稀土氧化物的顶部涂层的离子辅助沉积的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例大体上关于具有利用离子辅助沉积（IAD)来沉积的抗等离子体 的薄膜保护层的腔室部件。
【背景技术】
[0002] 在半导体产业中，器件由制造持续减小的尺寸的结构的许多制造工艺来制造。诸 如等离子体蚀刻和等离子体清洁工艺之类的一些制造工艺使基板暴露于高速的等离子体 流W蚀刻或清洁基板。等离子体可能是高度腐蚀性的，并且可能腐蚀处理腔室W及暴露于 等离子体的其他表面。
【附图说明】
[0003] 在所附附图的各图中W示例方式而非限制方式图示本发明，在所附附图中，同样 的元件符号指示类似的元件。应当注意，本公开中对"一"或"一个"实施例的不同的提及 不一定是指同一个实施例，并且此类提及意味着至少一个实施例。
[0004] 图1描绘处理腔室的实施例的截面图。 阳0化]图2A描绘适用于利用高能粒子的各种沉积技术（诸如，离子辅助沉积（IAD))的 沉积机制。
[0006] 图2B描绘IAD沉积设备的示意图。
[0007] 图3A至图4C图示由一个或更多个薄膜保护层覆盖的制品的剖面侧视图。
[0008] 图5图示根据一个实施例的、具有抗等离子体的稀±氧化物层的腔室衬层。
[0009] 图6A图示用于在制品上方形成一个或更多个保护层的工艺的一个实施例。
[0010] 图她图示用于使用利用金属祀材的IAD或PVD在制品的主体上方形成薄膜保护 层的工艺的一个实施例。 W11] 图7A至图7E图不制品的扫描电子显微镜（SEM)图像，所述制品具有扣积在等罔 子体喷涂的保护层上方的薄膜保护层，所述薄膜保护层由YaAIzOs与Y2〇3-Zr化固溶体的陶 瓷化合物（compound)形成，所述等离子体喷涂的保护层也由Y4AI2化与Y2〇3-Zr〇2固溶体的 陶瓷化合物形成。
[0012] 图8和图9分别图示根据本发明的实施例而形成的薄膜保护层在CH4-CI2和 CHF3-NF3-CI2化学品作用下的侵蚀速率。
[0013] 图10至图11分别图示根据本发明的实施例而形成的薄膜保护层在CH4-CI2和 CHF3-NF3-C12化学品作用下的粗糖度轮廓。
【具体实施方式】
[0014] 本发明的实施例提供制品，所述制品诸如，用于蚀刻反应器的腔室部件，所述制品 在所述制品面向等离子体的表面上具有薄膜保护层。保护层可具有高达约300ym(微米） 的厚度，并且提供抗等离子体侵蚀性W保护制品。可使用离子辅助沉积（IAD)(例如，使用 电子束IAD脚-IAD)或离子束瓣射IAD(IBS-IAD))或物理气相沉积（PVD)在制品上形成保 护层。薄膜保护层可W是Y3Al50l2、Y203、Y4Al209、Er203、Gd203、Er3Al50。、Gd3Al50l2、包含Y4Al209 与Y2〇3-Zr化固溶体的陶瓷化合物或另一稀±氧化物。在一个实施例中，使用金属祀材来执 行IAD或PVD，并且原位地（insitu)形成稀±氧化物。由薄膜保护层提供的改善的抗侵蚀 性可改善制品的使用寿命，同时降低维护和制造成本。此外，IAD涂层可沉积为等离子体喷 涂的涂层上方的顶部涂层。IAD涂层可密封等离子体喷涂的涂层中的孔隙和裂痕W显著地 降低工艺气体与腔室部件的反应量W及微量金属污染的等级。IAD涂层还可嵌入先前在等 离子体喷涂的涂层上的松散的颗粒W减少颗粒缺陷。
[0015] 图1为半导体处理腔室100的截面图，所述处理腔室具有W根据本发明的实施例 的薄膜保护层来涂覆的一个或更多个腔室部件。处理腔室100可用于提供了腐蚀性等离子 体环境的工艺。例如，处理腔室100可W是用于等离子体蚀刻反应器（也称作等离子体蚀 刻器）、等离子体清洁器等的腔室。可包括薄膜保护层的腔室部件的示例包括基板支撑组件 148、静电夹盘巧SC) 150、环（例如，处理套环或单环）、腔室壁、基底、气体分配板、喷淋头、 腔室衬层、衬层套组、屏蔽件、等离子体屏、冷却基底、腔室观察口、腔室盖104、喷嘴、流量均 衡器（FE曲等。在一个特定的实施例中，保护层施加在腔室盖104和/或腔室喷嘴132上 方。
[0016] 薄膜保护层（在下文中将更详细地描述）是通过离子辅助沉积（IAD)或物理气相 沉积（PVD)而沉积的稀±氧化物层。薄膜保护层可包括Y203与Y2〇3基（YzOsbased)稀±氧化 物复合物（composite)、与化2〇3基稀上氧化物复合物、Gd2〇3与Gd2〇3基稀上氧化物复 合物、刷2〇3与Nd2〇3基陶瓷、化基稀上氧化物复合物、Ga基稀±氧化物复合物或A1N。在各 种实施例中，薄膜保护层可由W下各项组成：Y3AI5O12灯AG)、Y4AI2O9灯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与Y2〇3-Zr〇2固溶体的陶 瓷化合物。薄膜保护层也可W是化-Y组成物（composition)(例如，Er 80重量％和Y20 重量％ )、化-Al-Y组成物（例如，Er 70重量％、A1 10重量％ ^及Y 20重量％ )、化-Y-Zr 组成物（例如，Er 70重量％、Y20重量％ ^及Zr 10重量％ )或化-Al组成物（例如，Er 80重量％和Al20重量％)。注意，重量％意味着重量百分比。相比之下，摩尔％是摩尔比 率。
[0017] 薄膜保护层也可基于上述陶瓷中的任一种陶瓷形成的固溶体。参照包含 与Y2〇3-Zr化固溶体的陶瓷化合物，在一个实施例中，陶瓷化合物包括62. 93摩尔比率（摩 尔％)的Y203、23.23 摩尔％的Zr02和13.94摩尔％的Al203。在另一实施例中，陶瓷化合物 可包括50-75摩尔％的Y203、10-30摩尔％的Zr〇2和10-30摩尔％的Al2〇3。在又一实施例 中，陶瓷化合物可包括40-100摩尔％的Y203、0-60摩尔％的Zr〇2和0-10摩尔％的Al2〇3。 在另一实施例中，陶瓷化合物可包括40-60摩尔％的Y203、30-50摩尔％的Zr〇2和10-20摩 尔％的Al2〇3。在另一实施例中，陶瓷化合物可包括40-50摩尔％的Y203、20-40摩尔％的 Zr〇2和20-40摩尔％的Al2〇3。在又一实施例中，陶瓷化合物可包括70-90摩尔％的Yz化、 0-20摩尔％的Zr化和10-20摩尔％的Al2〇3。在另一实施例中，陶瓷化合物可包括60-80摩 尔％的Y203、0-10摩尔％的Zr〇2和20-40摩尔％的Al2〇3。在另一实施例中，陶瓷化合物可 包括40-60摩尔％的Y203、0-20摩尔％的Zr〇2和30-40摩尔％的Al2〇3。在其他实施例中， 其他分布也可用于陶瓷化合物。 阳01引在一个实施例中，包括Yz化、Zr化、E。化、Gd2〇3和SiO2的组合的替代陶瓷化合物用 于保护层。在一个实施例中，替代陶瓷化合物可包括40-45摩尔％的Y203、0-10摩尔％的 Zr〇2、35-40摩尔％的化2〇3、5-1〇摩尔％的6(12〇3和5-15摩尔％的Si〇2。在第一示例中，替 代陶瓷化合物包括40摩尔％的Y203、5摩尔％的Zr〇2、35摩尔％的化2〇3、5摩尔％的Gd2〇3和 15摩尔％的Si化。在第二示例中，替代陶瓷化合物包括45摩尔％的Yz化、5摩尔％的Zr化、 35摩尔％的6。〇3、10摩尔％的Gd2〇3和5摩尔％的SiO2。在第S示例中，替代陶瓷化合物 包括40摩尔％的Y203、5摩尔％的Zr〇2、40摩尔％的化2〇3、7摩尔％的Gd2〇3和8摩尔％的 Si〇2〇
[0019] 在一个实施例中，包括Y2〇3、Zr〇2、Er2〇3和Al2〇3的组合的替代陶瓷化合物用于保护 层。在一个实施例中，替代陶瓷化合物包括25摩尔％的Y203、25摩尔％的Zr〇2、25摩尔％ 的化2〇3和25摩尔％的Al2〇3。
[0020] 在一个实施例中，包括Y203、Gd2〇3和Al2〇3的组合的替代陶瓷化合物用于保护层。 替代陶瓷化合物可包括6. 9-22. 1摩尔％的Y203、14. 1-44. 9摩尔％的Gd2〇3和33. 0-79摩 尔％的412〇3。在一个实施例中，替代陶瓷化合物包括22.1摩尔％的Y203、44.9摩尔％的 Gdz化和33. 0摩尔％的Al2〇3。在另一实施例中，替代陶瓷化合物包括16. 5摩尔％的Yz化、 33. 5摩尔％的Gd2〇3和50. 0摩尔％的Al2〇3。在又一实施例中，替代陶瓷化合物包括12. 5 摩尔％的Y203、25. 5摩尔％的Gd2〇3和62. 0摩尔％的Al2〇3。在再一实施例中，替代陶瓷化 合物包括6. 9摩尔％的Y203、14. 1摩尔％的Gd2〇3和79. 0摩尔％的Al2〇3。 阳021] 上述薄膜保护层中的任何一者可包括微量的其他材料，诸如，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] 薄膜保护层可W是施加至不同的陶瓷制品上方的IAD涂层，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。薄膜保护层还可W是施加至等离子体喷涂的保护层上方的IAD涂层。 等离子体喷涂的保护层可W是Y3AI5O12、Y203、Y4AI2O9、Er2〇3、Gd2〇3、ErsAlsOiz、GCI3AI5O12、包含 Y4Al2〇g与Y2〇3-Zr〇2固溶体的陶瓷化合物或另一陶瓷。
[0023] 如图所述，根据一个实施例，盖130和喷嘴132各自都具有薄膜保护层133、134。 然而，应当理解，诸如上文中列举的那些腔室部件之类的任何腔室部件中的任何一者都可 包括薄膜保护层。例如，处理腔室100的内衬层和/或外衬层可包括薄膜保护层。
[0024] 在一个实施例中，处理腔室100包括封围内部容积106的腔室主体102和盖130。 盖130在它的中屯、具有孔，喷嘴132可插入到所述孔中。腔室主体102可由侣、不诱钢或其 他适合的材料制成。腔室主体102通常包括侧壁108和底部110。盖130、喷嘴132、侧壁 108和/或底部110中的任一者可包括等离子体喷涂的保护层和/或薄膜保护层，所述薄膜 保护层充当所述等离子体喷涂的保护层上方的顶部涂层。
[0025] 外衬层116可邻接侧壁108而设置W保护腔室主体102。外衬层116可包括等离 子体喷涂的保护层和/或薄膜保护层。在一个实施例中，外衬层116由氧化侣制成。在一 个实施例中，外衬层116由具有等离子体喷涂的Y203保护层的侣合金（例如，6061侣）制 成。薄膜保护层可充当外衬层上的Y203保护层上方的顶部涂层。 阳0%] 排气口 126可限定在腔室主体102中，并且可将内部容积106禪接至累系统128。 累系统128可包括用于排空并调节处理腔室100的内部容积106内的压力的一个或更多个 累和节流阀。
[0027] 盖130可被支撑在腔室主体102的侧壁108上。盖130可被打开W允许进出处理 腔室100的内部容积106,并且在关闭时可为处理腔室100提供密封。气体面板158可禪 接至处理腔室100,W便通过喷嘴132将工艺和/或清洁气体提供至内部容积106。盖130 可W是陶瓷，诸如，AI2O3、Y203、YAG、Si〇2、A1N、SiN、SiC、Si-SiC或包含YaAIzOs与Y2〇3-Zr〇2 固溶体的陶瓷化合物。喷嘴132也可W是陶瓷，诸如，针对盖用所提及的那些陶瓷中的任何 一种。可分别W薄膜保护层133、134来涂覆盖130和/或喷嘴132。
[0028] 可用于在处理腔室100中处理基板的处理气体的示例包括含面素气体（诸如， CzFe'SFe'SiCl4、HBr、NFs、CF4、CHFs'CH2F3、F、NFs、CI2、CCI4、BCls和SiF4,等等）和其他气体 (诸如，〇2或N2〇)。载气的示例包括成、He、ArW及不与工艺气体作用的其他气体（例如， 非反应气体）。基板支撑组件148设置在处理腔室100的内部容积106中，在盖130下方。 在处理期间，基板支撑组件148托住基板144。环146 (例如，单环）可覆盖静电夹盘150的 部分，并且可在处理期间保护被覆盖的部分免于暴露于等离子体。在一个实施例中，环146 可W是娃或石英。