稀土氧化物基單片式腔室材料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明的實施例大體而言關于抗等離子體的稀土氧化物基（rare-earth oxide based)材料，并且尤其是關于由抗等離子體的稀土氧化物基材料形成的固體燒結陶瓷制 品。
【背景技術】
[0002] 在半導體工業(yè)中，通過眾多用于生產(chǎn)尺寸日益縮小的結構的制造工藝來制造器 件。一些制造工藝（諸如，等離子體蝕刻和等離子體清潔工藝）使基板暴露于高速的等離 子體流中以蝕刻或清潔基板。等離子體可能是高度腐蝕性的，并且可能腐蝕處理腔室以及 暴露于等離子體的其他表面。此腐蝕可能產(chǎn)生頻繁地污染正在經(jīng)處理的基板的粒子，從而 導致器件缺陷。另外，此腐蝕可能使來自腔室部件的金屬原子污染經(jīng)處理的基板（例如，經(jīng) 處理的晶片）。
[0003] 隨著器件幾何形狀縮小，對缺陷和金屬污染的敏感性增加，并且粒子污染物規(guī)范 和金屬污染物規(guī)范變得更加嚴格。因此，隨著器件幾何形狀縮小，可允許的粒子缺陷和金屬 污染的水平可能降低。為了使由等離子體蝕刻和/或等離子體清潔工藝引入的粒子缺陷和 金屬污染最小化，已經(jīng)開發(fā)出抗等離子體的腔室材料。此類抗等離子體材料的示例包括由 Al203、AlN、SiC和Y2O3組成的陶瓷。然而，這些陶瓷材料的抗等離子體特性對于一些應用可 能是不夠的。例如，使用傳統(tǒng)的陶瓷制造工藝而制造的抗等離子體的陶瓷蓋和/或噴嘴在 用于具有90nm或更小的關鍵尺寸的半導體器件的等離子體蝕刻工藝時可能產(chǎn)生不可接受 的粒子缺陷水平。
【附圖說明】
[0004] 在所附附圖的諸圖中以示例方式而非限制方式圖示了本發(fā)明，在這些附圖中，相 似的元件符號指示類似的元件。應當注意，在本公開中對"一"或"一個"實施例的不同引 用不一定是指相同的實施例，并且此類引用意味著至少一個實施例。
[0005] 圖1是具有一個或更多個腔室部件的半導體處理腔室的剖視圖，這些腔室部件是 使用本文的實施例中所提供的陶瓷材料而產(chǎn)生的固體燒結陶瓷制品。
[0006] 圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、用于形成固體燒結陶瓷制品的工藝。
[0007] 圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的各種固體燒結陶瓷制品對在2200瓦特的偏置功 率下生成的等離子體的抗濺射性。
[0008] 圖4圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的各種固體燒結陶瓷制品對使用VH2化學品而生 成的等離子體的抗侵蝕性。
[0009] 圖5圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的各種固體燒結陶瓷制品對使用CHFvCFJ^學品而 生成的等離子體的抗侵蝕性。
[0010] 圖6A是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的各種固體燒結陶瓷制品對使用N2/H2化學品而 生成的等離子體的抗侵蝕性的圖表。
[0011] 圖6B是示出各種塊狀燒結陶瓷制品的蝕刻前和蝕刻后粗糙度的圖表。
【具體實施方式】
[0012] 本發(fā)明的實施例涉及新型燒結陶瓷材料并涉及制造這些新型燒結陶瓷材料的方 法。在實施例中，燒結陶瓷材料可具有固溶體，所述固溶體包括：約30摩爾％至約60摩 爾％的濃度的Y 2O3;約20摩爾％至約60摩爾％的濃度的Er 203;以及約0摩爾％至約30摩 爾％的濃度的Zr02、Gd 2O3或SiO2中的至少一者。在其他實施例中，燒結陶瓷材料可具有包 括Y 203、Zr0#P /或Al 203的混合物的固溶體。新型燒結陶瓷材料可用于產(chǎn)生用于等離子體 蝕刻反應器的腔室部件。在等離子體蝕刻反應器中使用利用本文所描述的新型燒結陶瓷材 料而產(chǎn)生的腔室部件可使得相比使用利用常規(guī)的抗等離子體的陶瓷材料而產(chǎn)生的腔室部 件大大地減少晶片上金屬污染和/或離子缺陷。具體而言，通過使用本文的實施例中所描 述的陶瓷材料可大大地減少釔、鋁及鋅的金屬污染。可由半導體、顯示器、光電元件、微機電 系統(tǒng)（micro-electro-mechanical systems ;MEMS)裝置等的制造商來指定經(jīng)處理的晶片 上的這些金屬污染物的減少。
[0013] 當在本文中使用術語"大約"和"約"時，旨在意味著所呈現(xiàn)的標稱值的精確度在 ± 10 % 內(nèi)。
[0014] 參照作為等離子體蝕刻反應器（也稱為等離子體蝕刻器）的腔室部件的固體燒結 陶瓷制品來描述實施例。例如，陶瓷制品可以是工藝套環(huán)、腔室蓋、氣體分配板、噴淋頭、靜 電夾盤和升舉銷。然而，本文所描述的固體燒結陶瓷材料也可用于具有暴露于等離子體環(huán) 境的部件的其他裝置，諸如，等離子體清洗器、等離子體推進系統(tǒng)，等等。此外，參照固體燒 結陶瓷制品來描述實施例。然而，所討論實施例還使用于沉積的陶瓷涂層，諸如，等離子體 噴涂的陶瓷涂層以及使用離子輔助沉積（IAD)技術而施加的陶瓷涂層。因此，應當理解，對 固體燒結陶瓷材料的討論還適用于相同組成的沉積的陶瓷材料。
[0015] 本文中參照當在用于等離子體蝕刻和/或等離子體清洗工藝的工藝腔室中使用 時導致減少的粒子缺陷和金屬污染的陶瓷制品來描述實施例。然而，應當理解，本文中所 討論的陶瓷制品當在用于其他工藝的工藝腔室、非等離子體蝕刻器、非等離子體清潔器、 化學氣相沉積（CVD)爐、物理氣相沉積（PVD)爐等中使用時也提供減少的粒子缺陷和金 屬污染，其他工藝諸如，等離子體增強化學氣相沉積（PECVD)、等離子體增強物理氣相沉積 (PEPVD)、等離子體增強原子層沉積（PEALD)等等。
[0016] 圖1是具有一個或更多個腔室部件的半導體處理腔室100的剖視圖，所述腔室部 件100是使用本文的實施例中所提供的陶瓷材料而產(chǎn)生的固體燒結陶瓷制品。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可以是等離子體蝕刻反 應器（也稱為等離子體蝕刻器）、等離子體清洗器等的腔室?？捎晒腆w燒結抗等離子體的 陶瓷材料組成或可包括固體燒結抗等離子體的陶瓷材料的腔室部件的示例包括靜電夾盤 (ESC) 150、環(huán)（例如，工藝套環(huán)或單環(huán)）、腔室壁、氣體分配板、噴淋頭、襯墊、襯墊套組、腔室 蓋104、噴嘴132,等等。下文參考圖2更詳細地描述用于形成這些腔室組件中的一個或更 多個的固體燒結陶瓷材料。
[0017] 在一個實施例中，處理腔室100包括封圍內(nèi)部容積106的腔室體102和蓋130。蓋 130在其中心處可具有孔，并且可將噴嘴132插入所述孔中。在一些實施例中，使用噴灑頭 而不是蓋130和噴嘴132。腔室體102可由鋁、不銹鋼或其他合適的材料制成。腔室體102 一般包括側壁108和底部110。蓋130、噴嘴132、噴淋頭等中的任何一者可包括固體燒結陶 瓷材料。
[0018] 外襯墊116可鄰接側壁108而設置以保護腔室體102。外襯墊116可以是由稀土 氧化物基材料制成的抗等離子體的層。
[0019] 可在腔室體102中限定排氣口 126,并且所述排氣口 126可將內(nèi)部容積106耦接至 栗系統(tǒng)128。栗系統(tǒng)128可包括一個或更多個栗和節(jié)流閥，這些栗和節(jié)流閥用于排空并調節(jié) 處理腔室100的內(nèi)部容積106的壓力。
[0020] 可在腔室體102的側壁108上支撐蓋130。蓋130可被打開以允許對處理腔室100 的內(nèi)部容積106的接取，并且在關閉時可為處理腔室100提供密封?？蓪怏w面板158耦 接至處理腔室100,以便通過噴嘴132將工藝和/或清潔氣體提供至內(nèi)部溶劑106。
[0021] 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鹵素氣體（諸如， C2F6' SF6、SiCl4、HBr、NF3、CF4、CHF 3、CH2F3' F、NF3、Cl2、CC14、BCl3和 (諸如，〇2或1〇)。載氣的示例包括N2、He、Ar以及對于處理氣體是惰性的其他氣體（例如， 非反應的氣體）。在蓋130下方的處理腔室100的內(nèi)部容積106中設置基板支撐組件148。 基板支撐組件148在處理期間支持基板144。環(huán)147 (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中。環(huán)147可由本文中所 描述的固體燒結陶瓷材料中的任何一種形成。
[0022] 可在基板支撐組件148