TWM615990U

TWM615990U - 半導體零件保護塗層

Info

Publication number: TWM615990U
Application number: TW110204404U
Authority: TW
Inventors: 吳宗豐; 蘇修賢; 李文亮; 蔡宇硯; 周冠廷; 賴泱蓉
Original assignee: 翔名科技股份有限公司
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2021-08-21
Also published as: CN215183847U

Abstract

本新型之半導體零件保護塗層是應用於一半導體零件，半導體零件保護塗層包括一第一晶種層及一第一零件保護層。其中，第一晶種層是沉積於半導體零件的表面。此外，第一零件保護層是沉積於該第一晶種層的表面，以使該第一零件保護層之表面的晶格方向相同於第一晶種層之表面的晶格方向。其中，第一零件保護層的厚度是第一晶種層的厚度的7倍或7倍以上。其中底層之第一零件保護層有一特性方向，在沉積複數第一零件保護層時沿著其方向生長，使第一零件保護層呈現類單晶結構，藉此增加抗電漿性能。

Description

半導體零件保護塗層

本新型是指一種半導體零件保護塗層，特別是指一種具有第一晶種層的半導體零件保護塗層。

在半導體技術產業中，常用之半導體製程如化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、反應離子蝕刻(RIE,Reactive Ion Etching)、面板及自動化設備運用等等，均採用陶瓷層來保護腔體內之金屬部件。由於電漿蝕刻是將電磁能量運用在含有化學反應成分的氣體(如氟或氯)中進行，電漿會釋放帶電的離子並撞擊晶圓以蝕刻材料，並產生化學反應。該電漿與被蝕刻的材料交互作用形成揮發性或非揮發性的殘留物。因此，在半導體零件的金屬層上方的陶瓷層便成為很好的防護層。此外，當半導體零件暴露在氟基電漿時，經過腐蝕後之陶瓷層會被氟化而生成顆粒，此顆粒會汙染腔體環境，導致半導體零件產生缺陷。

目前用來保護半導體零件的抗電漿蝕刻塗層是使用電漿噴塗為主。然而，由於典型的抗電漿蝕刻塗層為多晶陶瓷，多晶陶瓷中晶粒邊界蝕刻速率較快，容易造成蝕刻後的表面粗糙度增加以及形成汙染。

隨著半導體技術的成長，元件微小化為最大重點，與之相應的對缺陷敏感性會增加，元件所允許的顆粒與污染物會變得更加嚴格。為了減少在製程時由腔體所造成之顆粒汙染與缺陷，目前之技術通常著重在材料的改變如Y₂O₃、YF₃、YOF、Y₃Al₅O₁₂(YAG)、Er₃Al₅O₁₂(EAG)和Y₂O₃-ZrO₂等固溶體或是包括以Y₂O₃與Al₂O₃為主之固溶體並添加稀土氧化物如Er₂O₃、Nd₂O₃、CeO₂、Sm₂O₃、Yb₂O₃、 La₂O₃、Sc₂O₃等之陶瓷材料，廣泛而言，為具備較佳耐電漿腐蝕之目的，抗電漿腐蝕層可選自質量較種之過度金屬所形成之陶瓷材料，如元素周期表原子序39至80之過度金屬的氧化物、氮化物、氟化物等，亦可以不同比例之過度金屬氧化物、氮化物或氟化物形成抗電漿腐蝕層，或形成多層膜型態，以進一步提升其抗電漿腐蝕層之能力。

然而，根據專利號I389248所述，使用原子層沈積(Atomic Layer Deposition,ALD)所鍍出具有晶格方向之抗電漿層比沉積方式如化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、電漿噴塗(Plasma Thermal Spray)所形成的抗電漿層具有更加的保護性。但是，需要極低的沉積速率才會生長成具有晶格方向的鍍層。並且，當需要沉積出所適用的厚度的抗電漿層時，將耗費大量的時間與成本。

因此，目前亟需新的半導體零件保護塗層之製作方法或自身結構上之改變，以達到高產品之特性的要求。

本新型提供一種半導體零件保護塗層，該半導體零件保護塗層的製程時間較短，可降低製造成本。並且，該半導體零件保護塗層能提升半導體零件抗電漿腐蝕的特性以減少半導體零件遭受汙染。

本新型之半導體零件保護塗層是應用於一半導體零件，半導體零件保護塗層包括一第一晶種層及一第一零件保護層。其中，第一晶種層是沉積於半導體零件的表面。此外，第一零件保護層是沉積於該第一晶種層的表面，以使該第一零件保護層之表面的晶格方向相同於第一晶種層之表面的晶格方向。其中，第一零件保護層的厚度是第一晶種層的厚度的7倍或7倍以上。

本新型另一實施例之半導體零件保護塗層是應用於一半導體零件，半導體零件保護塗層包括一第一晶種層、一黏著層及一第一零件保護層。其中，第一晶種層是沉積於半導體零件的表面，而黏著層是位於該第一晶種層及該半導體零件之間。此外，第一零件保護層是沉積於該第一晶種層的表面，以使該第一零件保護層之表面的晶格方向相同於第一晶種層之表面的晶格方向。其中，第一零件保護層的厚度是第一晶種層的厚度的7倍或7倍以上。

在上所述之半導體零件保護塗層還包括至少一第二晶種層及至少一第二零件保護層，第二晶種層是沉積於第一零件保護層的表面，而第二零件保護層是沉積於第二晶種層的表面，以使第二零件保護層之表面的晶格方向相同於第二晶種層之表面的晶格方向。

在上所述之半導體零件保護塗層，第二晶種層之表面的晶格方向不同於第一晶種層之表面的晶格方向。

在上所述之半導體零件保護塗層，第二零件保護層之表面的晶格方向不同於第一零件保護層之表面的晶格方向。

在上所述之半導體零件保護塗層，第一零件保護層之沉積速率為該第一晶種層之沉積速率的20倍或20倍以上。

在上所述之半導體零件保護塗層，第一晶種層選自元素周期表原子序39至80之過度金屬元素之氧化物、氮化物、硼化物、氟化物之一或者其任意組合。

在上所述之半導體零件保護塗層，第一零件保護層選自元素周期表原子序39至80之過度金屬元素之氧化物、氮化物、硼化物、氟化物之一或者其任意組合。

在上所述之半導體零件保護塗層，第一晶種層的材質不同於該第一零件保護層的材質。

在上所述之半導體零件保護塗層，第一零件保護層之表面的晶格方向沿最密堆積方向。

在上所述之半導體零件保護塗層，第一零件保護層的熱膨脹係數介於6.0x10^-6/℃至8.0x10^-6/℃之間。

在上所述之半導體零件保護塗層，第一零件保護層的抗折強度大於150MPa。

在上所述之半導體零件保護塗層，其中該黏著層的材質為選自氧化鋁(Al₂O₃)、氮化鋁(AlN)、氟化鋁(AlF₃)之一或其任意組合。

1、2、3、4:半導體零件保護塗層

11:第一晶種層

11’:第二晶種層

12:第一零件保護層

12’:第二零件保護層

14:織構陶瓷層

15、15’:黏著層

7:雷射退火處理機

8:半導體零件

S1~S7:步驟

圖1所繪示為本實施例之半導體零件保護塗層1及半導體零件8的示意圖。

圖2所繪示為半導體零件保護塗層1經由雷射退火處理的示意圖。

圖3所繪示為形成織構陶瓷層14的示意圖。

圖4所繪示為另一實施例之半導體零件保護塗層2及半導體零件8的示意圖。

圖5A所繪示為再一實施例之半導體零件保護塗層3及半導體零件8的示意圖。

圖5B所繪示為又一實施例之半導體零件保護塗層4及半導體零件8的示意圖。

圖6所繪示為半導體零件保護塗層之製造方法的流程圖。

請參閱圖1，圖1所繪示為本實施例之半導體零件保護塗層1及半導體零件8的示意圖。本實施例之半導體零件保護塗層1是應用於一半導體零件8，半導體零件保護塗層1是包括一具有晶格方向的第一晶種層11及一第一零件保護層12。其中，第一晶種層11的材質例如為選自元素周期表原子序39-80之過度金屬元素之氧化物、氮化物、硼化物、氟化物之一或者其任意組合。

在本實施例中，第一晶種層11是使用低沉積速率製程沉積在半導體零件8的上方表面，且半導體零件8是至少沉積一層具晶格最密堆積方向之第一晶種層11。具體來說，低沉積速率製程例如為化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、分子束磊晶(MBE)、及原子層沉積(ALD)等，且第一晶種層11所沉積之層厚度是介於0.3um至8um，而第一晶種層11的熱膨脹係數是介於6.0x10^-6/℃至8.0x10^-6/℃之間，其抗折強度介於150MPa至400MPa之間。

此外，第一零件保護層12的材質例如為選自元素周期表原子序39-80之過度金屬之氧化物、氮化物、硼化物、氟化物之一或者其任意組合。值得注意的是，在其他實施例中，第一零件保護層12的材質可不同於第一晶種層11的材質。

在本實施例中，第一零件保護層12是使用高沉積速率製程沉積在第一晶種層11的上方表面，該高沉積速率製程例如為真空電漿噴塗(VPS)、大氣電漿噴塗(APS)、懸浮液電漿噴塗(SPS)、氣溶膠沉積(ADM)等。值得注意的是，使用高沉積速率製程的第一零件保護層12與使用低沉積速率製程的第一晶種層11是有相同結晶方向。具體來說，第一零件保護層12之表面的晶格方向是相同於第一晶種層11之表面的晶格方向，以氧化釔(Y₂O₃)與釔鋁石榴石(YAG)為例會形成(2 2 2)與(4 2 0)最密堆積方向，所以沉積之第一零件保護層12的厚度可介於60um至200um的範圍。

此外，第一零件保護層12之熱膨脹係數介於6.0x10^-6/℃至8.0x10^-6/℃之間，第一零件保護層12的抗折強度是介於150MPa。倘若第一零件保護層12和第一晶種層11兩者的膨脹係數相差過大，會在預熱處理製程、降溫處理製程(下列段落會再詳細說明)甚至是在蝕刻環境時，因溫度急遽變化造成第一零件保護層12產生裂痕，使成品強度下降或產生嚴重缺陷。另外，本實施例之第一晶種層11之功用在於提升第一零件保護層12之結晶速率並有助於形成具有優選方向性之晶相(Texture Grain Structure)，使第一零件保護層12達到最密堆積晶體結構來提升抗電漿腐蝕之特性，其中，第一零件保護層12之沉積速率為第一晶種層11之沉積速率的20倍或20倍以上，而第一零件保護層12的厚度是第一晶種層11的厚度的7倍或7倍以上。並且，在較佳的實施例中，第一零件保護層12的厚度是第一晶種層11的厚度的15倍以上，利用此方法可以大幅縮短半導體零件保護塗層1製程時間並製造出高品質之抗電漿塗層。

請參閱圖2，圖2所繪示為半導體零件保護塗層1經由雷射退火處理的示意圖。本實施例之半導體零件保護塗層1可由雷射退火方式來增進抗電漿膜層之性能。詳細來說，藉由一雷射退火處理機7雷射照射第一零件保護層12，進行高溫熔融並利用低沉積速率層(第一晶種層11)作為晶種而觸發高沉積速率層(第一零件保護層12)之單一晶格方向的成長，進而達到具有最密堆積方向之織構陶瓷層14(請參閱圖3，圖3所繪示為形成織構陶瓷層14的示意圖。)。並且，在同時退火的過程中，第一零件保護層12變為熔融態可降低快速沉積而形成的孔隙。

請參閱圖4，圖4所繪示為另一實施例之半導體零件保護塗層2及半導體零件8的示意圖。半導體零件保護塗層2與半導體零件保護塗層1的差異在於：半導體零件保護塗層2還包括一黏著層15，黏著層15是位於第一晶種層11及半導體零件8之間。具體話說，在半導體零件8(鋁或含陽極處理之部件)上以低沉積速率沉積一層具緻密結構之黏著層15。其中，黏著層15的材質可選自氧化鋁(Al₂O₃₎，氮化鋁(AlN)或氟化鋁(AlF₃)之一或其組合。黏著層15之功用在於加強後續第一零件保護層12與半導體零件8之附著力，所沉積之黏著層15的厚度可介於0.1um至5um，且黏著層15之熱膨脹係數是介於6.0x10^-6/℃至11.0x10^-6/℃之間，黏著層15的抗折強度介於300MPa至700MPa之間，若強度不足會造成使用上之風險。

請參閱圖5A，圖5A所繪示為再一實施例之半導體零件保護塗層3及半導體零件8的示意圖。半導體零件保護塗層3與半導體零件保護塗層1的差異在於：半導體零件保護塗層3還包括一第二晶種層11’及第二零件保護層12’。其中，第二零件保護層12’是沉積在第二晶種層11’的上方表面，第二零件保護層12’所沉積之陶瓷層厚度可介於40um至60um，而第二晶種層11’是沉積在第一零件保護層12的上方表面，第二晶種層11’所沉積之陶瓷層厚度可介於0.3um至3um。因此，半導體零件保護塗層3相當於兩組半導體零件保護塗層1進行堆疊，使其晶體織構化更佳。值得注意的是，第二零件保護層12’的材質與第一零件保護層12的材質可以不一樣，兩者的晶格方向也可以不一樣。同理，第二晶種層11’的材質也能不同於第一晶種層11的材質，而第二晶種層11’的晶格方向也能不同於第一晶種層11的晶格方向。這樣一來，便能進一步強化半導體零件保護塗層3之強度。

上述中，半導體零件保護塗層3是相當於使用兩組半導體零件保護塗層1進行堆疊，第一晶種層11與第一零件保護層12的組合可視為第一組，第二晶種層11’與第二零件保護層12’的組合可視為第二組。然而，在其他的實施例中，半導體零件保護塗層3也可使用更多組的半導體零件保護塗層1進行相互堆疊，例如：三組或三組以上，同樣能強化整體塗層的強度。

圖5B所繪示為又一實施例之半導體零件保護塗層4及半導體零件8的示意圖。半導體零件保護塗層4與半導體零件保護塗層3的差異在於：半導體零件保護塗層3還包括一黏著層15’，黏著層15’是位於第一晶種層11及半導體零件8之間。其中，黏著層15’的材質可選自氧化鋁(Al₂O₃₎，氮化鋁(AlN)或氟化鋁(AlF₃)之一或其組合。黏著層15’之功用同樣在加強後續第一零件保護層12與半導體零件8之附著力。

綜上所述，本新型之半導體零件保護塗層的製程時間較短，可降低製造成本。並且，該半導體零件保護塗層能提升半導體零件抗電漿腐蝕的特性以減少半導體零件遭受汙染。

請參閱圖6，圖6所繪示為半導體零件保護塗層之製造方法的流程圖。半導體零件保護塗層之製造方法是包括下列步驟：首先，請參閱步驟S1，提供一半導體零件8，半導體零件8例如為鋁或含陽極處理之部件。

之後，請參閱步驟S2，沉積一黏著層15於半導體零件8的表面。

之後，請參閱步驟S3，沉積一第一晶種層11於黏著層15的表面。然而，在其他的實施例中，可以省略步驟S2，無須將黏著層15沉積於半導體零件8 的表面上。因此，第一晶種層11會沉積於半導體零件8的表面。並且，第一晶種層11的表面具有一晶格方向。

之後，請參閱步驟S4，進行預熱處理，預熱處理的溫度可在80℃或80℃以上，較佳之預熱處理的溫度為100℃以上。

之後，請參閱步驟S5，沉積一第一零件保護層12於第一晶種層11的表面，以使第一零件保護層12之表面的晶格方向相同於第一晶種層11之表面的晶格方向。值得注意的是，第一零件保護層12的厚度是第一晶種層11的厚度的7倍或7倍以上。

之後，請參閱步驟S6，進行持溫處理與降溫處理。其中，持溫處理的溫度可在80℃或80℃以上，較佳之持溫處理的溫度為100℃或100℃以上，並以300℃為上限。其保溫時間為1分鐘以上。此外，降溫處理的速率為每分鐘中下降5℃或每分鐘中下降低於5℃，降溫速率越慢其結晶效果越佳。

之後，請參閱步驟S7，進行回火處理，該回火處理的溫度為500℃或500℃以上。具體來說，透過後續的熱處理製程(回火處理)以增進膜層之結晶方向性與抗電漿特性，以雷射退火為例：利用高溫熔融抗電漿層形成燒結效果，並以第一晶種層11(中間層)作為晶種來觸發單一晶格方向的陶瓷成長，較佳為其結晶方向為最密堆積方向之織構陶瓷層。雷射退火之雷射的功率介於10W~100W之間如此保持薄膜表面溫度為500℃或500℃以上，若雷射功率過低則無改善的效果，若雷射功率過高，則可能會有膜層破裂產生，經由雷射退火後之第一零件保護層12的表面粗糙度是介於3um~6um。

綜上所述，經由本新型所採用之技術手段，可在較低成本之下，生產具有一定之結晶方向性抗電漿層，提高在電漿環境中之抗電漿能力。

1:半導體零件保護塗層

11:第一晶種層

12:第一零件保護層

8:半導體零件

Claims

一種半導體零件保護塗層，應用於一半導體零件，該半導體零件保護塗層包括：一第一晶種層，沉積於該半導體零件的表面；及一第一零件保護層，沉積於該第一晶種層的表面，以使該第一零件保護層之表面的晶格方向相同於該第一晶種層之表面的晶格方向；其中，該第一零件保護層的厚度是該第一晶種層的厚度的7倍或7倍以上。
一種半導體零件保護塗層，應用於一半導體零件，該半導體零件保護塗層包括：一第一晶種層，沉積於該半導體零件的表面；一黏著層，位於該第一晶種層及該半導體零件之間；及一第一零件保護層，沉積於該第一晶種層的表面，以使該第一零件保護層之表面的晶格方向相同於該第一晶種層之表面的晶格方向；其中，該第一零件保護層的厚度是該第一晶種層的厚度的7倍或7倍以上。
如請求項1或請求項2所述之半導體零件保護塗層，還包括：至少一第二晶種層，沉積於該第一零件保護層的表面；及至少一第二零件保護層，沉積於該第二晶種層的表面，以使該第二零件保護層之表面的晶格方向相同於該第二晶種層之表面的晶格方向。
如請求項3所述之半導體零件保護塗層，其中該第二晶種層之表面的晶格方向不同於該第一晶種層之表面的晶格方向。
如請求項3所述之半導體零件保護塗層，其中該第二零件保護層之表面的晶格方向不同於該第一零件保護層之表面的晶格方向。
如請求項1或請求項2所述之半導體零件保護塗層，其中該第一零件保護層之沉積速率為該第一晶種層之沉積速率的20倍或20倍以上。
如請求項1或請求項2所述之半導體零件保護塗層，其中該第一晶種層選自元素周期表原子序39-80之過度金屬元素之氧化物、氮化物、硼化物、氟化物之一或者其任意組合。
如請求項1或請求項2所述之半導體零件保護塗層，其中該第一零件保護層選自元素周期表原子序39-80之過度金屬元素之氧化物、氮化物、硼化物、氟化物之一或者其任意組合。
如請求項1或請求項2所述之半導體零件保護塗層，其中該第一晶種層的材質不同於該第一零件保護層的材質。
如請求項1或請求項2所述之半導體零件保護塗層，其中該第一零件保護層之表面的晶格方向沿最密堆積方向。
如請求項1或請求項2所述之半導體零件保護塗層，其中該第一零件保護層的熱膨脹係數介於6.0x10^-6/℃至8.0x10⁶/℃之間。
如請求項1或請求項2所述之半導體零件保護塗層，其中該第一零件保護層的抗折強度大於150MPa。
如請求項2所述之半導體零件保護塗層，其中該黏著層的材質為選自氧化鋁(Al₂O₃)、氮化鋁(AlN)、氟化鋁(AlF₃)之一或其任意組合。