半导体零部件、等离子处理装置及耐腐蚀涂层的形成方法与流程

1.本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种半导体零部件、等离子处理装置及耐腐蚀涂层的形成方法。


背景技术：

2.在半导体器件的制造过程中，等离子刻蚀是将晶圆加工成设计图案的关键工艺。
3.在典型的等离子刻蚀工艺中，工艺气体(如cf4、o2等)在射频(radio frequency，rf)激励作用下形成等离子。这些等离子在经过上电极和下电极之间的电场(电容耦合或者电感耦合)作用后与晶圆表面发生物理轰击作用及化学反应，从而刻蚀出具有特定结构的晶圆。
4.然而，在等离子刻蚀工艺过程中，物理轰击及化学反应作用也会同样作用于刻蚀腔室内部所有与等离子接触的半导体零部件，造成腐蚀，因此，需要在零部件本体的表面制备一种性能优异的耐腐蚀涂层以抵御等离子的腐蚀。目前较为常用的是，采用氧化钇作为耐腐蚀涂层的材料，所述氧化钇通常采用物理气相沉积工艺形成，但是，物理气相沉积工艺需要在真空调节下进行，氧化钇在零部件本体上极其容易产生氧缺陷，造成耐腐蚀涂层的外观出现异色斑点。尽管在氧化钇的沉积过程中通入氧气进行调节，但是氧气的活性在物理气相沉积环境中仍然较低，无法完全将产生的氧缺陷消除。而氧缺陷是氟离子腐蚀的途径，因此，迫切需要在零部件本体的表面形成性能优异的耐腐蚀涂层以减少缺陷，提高耐腐蚀能力。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是提供了一种半导体零部件、等离子处理装置及及耐腐蚀涂层的形成方法，以降低耐腐蚀涂层表面的缺陷，提高耐腐蚀能力。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种在零部件本体表面形成耐腐蚀涂层的方法，包括：提供零部件本体；在所述零部件本体的表面形成稀土氧化物涂层或者稀土氟化物涂层；通入缺陷气体，在所述稀土氧化物涂层或稀土氟化物涂层的表面形成原子缺陷；提供填充离子源，使填充离子源中的填充离子修饰所述原子缺陷，形成耐腐蚀涂层。
7.可选的，当在零部件本体的表面形成的为稀土氧化物涂层时，所述原子缺陷为氧缺陷，所述填充离子为卤素离子，所述缺陷气体包括：氢气或氩气中的至少一种。
8.可选的，当所述填充离子为氟离子时，填充离子源包括：氟化氢或者含氟溶液。
9.可选的，当在零部件本体的表面形成的为稀土氟化物涂层时，所述原子缺陷为氟缺陷，所述填充离子为氧离子，所述形成缺陷气体包括：氢气或氩气中的至少一种。
10.可选的，形成所述氧缺陷或氟缺陷的工艺参数包括：将稀土氧化物涂层或者稀土氟化物涂层置于氢气气氛下，并施加等离子轰击，等离子轰击的强度范围为0.3kw～50kw。
11.可选的，形成所述氧缺陷或氟缺陷的工艺参数包括：将稀土氧化物涂层或者稀土氟化物涂层置于真空环境下，真空度范围为10-3
mbar～10-5
mbar，并施加等离子轰击，等离
子轰击的强度范围为0.3kw～50kw。
12.可选的，所述稀土氧化物或稀土氟化物中的稀土元素包括：钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱或镥。
13.相应的，本发明还提供一种半导体零部件，包括：零部件本体；上述耐腐蚀涂层，其材料包括稀土氧化物或者稀土氟化物，位于所述零部件本体的表面，所述耐腐蚀涂层具有修饰面，所述修饰面具有原子缺陷，所述原子缺陷被填充离子修饰。
14.可选的，所述耐腐蚀涂层的本征材料的晶型与修饰后的耐腐蚀涂层的晶型相同。
15.可选的，所述耐腐蚀涂层中原子缺陷的厚度范围为：0.5微米～100微米。
16.可选的，所述耐腐蚀涂层为结晶结构；所述耐腐蚀涂层中原子缺陷的浓度为：103原子数/平方厘米～107原子数/平方厘米。
17.相应的，本发明还提供一种等离子处理装置，包括：反应腔；上述半导体零部件，位于所述反应腔内。
18.可选的，所述等离子环境中包含氟、氯、氧或氢等离子中的至少一种。
19.可选的，所述等离子处理装置为等离子刻蚀装置或者等离子清洗装置。
20.可选的，当等离子刻蚀装置为电感耦合等离子处理装置时，所述零部件包括：陶瓷板、内衬套、气体喷嘴、气体分配板、气管法兰、静电吸盘组件、覆盖环、聚焦环、绝缘环或等离子约束装置中的至少一种。
21.可选的，当等离子刻蚀装置为电容耦合等离子处理装置时，所述零部件包括：喷淋头、上接地环、移动环、气体分配板、气体缓冲板、静电吸盘组件、下接地环、覆盖环、聚焦环、绝缘环或等离子约束装置中的至少一种。
22.与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
23.本发明技术方案提供的半导体零部件中，所述零部件本体的表面具有耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层具有修饰面，所述修饰面具有原子缺陷，所述原子缺陷被填充离子修饰，则所述半导体零部件暴露于等离子体环境中时，等离子体环境中的离子不易沿原子缺陷位置向零部件本体表面传递，因此，有利于提高半导体零部件的耐腐蚀能力。
附图说明
24.图1为本发明一种等离子处理装置的结构示意图；
25.图2为本发明另一种等离子处理装置的结构示意图；
26.图3是本发明在零部件本体表面形成耐腐蚀涂层的工艺流程图；
27.图4为本发明一种半导体零部件的结构示意图；
28.图5为本发明耐腐蚀涂层为氧化钇时，氧缺陷被氟离子修饰的示意图；
29.图6为本发明耐腐蚀涂层为氟化钇时，氟缺陷被氧离子修饰的示意图；
30.图7为本发明耐腐蚀涂层为氧化钇的x射线衍射图。
具体实施方式
31.正如背景技术所述，迫切需要在零部件本体的表面制备一种性能优异的耐腐蚀涂层以抵御等离子的腐蚀，为此，本发明致力于提供一种半导体零部件、等离子处理装置及在零部件本体表面形成耐腐蚀涂层的方法，所述半导体零部件在等离子环境中耐腐蚀能力较
强，以下进行详细说明：
32.图1为本发明一种等离子处理装置的结构示意图。
33.请参考图1，等离子处理装置包括：反应腔100，反应腔100内为等离子环境，半导体零部件和反应腔100内部腔壁暴露于等离子环境中，所述等离子包括含f等离子、含cl等离子、含h等离子或含o等离子中的至少一种。
34.等离子处理装置还包括：基座101，基座101的上方设有静电夹盘103，所述静电夹盘103内设有电极(图中未标出)，所述电极与直流电源dc电连接，用于产生静电引力以固定待处理基片w，等离子用于对待处理基片w进行处理。由于等离子具有较强的腐蚀性，为了防止半导体零部件的表面被等离子腐蚀，因此需要在零部件本体的表面涂覆耐腐蚀涂层。
35.在本实施例中，等离子处理装置为电容耦合等离子反应装置，相应的，暴露于等离子环境中的半导体零部件包括：喷淋头102、上接地环104、移动环、气体分配板105、气体缓冲板、静电吸盘组件103、下接地环106、覆盖环107、聚焦环108、绝缘环、等离子约束装置109中的至少一种。
36.图2为本发明另一种等离子处理装置的结构示意图。
37.在本实施例中，等离子处理装置为电感耦合等离子反应装置，相应的，暴露于等离子环境中的半导体零部件包括：陶瓷板、内衬套200、气体喷嘴201、气体分配板、气管法兰、静电吸盘组件202、覆盖环203、聚焦环204、绝缘环和等离子约束装置205中的至少一种。
38.在等离子刻蚀工艺过程中，物理轰击及化学反应作用也会同样作用于刻蚀腔内部所有与等离子接触的半导体零部件，对半导体零部件造成腐蚀，长时间的暴露于等离子腐蚀环境中，表面结构遭受破坏，会造成本体成分的析出，脱离表面形成微小颗粒，污染晶圆。半导体先进制对微小颗粒污染具有严苛的要求，例如大于45nm的颗粒数为0颗，因此，需要在等离子反应装置中的零部件本体的表面涂覆耐腐蚀涂层来抵御等离子的腐蚀。
39.在其它实施例中，所述等离子体处理装置还可以为等离子清洗装置。
40.如下对所述耐腐蚀涂层的形成方法进行详细说明：
41.图3是本发明在零部件本体表面形成耐腐蚀涂层的工艺流程图。
42.请参考图3，步骤s1：提供零部件本体；步骤s2：在所述零部件本体的表面形成稀土氧化物涂层或者稀土氟化物涂层；步骤s3：通入缺陷气体，在所述稀土氧化物涂层或稀土氟化物涂层的表面形成原子缺陷；步骤s4：提供填充离子源，使填充离子修饰所述原子缺陷，上述耐腐蚀涂层。
43.所述稀土氧化物或稀土氟化物中的稀土元素包括：钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱或镥。
44.在一种实施例中，在零部件本体的表面形成的为稀土氧化物涂层时，所述原子缺陷为氧缺陷，所述填充离子为卤素离子，所述缺陷气体包括：氢气或氩气中的至少一种。当所述填充离子为氟离子时，提供所述氟离子的氟源包括：氟化氢或者含氟溶液。
45.形成所述氧缺陷的工艺参数为：将稀土氧化物涂层置于氢气气氛下，并施加等离子轰击，等离子轰击的强度范围为0.3kw～50kw，以产生所述氧缺陷。
46.在另一种实施例中，当在零部件本体的表面形成的为稀土氟化物涂层时，所述原子缺陷为氟缺陷，所述填充离子为氧离子，所述形成缺陷气体包括：氢气或氩气中的至少一种。
47.形成所述氟缺陷的工艺参数为：将稀土氟化物涂层置于氢气气氛下，并施加等离子轰击，等离子轰击的强度范围为0.3kw～50kw，以产生氟缺陷。在本实施例中，特意先在耐腐蚀涂层的表面制备出原子缺陷，再将其置于填充离子源中，这样所述制备出的原子缺陷以及原本工艺过程中形成的原子缺陷都将被填充离子修饰，使得半导体零部件暴露于等离子体环境中时，等离子体中的离子不易沿原子缺陷向零部件本体扩散腐蚀零部件本体，因此，有利于提高半导体零部件的耐腐蚀能力。
48.以下对半导体零部件进行详细说明：
49.图4为本发明一种半导体零部件的结构示意图。
50.请参考图4，半导体零部件包括：零部件本体300；上述耐腐蚀涂层301，其材料包括稀土氧化物或者稀土氟化物，位于所述零部件本体300的表面，所述耐腐蚀涂层301具有修饰面，所述修饰面具有所述原子缺陷被填充离子修饰。
51.所述零部件本体300的材料包括：铝合金、碳化硅、硅、石英或陶瓷等中的至少一种。
52.所述零部件本体300的表面具有耐腐蚀涂层301，所述耐腐蚀涂层301的材料包括稀土氧化物或者稀土氟化物，所述耐腐蚀涂层301的表面具有原子缺陷，且所述原子缺陷被填充离子填充，则当半导体零部件暴露于等离子体环境中，等离子体环境中的离子不会沿原子缺陷所在的晶格位置逐步向零部件本体300的表面传递，因此，有利于提高半导体零部件的耐腐蚀能力。并且，所述耐腐蚀涂层301中的原子缺陷被填充离子修饰，使耐腐蚀涂层301不因原子缺陷过多而使其绝缘性降低，即：所述耐腐蚀涂层301的绝缘性能较高，被击穿的风险较低。
53.图5为本发明耐腐蚀涂层为氧化钇时，氧缺陷被氟离子修饰的示意图。
54.在本实施例中，所述耐腐蚀涂层301的材料为氧化钇，所述原子缺陷为氧缺陷，所述填充离子为氟离子。所述氧化钇表面的氧缺陷被氟离子填充，则氧化钇耐腐蚀涂层301暴露于等离子体环境中，所述等离子体环境中的氟离子不易沿氧缺陷向零部件本体300的表面扩散，因此，有利于提高耐腐蚀涂层301的抗腐蚀能力。
55.在其它实施例中，所述耐腐蚀涂层为除氧化钇之外的稀土氧化物，例如：所述耐腐蚀涂层的材料为氧化锆、氧化镥或氧化镱中的至少一种，相应的，所述原子缺陷为氧缺陷，所述填充离子为卤素离子，例如：所述填充离子为氟、氯、溴、碘或砹中的至少一种。
56.图6为本发明耐腐蚀涂层为氟化钇时，氟缺陷被氧离子修饰的示意图。
57.在本实施例中，所述耐腐蚀涂层301的材料为氟化钇，所述原子缺陷为氟缺陷，所述填充离子为氧离子。所述氟化钇表面的氟缺陷被氧离子填充，则氟化钇耐腐蚀涂层301暴露于等离子体环境中，所述等离子体环境中的氧离子不易沿氟缺陷向零部件本体300的表面扩散，因此，有利于提高耐腐蚀涂层301的抗腐蚀能力。
58.在其它实施例中，所述耐腐蚀涂层为除氟化钇之外的稀土氟化物，例如：所述耐腐蚀涂层的材料为氟化锆、氟化镥或氟化镱中的至少一种，相应的，所述原子缺陷为氟缺陷，所述填充离子为氧离子。
59.在本实施例中，所述填充离子仅用于修饰所述耐腐蚀涂层301中的原子缺陷，而不改变所述耐腐蚀涂层301的晶型，即：所述耐腐蚀本体层的材料与修饰后的耐腐蚀涂层301的晶型相同。换句话说，所述耐腐蚀本体层的材料为氧化钇时，所述耐腐蚀本体层的表面氧
化钇中的氧缺陷被氟离子修饰后所形成的耐腐蚀涂层301仍为氧化钇的晶型，而不是氟氧化钇的晶型；所述耐腐蚀本体层的材料为氟化钇时，所述耐腐蚀本体层氟化钇中的氟缺陷被氧离子修饰后所形成的耐腐蚀涂层301仍为氟化钇的晶型，而不是氟氧化钇的晶型。
60.图7为本发明耐腐蚀涂层为氧化钇的x射线衍射图。
61.请参考图7，1代表的是耐腐蚀涂层的本征材料为氧化钇的x射线衍射图，2代表耐腐蚀涂层氧化钇中的氧缺陷被氟离子修饰后的x射线衍射图，从图上来看，耐腐蚀涂层的本征材料的特征峰出现在28.83
°
，修饰后的耐腐蚀涂层301的特征峰出现在29.34
°
，两者出现特征峰的位置差异较小，位置大致相同，因此可以证明，所述耐腐蚀涂层的本征材料1与修饰后的耐腐蚀涂层301的晶型相同。
62.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离。本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。