少一面，在上述複合體中，Si：C原子比例為1：1.1至1：1.3。
  6. 如請求項5之包括複合體塗層的半導體製造用部件，其中，上述半導體製造用部件包含石墨、SiC或同時包含兩者。
  7. 如請求項5之包括複合體塗層的半導體製造用部件，其中，上述包括複合體塗層的半導體製造用部件為包括選自聚焦環、電極部及導體組成的組中的至少一種的等離子處理裝置部件。
  8. 如請求項5之包括複合體塗層的半導體製造用部件，其中，上述複合體塗層的平均厚度為1mm至3mm。
  9. 一種半導體製造用部件的製造方法，其中，包括通過利用Si前體源及C前體源的化學氣相蒸鍍法來在包含石墨、SiC或同時包含兩者的母材形成包含SiC及C的複合體的步驟，其中Si：C原子比例為1：1.1至1：1.3。
  10. 如請求項9之半導體製造用部件的製造方法，其中，形成上述包含SiC及C的複合體的步驟在1000℃至1900℃的溫度下執行。
  11. 如請求項9之半導體製造用部件的製造方法，其中，在形成上述包含SiC及C的複合體的步驟之前，包括混合Si前體及C前體的步驟。
  12. 一種包括複合體塗層的半導體製造用部件的製造方法，其中，包括：準備半導體製造用部件的步驟；以及通過利用Si前體及C前體的化學氣相蒸鍍法，在上述半導體製造用部件的至少一面形成包含SiC及C的複合體塗層的步驟，其中Si：C原子比例為1：1.1至1：1.3。
  13. 如請求項12之包括複合體塗層的半導體製造用部件的製造方法，其中，上述半導體製造用部件包含石墨、SiC或同時包含兩者。
  14. 如請求項12之包括複合體塗層的半導體製造用部件的製造方法，其中，形成上述包含SiC及C的複合體塗層的步驟在1000℃至1900℃的溫度下執行。
  15. 如請求項12之包括複合體塗層的半導體製造用部件的製造方法，其中，在形成上述包含SiC及C的複合體塗層的步驟之前，包括混合Si前體及C前體的步驟。
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