CN114520139A - 半导体零部件、其形成方法和等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种半导体零部件、其形成方法和等离子体处理装置，其中，所述半导体零部件包括：零部件本体；结合层，位于所述零部件本体的表面；耐腐蚀涂层，位于所述结合层的表面，所述耐腐蚀涂层的材料包括硅铝氧氮化合物。所述半导体零部件耐等离子体腐蚀的能力较强，不易产生颗粒污染。

Description

半导体零部件、其形成方法和等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种半导体零部件、半导体零部件的形成方法和等离子体处理装置。
背景技术
等离子体蚀刻工艺在集成电路领域发挥了关键作用。对处于等离子体刻蚀腔室内恶劣腐蚀环境下的部件来说，需要具有相当高的耐等离子体腐蚀性。为此，有专利提出用氧化铝或氧化钇耐腐蚀涂层对等离子体刻蚀腔室内部部件表面涂覆以保护工件，产生了良好的耐等离子体腐蚀的效果。
然而，氧化铝耐腐蚀涂层易与等离子体环境中的氟离子反应形成易挥发的铝氟副产物，所述铝氟副产物若发生跌落将对基片造成污染。而氧化钇耐腐蚀涂层的制备成本较高，且其热膨胀系数较大，在等离子体轰击腐蚀的过程中，氧化钇边界处残余应力易导致产生气孔或开裂，因此，迫切需要提供一种耐等离子体腐蚀的半导体零部件，以降低颗粒污染问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种半导体零部件、半导体零部件的形成方法和等离子体处理装置，以降低颗粒污染。
为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体零部件，包括：零部件本体；结合层，位于所述零部件本体的表面；耐腐蚀涂层，位于所述结合层的表面，所述耐腐蚀涂层的材料包括硅铝氧氮化合物。
可选的，所述结合层的材料包括：YF3、Y2O3、YOxF1-X(0<x0.8)或钇铝氧化合物中的至少一种。
可选的，还包括：过渡层，位于所述结合层与耐腐蚀涂层之间。
可选的，所述过渡层的材料为结合层材料与耐腐蚀涂层材料的混合物；自所述结合层的表面沿过渡层的厚度方向，所述过渡层中的结合层的材料依次减少所述耐腐蚀涂层的材料依次增加。
可选的，自所述结合层的表面沿过渡层的厚度方向，所述过渡层中耐腐蚀涂层的材料按5wt％～99wt％均匀分布。
可选的，所述耐腐蚀涂层为结晶结构。
可选的，所述耐腐蚀涂层的材料为α-SiAlON或者β-SiAlON。
可选的，所述耐腐蚀涂层以固溶体形态存在。
可选的，所述耐腐蚀涂层的厚度为20微米～40微米。
相应的，本发明还提供一种等离子体处理装置，包括：反应腔，其内为等离子体环境；上述的半导体零部件，所述耐腐蚀涂层暴露于所述等离子体环境中。
可选的，所述等离子体包括含F等离子体、含Cl等离子体、含H等离子体或含O等离子体中的至少一种。
可选的，所述等离子体处理装置为等离子体刻蚀装置或者等离子体清洗装置。
可选的，当等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置时，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、绝缘环和等离子体约束装置中的至少一种。
可选的，当等离子体处理装置为电容耦合等离子体处理装置时，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、等离子体约束装置中的至少一种。
相应的，本发明还提供一种形成上升半导体零部件的方法，包括：提供零部件本体；在所述零部件本体的表面形成结合层；在所述结合层的表面形成耐腐蚀涂层。
可选的，所述结合层的形成工艺包括：原子层沉积工艺或者物理气相沉积工艺。
可选的，所述耐腐蚀涂层的形成工艺包括：物理气相沉积工艺。
可选的，利用物理气相沉积工艺形成所述耐腐蚀涂层的靶材为单靶材，所述单靶材的材料为：硅铝氧氮化合物。
可选的，利用物理气相沉积工艺形成所述耐腐蚀涂层的靶材为双靶材，所述双靶材包括氮化铝靶材和氧化硅靶材，所述氮化铝靶材激发出的铝离子、氮离子与所述氧化硅靶材激发出的氧离子和硅离子发生化学反应形成硅铝氧氮化合物。
可选的，所述结合层和耐腐蚀涂层之间还具有过渡层，所述过渡层为结合层材料与耐腐蚀涂层材料的混合物；当所述结合层和耐腐蚀涂层均通过物理气相沉积工艺形成的，随着时间的变化，减小形成所述结合层的靶材的工作电流，同时增大所述耐腐蚀涂层的靶材的工作电流。
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：
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结合层和耐腐蚀涂层，所述结合层用于提高耐腐蚀涂层与零部件本体之间的结合力，所述耐腐蚀涂层的材料为硅铝氧氮化合物，硅铝氧氮化合物的化学性能较稳定，不易与等离子体环境中的离子发生反应，因此，不易产生颗粒污染。并且，硅铝氧氮化合物的热膨胀系数较低，其不易残留应力，因此，耐腐蚀涂层不易产生气孔或者开裂。综上，所述半导体零部件应用于等离子体环境中具有良好的耐腐蚀特性，且不易产生颗粒污染。
附图说明
图1为本发明一种等离子体处理装置的结构示意图；
图2为本发明另一种等离子体处理装置的结构示意图；
图3为本发明一种半导体零部件的结构示意图；
图4是本发明另一种半导体零部件的结构示意图；
图5是本发明形成半导体零部件的工艺流程图；
图6是本发明一种用于形成所述半导体零部件的装置示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，氧化铝与氧化钇易产生颗粒污染，为此，本发明致力于提供一种具有良好耐等离子体腐蚀的特性，且能够降低颗粒污染的半导体零部件，以下进行详细说明：
图1为本发明一种等离子体处理装置的结构示意图。
请参考图1，等离子体反应装置包括：反应腔100，反应腔100内为等离子体环境，半导体零部件和反应腔100内部腔壁暴露于等离子体环境中，所述等离子体包括含F等离子体、含Cl等离子体、含H等离子体或含O等离子体中的至少一种。
等离子体反应装置还包括：基座101，基座101用于承载待处理基片W，等离子体用于对待处理基片W进行处理。由于等离子体具有较强的腐蚀性，为了防止半导体零部件的表面被等离子体腐蚀，因此需要在零部件本体的表面涂覆耐腐蚀涂层。
在本实施例中，等离子体反应装置为电容耦合等离子体反应装置，相应的，暴露于等离子体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、等离子体约束装置109中的至少一种。
图2为本发明另一种等离子体处理装置的结构示意图。
在本实施例中，等离子体反应装置为电感耦合等离子体反应装置，相应的，暴露于等离子体环境中的半导体零部件包括：陶瓷板、内衬套600、气体喷嘴601、气体分配板、气管法兰、静电吸盘组件602、覆盖环603、聚焦环604、绝缘环和等离子体约束装置605中的至少一种。
在等离子体刻蚀工艺过程中，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体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体腐蚀环境中，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，并且贴地率更是低于10以下，因此，需要在等离子体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体的腐蚀。
如下对半导体零部件进行详细说明：
图3为本发明一种半导体零部件的结构示意图。
请参考图3，半导体零部件包括：零部件本体200；结合层201，位于所述零部件本体200的表面；耐腐蚀涂层202，位于所述结合层201的表面，所述耐腐蚀涂层的材料为硅铝氧氮化合物。
所述零部件本体200的材料为Al、Al2O3、Si或SiC中的一种。
所述结合层201的材料包括：YF3、Y2O3、YOxF1-X(0<x0.8)或钇铝氧化物中的至少一种。
所述结合层201能够提高所述耐腐蚀涂层202与零部件本体200之间的结合力。
所述耐腐蚀涂层202的材料为硅铝氧氮，硅铝氧氮的化学性能较稳定，不易与等离子体环境中的离子发生反应形成副产物，因此，有利于降低颗粒污染。同时，所述耐腐蚀涂层202的热膨胀系数低，在等离子体轰击腐蚀的过程中，所述耐腐蚀涂层202的边界不易残留应力导致涂层产生气孔或开裂。
在一种实施例中，所述耐腐蚀涂层202的材料为α-SiAlON，由于α-SiAlON非电中性，需要阳离子补偿电价不平衡，故H+能被固定到α-SiAlON的晶格中，α-SiAlON能抵御H+离子在刻蚀反应过程中的腐蚀。
在另一种实施例中，所述耐腐蚀涂层202的材料为β-SiAlON，β-SiAlON六方结构的β-Si3N4为结构基础，主晶相晶粒呈长柱状，具有较好的强度和韧性。耐腐蚀涂层202的结构更致密，在热循环过程中不易开裂。
图4是本发明另一种半导体零部件的结构示意图。
请参考图4，半导体零部件包括：零部件本体300；结合层301，位于所述零部件本体300的表面；过渡层303，位于所述结合层301的表面；耐腐蚀涂层302，位于所述过渡层303的表面。
所述零部件本体300、结合层301和耐腐蚀涂层302与上述实施例的材料、作用相同，在此不作赘述。
在本实施例中，所述结合层301与耐腐蚀涂层302之间还设有过渡层303。所述过渡层303的材料为结合层301和耐腐蚀涂层302材料的混合物，自所述结合层301的表面沿过渡层303的厚度方向，所述过渡层303中的结合层301的材料依次减少所述耐腐蚀涂层302的材料依次增加，使得所述过渡层303与结合层301、以及过渡层303与耐腐蚀涂层302界面处材料的差异性较小，因此，有利于提高所述过渡层303与结合层301之间、以及过渡层303与耐腐蚀涂层302之间的结合力，使耐腐蚀涂层302、过渡层303和结合层301之间不易因发生分层而脱落。
在一种实施例中，自所述结合层301的表面沿过渡层303的厚度方向，所述过渡层303中耐腐蚀涂层302按5wt％～99wt％均匀分布，这样能够充分提高耐腐蚀涂层302与结合层301之间的接触，有利于增强耐腐蚀涂层302与结合层301之间的结合力。
图5是本发明形成半导体零部件的工艺流程图。
请参考图5，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所述结合层；步骤S3：在所述结合层的表面形成耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层的材料为硅铝氧氮化合物。
所述结合层的材料包括：氧化钇、氟氧化钇或钇铝氧化物中的至少一种，在本实施例中，所述结合层的形成工艺为原子层沉积工艺。利用原子层沉积工艺形成所述结合层，由于是结合层材料原子级别沉积在零部件本体的表面，因此，有利于提高结合层与零部件本体的结合力。
在其它实施例中，所述结合层的形成工艺包括：物理气相沉积工艺。
所述耐腐蚀涂层的材料为α-SiAlON或者β-SiAlON，所述耐腐蚀涂层的形成工艺包括：物理气相沉积工艺。
在一种实施例中，利用物理气相沉积工艺形成所述耐腐蚀涂层的靶材为单靶材，所述单靶材的材料为：硅铝氧氮化合物。
在另一种实施例中，利用物理气相沉积工艺形成所述耐腐蚀涂层的靶材为双靶材，所述双靶材包括氮化铝靶材和氧化硅靶材，所述氮化铝靶材激发出的铝离子、氮离子与所述氧化硅靶材激发出的氧离子和硅离子发生化学反应形成硅铝氧氮化合物。
所述耐腐蚀涂层与结合层之间的结合力也较强的原因，这是：由于结合层的表面含有钇组分，在沉积SiAlON的过程中，Al组分较易锚定在结合层表面不饱和配位的O原子表面形成Y-O-Al过渡结构。
所述耐腐蚀涂层以固溶体存在的原因在于(SiO2和AlN晶体结构相似且存在空隙，根据相似相容原则容易形成固溶体。
在本实施例中，所述耐腐蚀涂层的厚度为：20微米～40微米，选择所述耐腐蚀涂层的厚度的意义在于：若所述耐腐蚀涂层的厚度小于20微米，所述耐腐蚀涂层对零部件本体的保护能力不够，使零部件本体仍易受到等离子体的腐蚀；若所述耐腐蚀涂层的厚度大于40微米，所述耐腐蚀涂层的应力较大，且应力释放会产生裂纹。
耐腐蚀涂层附着力与基体和耐腐蚀涂层相互作用有关，做厚了即削弱了两者的作用。随着耐腐蚀涂层厚度增加，基体中O或Si元素对涂层的铆定作用逐渐减弱，若存在过渡层，Y-O-Al会发生断裂。
图6是本发明一种用于形成所述半导体零部件的装置示意图。
请参考图6，用于形成所述半导体零部件的装置包括：真空腔400；氧化钇靶材401和硅铝氧氮靶材402，设于所述真空腔400内；零部件本体500，位于所述真空腔400内，与氧化钇靶材401和硅铝氧氮402靶材相对设置；第一激发装置403，用于激发氧化钇靶材401形成钇原子和氧原子，钇原子和氧原子在零部件本体500的表面形成结合层501；第二激发装置404，用于激发硅铝氧氮靶材402形成硅原子、铝原子、氧原子和氮原子，在结合层501的表面形成耐腐蚀涂层502。
通过图6所述的装置可以在零部件本体500的表面形成结合层501和耐腐蚀涂层502。其形成方法包括：利用第一激发装置403激发氧化钇靶材401在零部件本体500的表面形成结合层501，在形成结合层501的过程中，第二激发装置404不开启；形成所述结合层501之后，利用第二激发装置404激发硅铝氧氮靶材402，在所述结合层501的表面形成耐腐蚀涂层502，在形成耐腐蚀涂层502的过程中，关闭第一激发装置403。
利用图6所示装置还可以在零部件本体500的表面依次形成结合层501、过渡层(图中未示出)和耐腐蚀涂层502，所述过渡层的材料为结合层501材料与耐腐蚀涂层502材料的混合物；自所述结合层501的表面沿过渡层的厚度方向，所述过渡层中的结合层501的材料依次减少所述耐腐蚀涂层502的材料依次增加。形成所述结合层501、过渡层和耐腐蚀涂层502的方法包括：仅开启第一激发装置403激发氧化钇靶材，在零部件本体500的表面形成结合层501；逐渐降低第一激发装置403的工作电流，并逐渐增大第二激发装置404的工作电流，在所述结合层501的表面形成过渡层；形成所述过渡层之后，关闭第一激发装置403，仅开启第二激发装置404，在所述过渡层表面形成耐腐蚀涂层404。
除此之外，所述结合层501可通过原子层沉积工艺形成，所述耐腐蚀涂层502可通过双靶材形成，所述双靶材包括氮化铝靶材和氧化硅靶材，所述氮化铝靶材激发出的铝离子、氮离子与所述氧化硅靶材激发出的氧离子和硅离子发生化学反应形成硅铝氧氮化合物耐腐蚀涂层502。
选用硅铝氧氮作为耐腐蚀涂层502的材料，所述耐腐蚀涂层502的化学性质较稳定，不易与等离子体环境中的离子发生化学反应形成颗粒污染。并且，所述硅铝氧氮的热膨胀系数较小，使耐腐蚀涂层502不易发生开裂。
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。

Claims (20)

1.一种半导体零部件，其特征在于，包括：
零部件本体；
结合层，位于所述零部件本体的表面；
耐腐蚀涂层，位于所述结合层的表面，所述耐腐蚀涂层的材料包括硅铝氧氮化合物。
2.如权利要求1所述的半导体零部件，其特征在于，所述结合层的材料包括：YF3、Y2O3、YOxF1-X(0<x0.8)或硅铝氧化合物中的至少一种。
3.如权利要求1所述的半导体零部件，其特征在于，还包括：过渡层，位于所述结合层与耐腐蚀涂层之间。
4.如权利要求3所述的半导体零部件，其特征在于，所述过渡层的材料为结合层材料与耐腐蚀涂层材料的混合物；自所述结合层的表面沿过渡层的厚度方向，所述过渡层中的结合层的材料依次减少所述耐腐蚀涂层的材料依次增加。
5.如权利要求4所述的半导体零部件，其特征在于，自所述结合层的表面沿过渡层的厚度方向，所述过渡层中耐腐蚀涂层的材料按5wt％～99wt％均匀分布。
6.如权利要求1所述的半导体零部件，其特征在于，所述耐腐蚀涂层为结晶结构。
7.如权利要求1所述的半导体零部件，其特征在于，所述耐腐蚀涂层的材料为α-SiAlON或者β-SiAlON。
8.如权利要求1所述的半导体零部件，其特征在于，所述耐腐蚀涂层以固溶体形态存在。
9.如权利要求1所述的半导体零部件，其特征在于，所述耐腐蚀涂层的厚度为20微米～40微米。
10.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
反应腔，其内为等离子体环境；
如权利要求1至权利要求9任一项所述的半导体零部件，所述耐腐蚀涂层暴露于所述等离子体环境中。
11.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体包括含F等离子体、含Cl等离子体、含H等离子体或含O等离子体中的至少一种。
12.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述等离子体处理装置为等离子体刻蚀装置或者等离子体清洗装置。
13.如权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于，当等离子体处理装置为电感耦合等离子体处理装置时，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、绝缘环和等离子体约束装置中的至少一种。
14.如权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于，当等离子体处理装置为电容耦合等离子体处理装置时，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、等离子体约束装置中的至少一种。
15.一种形成如权利要求1至权利要求9任一项所述的半导体零部件的方法，其特征在于，包括：
提供零部件本体；
在所述零部件本体的表面形成结合层；
在所述结合层的表面形成耐腐蚀涂层。
16.如权利要求15所述的半导体零部件的形成方法，其特征在于，所述结合层的形成工艺包括：原子层沉积工艺或者物理气相沉积工艺。
17.如权利要求16所述的半导体零部件的形成方法，其特征在于，所述耐腐蚀涂层的形成工艺包括：物理气相沉积工艺。
18.如权利要求17所述的半导体零部件的形成方法，其特征在于，利用物理气相沉积工艺形成所述耐腐蚀涂层的靶材为单靶材，所述单靶材的材料为：硅铝氧氮化合物。
19.如权利要求17所述的半导体零部件的形成方法，其特征在于，利用物理气相沉积工艺形成所述耐腐蚀涂层的靶材为双靶材，所述双靶材包括氮化铝靶材和氧化硅靶材，所述氮化铝靶材激发出的铝离子、氮离子与所述氧化硅靶材激发出的氧离子和硅离子发生化学反应形成硅铝氧氮化合物。
20.如权利要求17所述的半导体零部件的形成方法，其特征在于，所述结合层和耐腐蚀涂层之间还具有过渡层，所述过渡层的材料为结合层材料与耐腐蚀涂层材料的混合物；当所述结合层和耐腐蚀涂层均通过物理气相沉积工艺形成的，随着时间的变化，减小形成所述结合层的靶材的工作电流，同时增大所述耐腐蚀涂层的靶材的工作电流。
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