用于半導(dǎo)體基片反應(yīng)室內(nèi)部的部件及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體基片反應(yīng)室內(nèi)部的部件及其制造方法，在鋁或鋁合金部件主體表面進行微弧氧化技術(shù)替代傳統(tǒng)的陽極氧化技術(shù)，形成的微弧氧化涂層既可以直接作為鋁或鋁合金部件主體表面的防護層，與等離子體接觸；也可以作為夾層，在其外表面再涂覆氧化釔涂層。所述微弧氧化涂層為剛玉結(jié)構(gòu)，涂層致密度為98%，厚度在50um到300um之間連續(xù)可控，粗糙度Ra最小可達0.4um。良好的結(jié)構(gòu)和組織穩(wěn)定性，使得微弧氧化涂層成為替代陽極氧化層的理想方案。
【專利說明】用于半導(dǎo)體基片反應(yīng)室內(nèi)部的部件及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體基片反應(yīng)室，特別地，涉及一種用于半導(dǎo)體基片反應(yīng)室的多個部件的涂層，其增強了部件在活性等離子體組分中的抗侵蝕特性。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體基片反應(yīng)室中，如等離子體反應(yīng)室或化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室中氣體噴淋頭常被用于注入反應(yīng)氣體至反應(yīng)腔。在特定的半導(dǎo)體基片反應(yīng)室中，例如電容耦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，然而，在制程中，前述氣體噴淋頭曝露于等離子體中并被等離子體中的活性成份侵蝕，例如鹵素等離子體CF4、C12等。這種現(xiàn)象對于易與鹵素氣體反應(yīng)且反應(yīng)物為氣體的硅系材料，如通過化學(xué)氣相沉積形成的的碳化硅涂層(CVD SiC)的氣體噴淋頭來說尤其麻煩。
[0003]另一曝露于等離子體中的腔室部件是夾盤，例如靜電夾盤。靜電夾盤通常用于充當(dāng)射頻功率的下電極和基片支撐座。由于靜電夾盤在腔室中曝露于等離子體中，靜電夾盤在制程中會受到等離子體侵蝕和基片磨損。因此，靜電夾盤的表面必須堅硬和穩(wěn)定才能在等離子體刻蝕制程中抵擋侵蝕和損耗。然而，現(xiàn)有的靜電夾盤通常由固體陶瓷制成，例如A1203或A1N，其可被等離子體侵蝕，并在制程中造成污染。其它在腔室中接觸等離子體的部件，例如，聚焦環(huán)，等離子體約束環(huán)，反應(yīng)腔內(nèi)襯等，特別地，由陽極化的鋁制成的部件，極易受到等離子體的侵蝕。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，為了保護氣體噴淋頭和靜電夾盤等部件不被等離子體侵蝕，各種各樣的涂層已經(jīng)被提出并進行驗證。氧化釔(Y203)涂層被認為是有希望的；然而由于涂層工藝的限制，部件表面無法全部覆蓋抗刻蝕涂層，暴露的金屬區(qū)域極易受到腐蝕，另外，隨著抗刻蝕涂層的消耗，基體金屬也有暴露的可能性，同時，由于基體金屬和最外層陶瓷(如氧化釔)的熱膨脹系數(shù)不同和表面`結(jié)合力不高，直接涂覆會有涂層剝落之虞。因此需要在金屬基體與抗刻蝕涂層之間存在打底層，起到過渡和緩沖的作用，用來增加抗刻蝕方案的安全性。通常在鋁基體表面制備陽極氧化層，再制備抗刻蝕涂層。
[0005]然而，傳統(tǒng)的陽極氧化層，氧化深度不超過150um;氧化鋁為非晶結(jié)構(gòu)(吸潮，溶于酸和堿)；涂層致密度不高于85%，呈多孔組織(比表面自由能高，易吸附)。結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性和組織的高吸附性，使陽極氧化層一旦暴露在等離子體刻蝕作用下，會對部件造成嚴(yán)重損傷，同時對制程的穩(wěn)定性會帶來不良影響，等離子體腐蝕部件表面產(chǎn)生的顆粒污染物等也有可能會導(dǎo)致制程基片的污染。并且，等離子體噴涂Y203涂層通常沉積于鋁合金部件上，其表面事先被陽極化處理。由于等離子體噴涂Y203涂層對陽極化表面的粘附力很弱，陽極化處理層必須在等離子體噴涂Y203之前從部件上移除，其增加了生產(chǎn)成本。即，在現(xiàn)有技術(shù)中，通常先陽極化處理然后密封陽極化處理的腔室部件。然后，部件上那些將會被曝露于等離子體的區(qū)域上的陽極化處理層將被移除。而曝露于等離子體的區(qū)域則被等離子體噴涂的Y203(PS Y203)涂覆，以避免氧化釔和鋁之間的粘附問題。另一缺陷在于，由于Y203涂層和鋁合金的熱膨脹系數(shù)差別很大，厚的等離子體噴涂Y203涂層具有較弱的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，當(dāng)使用溫度升高時，其容易破裂。
[0006]鑒于上文所述的現(xiàn)有技術(shù)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。制造該涂層的制程應(yīng)當(dāng)允許制造厚涂層，并且不會出現(xiàn)破裂或分層剝離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]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，作為下文中詳細描述的前序。
[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種用于半導(dǎo)體基片反應(yīng)室內(nèi)部的部件，所述部件包括:用于半導(dǎo)體基片反應(yīng)室內(nèi)部的部件主體；以及形成于所述部件主體表面的微弧氧化涂層。所述部件主體材質(zhì)為閥金屬或其合金，所述閥金屬可以為鈦、鋅、鎂、鈮、鋯、鉿、鉭等。所述微弧氧化涂層外表面的粗糙度為0.4um〈Ra〈12um ;所述微弧氧化涂層的厚度大于50um,在50um-300um范圍內(nèi)連續(xù)可控,所述微弧氧化涂層可以直接作為招或招合金的防護層和等離子體接觸，對抗等離子體及其他腐蝕性物質(zhì)。
[0009]由于微弧氧化涂層的厚度有限，為了更好的保護鋁或鋁合金部件主體，本發(fā)明所述的部件還包括形成于所述微弧氧化涂層表面的氧化釔涂層。所述氧化釔涂層具有的表面粗糙度為lum〈Ra〈8um，其孔隙度小于1%，并且為多層材料層結(jié)構(gòu)。
[0010]進一步的，本發(fā)明所述部件包括一涂覆了氧化釔涂層的氣體噴淋頭，其中，所述氧化釔涂層具有表面粗糙度lum〈Ra〈8um，其孔隙度小于1%，并且具有多層材料層結(jié)構(gòu)。
[0011]進一步的，所述部件包括一等離子體處理室的反應(yīng)腔側(cè)壁，所述側(cè)壁包括鋁或鋁合金部件主體；以及形成于所述鋁或鋁合金部件主體表面的微弧氧化涂層，所述微弧氧化涂層外表面的粗糙度為0.4um〈Ra〈4um。
[0012]本發(fā)明還公開了一種制造用于等離子體處理腔室的部件的方法，所述方法包括如下步驟:制造一由鋁或鋁合金制成的部件；在所述部件表面微弧氧化一層微弧氧化涂層。
[0013]進一步的，所述方法還包括在微弧氧化涂層表面等離子噴涂一層氧化釔涂層，所述氧化釔涂層具有的表面粗糙度為lum〈Ra〈8um，其孔隙度小于1%，并且為多層材料層結(jié)構(gòu)。
[0014]進一步的，所述方法還包括在微弧氧化涂層表面物理氣相沉積一層氧化釔，所述氧化釔涂層具有的表面粗糙度為lum〈Ra〈8um，其孔隙度小于1%，并且為多層材料層結(jié)構(gòu)。
[0015]進一步的，在所述部件表面微弧氧化一層微弧氧化涂層的過程在一微弧氧化槽內(nèi)進行，所述微弧氧化槽內(nèi)的槽液為弱堿性水溶液。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明采用在閥金屬或其合金部件主體表面進行微弧氧化技術(shù)替代傳統(tǒng)的陽極氧化技術(shù)，形成的微弧氧化涂層既可以直接作為閥金屬或其合金部件主體表面的防護層，又可以作 為夾層，在其外表面涂覆氧化釔涂層。所述微弧氧化涂層為剛玉結(jié)構(gòu)，涂層致密度為98%，厚度在50um到300um之間連續(xù)可控，粗糙度Ra最小可達0.4um。良好的結(jié)構(gòu)和組織穩(wěn)定性，使得微弧氧化涂層稱為替代陽極氧化層的理想方案?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0017]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)明的具體實施例以及描述。附圖是為了以圖示的方式說明典型具體實施例的主要特征。附圖并不是為了描述具體實施例的每個特征，也并不是按照比例示出了其示出元件的相對尺寸。
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的工藝流程圖；
[0019]圖2A示出了用于等離子體處理腔室的傳統(tǒng)的氣體噴淋頭和電極組件；
[0020]圖2B示出一氣體噴淋頭具有大致上和圖2A —樣的結(jié)構(gòu)，除了其包括根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的微弧氧化涂層；
[0021]圖2C示出了另一具體實施例，其中氣體噴淋頭具有一片式氣體分布盤；
[0022]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的等離子體處理室。
【具體實施方式】
[0023]下文將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進行描述，提供用于等離子體處理腔室內(nèi)部的部件及其制造方法，其能改善涂層的抗腐蝕和顆粒污染性能。
[0024]目前常用的保護半導(dǎo)體基片反應(yīng)室內(nèi)部部件表面的技術(shù)是，在金屬部件表面進行陽極化處理，陽極化處理是一種電解鈍化制程，用于提高在金屬部件表面上的自然氧化層厚度。陽極膜最常用于保護鋁合金，其也用于鈦、鋅、鎂、鈮、鋯、鉿、鉭等閥金屬。陽極化處理會改變表面的微觀結(jié)構(gòu)以及臨近表面的金屬的晶體結(jié)構(gòu)。然而，傳統(tǒng)的陽極氧化層，氧化深度不超過IOOum;氧化鋁為非晶結(jié)構(gòu)(吸潮，溶于酸和堿)；涂層致密度不高于85%，呈多孔組織(比表面自由能高，易`吸附)。結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性和組織的高吸附性，使陽極氧化層一旦暴露在等離子體刻蝕作用下，會對部件造成嚴(yán)重損傷，同時對制程的穩(wěn)定性會帶來不良影響，等離子體腐蝕部件表面產(chǎn)生的顆粒污染物等也有可能會導(dǎo)致制程基片的污染。
[0025]本發(fā)明提供的半導(dǎo)體基片反應(yīng)室內(nèi)部部件表面采用微弧氧化技術(shù)制作一層微弧氧化涂層，所述的微弧氧化涂層氧化深度可達200um-300um，為剛玉結(jié)構(gòu)，致密度可達98%，具有良好的結(jié)構(gòu)和組織穩(wěn)定性。
[0026]金屬微弧氧化技術(shù)是在普通陽極氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過升高外加電壓等措施發(fā)展起來的。普通陽極氧化技術(shù)外加的電壓比較低，一般低于30伏，隨著外加電壓的升高，鋁合金表面上已經(jīng)生成的陽極氧化膜會被擊穿，產(chǎn)生孔洞或氧化膜局部脫落，因此對已經(jīng)生成的陽極氧化膜來說，外加電壓的升高可能破壞陽極氧化膜的完整性，所以普通陽極氧化嚴(yán)格限制外加電壓的升高。科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，繼續(xù)升高電壓會生成新的微弧氧化膜，這層氧化膜是在高電壓下產(chǎn)生的，高溫高壓條件下會發(fā)生相和結(jié)構(gòu)的變化，使原來無定形結(jié)構(gòu)的氧化膜產(chǎn)生Y-A1203相或α-Α1203相等結(jié)晶相，因此，微弧氧化膜的硬度和耐磨性都得到明顯提高，其耐腐蝕性和電絕緣性也隨之有較大的提高。
[0027]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的制程。在本具體實施例中，制造一等離子體處理腔室部件。在步驟100中，制作鋁或鋁合金部件主體。在步驟110中，在鋁或鋁合金部件主體表面制作微弧氧化涂層，所述的微弧氧化涂層在一微弧氧化槽內(nèi)制作完成，所述的微弧氧化槽槽液使用弱堿性水溶液，其電壓在200伏到600伏之間，電流2-8A/dm2，并要求有良好的攪拌和冷卻效果。在步驟120中，完成微弧氧化的部件表面被涂覆涂層。例如，可利用等離子體噴涂氧化釔粉末涂覆涂層。其它用于形成涂層的方法也包括在內(nèi)，例如PVD, CVD和PECVD。在步驟120中，涂覆了涂層的微弧氧化涂層部件表面被掩膜(masked)或者保護起來(protected)，以便更好的提高等離子體處理腔室部件的耐腐蝕性，延長等離子體處理腔室部件的使用壽命。由于微弧氧化涂層具有良好的耐腐蝕性和耐磨性，其也可以直接作為與等離子體接觸的抗腐蝕涂層，即步驟120是為了更好的實現(xiàn)本發(fā)明的目的，其并非必須。
[0028]采用微弧氧化技術(shù)在鋁或鋁合金部件表面形成的微弧氧化涂層的粗糙度可達
0.4um，大大優(yōu)于采用陽極氧化處理的氧化層粗糙度。所述微弧氧化涂層較好的粗糙度范圍為 0.4um〈Ra〈12um,厚度范圍為 50um_300um。
[0029]本實施例所述的步驟120中，微弧氧化涂層表面涂覆的氧化釔涂層具有的表面粗糙度為lum〈Ra〈8um，其孔隙度小于1%，并且為多層材料層結(jié)構(gòu)。
[0030]圖2A示出了現(xiàn)有技術(shù)的用于等離子處理腔室的氣體噴淋頭和電極組件。導(dǎo)電板(conductive plate) 205 位于背板(back plate) 210 和多孔板(perforated plate) 215之間，導(dǎo)電板205有時候可以轉(zhuǎn)化為控制氣體噴淋頭溫度的加熱器,導(dǎo)電環(huán)220圍繞多孔板215設(shè)置，并可以充當(dāng)輔助電極。支撐件225 (有時也稱為接地環(huán))也位于導(dǎo)電環(huán)220和背板210之間。多孔板215實際上充當(dāng)了氣體分布板(gas distribution plate,⑶P),其可以被組裝于傳導(dǎo)板205的下表面。導(dǎo)電環(huán)220可以被組裝于支撐件225的下表面。氣體噴淋頭以一種常見的方式附設(shè)于等離子處理腔室的頂部上。
[0031]圖2B示出了一和圖2 A大體上相同的氣體噴淋頭，不同之處在于:其包括了根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的微弧氧化涂層和氧化釔涂層。在圖2B中，微弧氧化涂層和氧化釔涂層235設(shè)置于多孔板和傳導(dǎo)環(huán)220的下表面上，即，在基片制程中面對等離子體的表面。在本實施例中，多孔板和傳導(dǎo)環(huán)按照標(biāo)準(zhǔn)流程利用鋁或鋁合金制造。多孔板和傳導(dǎo)環(huán)被放入微弧氧化槽內(nèi)進行微弧氧化處理，在其下表面涂覆一層微弧氧化涂層，所述微弧氧化涂層外表面的粗糙度為0.4um<Ra<12um ;所述微弧氧化涂層的厚度大于50um,在50um-300um范圍內(nèi)連續(xù)可控；然后，多孔板和傳導(dǎo)環(huán)一并或者單獨地被插入物理氣相沉積反應(yīng)腔室中，在微弧氧化涂層外表面物理氣相沉積一層氧化釔涂層，所述氧化釔涂層具有的表面粗糙度為Ra>1.0um，其孔隙度小于1%。
[0032]圖2C示出了較圖2B具有改良結(jié)構(gòu)的氣體噴淋頭，其具有根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例。在圖2C中，多孔板215、傳導(dǎo)環(huán)220和支持環(huán)225在前述實施例中被集成為一體成型(一片式)的盤或在本實施例中的氣體分布盤(gas distribution plate,⑶P) 215。與附圖2A所示的現(xiàn)有技術(shù)極不同的是，一體成型的多孔板215可由金屬制成，例如，鋁或鋁合金，和保護多孔板表面的微弧氧化涂層和氧化釔涂層235，即，在等離子體和/或刻蝕制程中面對等離子體的表面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，用微弧氧化涂層和氧化釔涂層235涂覆在多孔板215上形成的氣體噴淋頭，簡化了氣體噴淋頭的裝配和制造過程，增強了氣體噴淋頭的的抗腐蝕性能，提聞了使用壽命。
[0033]本發(fā)明所述的等離子體處理腔室內(nèi)部的部件還包括圍成等離子體刻蝕腔的腔體側(cè)壁300，如圖3所示，在刻蝕過程中，反應(yīng)腔體內(nèi)部側(cè)壁300會直接與等離子體進行接觸，增加反應(yīng)腔體的耐腐蝕性可以提高反應(yīng)制程的穩(wěn)定性。本發(fā)明所述的等離子體刻蝕腔的腔體側(cè)壁主體為為鋁或鋁合金，其還包括微弧氧化涂層335，微弧氧化涂層335的粗糙度范圍為0.4um〈Ra〈12um,厚度范圍為30um-300um。特別的,微弧氧化涂層表面還包括一層氧化宇乙涂層，所述氧化釔涂層具有的表面粗糙度為Ra>l.0um，其孔隙度小于1%。
[0034]需要說明的是，本文中提及的制程和技術(shù)并不是固有地與任何特定地裝置有關(guān)，其可以用任何合適的部件組合而得到。進一步地，根據(jù)本專利的教示和描述，多種類型的通用裝置可以被使用。本發(fā)明根據(jù)特定例子進行了描述，其只是為了從各方面說明本發(fā)明而并不是限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，許多不同的組合適合于實施本發(fā)明。
[0035]并且，對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)本專利所公開的說明書和操作，實施本發(fā)明的其它的實施方式將是顯而易見的。上文中具體實施例的不同方面和/或部件可以單一或者組合地應(yīng)用。需要說明的是，上文所述具體實施例和方式都應(yīng)僅考慮為例證性的，本發(fā)明的真正范圍和精神都 應(yīng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于半導(dǎo)體基片反應(yīng)室內(nèi)部的部件，其特征在于，包括: 用于半導(dǎo)體基片反應(yīng)室內(nèi)部的部件主體；以及形成于所述部件主體表面的微弧氧化涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于，所述部件還包括形成于所述微弧氧化涂層表面的氧化釔涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于，所述部件主體材質(zhì)為閥金屬或其合金，所述閥金屬包括鈦、鋅、鎂、鈮、鋯、鉿、鉭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于，所述微弧氧化涂層表面的粗糙度為0.4um〈Ra〈12um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于，所述微弧氧化涂層的厚度大于50um，在50um-300um范圍內(nèi)連續(xù)可控。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的部件，其特征在于，所述氧化釔涂層具有的表面粗糙度為lum〈Ra〈8um,其孔隙度小于1%。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的部件，其特征在于，所述部件包括一涂覆了氧化釔涂層的氣體噴淋頭，其中，所述氧化釔涂層具有表面粗糙度為lum〈Ra〈8um，其孔隙度小于1%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于，所述部件包括一等離子體處理室的反應(yīng)腔側(cè)壁，所述側(cè)壁包括鋁或鋁合金部件主體；以及形成于所述鋁或鋁合金部件主體表面的微弧氧化涂層，所述微弧氧化涂層外表面的粗糙度為0.4um〈Ra〈4um。
9.一種制造用于半導(dǎo)體基片反應(yīng)室的部件`的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 制造一反應(yīng)室部件主體； 在所述部件主體表面微弧氧化一層微弧氧化涂層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在微弧氧化涂層表面等離子噴涂一層氧化釔涂層，所述氧化釔涂層具有的表面粗糙度為lum〈Ra〈8um，其孔隙度小于1%。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在微弧氧化涂層表面物理氣相沉積一層氧化釔，所述氧化釔涂層具有的表面粗糙度為lum〈Ra〈8um，其孔隙度小于1%。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述部件表面微弧氧化一層微弧氧化涂層的過程在一微弧氧化槽內(nèi)進行，所述微弧氧化槽內(nèi)的槽液為弱堿性水溶液。
【文檔編號】C23C28/00GK103866286SQ201210553611
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】張力, 賀小明, 浦遠, 倪圖強 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司