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针对先进元件的晶圆上粒子性能的化学相容性涂层材料的制作方法

文档序号:8386047
针对先进元件的晶圆上粒子性能的化学相容性涂层材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本掲示案的实施例大体而言是关于陶瓷涂布制品及是关于一种用于向介电蚀刻 处理组件涂覆陶瓷涂层的工艺。
【背景技术】
[0002] 在半导体工业中,通过众多用于生产尺寸日益缩小的结构的制造工艺来制造元 件。一些制造工艺(诸如等离子体蚀刻及等离子体清洗工艺)将基板曝露于高速等离子体 流中,W蚀刻或清洗基板。等离子体可为强腐蚀性,且可腐蚀处理腔室及其他曝露于等离子 体的表面。此腐蚀可产生经常污染正经处理的基板的粒子,从而导致元件缺陷。
[0003] 随着元件几何形状缩小,对缺陷的易感性增加且粒子污染物要求变得更加严格。 因此,随着元件几何形状缩小,可降低粒子污染的容许水准。为了最小化由等离子体蚀刻工 艺及/或等离子体清洗工艺引入的粒子污染,已经开发出抗等离子体的腔室材料。不同材 料提供不同材料特性,诸如等离子体抗性、刚性、弯曲强度、耐热冲击性等等。又,不同材料 具有不同材料成本。因此,一些材料具有优良的等离子体抗性,其他材料具有较低成本,而 还有其他材料具有优良的弯曲强度及/或耐热冲击性。
[0004] 摩尔摩尔摩尔摩尔摩尔摩尔摩尔摩尔摩尔【附图说明】
[0005] 在附图的诸图中W示例的方式(而非W限定的方式)图示本发明,在该些附图中, 类似元件符号指示相似元件。应注意,对本掲示案中的"一"或"一个"实施例的不同引用 不一定指示相同实施例,且此种引用意谓至少一者。
[0006] 图1图示衬垫套件的横断面视图。
[0007] 图2图示制造系统的示例性架构。
[0008] 图3图示等离子体喷涂系统的横断面视图。
[0009] 图4图示根据一个实施例的向制品涂覆涂层的方法。
[0010] 图5图示用于涂层的粉末形状。
[0011] 图6A图示用于涂层的粉末尺寸分布。
[0012] 图6B图示根据一个实施例的用于涂层的粉末尺寸分布。
[0013] 图7A图示根据一个实施例的涂层的节结计数。
[0014] 图7B图示根据一个实施例的涂层的表面粗趟度。
[0015] 图7C图示根据一个实施例的涂层的横断面孔隙率。
[0016] 图8图不涂层的涂覆。
[0017] 图9图示根据一个实施例的涂覆涂层的方法。
[0018] 图10图不涂层表面的扫描式电子显微镜(^scanningelectronmicroscope;SEM) 视图。
[0019] 图11图示涂层的横断面的沈M视图。
[0020] 图12A图示随时间流逝的涂层的粒子性能。
[0021] 图12B图示根据一个实施例的涂层的粒子性能。
【具体实施方式】
[0022] 本发明的实施例是针对一种制品(例如,等离子体筛、衬垫套件、淋喷头、盖、静电 卡盘或用于半导体处理腔室的曝露于还原性等离子体化学品中的其他腔室组件,该制品包 括A1或Al2〇3或SiC基板)及制品上的陶瓷涂层。在一个实施例中,陶瓷涂层是复合陶瓷, 包括Y4Al2〇9(YAM)的化合物及Y2-xZr,〇3的固溶体,其中该陶瓷涂层耐还原性化学品化2、〔〇、 C0S、CH4等等)。
[0023] 在制品上涂布陶瓷涂层的方法包括W下步骤;提供具有在约90A至约150A范围内 的等离子体电流的等离子体喷涂系统;及在距离制品约60mm与约120mm之间处安置等离子 体喷涂系统的喷灯支架。该方法亦包括W下步骤:使得气体W约80公升/分钟与约130公 升/分钟之间的速率流过等离子体喷涂系统;及用陶瓷涂层等离子体喷涂制品。
[0024] 导体蚀刻工艺涉及通过气体混合物的导电基板(诸如Si晶圆)的等离子体辅助 蚀刻。在导体蚀刻中,晶圆上水准粒子性能主要与腔室关键组件相关联,尤其是与具有前侧 120、后侧122及外径124的衬垫套件100相关联,该衬垫套件100可包括腔室主体111、上 衬垫101、缝隙阀口 103、等离子体筛105(亦即,围绕晶圆的类格栅结构)、下衬垫107及阴 极衬垫109,如图1所示。上衬垫101、缝隙阀口 103及下衬垫107较接近于腔室主体111, 而等离子体筛105围绕晶圆(未图示,但是在操作期间位于位置130处)且阴极衬垫109 位于晶圆下方。
[00巧]标准衬垫套件可由涂有8-12密耳的等离子体喷涂Y2化(氧化纪)或其他陶瓷且具 有约100-270微英寸(yin)的表面粗趟度的A1基板组成。对于大多数典型半导体涂覆, 晶圆上粒子规格是在大于或等于90nm粒子尺寸处约30个附加物(例如,位于晶圆上的杂 散粒子)的最大值。标准Y203衬垫套件符合此晶圆上粒子规格。
[0026] 针对28nm元件节点处的特定先进涂覆,晶圆上粒子规格在大于或等于45nm尺寸 处小于或等于1. 3个附加物时更加严格。此外,该等涂覆可使用经常增加晶圆上粒子污染 的还原性化学品化2、C&、C0、COS等等)。在还原性化学品下使用习知Y203涂布衬垫套件 的腔室测试展示高晶圆上粒子(例如,在大于或等于45nm粒子尺寸处约50至100个或更 多个附加物),但是显著的腔室干燥(seasoning,例如,100至150个射频RF处理小时)可 在大于或等于45nm尺寸处将粒子缺陷水准降低至约0至10个附加物,W便在生产可继续 前满足生产规格。然而,长时间腔室干燥可降低生产力。在测试中,能量分散的X射线光谱 学已证实习知基于Y203的晶圆上粒子可来源于衬垫套件。
[0027] 进一步,Y203涂层在还原性化学品(例如,肥、CH4、C0、C0S等等)下稳定性较低及 形成明显的Y-0H。Y-0H转换导致容积变化,从而导致流出可于晶圆上发现的粒子。然而, 在无还原性化学品的情况下,Y2化为稳定的且不会流出粒子。
[0028] 本发明的实施例包括复合陶瓷涂层材料W增加与还原性化学品使用的相容性,W 便改良半导体工业应用中针对腔室组件的晶圆上粒子性能。举例而言,在衬垫套件涂覆中, 可使用等离子体喷涂技术将复合陶瓷涂层(例如,基于氧化纪的复合陶瓷涂层)涂覆于衬 垫套件的面向等离子体的侧面。在其他实施例中,可经由气溶胶沉积、浆料等离子体或其 他适宜技术(诸如其他热喷涂技术)涂覆复合陶瓷涂层。在一个实例中,铅衬垫套件上的 涂层厚度可高达25密耳。在另一实例中,涂层的热膨胀系数(coefficientofthermal expansion;CT巧更好地与基板的CTE相匹配的AI2O3或其他金属氧化物基板可具有较厚涂 层。
[002引在一个实施例中,复合陶瓷涂层由化合物Y4Al20g(YAM)及固溶体Y2-xZr,03(Y203-Zr02固溶体)组成。在另一实施例中,复合陶瓷涂层包括62.93摩尔%的 Y203、23. 23摩尔%的Zr02及13. 94摩尔%的A1203。在又一实施例中,复合陶瓷涂层可包括 在50摩尔% -75摩尔%的范围内的Y2化、在10摩尔% -30摩尔%的范围内的Zr化及在10 摩尔% -30摩尔%的范围内的Al203。在其他实施例中,其他分配亦可用于复合陶瓷涂层。 在一个实施例中,复合陶瓷是含有氧化纪的固溶体,该固溶体可与Zr02、Al203、册02、化2化、 Nd203、佩205、Ce化、Sm203、孔203或前述物质的组合中的一或更多者混合。
[0030] 在各种涂层测试期间,在无C0及& (非还原性化学品)情况下及有C0及& (亦 目P,在还原性化学品下)情况下观察晶圆上粒子水准。与所测试的其他涂层及块体材料(例 女口,块体Y203、等离子体喷涂的(P巧Y2〇3、SiC、柱状Si、单晶Si及Si〇2)相比,复合陶瓷涂层 呈现较好的抗腐蚀性,尤其是在与还原性
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