TWI802264B - 抗電漿腐蝕薄膜結構與其製造方法 - Google Patents

抗電漿腐蝕薄膜結構與其製造方法 Download PDF

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Abstract

一種抗電漿腐蝕薄膜結構與其製造方法，包括一基材、一第一抗腐蝕層、一第二抗腐蝕層與第三抗腐蝕層。第一抗腐蝕層設置於該基材上，並與該基材接觸。第二抗腐蝕層設置於該第一抗腐蝕層上。第三抗腐蝕層設置於該第二抗腐蝕層上。其中，該第一抗腐蝕層與該第三抗腐蝕層是經由氣相沉積方法形成。其中，該第二抗腐蝕層是經由電漿噴塗形成。

Description

抗電漿腐蝕薄膜結構與其製造方法
一種薄膜結構與其製造方法，特別是一種抗電漿腐蝕薄膜結構。
在半導體產業中，電漿廣泛應用於各式半導體製程設備中，然而隨著製程能力的進步，對於腔體部件表面處理要求越來越嚴格，目前設備腔體大部分為鋁製腔體，但鋁抗電漿侵蝕能力不佳，因此業界大多是對設備與電漿接觸的部位進行表面微結構處理，使其具備抗電漿腐蝕的特性。 而目前常用的表面微結構處理是電漿噴塗，是以氧化釔（Y 2O 3）或釔鋁石榴石（Yttrium aluminum garnet，YAG）等材料進行表面處理，其抗電漿腐蝕性優於鋁。但因該噴塗材料表面具有多孔隙特性，不利於半導體製程。電漿化學氣相沉積（Plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD）、原子層沉積（Atomic layer deposition，ALD）或物理氣相沉積（Physical vapor deposition，PVD）雖可產生無孔隙的薄膜，但其沉積速度慢並且成本昂貴，要達到與電漿噴塗相同的厚度，需要更多的時間與成本。 因此，如何解決上述問題，便是本領具通常知識者值得去思量的。
本發明提供一種抗電漿腐蝕薄膜結構，利用緻密、鬆散、緻密多層次的抗腐蝕層形成抗腐蝕結構，可用較少的時間與成本形成，並保持與習知完全緻密抗腐蝕層相當的抗腐蝕特性。其具體技術手段如下： 一種抗電漿腐蝕薄膜結構，包括一基材、一第一抗腐蝕層、一第二抗腐蝕層與第三抗腐蝕層。第一抗腐蝕層設置於該基材上，並與該基材接觸。第二抗腐蝕層設置於該第一抗腐蝕層上。第三抗腐蝕層設置於該第二抗腐蝕層上。其中，該第一抗腐蝕層與該第三抗腐蝕層是經由氣相沉積方法形成。其中，該第二抗腐蝕層是經由電漿噴塗形成。 上述之抗電漿腐蝕薄膜結構，其中，氣相沉積方法為電漿化學氣相沉積（PECVD）、原子層沉積（ALD）或物理氣相沉積（PVD）。 上述之抗電漿腐蝕薄膜結構，其中，該第一抗腐蝕層與該第三抗腐蝕層的厚度為5~20µm；該第二抗腐蝕層的厚度為100~250µm。 上述之抗電漿腐蝕薄膜結構，其中，該第二抗腐蝕層與該第一抗腐蝕層的厚度比介於5~50之間；該第二抗腐蝕層與該第三抗腐蝕層的厚度比介於5~50之間。 上述之抗電漿腐蝕薄膜結構，其中，該第一抗腐蝕層、該第二抗腐蝕層與該第三抗腐蝕層的材料包括氧化釔（Y 2O 3）、氟氧化釔（YOF）或釔鋁石榴石（Yttrium aluminum garnet，YAG）。 本發明還提供一種抗電漿腐蝕薄膜結構製造方法，包括： S10：提供一基材； S20：在該基材上以氣相沉積方法形成第一抗腐蝕層； S30：在該第一抗腐蝕層上以電漿噴塗形成一第二抗腐蝕層；及 S40：在該第二抗腐蝕層上以氣相沉積方法形成一第三抗腐蝕層。 上述之抗電漿腐蝕薄膜結構製造方法，其中，在步驟S20中，氣相沉積方法為物理氣相沉積。 上述之抗電漿腐蝕薄膜結構製造方法，其中，該物理氣相沉積，參數控制為腔體溫度25℃~200℃、蒸鍍速率0.1~1.5nm/s、離子源電漿功率輔助電子束電流100~1500mA、電壓100-1500V、氣體流量氬氣10~50sccm、氧氣10~100sccm、製程壓力2.0E-2~1.0E-6 Torr。 上述之抗電漿腐蝕薄膜結構製造方法，其中，在步驟S20中，氣相沉積方法為原子層沉積。 上述之抗電漿腐蝕薄膜結構製造方法，其中，該原子層沉積之參數控制為：反應氣體流量10~100sccm，腔體溫度100~400℃ 、製程壓力1~10 Torr。 上述之抗電漿腐蝕薄膜結構製造方法，其中，在步驟S30中，該電漿噴塗之電弧電流300~600A、載台轉速5~30RPM、載氣氣體為氬氣（Ar）、氮氣（N 2），氣體流量10~30L/min。
請參閱圖1，圖1所繪示為本發明之抗電漿腐蝕薄膜結構。本發明之抗電漿腐蝕薄膜結構100包括一基材101、一第一抗腐蝕層110、一第二抗腐蝕層120與一第三抗腐蝕層130。第一抗腐蝕層110設置在基材101上，並且第一抗腐蝕層110與基材101接觸。第二抗腐蝕層120設置在第一抗腐蝕層110上，第三抗腐蝕層130設置在第二抗腐蝕層120上。換句話說，第二抗腐蝕層120是夾在第一抗腐蝕層110與第三抗腐蝕層130之間，形成多層次的抗腐蝕結構。而基材101例如為半導體設備之腔體的內表面層，此內表面層可由鋁所製成。 此外，第一抗腐蝕層110與第三抗腐蝕層130的厚度個別為5~20微米（µm），且第一抗腐蝕層110與第三抗腐蝕層130可為相同或不同的厚度；第二抗腐蝕層的厚度為100~250微米（µm）。因此，第一抗腐蝕層110、第二抗腐蝕層120與第三抗腐蝕層130的厚度並不相同。更明確的說，第二抗腐蝕層120的厚度比第一抗腐蝕層110與第三抗腐蝕層130的厚度都來得厚。在一實施例中，第二抗腐蝕層120與第一抗腐蝕層110的厚度比介於5~50之間；第二抗腐蝕層120與第三抗腐蝕層130的厚度比介於5~50之間。 在本實施例中，第一抗腐蝕層110與第三抗腐蝕層130是較為緻密的抗腐蝕層，而第二抗腐蝕層120則是相對鬆散的抗腐蝕層。透過第一抗腐蝕層110、第二抗腐蝕層120與第三抗腐蝕層130形成緻密-鬆散-緻密的多層次抗腐蝕結構，提供抗腐蝕特性以保護基材101。 接著，請參閱圖2至圖6，圖2至圖6所繪示為本發明抗電漿腐蝕薄膜結構的製作方法。首先，進行步驟S10，提供一基材101（如圖3所示）。接著，進行步驟S20，在基材101上以氣相沉積方法形成第一抗腐蝕層110（如圖4所示）。具體來說，第一抗腐蝕層110所使用的氣相沉積方法為電漿化學氣相沉積（PECVD）、原子層沉積（ALD）或物理氣相沉積（PVD），能夠形成較為緻密、不具備多孔性的第一抗腐蝕層110。緻密、不具備多孔性的第一抗腐蝕層110有效減少基材101釋出氣體，並可避免電漿腐蝕基材101而產生粉塵。同時可作為緩衝材料，增加第二抗腐蝕層120在抗電漿腐蝕薄膜結構100的附著性。 在一實施例中，若使用物理氣相沉積（PVD）形成第一抗腐蝕層110，其具體方式是選用Y 2O 3、YOF與YAG作為底材，並透過電子束轟擊蒸鍍（E-gun）與離子束輔助沉積來形成第一抗腐蝕層110。第一抗腐蝕層110形成的過程中，其參數控制為腔體溫度25℃~200℃、蒸鍍速率0.1~1.5nm/s、離子源電漿功率輔助電子束電流100~1500mA、電壓100-1500V、氣體流量氬氣10~50sccm、氧氣10~100sccm、製程壓力2.0E-2~1.0E-6 Torr。 在另一實施例中，若使用原子層沉積（ALD）形成第一抗腐蝕層110，具體來說是選用三(環戊二烯)釔（Y(Cp) 3）、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔（Y(thd) 3）與三(乙基環戊二烯基)釔（Y(EtCp) 3）做為前驅物，在以水（H 2O）與氧（O 2）作為反應氣體，從經由原子層沉積形成第一抗腐蝕層110。第一抗腐蝕層110形成的過程中，反應氣體流量10~100sccm，腔體溫度100~400℃ 、製程壓力1~10 Torr。 接著，進行步驟S30，在第一抗腐蝕層110上以電漿噴塗形成一第二抗腐蝕層120（如圖5所示）。具體來說，是以氧化釔（Y 2O 3）、氟氧化釔（YOF）或釔鋁石榴石（YAG）為噴塗材料形成第二抗腐蝕層120。此外，還可對噴塗材料進行預熱，預熱的溫度約為100~300℃。並且在形成過程中，其設定參數為電弧電流300~600A、載台轉速5~30RPM、載氣氣體為氬氣（Ar）、氮氣（N 2），氣體流量10~30L/min。第二抗腐蝕層120是在第一抗腐蝕層110上形成，因此可保護第一抗腐蝕層，提高抗電漿腐蝕薄膜結構100的整體抗腐蝕性與耐用性。 接著，進行步驟S40，在第二抗腐蝕層120上氣相沉積方法形成第三抗腐蝕層130（如圖6所示）。具體來說，第三抗腐蝕層130所使用的氣相沉積方法為電漿化學氣相沉積（PECVD）、原子層沉積（ALD）或物理氣相沉積（PVD），能夠形成較為緻密、不具備多孔性的第三抗腐蝕層130。 在一實施例中，若使用物理氣相沉積（PVD）形成第三抗腐蝕層130，其具體方式是選用Y 2O 3、YOF與YAG作為底材，並透過電子束轟擊蒸鍍（E-gun）與離子束輔助沉積來形成第三抗腐蝕層130。第三抗腐蝕層130形成的過程中，其參數控制為腔體溫度25℃~200℃、蒸鍍速率0.1~1.5nm/s、離子源電漿功率輔助電子束電流100~1500mA、電壓100-1500V、氣體流量氬氣10~30sccm、氧氣10~100sccm、製程壓力2.0E-2~1.0E-6 Torr。 在另一實施例中，若使用原子層沉積（ALD）形成第三抗腐蝕層130，具體來說是選用三(環戊二烯)釔（Y(Cp) 3）、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔（Y(thd) 3）與三(乙基環戊二烯基)釔（Y(EtCp) 3）做為前驅物，在以水（H 2O）與氧（O 2）作為反應氣體，從經由原子層沉積形成第三抗腐蝕層130。第一抗腐蝕層110形成的過程中，反應氣體流量10~100sccm，腔體溫度100~400℃ 、製程壓力1~10 Torr。 第三抗腐蝕層130與第一抗腐蝕層110均是經由氣相沉積方法形成，但不限於與第一抗腐蝕層110相同的氣相沉積方法形成（PECVD、ALD或PVD）形成。因此第三抗腐蝕層130為緻密、不具備多孔性的抗腐蝕層。第三抗腐蝕層130可填補第二抗腐蝕層120上的空隙，進一步提高抗電漿腐蝕薄膜結構100的表面耐受性。經過步驟S10~S40即完成抗電漿腐蝕薄膜結構100。 本發明之抗電漿腐蝕薄膜結構100透過以不同方法形成的第一抗腐蝕層110、第二抗腐蝕層120與第三抗腐蝕層130，進一步形成以緻密（第一抗腐蝕層110）、鬆散（第二抗腐蝕層120）、緻密（第三抗腐蝕層130）組成的抗腐蝕結構，其抗腐蝕特性接近等同厚度且完全緻密的抗腐蝕結構。因此，相較於完全緻密的抗腐蝕結構，本發明緻密、鬆散、緻密的抗腐蝕結構可用較少的時間與成本形成，並提供相當的抗腐蝕特性。 本發明說明如上，然其並非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡本領域具有通常知識者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
100:抗電漿腐蝕薄膜結構 101:基材 110:第一抗腐蝕層 120:第二抗腐蝕層 130:第三抗腐蝕層 S10~S40:流程圖步驟
圖1所繪示為本發明之抗電漿腐蝕薄膜結構。 圖2至圖6所繪示為本發明抗電漿腐蝕薄膜結構的製作方法。
100:抗電漿腐蝕薄膜結構
101:基材
110:第一抗腐蝕層
120:第二抗腐蝕層
130:第三抗腐蝕層

Claims (11)

  1. 一種抗電漿腐蝕薄膜結構，包括： 一基材； 一第一抗腐蝕層，設置於該基材上，並與該基材接觸； 一第二抗腐蝕層，設置於該第一抗腐蝕層上；及 一第三抗腐蝕層，設置於該第二抗腐蝕層上； 其中，該第一抗腐蝕層與該第三抗腐蝕層是經由氣相沉積方法形成； 其中，該第二抗腐蝕層是經由電漿噴塗形成。
  2. 如請求項1所述之抗電漿腐蝕薄膜結構，其中，氣相沉積方法為電漿化學氣相沉積（PECVD）、原子層沉積（ALD）或物理氣相沉積（PVD）。
  3. 如請求項1所述之抗電漿腐蝕薄膜結構，其中，該第一抗腐蝕層與該第三抗腐蝕層的厚度為5~20µm；該第二抗腐蝕層的厚度為100~250µm。
  4. 如請求項1所述之抗電漿腐蝕薄膜結構，其中，該第二抗腐蝕層與該第一抗腐蝕層的厚度比介於5~50之間；該第二抗腐蝕層與該第三抗腐蝕層的厚度比介於5~50之間。
  5. 如請求項1所述之抗電漿腐蝕薄膜結構，其中，該第一抗腐蝕層、該第二抗腐蝕層與該第三抗腐蝕層的材料包括氧化釔（Y 2O 3）、氟氧化釔（YOF）或釔鋁石榴石（Yttrium aluminum garnet，YAG）。
  6. 一種抗電漿腐蝕薄膜結構製造方法，包括： S10：提供一基材； S20：在該基材上以氣相沉積方法形成第一抗腐蝕層； S30：在該第一抗腐蝕層上以電漿噴塗形成一第二抗腐蝕層；及 S40：在該第二抗腐蝕層上以氣相沉積方法形成一第三抗腐蝕層。
  7. 如請求項6所述的抗電漿腐蝕薄膜結構製造方法，其中，在步驟S20中，氣相沉積方法為物理氣相沉積，
  8. 如請求項7所述的抗電漿腐蝕薄膜結構製造方法，其中，該物理氣相沉積，參數控制為：腔體溫度25℃~200℃、蒸鍍速率0.1~1.5nm/s、離子源電漿功率輔助電子束電流100~1500mA、電壓100-1500V、氣體流量氬氣10~50sccm、氧氣10~100sccm、製程壓力2.0E-2~1.0E-6 Torr。
  9. 如請求項6所述的抗電漿腐蝕薄膜結構製造方法，其中，在步驟S20中，氣相沉積方法為原子層沉積，
  10. 如請求項9所述的抗電漿腐蝕薄膜結構製造方法，其中，該原子層沉積之參數控制為：反應氣體流量10~100sccm，腔體溫度100~400℃ 、製程壓力1~10 Torr。
  11. 如請求項6所述的抗電漿腐蝕薄膜結構製造方法，其中，在步驟S30中，該電漿噴塗之參數控制為：電弧電流300~600A、載台轉速5~30RPM、載氣氣體為氬氣（Ar）、氮氣（N 2），氣體流量10~30L/min。
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