一種用于等離子處理腔室的石英組件及等離子體處理設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于等離子處理腔室的石英組件，其特征在于，所述石英組件由氧化硅基材料制成，其中，所述氧化硅基材料包括：氧化硅材料，所述氧化硅材料所占的比例大于或等于總組分的50％；摻雜劑，所述摻雜劑包括導(dǎo)電性摻雜劑以及抗性摻雜劑，其中，所述導(dǎo)電性摻雜劑用以加強所述氧化硅材料的導(dǎo)電性，其所占比例小于總組分的20％，所述抗性摻雜劑用以加強所述氧化硅材料的等離子阻抗。
【專利說明】—種用于等離子處理腔室的石英組件及等離子體處理設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制程領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于等離子處理腔室的石英組件及等離子體處理設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的石英材料被廣泛用于等離子體處理設(shè)備中，石英材料的兩個最大的優(yōu)點是可靠性高，成本低。高可靠性是指石英材料將不帶金屬的污染，它是由氧化硅(Si02)制成。此外，比起常用于等離子體處理腔室內(nèi)的其他材料(如硅和碳化硅等)，石英材料成本低得多。而石英材料的主要缺點在于其等離子阻抗較低，因此很容易在等離子體處理過程中被侵蝕。進(jìn)而限制了其在等離子體處理腔室內(nèi)的應(yīng)用。
[0003]目前也有一些提高氧化硅材料的等離子阻抗的材料及方法。如專利號為US7718559B2的美國專利，將釔材料摻雜加入石英材料中，以加強其抗腐蝕性。也有將鋁摻雜加入的石英材料中加強抗腐蝕性的方法。然而，這些材料的缺點是其導(dǎo)電性較低，從而影響了射頻耦合的效果，不利于等離子體的刻蝕。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用于等離子處理腔室的石英組件及等離子體處理設(shè)備。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，提供一種用于等離子處理腔室的石英組件，其特征在于，所述石英組件由氧化硅基材料制成，其中，所述氧化硅基材料包括:氧化硅材料，所述氧化硅材料所占的比例大于或等于總組分的50% ;摻雜劑，所述摻雜劑包括導(dǎo)電性摻雜劑以及抗性摻雜劑，其中，所述導(dǎo)電性摻雜劑用以加強所述氧化硅材料的導(dǎo)電性，其所占比例小于總組分的20%，所述抗性摻雜劑用以加強所述氧化硅材料的等離子阻抗。
[0006]優(yōu)選地，所述石英組件包括如下部件中的至少一個:聚焦環(huán)；以及保護(hù)環(huán)。
[0007]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電性摻雜劑由銦(In)、錫(Sn)中的任一種或多種組成。
[0008]優(yōu)選地，所述抗性摻雜劑由釔(Y)、鋁(Al)、鉺(Er)、欽(Ho)、鏑(Dy)、鉿(Hf)、氟(F)中的任一種或多種組成。
[0009]優(yōu)選地，所述摻雜劑為金屬、合金或氧化物中的任一種。
[0010]優(yōu)選地，所述氧化硅材料所占比例為總組分的50 %，所述導(dǎo)電性摻雜劑所占比例為總組分的10%，所述抗性摻雜劑所占比例為總組分的40%。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述氧化硅材料所占比例為總組分的50 %，所述導(dǎo)電性摻雜劑所占比例為總組分的15%，所述抗性摻雜劑所占比例為總組分的35%。
[0012]優(yōu)選地，所述氧化硅材料所占比例為總組分的60 %，所述導(dǎo)電性摻雜劑所占比例為總組分的5%，所述抗性摻雜劑所占比例為總組分的35%。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供一種石英組件的制備方法，其包括如下步驟:
a.將所述氧化硅材料、抗性摻雜劑以及導(dǎo)電性摻雜劑進(jìn)行熔化混合；b.對混合后的材料進(jìn)行冷凝形成石英組件。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟a還包括如下步驟:al.對所述氧化硅材料進(jìn)行熱處理，使其熔化；a2.在等溫條件下，加入所述抗性摻雜劑以及導(dǎo)電性摻雜劑。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟a還包括如下步驟:al'.將所述氧化硅材料、抗性摻雜劑以及導(dǎo)電性摻雜劑同時進(jìn)行熱處理，使其全部熔化。
[0016]優(yōu)選地，所述熱處理的溫度較所述氧化硅材料、抗性摻雜劑以及導(dǎo)電性摻雜劑中最高的熔點溫度高100~200°C。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，還提供一種等離子體處理設(shè)備，其包括:處理腔室；靜電卡盤；所述靜電卡盤位于所述處理腔室內(nèi)，用于放置代加工晶片；其特征在于，還包括根據(jù)權(quán)利I至7中任一項所述的石英組件，所述石英組件安裝于所述靜電卡盤的外側(cè)。
[0018]本發(fā)明通過提供一種用于等離子體腔室內(nèi)的石英組件，所述石英組件由一種等離子阻抗良好且導(dǎo)電性可調(diào)的氧化硅基材料制成。所述氧化硅基材料在原先氧化硅材料中摻雜釔(Y)，鉺(Er)，鏑(Dy)，欽(Ho)，錫(Sn)，鉿(Hf)等元素。其中一些添加物提高了等離子刻蝕環(huán)境中各個部件的等離子阻抗。一個典型的例子是加入了釔，釔和含氟等離子體反應(yīng)，形成厚的保護(hù)層。其它添加物增加了各組合物的導(dǎo)電性。從而使整個材料減少了被侵蝕比率，提高了使用壽命，加強了材料的導(dǎo)電性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]通過閱讀參照 以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0020]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的等離子體處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0021]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的石英組件以及靜電卡盤的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的石英組件的制備方法的流程圖；以及
[0023]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的石英組件的制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步地說明:
[0025]本發(fā)明提供一種石英組件，該石英組件用于半導(dǎo)體刻蝕，更具體地，其應(yīng)用于等離子體處理設(shè)備的處理腔室中。
[0026]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的等離予體處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。具體地，如圖1所示，等離子體處理設(shè)備100包括處理腔室110、靜電卡盤120、石英組件130以及代加工晶片140。其中，處理腔室用于通入反應(yīng)氣體后生成等離子體對代加工晶片140進(jìn)行加工。靜電卡盤120位于處理腔室110內(nèi)部的下方，其用于承載代加工晶片140。石英組件130則安裝于靜電卡盤120的外側(cè)。
[0027]進(jìn)一步地，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的石英組件以及靜電卡盤的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。具體地，如圖2所示,石英組件130優(yōu)選地包括聚焦環(huán)131以及保護(hù)環(huán)132,保護(hù)環(huán)132位于聚焦環(huán)131的外側(cè)，聚焦環(huán)131則位于靜電卡盤120的外側(cè)。其中，聚焦環(huán)131以及保護(hù)環(huán)132優(yōu)選地均由一種氧化硅基材料制成。[0028]進(jìn)一步地，所述氧化硅基材料包括氧化硅材料以及摻雜劑。其中，氧化硅材料為基礎(chǔ)材料，所占的比例大于或等于總組分的50%。所述摻雜劑所占比例小于總組分的50%，其包括導(dǎo)電性摻雜劑以及抗性摻雜劑。所述導(dǎo)電性摻雜劑用于加強氧化硅基材料的導(dǎo)電性，所占比例小于總組分的20%。所述抗性摻雜劑用以加強氧化硅基材料的等離子阻抗。
[0029]更具體地，所述導(dǎo)電性摻雜劑由銦(In)、錫(Sn)中的任一種或多種組成。所述抗性摻雜劑由釔(Y)、招(Al)、鉺(Er)、欽(Ho)、鏑(Dy)、鉿(Hf)、氟(F)中的任一種或多種組成。
[0030]更具體地，所述摻雜劑為金屬、合金或氧化物中的任一種。例如釔⑴元素可以是釔及/或含釔材料，例如釔(Y)金屬、釔氧化物(Y203)、釔合金及諸如此類，此處不予贅述。[0031 ] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述氧化硅基材料由氧化硅材料、氧化釔以及氧化錫組成。其中，氧化硅材料所占比例為總組分的50% ;氧化錫為導(dǎo)電性摻雜劑，其所占比例為總組分的10% ;氧化釔為抗性摻雜劑，其所占比例為總組分的40%。
[0032]而在本發(fā)明的另一個實施例中，所述氧化硅基材料也可以由氧化硅材料、氧化銦以及氧化鉺組成。其中，氧化硅材料所占比例為總組分的50% ;氧化錫為導(dǎo)電性摻雜劑，其所占比例為總組分的15% ;氧化釔為抗性摻雜劑，其所占比例為總組分的35%。
[0033]在本發(fā)明的又一個實施例中，所述氧化硅基材料也可以由氧化硅材料、氧化銦、氧化錫、氧化欽以及氧化鏑組成。其中，氧化硅材料所占比例為總組分的60% ;氧化錫和氧化銦共同組成導(dǎo)電性摻雜劑，二者總和所占比例為總組分的5% ;氧化欽和氧化鏑共同組成抗性摻雜劑，二者總和所占比例為總組分的35%。
[0034]更為進(jìn)一步地，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，當(dāng)所述氧化硅材料中加入所述抗性摻雜劑后，所述抗性摻雜劑會與含氟的等離子進(jìn)行反應(yīng)，從而形成一個厚的保護(hù)層防止在等離子體處理過程中可能發(fā)生的侵蝕等問題。而加入所述導(dǎo)電性摻雜劑后，可以加強導(dǎo)電性。例如等離子鞘的形狀可以通過聚焦環(huán)的電性能(電導(dǎo)率和介電常數(shù))改變。因此，電場的方向和離子軌跡可以通過調(diào)整各部分的導(dǎo)電性從而發(fā)生轉(zhuǎn)變，獲得優(yōu)化的等離子體的分布。其中所述導(dǎo)電性摻雜劑的比例在小于總組分的20%的范圍內(nèi)取決于等離子體處理過程中對材料導(dǎo)電性能的實際需求，此處不予贅述。
[0035]更進(jìn)一步地，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，在一個變化例中，聚焦環(huán)131由氧化硅基材料制成，而保護(hù)環(huán)132可以由氧化硅、硅或碳化硅等其他材料制成。在另一個變化例中，保護(hù)環(huán)132由氧化硅基材料制成，而聚焦環(huán)131可以由氧化硅、硅或碳化硅等其他材料制成。這些變化例均可以予以實現(xiàn)，此處不予贅述。
[0036]更為進(jìn)一步地，在此實施例中，所述石英組件由氧化硅基材料制成。而本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，在一些變化例中，所述氧化硅基材料也可以應(yīng)用于等離子體處理腔室中的其他部件，此處不予贅述。
[0037]本發(fā)明還提供上述石英組件的制備方法。
[0038]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的石英組件的制備方法的流程圖。具體地，如圖3所示，所述石英組件的制備方法包括步驟310:對所述氧化硅材料進(jìn)行熱處理，使其熔化；步驟320:在 等溫條件下，加入所述抗性摻雜劑以及導(dǎo)電性摻雜劑，其中，所述導(dǎo)電性摻雜劑由In、Sn中的任一種或多種組成，所述抗性摻雜劑由Y、Al、Er、Ho、Dy、Hf、F中的任一種或多種組成；步驟330:對混合后的材料進(jìn)行冷凝，形成石英組件。在此實施例中，該制備方法是將所述氧化硅材料溶化后在等溫的條件下，將抗性摻雜劑以及導(dǎo)電性摻雜劑加入，最后冷凝形成本發(fā)明所述的石英組件。
[0039]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的石英組件的制備方法的流程圖。具體地，如圖4所示，在此實施例中，所述氧化硅基材料的制備方法包括步驟410:將所述氧化硅材料、抗性摻雜劑以及導(dǎo)電性摻雜劑同時進(jìn)行熱處理，使其全部熔化；步驟420:對混合后的材料進(jìn)行冷凝，形成石英組件。在此實施例中，將氧化硅材料、抗性摻雜劑以及導(dǎo)電性摻雜劑一起進(jìn)行熱處理，使其全部熔化混合后，再冷凝形成本發(fā)明所述的石英組件。
[0040]根據(jù)圖3以及圖4所示實施例，更具體地，所述熱處理的溫度優(yōu)選地較所述氧化硅材料、抗性摻雜劑以及導(dǎo)電性摻雜劑中最高的熔點溫度高100~200°C，從而更加有利于石英組件的制備，此處不予贅述。
[0041]更為進(jìn)一步地，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本發(fā)明通過提供一種用于等離子體腔室內(nèi)的石英組件，所述石英組件由一種等離子阻抗良好且導(dǎo)電性可調(diào)的氧化硅基材料制成，其在原先的氧化硅材料中摻雜Y，Er, Dy，Ho, Sn，Hf等元素。不僅加強了石英組件的等離子阻抗，而且還增加了石英組件的導(dǎo)電性。從而使整個石英組件減少了被侵蝕比率，提高了使用壽命，加強了材料的導(dǎo)電性能，且該石英組件所使用的氧化硅基材料較硅和碳化硅材料在成本上具有明顯的優(yōu)勢。
[0042]以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi) 容。
【權(quán)利要求】
1.一種用于等離子處理腔室的石英組件，其特征在于，所述石英組件由氧化硅基材料制成，其中，所述氧化硅基材料包括: 氧化硅材料，所述氧化硅材料所占的比例大于或等于總組分的50% ； 摻雜劑，所述摻雜劑包括導(dǎo)電性摻雜劑以及抗性摻雜劑，其中，所述導(dǎo)電性摻雜劑用以加強所述氧化硅材料的導(dǎo)電性，其所占比例小于總組分的20 %，所述抗性摻雜劑用以加強所述氧化硅材料的等離子阻抗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英組件，其特征在于，所述石英組件包括如下部件中的至少一個: 聚焦環(huán)；以及 保護(hù)環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英組件，其特征在于，所述導(dǎo)電性摻雜劑由銦(In)、錫(Sn)中的任一種或多種組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英組件，其特征在于，所述抗性摻雜劑由釔(Y)、鋁(Al)、鉺(Er)、欽(Ho)、鏑(Dy)、鉿(Hf)、氟(F)中的任一種或多種組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的石英組件，其特征在于，所述摻雜劑為金屬、合金或氧化物中的任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英組件，其特征在于，所述氧化硅材料所占比例為總組分的50%，所述導(dǎo)電性摻雜劑所占比例為總組分的10%，所述抗性摻雜劑所占比例為總組分的 40%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英組件，其特征在于，所述氧化硅材料所占比例為總組分的50%，所述導(dǎo)電性摻雜劑所占比例為總組分的15%，所述抗性摻雜劑所占比例為總組分的 35%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英組件，其特征在于，所述氧化硅材料所占比例為總組分的60%，所述導(dǎo)電性摻雜劑所占比例為總組分的5%，所述抗性摻雜劑所占比例為總組分的 35%。
9.一種石英組件的制備方法，其包括如下步驟: a.將所述氧化硅材料、抗性摻雜劑以及導(dǎo)電性摻雜劑進(jìn)行熔化混合； b.對混合后的材料進(jìn)行冷凝形成石英組件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的石英組件的制備方法，其特征在于，所述步驟a還包括如下步驟: al.對所述氧化硅材料進(jìn)行熱處理，使其熔化； a2.在等溫條件下，加入所述抗性摻雜劑以及導(dǎo)電性摻雜劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的石英組件的制備方法，其特征在于，所述步驟a還包括如下步驟: al'.將所述氧化硅材料、抗性摻雜劑以及導(dǎo)電性摻雜劑同時進(jìn)行熱處理，使其全部熔化。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的石英組件的制備方法，其特征在于，所述熱處理的溫度較所述氧化硅材料、抗性摻雜劑以及導(dǎo)電性摻雜劑中最高的熔點溫度高100~200°C。
13.一種等離子體處理設(shè)備，其包括:處理腔室； 靜電卡盤；所述靜電卡盤位于所述處理腔室內(nèi)，用于放置代加工晶片； 其特征在于，還包括根據(jù)權(quán)利I至7中任一項所述的石英組件，所述石英組件安裝于所述靜電卡盤 的外側(cè)。
【文檔編號】C03C3/095GK103964686SQ201310034183
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月29日
【發(fā)明者】姚國峰, 賀小明 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司