稀土氧化物的頂部涂層的離子輔助沉積的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明的實施例大體上關于具有利用離子輔助沉積（IAD)來沉積的抗等離子體 的薄膜保護層的腔室部件。
【背景技術】
[0002] 在半導體產業(yè)中，器件由制造持續(xù)減小的尺寸的結構的許多制造工藝來制造。諸 如等離子體蝕刻和等離子體清潔工藝之類的一些制造工藝使基板暴露于高速的等離子體 流W蝕刻或清潔基板。等離子體可能是高度腐蝕性的，并且可能腐蝕處理腔室W及暴露于 等離子體的其他表面。
【附圖說明】
[0003] 在所附附圖的各圖中W示例方式而非限制方式圖示本發(fā)明，在所附附圖中，同樣 的元件符號指示類似的元件。應當注意，本公開中對"一"或"一個"實施例的不同的提及 不一定是指同一個實施例，并且此類提及意味著至少一個實施例。
[0004] 圖1描繪處理腔室的實施例的截面圖。 陽0化]圖2A描繪適用于利用高能粒子的各種沉積技術（諸如，離子輔助沉積（IAD))的 沉積機制。
[0006] 圖2B描繪IAD沉積設備的示意圖。
[0007] 圖3A至圖4C圖示由一個或更多個薄膜保護層覆蓋的制品的剖面?zhèn)纫晥D。
[0008] 圖5圖示根據一個實施例的、具有抗等離子體的稀±氧化物層的腔室襯層。
[0009] 圖6A圖示用于在制品上方形成一個或更多個保護層的工藝的一個實施例。
[0010] 圖她圖示用于使用利用金屬祀材的IAD或PVD在制品的主體上方形成薄膜保護 層的工藝的一個實施例。 W11] 圖7A至圖7E圖不制品的掃描電子顯微鏡（SEM)圖像，所述制品具有扣積在等罔 子體噴涂的保護層上方的薄膜保護層，所述薄膜保護層由YaAIzOs與Y2〇3-Zr化固溶體的陶 瓷化合物（compound)形成，所述等離子體噴涂的保護層也由Y4AI2化與Y2〇3-Zr〇2固溶體的 陶瓷化合物形成。
[0012] 圖8和圖9分別圖示根據本發(fā)明的實施例而形成的薄膜保護層在CH4-CI2和 CHF3-NF3-CI2化學品作用下的侵蝕速率。
[0013] 圖10至圖11分別圖示根據本發(fā)明的實施例而形成的薄膜保護層在CH4-CI2和 CHF3-NF3-C12化學品作用下的粗糖度輪廓。
【具體實施方式】
[0014] 本發(fā)明的實施例提供制品，所述制品諸如，用于蝕刻反應器的腔室部件，所述制品 在所述制品面向等離子體的表面上具有薄膜保護層。保護層可具有高達約300ym(微米） 的厚度，并且提供抗等離子體侵蝕性W保護制品?？墒褂秒x子輔助沉積（IAD)(例如，使用 電子束IAD腳-IAD)或離子束瓣射IAD(IBS-IAD))或物理氣相沉積（PVD)在制品上形成保 護層。薄膜保護層可W是Y3Al50l2、Y203、Y4Al209、Er203、Gd203、Er3Al50。、Gd3Al50l2、包含Y4Al209 與Y2〇3-Zr化固溶體的陶瓷化合物或另一稀±氧化物。在一個實施例中，使用金屬祀材來執(zhí) 行IAD或PVD，并且原位地（insitu)形成稀±氧化物。由薄膜保護層提供的改善的抗侵蝕 性可改善制品的使用壽命，同時降低維護和制造成本。此外，IAD涂層可沉積為等離子體噴 涂的涂層上方的頂部涂層。IAD涂層可密封等離子體噴涂的涂層中的孔隙和裂痕W顯著地 降低工藝氣體與腔室部件的反應量W及微量金屬污染的等級。IAD涂層還可嵌入先前在等 離子體噴涂的涂層上的松散的顆粒W減少顆粒缺陷。
[0015] 圖1為半導體處理腔室100的截面圖，所述處理腔室具有W根據本發(fā)明的實施例 的薄膜保護層來涂覆的一個或更多個腔室部件。處理腔室100可用于提供了腐蝕性等離子 體環(huán)境的工藝。例如，處理腔室100可W是用于等離子體蝕刻反應器（也稱作等離子體蝕 刻器）、等離子體清潔器等的腔室?？砂ū∧けＷo層的腔室部件的示例包括基板支撐組件 148、靜電夾盤巧SC) 150、環(huán)（例如，處理套環(huán)或單環(huán)）、腔室壁、基底、氣體分配板、噴淋頭、 腔室襯層、襯層套組、屏蔽件、等離子體屏、冷卻基底、腔室觀察口、腔室蓋104、噴嘴、流量均 衡器（FE曲等。在一個特定的實施例中，保護層施加在腔室蓋104和/或腔室噴嘴132上 方。
[0016] 薄膜保護層（在下文中將更詳細地描述）是通過離子輔助沉積（IAD)或物理氣相 沉積（PVD)而沉積的稀±氧化物層。薄膜保護層可包括Y203與Y2〇3基（YzOsbased)稀±氧化 物復合物（composite)、與化2〇3基稀上氧化物復合物、Gd2〇3與Gd2〇3基稀上氧化物復 合物、刷2〇3與Nd2〇3基陶瓷、化基稀上氧化物復合物、Ga基稀±氧化物復合物或A1N。在各 種實施例中，薄膜保護層可由W下各項組成：Y3AI5O12燈AG)、Y4AI2O9燈AM)、化3AI5O12(EAG)、 GdsAlsOiz(GAG)、YA103(YA巧、化4AI2O9巧AM)、化A103巧AP)、Gd4Al2〇9(GdAM)、GdAl〇3(GdA巧、 NCI3AI5O12(NdAG)、Nd4Al2〇9(NdAM)、NdAl〇3(NdA巧和 / 或包含Y4AI2O9與Y2〇3-Zr〇2固溶體的陶 瓷化合物。薄膜保護層也可W是化-Y組成物（composition)(例如，Er 80重量％和Y20 重量％ )、化-Al-Y組成物（例如，Er 70重量％、A1 10重量％ ^及Y 20重量％ )、化-Y-Zr 組成物（例如，Er 70重量％、Y20重量％ ^及Zr 10重量％ )或化-Al組成物（例如，Er 80重量％和Al20重量％)。注意，重量％意味著重量百分比。相比之下，摩爾％是摩爾比 率。
[0017] 薄膜保護層也可基于上述陶瓷中的任一種陶瓷形成的固溶體。參照包含 與Y2〇3-Zr化固溶體的陶瓷化合物，在一個實施例中，陶瓷化合物包括62. 93摩爾比率（摩 爾％)的Y203、23.23 摩爾％的Zr02和13.94摩爾％的Al203。在另一實施例中，陶瓷化合物 可包括50-75摩爾％的Y203、10-30摩爾％的Zr〇2和10-30摩爾％的Al2〇3。在又一實施例 中，陶瓷化合物可包括40-100摩爾％的Y203、0-60摩爾％的Zr〇2和0-10摩爾％的Al2〇3。 在另一實施例中，陶瓷化合物可包括40-60摩爾％的Y203、30-50摩爾％的Zr〇2和10-20摩 爾％的Al2〇3。在另一實施例中，陶瓷化合物可包括40-50摩爾％的Y203、20-40摩爾％的 Zr〇2和20-40摩爾％的Al2〇3。在又一實施例中，陶瓷化合物可包括70-90摩爾％的Yz化、 0-20摩爾％的Zr化和10-20摩爾％的Al2〇3。在另一實施例中，陶瓷化合物可包括60-80摩 爾％的Y203、0-10摩爾％的Zr〇2和20-40摩爾％的Al2〇3。在另一實施例中，陶瓷化合物可 包括40-60摩爾％的Y203、0-20摩爾％的Zr〇2和30-40摩爾％的Al2〇3。在其他實施例中， 其他分布也可用于陶瓷化合物。 陽01引在一個實施例中，包括Yz化、Zr化、E?；?、Gd2〇3和SiO2的組合的替代陶瓷化合物用 于保護層。在一個實施例中，替代陶瓷化合物可包括40-45摩爾％的Y203、0-10摩爾％的 Zr〇2、35-40摩爾％的化2〇3、5-1〇摩爾％的6(12〇3和5-15摩爾％的Si〇2。在第一示例中，替 代陶瓷化合物包括40摩爾％的Y203、5摩爾％的Zr〇2、35摩爾％的化2〇3、5摩爾％的Gd2〇3和 15摩爾％的Si化。在第二示例中，替代陶瓷化合物包括45摩爾％的Yz化、5摩爾％的Zr化、 35摩爾％的6。〇3、10摩爾％的Gd2〇3和5摩爾％的SiO2。在第S示例中，替代陶瓷化合物 包括40摩爾％的Y203、5摩爾％的Zr〇2、40摩爾％的化2〇3、7摩爾％的Gd2〇3和8摩爾％的 Si〇2〇
[0019] 在一個實施例中，包括Y2〇3、Zr〇2、Er2〇3和Al2〇3的組合的替代陶瓷化合物用于保護 層。在一個實施例中，替代陶瓷化合物包括25摩爾％的Y203、25摩爾％的Zr〇2、25摩爾％ 的化2〇3和25摩爾％的Al2〇3。
[0020] 在一個實施例中，包括Y203、Gd2〇3和Al2〇3的組合的替代陶瓷化合物用于保護層。 替代陶瓷化合物可包括6. 9-22. 1摩爾％的Y203、14. 1-44. 9摩爾％的Gd2〇3和33. 0-79摩 爾％的412〇3。在一個實施例中，替代陶瓷化合物包括22.1摩爾％的Y203、44.9摩爾％的 Gdz化和33. 0摩爾％的Al2〇3。在另一實施例中，替代陶瓷化合物包括16. 5摩爾％的Yz化、 33. 5摩爾％的Gd2〇3和50. 0摩爾％的Al2〇3。在又一實施例中，替代陶瓷化合物包括12. 5 摩爾％的Y203、25. 5摩爾％的Gd2〇3和62. 0摩爾％的Al2〇3。在再一實施例中，替代陶瓷化 合物包括6. 9摩爾％的Y203、14. 1摩爾％的Gd2〇3和79. 0摩爾％的Al2〇3。 陽021] 上述薄膜保護層中的任何一者可包括微量的其他材料，諸如，ZrA、Alz化、Si化、B2O3、￡。〇3、Nd2〇3、Nb2〇5、Ce〇2、Sm2〇3、Yb2〇3或其他氧化物。
[0022] 薄膜保護層可W是施加至不同的陶瓷制品上方的IAD涂層，所述陶瓷制品包括氧 化物基（oxidebased)陶瓷、氮化物基陶瓷和碳化物基陶瓷。氧化物基陶瓷的示例包括 Si化（石英）、Al2化、Yz化等。碳化物基陶瓷的示例包括SiC、Si-SiC等。氮化物基陶瓷的示 例包括A1N、SiN等。薄膜保護層還可W是施加至等離子體噴涂的保護層上方的IAD涂層。 等離子體噴涂的保護層可W是Y3AI5O12、Y203、Y4AI2O9、Er2〇3、Gd2〇3、ErsAlsOiz、GCI3AI5O12、包含 Y4Al2〇g與Y2〇3-Zr〇2固溶體的陶瓷化合物或另一陶瓷。
[0023] 如圖所述，根據一個實施例，蓋130和噴嘴132各自都具有薄膜保護層133、134。 然而，應當理解，諸如上文中列舉的那些腔室部件之類的任何腔室部件中的任何一者都可 包括薄膜保護層。例如，處理腔室100的內襯層和/或外襯層可包括薄膜保護層。
[0024] 在一個實施例中，處理腔室100包括封圍內部容積106的腔室主體102和蓋130。 蓋130在它的中屯、具有孔，噴嘴132可插入到所述孔中。腔室主體102可由侶、不誘鋼或其 他適合的材料制成。腔室主體102通常包括側壁108和底部110。蓋130、噴嘴132、側壁 108和/或底部110中的任一者可包括等離子體噴涂的保護層和/或薄膜保護層，所述薄膜 保護層充當所述等離子體噴涂的保護層上方的頂部涂層。
[0025] 外襯層116可鄰接側壁108而設置W保護腔室主體102。外襯層116可包括等離 子體噴涂的保護層和/或薄膜保護層。在一個實施例中，外襯層116由氧化侶制成。在一 個實施例中，外襯層116由具有等離子體噴涂的Y203保護層的侶合金（例如，6061侶）制 成。薄膜保護層可充當外襯層上的Y203保護層上方的頂部涂層。 陽0%] 排氣口 126可限定在腔室主體102中，并且可將內部容積106禪接至累系統(tǒng)128。 累系統(tǒng)128可包括用于排空并調節(jié)處理腔室100的內部容積106內的壓力的一個或更多個 累和節(jié)流閥。
[0027] 蓋130可被支撐在腔室主體102的側壁108上。蓋130可被打開W允許進出處理 腔室100的內部容積106,并且在關閉時可為處理腔室100提供密封。氣體面板158可禪 接至處理腔室100,W便通過噴嘴132將工藝和/或清潔氣體提供至內部容積106。蓋130 可W是陶瓷，諸如，AI2O3、Y203、YAG、Si〇2、A1N、SiN、SiC、Si-SiC或包含YaAIzOs與Y2〇3-Zr〇2 固溶體的陶瓷化合物。噴嘴132也可W是陶瓷，諸如，針對蓋用所提及的那些陶瓷中的任何 一種。可分別W薄膜保護層133、134來涂覆蓋130和/或噴嘴132。
[0028] 可用于在處理腔室100中處理基板的處理氣體的示例包括含面素氣體（諸如， CzFe'SFe'SiCl4、HBr、NFs、CF4、CHFs'CH2F3、F、NFs、CI2、CCI4、BCls和SiF4,等等）和其他氣體 (諸如，〇2或N2〇)。載氣的示例包括成、He、ArW及不與工藝氣體作用的其他氣體（例如， 非反應氣體）。基板支撐組件148設置在處理腔室100的內部容積106中，在蓋130下方。 在處理期間，基板支撐組件148托住基板144。環(huán)146 (例如，單環(huán)）可覆蓋靜電夾盤150的 部分，并且可在處理期間保護被覆蓋的部分免于暴露于等離子體。在一個實施例中，環(huán)146 可W是娃或石英。