用于半導(dǎo)體裝置性能改善的涂層的制作方法
【專利摘要】用于半導(dǎo)體裝置性能改善的涂層，等離子體處理腔室具有增強(qiáng)型涂層的氣體噴淋頭和延伸的下電極。所述延伸的下電極可由聚焦環(huán)、覆蓋環(huán)和等離子體約束環(huán)的一個(gè)或多個(gè)組成。延伸的下電極可利用一個(gè)一片式的復(fù)合覆蓋環(huán)制成。所述復(fù)合覆蓋環(huán)可由Al2O3制成并具有抗等離子體Y2O3涂層。所述等離子體約束環(huán)可以包括一流量均衡化離子屏蔽裝置，其也可具有抗等離子體涂層。所述延伸電極的抗等離子體涂層可具有配合氣體噴淋頭的成份。
【專利說明】用于半導(dǎo)體裝置性能改善的涂層
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體處理腔室，特別地涉及一種利用涂層于腔室組件的腔室安排，其可以改善等離子體處理腔室的性能。
【背景技術(shù)】
[0002]在等離子處理腔室中，氣體噴淋頭常用于注入反應(yīng)氣體。在特定的等離子處理腔室中，例如電容稱合型等離子體處理腔室(capacitively-coupled plasma chambers),氣體噴淋頭也可執(zhí)行電極的功能，其耦接于大地或者射頻電位。然而，在制程中，前述氣體噴淋頭曝露于等離子體并被等離子體中的活性成份侵蝕，例如鹵素等離子體CF4Xl2等。這種現(xiàn)象對于具有一化學(xué)氣相沉積的碳化硅涂層(CVD SiC)的氣體噴淋頭來說尤其麻煩。
[0003]等離子體處理腔室還包括一個(gè)靜電夾盤，其連接至一基臺(tái)上，用于在制程中夾持基片。通常，靜電夾盤和/或基臺(tái)的直徑大于基片的直徑。因此，需要設(shè)置不同的額外組件用于保護(hù)靜電夾盤和/或基臺(tái)不受等離子體中的活性成份的侵蝕，也用于控制射頻功率以在基片上維持均一的等離子體。所述組件可以包括聚焦環(huán)、覆蓋環(huán)(cover ring)、流量均衡化離子屏蔽裝置(flow equivalent ion shied)、等離子體約束環(huán)等。
[0004]圖1示出了電容耦合性等離子體處理腔室的通常組件。腔室由腔壁100，頂部105和底部110組成，它們形成了 一個(gè)真空空間。氣體噴淋頭120可以包括一個(gè)氣體分布板(gasdistribution plate，⑶P)125，其也可以用于充當(dāng)電極，其還包括一個(gè)蓋板127。所述氣體分布板125是接地的，蓋板127也可以是導(dǎo)電和接地的，其通常物理連接于氣體分布板125。
[0005]基片130由夾盤135固定位置，其設(shè)置于基臺(tái)140上。射頻功率傳輸至電極，所述電極可以內(nèi)置于夾盤135之中或者成為基臺(tái)140的一部分。聚焦環(huán)140設(shè)置于基片周圍，用于控制等離子體均一性。覆蓋環(huán)145設(shè)置于聚焦環(huán)周圍，主要用于防止等離子體組份(species)的腐蝕保護(hù)。等離子體約束環(huán)150防止等離子體于等離子體約束環(huán)150以下點(diǎn)燃和/或維持，以使得等離子體被約束在真空空間的制程區(qū)域中。
[0006]應(yīng)當(dāng)理解，在制程中，等離子體對于腔室的多個(gè)組件可以是相當(dāng)具有腐蝕性的，特別是氣體噴淋頭，因?yàn)槠湫纬闪穗娙菪陨漕l功率回路的一部分。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了保護(hù)氣體噴淋頭不被等離子體侵蝕，各種各樣的涂層已經(jīng)被提出并進(jìn)行驗(yàn)證。氧化釔(Y2O3)涂層被認(rèn)為非常有希望；然而，要找到一種形成好涂層的制程卻非常困難，特別是那些不產(chǎn)生裂縫或產(chǎn)生粒子污染(particle)的制程。例如,業(yè)內(nèi)已經(jīng)提出過利用等離子體噴涂(plasmaspray,簡稱PS)來涂覆由金屬、合金或陶瓷制成的氣體噴淋頭。然而，傳統(tǒng)的Y2O3等離子體噴涂涂層是利用噴涂的Y2O3粒子形成的，并且通常導(dǎo)致形成的涂層具有高表面粗糙度(Ra大于4微米或更多)和相應(yīng)地高孔隙度(體積率大于3%)。這種高粗糙度和多孔結(jié)構(gòu)使得涂層易產(chǎn)生顆粒，其有可能導(dǎo)致制程基片的污染。另外，由于氣體注入孔內(nèi)的等離子體噴涂層非常粗糙并和基體具有較弱的粘附力，當(dāng)這種被噴涂過的氣體噴淋頭在等離子處理腔室中使用時(shí)，所述顆粒會(huì)從氣體注入口出來，掉落到基片上。
[0007]其它形成氧化乾涂層的方案包括利用化學(xué)氣相沉積(chemical vapordeposition, CVD),物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)，離子輔助沉積(ionassisted deposition, IAD),活性反應(yīng)蒸發(fā)(active reactive evaporation, ARE),電離金屬等離子體(ionized metal plasma, IMP), ?賤射沉積，等離子體浸沒式離子注入制程(plasma immersion ion process,PIIP)。然而,所有這些沉積制程都具有一些技術(shù)限制,使得它們還不能實(shí)際上用于提升在腔室部件上沉積厚的涂層的水平，以避免等離子體侵蝕。例如，用化學(xué)氣相沉積制作Y2O3涂層不能在無法承受6000C以上的溫度上的基體上實(shí)現(xiàn)，這就排除了在由鋁合金制成的腔室部件上沉積抗等離子體侵蝕涂層的可能。PVD制程，例如蒸發(fā)，不能沉積致密的、厚的陶瓷涂層，因?yàn)槠渑c基片之間的粘附力較弱。由于高應(yīng)力和弱粘附力(例如濺射沉積，ARE和IAD)或者極低的沉積速率(例如濺射沉積，MP和PIIP)，這些其它的沉積制程也不能沉積厚涂層。因此，到目前為止還沒有制造出理想的涂層，這種理想的涂層應(yīng)具有良好的抗腐蝕性，同時(shí)應(yīng)當(dāng)生成較少或者不生成顆粒污染，其可以被制成具有較大的厚度并沒有破裂或分層剝離。
[0008]此外，當(dāng)氣體噴淋頭，即噴淋頭和接地環(huán)被涂覆或者被替換成為一個(gè)一體成型并涂覆了 SiC的Y2O3氣體噴淋頭，耦合于上電極和下電極之間的射頻能量維持于Y2O3和硅表面(即，基片)之間，或者于Y2O3氣體噴淋頭和硅基片和SiC聚焦環(huán)表面之間。因此，射頻能量感應(yīng)的分布在基片上的等離子體非常不同于沒有涂覆SiC的氣體噴淋頭。
[0009]圖2示出了利用SiC氣體噴淋頭(鉆石形圖示出)和利用Y2O3涂覆的氣體噴淋頭(三角形圖示出)時(shí)硅片表面的刻蝕速率(Etch Rate, ER)。如圖2清楚地示出了 Y2O3的氣體噴淋頭導(dǎo)致了刻蝕速率分布相較于利用未涂覆的SiC氣體噴淋頭具有更高的刻蝕速率。然而，刻蝕速率在基片邊緣區(qū)域下降，其導(dǎo)致了基片表面的刻蝕速率的不均一性。從圖2中可以看出，Y2O3氣體噴淋頭的刻蝕速率變化是10.74%。不均一性的增加限制了 Y2O3涂覆的氣體噴淋頭在實(shí)際刻蝕制程中的應(yīng)用。類似的情況也發(fā)生在涂覆了 Y2O3的SiC氣體噴淋頭的情況下，其表明在等離子體刻蝕制程中電極表面或表面材料在刻蝕率在基片上分布上的重要和敏感。
[0010]鑒于上文所述的現(xiàn)·有技術(shù)中的缺陷，業(yè)內(nèi)需要一種能夠抗等離子體轟擊并不產(chǎn)生顆粒污染或裂縫的涂層。該涂層應(yīng)具有可接受的粗糙度和孔隙大小，使得其具有長的使用壽命。此外，還應(yīng)當(dāng)在基片上維持均一的刻蝕速率。制造該涂層的制程應(yīng)當(dāng)允許制造厚涂層，并且不會(huì)出現(xiàn)破裂或分層剝離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]以下
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了提供本發(fā)明的一些方面和特征的基本理解。
【發(fā)明內(nèi)容】
并不是本發(fā)明的廣泛綜述，因此其并不是為了具體地確定本發(fā)明的關(guān)鍵或主要要素，也并不是為了說明本發(fā)明的范圍。其唯一目的是為了以簡化形式介紹本發(fā)明的一些概念，作為下文中詳細(xì)描述的前序。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種在氣體噴淋頭上形成增強(qiáng)型抗等離子體侵蝕涂層(advanced plasma resistant coatings)的方法。根據(jù)各具體實(shí)施例，本發(fā)明提供了在氣體噴淋頭的表面涂覆涂層的工藝，從而被涂覆有涂層的氣體噴淋頭的工作性能得以改善。其它具體實(shí)施例包括將涂覆了涂層的氣體噴淋頭改裝或安裝入等離子體處理腔室，以改善等離子體制程質(zhì)量。[0013]根據(jù)各種實(shí)施例，當(dāng)氣體噴淋頭被一層有效的Y2O3涂層保護(hù)時(shí)，制程均一性被維持。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種電容耦合型腔室(CCP chamber)的硬件結(jié)構(gòu)配置，其中至少氣體噴淋頭的多孔板(perforated plate)涂覆了 Y2O3,同時(shí)與氣體噴淋頭相對的至少一個(gè)導(dǎo)電表面也被涂覆了 Y2O3。所述相對的表面可以是聚焦環(huán)、覆蓋環(huán)(cover ring)、流量均衡化離子屏蔽裝置(flow equivalent ion shied)、等離子體約束環(huán)的其中任一個(gè)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，多孔板和接地環(huán)被一個(gè)一體成型的當(dāng)量板(one-piece equivalent plate)替代，其由導(dǎo)電材料制程，例如，SiC或者鋁合金，并且具有一個(gè)保護(hù)涂層，S卩，氧化釔為基礎(chǔ)的涂層，例如Y203。為了維持良好的等離子體均一性，相對的表面也可以被涂覆。例如，利用與涂覆氣體噴淋頭同樣的涂層涂覆聚焦環(huán)和覆蓋環(huán)。在同一實(shí)施例中，聚焦環(huán)和覆蓋環(huán)被整合成一單一的當(dāng)量環(huán)，并被涂覆。并且，如果利用了等離子體約束環(huán)和流量均衡化離子屏蔽裝置之中的任一個(gè)，則它可以被涂覆。
[0014]在一個(gè)實(shí)例性的制程中，利用等離子體增強(qiáng)型物理氣相沉積(PEPVD)工藝來制造一種具有良好/緊密顆粒結(jié)構(gòu)和隨機(jī)晶體取向(random crystal orientation)的增強(qiáng)型氧化釔涂層，例如基于Y2O3或YF3的涂層，其中，(I)沉積在低壓或真空腔室環(huán)境下執(zhí)行；(2)至少一個(gè)沉積元素或成份從一材料源被蒸發(fā)或?yàn)R射出來，被蒸發(fā)或?yàn)R射出來的材料濃縮在基片襯底表面(這部分制程是一個(gè)物理過程，在這里被稱為物理氣相沉積或PVD部分)；(3)同時(shí)，一個(gè)或多個(gè)等離子體源被用來發(fā)出離子或產(chǎn)生等離子體以圍繞氣體噴淋頭表面，至少一沉積元素或成份被電離并與被蒸發(fā)或?yàn)R射的元素或成份在等離子體中或在氣體噴淋頭表面上反應(yīng)；(4)氣體噴淋頭耦接于負(fù)電壓，使得其在沉積制程過程中被電離原子或離子轟擊。在(3)和(4)中的反應(yīng)指的是PEPVD中的“等離子體增強(qiáng)”(plasma enhanced,或者PE)功能。
[0015]應(yīng)當(dāng)說明，等離子體源可以(I)被用于離子化、分解和激發(fā)反應(yīng)氣體以使得沉積制程能夠在低襯底溫度和高涂覆生長速度下執(zhí)行(由于等離子體產(chǎn)生更多的離子和自由基)，或者(2)被用于產(chǎn)生針對氣體噴淋頭的能量離子(energetic ions),以使得離子轟擊氣體噴淋頭的表面并有助于在之上形成厚的和濃縮的涂層。更特別地，所述等離子體源被用于擇一或共同執(zhí)行功能(I)和/或(2)，以在氣體噴淋頭上形成涂層。這種涂層綜合具有足夠的厚度和緊密度結(jié)構(gòu)，在此處被稱為是“增強(qiáng)型涂層”(Advanced coating，以下稱:A涂層)，例如，以A-Y203、A-YF3或者A-Al2O3為基礎(chǔ)的涂層。
[0016]為了改進(jìn)涂層的形成，A涂層的沉積是在具有粗糙表面的基體或者氣體噴淋頭上進(jìn)行的，以改善涂層與基體的粘附力，并增加沉積的厚度。這是由于表面粗糙度的增加增加了涂層和基體表面之間界面區(qū)域的接觸面積，將涂層接觸區(qū)域從二維片段(2-dimensionalfraction)變?yōu)槿S片段(3-dimensional fraction)。粗糙表面上的沉積導(dǎo)致了涂層隨機(jī)晶體取向的形成，并導(dǎo)致A涂層和基體之間的界面應(yīng)力的釋放，這增強(qiáng)了基體與涂層的吸附力，并促進(jìn)了厚的和致密的涂層在其上形成。據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)被沉積材料的表面的表面粗糙度在至少4um之上時(shí)，在材料表面之上的A涂層的穩(wěn)定性可以達(dá)到更好。
[0017]為了減少生產(chǎn)成本，另一具體實(shí)施例包括形成雙層涂層組合，其中，第一層材料層或涂層形成于氣體噴淋頭基體之上，它可以是陽極化處理層、等離子體噴涂的Y2O3層或者其它抗等離子體侵蝕涂層，其具有某一特定厚度以維持最終形成的氣體噴淋頭所需的電氣性能(electrical properties),其中,第一材料層具有大于4um的表面粗糙度。第二層材料層或涂層形成于粗糙度至少為4um以上的第一層材料層之上并具有一直接面對等離子體制程中等離子體的頂表面。第二層涂層可形成為A涂層(例如，A-Y2O3^A-YF3等)，所形成的A涂層具有特定粗糙度(表面粗糙度RaS 1.0um)和致密結(jié)構(gòu)，具有隨機(jī)晶體取向，并具有小于3%的孔隙度甚至沒有多孔缺陷。因此，當(dāng)A涂層被用于充當(dāng)氣體噴淋頭的外表面時(shí)，通常由于等離子體噴涂(plasma spray coating)所產(chǎn)生的粗糙表面和多孔隙結(jié)構(gòu)所引起的顆粒污染能夠有效地被降低。此外，由于致密的晶體結(jié)構(gòu)，該第二涂層具有減少了的等離子體侵蝕速度，其進(jìn)一步減少了在等離子體制程中的金屬污染。不論是第一涂層還是第二涂層的厚度皆可以根據(jù)氣體噴淋頭的性能需求進(jìn)行調(diào)整。
[0018]在另一實(shí)施例中，氣體噴淋頭表面涂覆了兩層涂層的組合，其中，第一涂層是利用陽極化處理、等離子體噴涂(plasma spray)或者其它技術(shù)在氣體噴淋頭基體上形成的,其具有足夠厚度以在等離子體制程中為氣體噴淋頭提供所需要的制程功能(例如所需的導(dǎo)電率，導(dǎo)熱系數(shù)或熱隔離功能以及其它功能)。第二涂層形成于第一涂層之上以形成一頂表面，該頂表面在等離子體刻蝕制程中面對等離子體。第一涂層可以為抗等離子體侵蝕或其它功能的涂層，其可以以均一的或不均一的厚度和/或成份的方式分布在氣體噴淋頭基體表面上。第二涂層是一種A涂層，例如A-Y2O3涂層。由于該A涂層具有特定粗糙度(Ra ^ 1.0um)和致密的結(jié)構(gòu)，其為隨機(jī)晶體取向，其孔隙度小于3%甚至沒有多孔缺陷，該A涂層具有的等離子體侵蝕速率比第一涂層小得多，因此并不會(huì)產(chǎn)生顆粒污染，并且在等離子體制程中具有較低的的金屬污染。第一涂層或第二涂層的厚度和粗糙度可以根據(jù)氣體噴淋頭的性能需求而調(diào)整。
[0019]在另一實(shí)施例中，氣體噴淋頭上沉積有多層涂層，以使得被涂覆了的氣體噴淋頭具有增大的涂層厚度、面對等離子體化學(xué)的穩(wěn)定表面以及預(yù)期功能，以改善等離子體處理腔室的制程性能。區(qū)別于單層涂層的結(jié)構(gòu)，相同材料被沉積但具有多層結(jié)構(gòu)的涂層結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到增大的厚度，由于多層結(jié)構(gòu)增加的界面面積可以釋放涂層應(yīng)力(所述涂層應(yīng)力通常隨著材料層或涂層的厚度增加而增加)，其產(chǎn)生裂縫或裂開的風(fēng)險(xiǎn)被降低。多層涂層可以由多層的A涂層或者具有多層式功能的涂層與多層A涂層組合而成，其中，多層A涂層的頂層面對等離子體，例如，涂層沉積在氣體噴淋頭上?？梢源_定的是，具有隨機(jī)晶體取向的多層A涂層能夠被沉積在氣體噴淋頭上，其厚度大于50um，并且當(dāng)氣體噴淋頭的表面粗糙度大于4um時(shí)沒有裂縫和污染。
[0020]在另一實(shí)施例中，為了進(jìn)一步改善涂覆后的氣體噴淋頭的性能，在涂覆后的氣體噴淋頭上施加表面處理，包括但不限于:表面平滑化或表面粗糙化以減少顆粒污染、表面修正以增強(qiáng)涂層的表面致密度和穩(wěn)定性、以及表面化學(xué)清潔來去除顆粒和污染，這些顆粒和污染形成于被涂覆了氣體噴淋頭上，或者由于涂層沉積制程造成，或者由于等離子體刻蝕制程造成。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一方面，A涂層的表面粗糙度被控制，因?yàn)槿绻砻嫣^光滑，則刻蝕過程中的聚合物沉積就不會(huì)很好地粘附于表面上，因此導(dǎo)致顆粒污染。在另一方面，太過粗糙的表面會(huì)由于等離子體刻蝕而直接產(chǎn)生顆粒污染。優(yōu)選地，A涂層的表面粗糙度至少為Ium或更大，這可由針對基體粗糙度的控制得到，通過涂層的沉積制程，或者利用拋光(lapping)、研磨(polishing)和其它沉積涂層的后表面處理來達(dá)到。
[0022]根據(jù)另一方面，PEPVD中的能量離子轟擊或等離子體刻蝕被用來平滑化/粗糙化和致密化具有A涂層的氣體噴淋頭表面。被涂覆了涂層的氣體噴淋頭表面可以用濕法清潔(wet solution cleaning)來清潔,其中，腐蝕性溶液或懸浮液(slurry)或噴霧(aerosol)被用于去除表面顆粒污染，并用于控制位于氣體噴淋頭上表面或者注氣孔內(nèi)壁的涂層的表面粗糙度。具有特定表面粗糙度的致密的涂層具有良好和緊密的顆粒結(jié)構(gòu)，其具有減小的孔隙缺陷，因此能夠減小等離子體侵蝕速率和保持等離子體刻蝕制程中的純凈環(huán)境。
[0023]為了得到性能改善的刻蝕制程，被涂覆了涂層的氣體噴淋頭可以通過改造或組合，將氣體分布板、氣體噴淋頭鋁基體和上部接地環(huán)制成一體成型包含涂層的氣體噴淋頭，或者內(nèi)置集成有加熱器的一體成型氣體噴淋頭，以使得制造新的具有涂層的氣體噴淋頭減少生產(chǎn)成本，并且氣體噴淋頭在經(jīng)過特定的使用周期后，還可以很容易地被翻新(refurbished)。本質(zhì)上，氣體噴淋頭的各種部件可被涂覆，使得它們被A涂層“封裝”(packaged)于其內(nèi)。
[0024]基體涂層或者中間涂層可為金屬、合金或陶瓷(例如Y2O3, YF3, ErO2, SiC, Si3N4, ZrO2,Al2O3或它們的組合，或者它們和其它成份的組合)。第二涂層或者頂層涂層具有面對等離子體的表面，其可以為Y2O3, YF3, ErO2, SiC, Al2O3的A涂層或它們的組合，或者它們和其它成份的組合。和現(xiàn)有技術(shù)非常不同的是，本發(fā)明建議:A涂層涂覆于基體材料之上，而該基體材料可以具有也包含在A涂層中的成份和/或組份的成份和/或組份，例如將A-Y2O3沉積在陽極化處理的表面=Y2O3表面或者Al2O3表面。由于在涂層和基體里同時(shí)存在有同樣成份或組份，這會(huì)導(dǎo)致在A涂層和基體之間的界面區(qū)域形成源自于相同成份或組份的原子粘附力，這促進(jìn)了具有增加厚度的A涂層的形成，并改善了涂層與基體或者氣體噴淋頭的粘附力。
[0025]本發(fā)明揭示了多種A涂層的沉積方法，該涂層具有隨機(jī)晶體取向并且厚度在50微米或以上，并沒有龜裂或者分層。在一個(gè)具體實(shí)施例中，待涂覆部件的表面在被涂層之前先被粗糙化至其粗糙度Ra達(dá)到4微米或以上。4微米的粗糙度對于減少龜裂和分層很關(guān)鍵。并且，一系列厚的涂層被沉積直至達(dá)到一預(yù)期厚度，而不是僅沉積一單層涂層達(dá)到預(yù)期厚度。例如，如果預(yù)期得到一個(gè)50微米厚度的A-Y2O3，本發(fā)明不沉積單層材料層，本發(fā)明沉積多層材料層，例如，依次沉積5層厚度為10微米的材料層。通常地，隨著涂層厚度增加，涂層中的應(yīng)力也會(huì)增加。然而，由多層材料層沉積的涂層釋放了應(yīng)力，因此也減少了龜裂和分層的風(fēng)險(xiǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]附圖是為了解釋并圖示本發(fā)明的原則，其組成了說明書的一部分，例證了本發(fā)明的具體實(shí)施例以及描述。附圖是為了以圖示的方式說明典型具體實(shí)施例的主要特征。附圖并不是為了描述具體實(shí)施例的每個(gè)特征，也并不是按照比例示出了其示出元件的相對尺寸。
[0027]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電容耦合型等離子體處理腔室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是SiC氣體噴淋頭和涂覆了涂層的氣體噴淋頭的刻蝕速率分布示意圖；
[0029]圖3是氣體噴淋頭和下電極之間的射頻能量電容耦合的示意圖；
[0030]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的等離子體處理腔室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5是涂覆了 Y2O3的氣體噴淋頭作為上電極和涂覆了 Y2O3的聚焦環(huán)以及覆蓋環(huán)作為下電極的效果曲線圖；
[0032]圖6是同樣的硬件架構(gòu)但是利用表格I所示的參數(shù)(recipe)的效果曲線圖；
[0033]圖7是根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施例的等離子體處理腔室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的涂覆增強(qiáng)型涂層的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖9A示出了用于等離子體處理腔室的傳統(tǒng)氣體噴淋頭和電極；
[0036]圖9B示出的氣體噴淋頭具有和圖9A所示的基本一樣的結(jié)構(gòu)，除了其包括根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的增強(qiáng)型涂層。
[0037]圖9C示出了本發(fā)明的另一具體實(shí)施例，其中的氣體噴淋頭具有一體成型氣體分布板，其被A涂層“封裝”(packaged)于其內(nèi)。
[0038]圖9D示出了本發(fā)明又一具體實(shí)施例，其中多孔板、傳導(dǎo)環(huán)、支持環(huán)被制造為一體成型的氣體分布板裝置。
[0039]圖9E示出了本發(fā)明的又一具體實(shí)施例，其中氣體噴淋頭和一體成型的氣體分布板被A涂層“封裝”于其內(nèi)。
[0040]圖9F示出了本發(fā)明的又一具體實(shí)施例，其中氣體噴淋頭和一體成型的氣體分布板被涂覆了一層中間涂層，然后被A涂層“封裝”于其內(nèi)。
【具體實(shí)施方式】
[0041]多個(gè)具體實(shí)施例將在下文中進(jìn)行描述，提供用于氣體噴淋頭的改進(jìn)涂層，其能改善氣體噴淋頭的抗腐蝕和顆粒污染功能，還提供了涂覆了涂層的陰極電極，以優(yōu)化刻蝕速率和等離子體均一性。圖3是氣體噴淋頭和下電極之間的射頻能量電容耦合的示意圖。在圖示的實(shí)施例中，上電極322接地，射頻能量施加于下電極，其中在本實(shí)施例中，所述下電極包括電極362和延伸部分342。上電極322可以包括多孔板，或者多孔板和接地環(huán)的組合。下電極362可以內(nèi)嵌于夾盤之中，或者作為支持夾盤的基臺(tái)的一部分。延伸部分342可以由以下任一個(gè)或者任多個(gè)組成:聚焦環(huán)、覆蓋環(huán)、流量均衡化離子屏蔽裝置和/或等離子體約束環(huán)。合理地選取組成上下電極的組件，并且對上述組件作適當(dāng)涂覆，刻蝕速率可以在不影響刻蝕均一性的情況下被優(yōu)化。并且，涂覆了涂層的組件由于涂層的保護(hù)更不易被等離子體侵蝕。
[0042]例如，根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施例，上電極被制造為組合在一起的氣體噴淋頭和接地環(huán)，下電極則是夾盤和延伸電極的組合，其中夾盤通過硅片耦合能量，延伸電極由涂覆了涂層的聚焦環(huán)和覆蓋環(huán)以及流量均衡化離子屏蔽環(huán)(flow equalization ion shied ring,FEIS環(huán))組成。在本實(shí)施例中，上電極由SiC或者鋁合金制成，并涂覆了 Y2O3涂層。涂層具有良好和緊密的顆粒結(jié)構(gòu)以及隨機(jī)晶體取向，其將在下文中進(jìn)行詳細(xì)介紹。延伸電極可以由導(dǎo)電材料制程，也可以具有Y2O3涂層。
[0043]圖4示出了一個(gè)具體實(shí)施例，其中上電極由氣體噴淋頭和接地環(huán)組成，其由噴淋板430示出。在本實(shí)施例中，噴淋板430由SiC或鋁合金制成，并具有保護(hù)涂層434。并且，在本實(shí)施例中涂層是基于釔，例如Y2O3, Y2F3等。為了增強(qiáng)型的抗等離子體侵蝕性，最好用增強(qiáng)型涂層涂覆氣體噴淋頭，在下文中將做細(xì)節(jié)描述。
[0044]圖4還示出了聚焦環(huán)440、覆蓋環(huán)445和等離子體約束環(huán)450。等離子體約束環(huán)可以包括流量均衡化離子屏蔽環(huán)(flow equalization ion shied ring, FEIS 環(huán))447。FEIS環(huán)447用于為真空泵產(chǎn)生等量的流體，并且阻止離子流入真空泵的排出通道。在圖4所示的實(shí)施例中，聚焦環(huán)440、覆蓋環(huán)445、等離子體約束環(huán)450和/或FEIS環(huán)447都涂覆有象涂覆于噴淋板430上一樣的涂層。
[0045]圖5為涂覆了 Y2O3的氣體噴淋頭作為上電極和涂覆了 Y2O3的聚焦環(huán)以及覆蓋環(huán)作為下電極的效果曲線圖。特別地，刻蝕速率在僅對氣體噴淋頭作涂層時(shí)變得很高。然而，均一性卻被戲劇性地改善至2.66%。實(shí)際上，均一性甚至比氣體噴淋頭做涂層之前更好。這樣的結(jié)果是由于利用了如表格I所示的刻蝕工藝配方I (recipe)而得到的。另一方面，圖6示出了利用了同樣的硬件結(jié)構(gòu)，但是利用了表格I所示的工藝配方2的結(jié)果?？梢员容^圖5和圖6的曲線，刻蝕速率仍然保持相等，但是刻蝕均一性可以通過改變工藝配方的參數(shù)來調(diào)整。工藝配方2的均一性是2.88%，其比沒有涂層時(shí)的均一性更好。
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理基片的等離子體處理腔室，其中，包括: 氣體噴淋頭，其包括一具有多個(gè)注氣孔的多孔板和一等離子體曝露面，所述等離子體曝露面具有一涂覆了含釔涂層的抗等離子體涂層； 用于支持所述基片的夾盤； 圍繞所述基片設(shè)置的聚焦環(huán)； 圍繞所述聚焦環(huán)設(shè)置的覆蓋環(huán)；以及， 圍繞所述夾盤設(shè)置的等離子體約束環(huán)； 其中，所述聚焦環(huán)、所述覆蓋環(huán)、所述等離子體約束環(huán)中的至少一個(gè)的等離子體曝露面涂覆了抗等離子體涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理腔室，其特征在于，位于所述多孔板的所述等離子體曝露層上的抗等離子體涂層和位于所述聚焦環(huán)、覆蓋環(huán)和/或等離子體約束環(huán)的所述等離子體曝露層上的抗等離子體涂層具有同樣的材料組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理腔室，其特征在于，所述多孔板進(jìn)一步地包括一個(gè)接地環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述 的等離子體處理腔室，其特征在于，所述多孔板包括SiC。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的等離子體處理腔室，其特征在于，所述多孔板包括鋁合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理腔室，其特征在于，所述聚焦環(huán)和所述覆蓋環(huán)為一單片式的復(fù)合覆蓋環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子體處理腔室，其特征在于，所述復(fù)合覆蓋環(huán)包括一基于釔的涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的等離子體處理腔室，其特征在于，所述復(fù)合覆蓋環(huán)是由Al2O3制成，所述基于釔的涂層包括Y2O3。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體處理腔室，其特征在于，復(fù)合覆蓋環(huán)不接地，以形成一延伸射頻電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理腔室，其特征在于，所述等離子體約束環(huán)包括一具有Y2O3涂層的流量均衡化離子屏蔽裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理腔室，其特征在于，所述聚焦環(huán)和所述覆蓋環(huán)包括一單一復(fù)合環(huán)，所述復(fù)合環(huán)由選自S1、SIC、Y2O3、石英、Al2O3之一的固體材料制成,并具有選自Y203、YF3> ErO2, SiC、Si3N4, ZrO2^Al2O3之一的抗等離子體涂層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理腔室，其特征在于，所述多孔板的抗等離子體涂層包括Y2O3涂層，其具有隨機(jī)晶體取向的致密結(jié)構(gòu)，其孔隙率小于1%，表面粗糙度大于Ium0
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的等離子體處理腔室，其特征在于，所述多孔板進(jìn)一步地包括一位于所述等離子體曝露面之上和抗等離子體涂層之下的中間涂層，所述中間涂層的表面粗糙度大于4um。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的等離子體處理腔室，其特征在于，所述聚焦環(huán)、覆蓋環(huán)和等離子體約束環(huán)中至少之一的等離子體曝露面涂覆了抗等離子體涂層，其包括具有隨機(jī)晶體取向的致密結(jié)構(gòu)并且孔隙率小于1%的Y2O3涂層。
15.一種用于制造等離子體處理腔室的方法，其中，包括如下步驟:制造一氣體噴淋頭組件，其包括一多孔板； 制造一聚焦環(huán)、一覆蓋環(huán)和一等離子體約束環(huán)； 利用等離子體增強(qiáng)物理氣相沉積施加抗等離子體涂層于所述多孔板以及所述聚焦環(huán)、所述覆蓋環(huán)和所述等離子體約束環(huán)的至少其中之一。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述制造所述氣體噴淋頭組件步驟包括將所述多孔板由SiC制成。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述制造所述氣體噴淋頭組件步驟包括將所述多孔板由鋁合金制成。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述制造所述氣體噴淋頭組件步驟包括制造一整體式的多孔板和接地環(huán)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述制造所述聚焦環(huán)和所述覆蓋環(huán)步驟包括制造一單片式的復(fù)合覆蓋環(huán)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述制造所述復(fù)合覆蓋環(huán)步驟包括由Al2O3制成所述復(fù)合覆蓋環(huán)并在其上施加以Y2O3涂層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步地包括耦合所述復(fù)合覆蓋環(huán)至射頻功率源，以形成延伸的電極。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積步驟包括利用包括釔的源材料`。
【文檔編號】H01J9/24GK103794460SQ201210421964
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月29日
【發(fā)明者】賀小明, 張力, 陳星建, 倪圖強(qiáng), 徐朝陽 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司