等離子體處理裝置及其制作方法
【專利摘要】一種等離子體處理裝置及其制作方法，所述等離子體處理裝置包括：至少一個(gè)暴露于等離子體的部件，所述部件包括：基體；位于所述基體表面的第一保護(hù)層，所述第一保護(hù)層內(nèi)包括若干孔洞；位于所述第一保護(hù)層表面的第二保護(hù)層，所述第二保護(hù)層的密度高于所述第一保護(hù)層的密度，所述第二保護(hù)層內(nèi)的孔洞百分比密度為0～1％。所述等離子體處理裝置的處理狀態(tài)穩(wěn)定、壽命延長，抗等離子體侵蝕的能力提高。
【專利說明】
等離子體處理裝置及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子體處理裝置及其制作方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于集成電路的制造的等離子體處理工藝中包括等離子體沉積工藝、和等離子體 刻蝕工藝等。所述等離子體處理工藝的原理包括：使用射頻功率源驅(qū)動(dòng)等離子體發(fā)生裝 置，例如電容親合等離子體（capacitive coupled plasma，簡稱CCP)，或電感親合等離子體 (inductive coupled plasma，簡稱ICP))產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻交變磁場(chǎng)，使得低壓的反應(yīng)氣體 被電離產(chǎn)生等離子體。等離子體中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基等 活性粒子，所述活性粒子可以和待處理晶圓的表面發(fā)生多種物理和化學(xué)反應(yīng)，使得晶圓表 面的形貌發(fā)生改變，即完成等離子體處理工藝。
[0003] 在等離子體制程工藝中，等離子體處理裝置（例如等離子體刻蝕裝置或等離子體 沉積裝置）內(nèi)部的組件暴露于等離子體中，并受到等離子中的反應(yīng)組分的轟擊，例如cf 4S Cl2所激發(fā)的等離子體，例如等離子體處理裝置中的噴淋頭（shower head)、晶圓夾持件、反 應(yīng)腔內(nèi)壁等；所述等離子體會(huì)對(duì)所轟擊的等離子體處理裝置的內(nèi)部組件造成侵蝕損傷，不 僅會(huì)降低等離子體處理裝置的壽命，還會(huì)使等離子體處理裝置的處理質(zhì)量變差，等離子體 處理裝置的穩(wěn)定性和可控性變差。
[0004] 為了對(duì)等離子體處理裝置的內(nèi)部組件進(jìn)行保護(hù)，現(xiàn)有技術(shù)會(huì)在所述等離子體的內(nèi) 部組件表面形成保護(hù)層，例如在反應(yīng)腔內(nèi)壁表面、噴淋頭表面或晶圓夾持間表面形成保護(hù) 層；所述保護(hù)層的材料通常為陶瓷材料、半導(dǎo)體材料或金屬材料。
[0005] 然而，由于所述等離子體處理裝置的內(nèi)部組件與保護(hù)層之間的熱膨脹系數(shù)的差異 很大，在等離子體刻蝕過程中鋁合金內(nèi)部組件的體積熱膨脹將誘發(fā)表面保護(hù)層開裂及剝 落，導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)在等離子體處理裝置的內(nèi)部組件表面所形成的保護(hù)層的保護(hù)能力較差， 依舊會(huì)引起等離子體處理裝置的處理質(zhì)量較差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的問題是提供一種等離子體處理裝置及其制作方法，所述等離子體處 理裝置的處理狀態(tài)穩(wěn)定、壽命延長，抗等離子體侵蝕的能力提高。
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種等離子體處理裝置，包括：
[0008] 至少一個(gè)暴露于等離子體的部件，所述部件包括：
[0009] 基體；
[0010] 位于所述基體表面的第一保護(hù)層，所述第一保護(hù)層內(nèi)包括若干孔洞；
[0011] 位于所述第一保護(hù)層表面的第二保護(hù)層，所述第二保護(hù)層的密度高于所述第一保 護(hù)層的密度，所述第二保護(hù)層內(nèi)的孔洞百分比密度為0~1%。
[0012] 可選的，所述第一保護(hù)層的材料包括陶瓷材料。
[0013] 可選的，所述第一保護(hù)層的材料包括Υ203、A120 3、Zr02、Er02、YF3或YAG。
[0014] 可選的，所述第一保護(hù)層內(nèi)孔洞的體積百分比密度為2%~20%。
[0015] 可選的，所述第一保護(hù)層具有相對(duì)的第一表面和第二表面，所述第一表面與基體 相接觸，所述第二表面與第二保護(hù)層相接觸；自所述第一表面至第二表面，所述第一保護(hù)層 的密度逐漸增大。
[0016] 可選的，所述第一保護(hù)層的厚度大于10微米。
[0017] 可選的，所述第二保護(hù)層的材料包括陶瓷材料；所述第一保護(hù)層的材料與第二保 護(hù)層的材料相同或不同。
[0018] 可選的，所述第二保護(hù)層的材料包括 Y203、A1203、Zr02、Er0 2、A1F3、YF3、YFO、A1F0 或 YAG〇
[0019] 可選的，所述第二保護(hù)層內(nèi)孔洞的體積百分比密度為0%。
[0020] 可選的，所述第二保護(hù)層的厚度為5微米~350微米。
[0021] 可選的，還包括：反應(yīng)腔；位于所述反應(yīng)腔頂部的噴淋頭；位于所述反應(yīng)腔內(nèi)的基 座；固定于基座上的晶圓夾持裝置；位于反應(yīng)腔內(nèi)且包圍于基座外側(cè)的等離子約束環(huán)；反 應(yīng)腔側(cè)壁；位于反應(yīng)腔側(cè)壁內(nèi)表面的襯墊裝置。
[0022] 可選的，所述暴露于等離子體的部件包括所述反應(yīng)腔、噴淋頭、反應(yīng)腔側(cè)壁、基座、 襯墊裝置和晶圓夾持裝置中的一種或多種。
[0023] 可選的，所述基體的材料包括鋁、硅、碳化硅、不銹鋼、或陶瓷材料；所述基體表面 的材料為硅、碳化硅、或陶瓷材料。
[0024] 可選的，所述基體包括基底、以及位于基底表面的涂層。
[0025] 可選的，所述涂層的材料包括硅、碳化硅、或陶瓷材料；所述基底的材料為鋁、硅、 碳化硅、不銹鋼、或陶瓷材料。
[0026] 可選的，所述第二保護(hù)層的厚度小于第一保護(hù)層的厚度。
[0027] 相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種上述任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置的制造方法，包 括：
[0028] 提供基體；
[0029] 在所述基體表面形成第一保護(hù)層，所述第一保護(hù)層內(nèi)包括若干孔洞
[0030] 在所述第一保護(hù)層表面形成第二保護(hù)層，所述第二保護(hù)層的密度高于所述第一保 護(hù)層的密度，所述第二保護(hù)層內(nèi)的孔洞百分比密度為〇~1%，所述第二保護(hù)層。
[0031] 可選的，所述第一保護(hù)層的形成工藝為熱噴涂工藝或等離子體噴涂工藝或化學(xué)鍍 工藝。
[0032] 可選的，所述第二保護(hù)層的形成工藝為等離子體增強(qiáng)物理氣相沉積。
[0033] 可選的，所述第二保護(hù)層的形成工藝為等離子體增強(qiáng)物理氣相沉積工藝，所述等 離子體增強(qiáng)物理氣相沉積工藝包括：提供反應(yīng)腔；所述反應(yīng)腔內(nèi)包括位于下方的容器，所 述容器內(nèi)放置有適于汽化的沉積材料；所述反應(yīng)腔內(nèi)的上方固定有待沉積部件，所述待沉 積部件電連接到偏置電壓源；所述反應(yīng)腔外設(shè)置有射頻天線和工藝氣體供應(yīng)裝置，所述射 頻天線電連接到射頻電源，適于使射頻能量通過射頻天線饋入反應(yīng)腔，所述工藝氣體供應(yīng) 裝置適于使工藝氣體通入待沉積部件下方。
[0034] 可選的，等離子體增強(qiáng)物理氣相沉積工藝的參數(shù)包括：待沉積部件溫度為0°C~ 750°C，射頻電源功率為0. 05kW~20kW，偏置電壓源的輸出電壓為OV~5000V，工藝氣體包 括氧氣，氧氣的流量為Osccm~2000sccm。
[0035] 可選的，所述第二保護(hù)層的厚度小于第一保護(hù)層的厚度。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0037] 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，基體表面具有第一保護(hù)層，所述第一保護(hù)層表面具有第二保護(hù) 層。所述第一與第二保護(hù)層的厚度根據(jù)使用壽命需要可厚達(dá)300微米以上。由于所述基體 材料如鋁合金等與所述耐等離子體刻蝕的第一或第二陶瓷涂層之間的熱膨脹系數(shù)的差異 很大，在等離子體刻蝕過程中鋁合金基體的體積熱膨脹將誘發(fā)表面陶瓷保護(hù)涂層開裂及剝 落。為了消除這種涂層組織在等離子體刻蝕過程中的組織不穩(wěn)定，本發(fā)明中，所述第一保護(hù) 層內(nèi)包括若干孔洞，所述第一保護(hù)層內(nèi)的孔洞百分比密度為2~20%。所述第二保護(hù)層內(nèi) 的孔洞百分比密度從基體表面至第二保護(hù)層接觸表面而逐漸減小，以保證表面涂層之間以 及與基體之間的穩(wěn)固結(jié)合力。所述第一保護(hù)層的密度小于所述第二保護(hù)層的密度，所述第 一保護(hù)層能夠作為基體與第二保護(hù)層之間的過渡，用于緩沖所述第二保護(hù)層與基體之間因 熱膨脹系數(shù)的差異而引起的應(yīng)力問題；由于所述第一保護(hù)層內(nèi)包括若干孔洞，在受熱過程 中，所述孔洞為熱膨脹預(yù)留了空間，從而能夠支撐或消除基體體積熱脹冷縮對(duì)第二保護(hù)層 的影響，以此保證所制備工件的使用穩(wěn)定性。
[0038] 其次，由于所述第一保護(hù)層表面具有第二保護(hù)層，所述第一保護(hù)層和第二保護(hù)層 的疊層組合具有足夠大的厚度，能夠承受較高的電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度，從而能夠?qū)λ龌w提供 了足夠大的保護(hù)作用，，所述第二保護(hù)層的厚度根據(jù)所保護(hù)基體使用壽命及等離子體刻蝕 功率大小可設(shè)計(jì)大于、等于、或小于所述第一保護(hù)層的厚度；從而提高了所述等離子體處理 裝置的工作安全性，降低了制造成本和制造難度。
[0039] 再次，由于所述第二保護(hù)層的密度高于第一保護(hù)層的密度，所述第二保護(hù)層內(nèi)的 孔洞百分比密度為0~1 %，因此，所述第二保護(hù)層的表面光滑，對(duì)等離子體侵蝕的抵御能 力更高，而且能夠避免因等離子體的轟擊而產(chǎn)生微粒，保證了等離子體處理過程的潔凈，減 少污染。因此，所述等離子體處理裝置的處理過程穩(wěn)定、使用壽命延長。
[0040] 進(jìn)一步，所述第一保護(hù)層的材料包括Y203、A1203、Zr0 2、Er02、YF3S YAG ;所述第二 保護(hù)層的材料包括Y2〇3、A1203、Zr0 2、Er02、A1F3、YF3、YFO、A1F0或YAG。所述第一保護(hù)層和 第二保護(hù)層的材料對(duì)于等離子體腐蝕具有較高的抵抗能力，從而能夠在等離子體處理過程 中，避免基體受到等離子體的腐蝕損傷。
[0041] 進(jìn)一步，所述第一保護(hù)層內(nèi)孔洞的體積百分比密度為2%~20%。所述第一保護(hù) 層內(nèi)的孔洞能夠?yàn)榈谝槐Ｗo(hù)層和第二保護(hù)層的熱膨脹預(yù)留空間，從而避免因第二保護(hù)層和 基體之間的熱膨脹差異而在基體和第二保護(hù)層內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，延長了等離子體處理裝置的壽 命。
[0042] 進(jìn)一步，所述第一保護(hù)層具有相對(duì)的第一表面和第二表面，所述第一表面與基體 相接觸，所述第二表面與第二保護(hù)層相接觸，且自所述第一表面至第二表面，所述第一保護(hù) 層的密度逐漸增大，即所述第一保護(hù)層內(nèi)的孔洞體積百分比密度逐漸減小。由于所述第二 保護(hù)層內(nèi)不具有孔洞或孔洞極少，所述第一保護(hù)層的密度逐漸增大，不僅能夠使第一保護(hù) 層作為基體到第二保護(hù)層的緩沖更為緩和，而且能夠增強(qiáng)第一保護(hù)層與第二保護(hù)層之間的 粘附力，增強(qiáng)了等離子體處理裝置的穩(wěn)定性。
[0043] 進(jìn)一步，所述第一保護(hù)層的厚度至少大于10微米，所述通常使用情況下第一保護(hù) 層的厚度大于200微米。，所述第二保護(hù)層的厚度為至少大于5微米，所述通常使用情況下 第二保護(hù)層的厚度為50微米~150微米。所述使用極高等離子體功率O7000W)進(jìn)行等離 子體刻蝕的工藝環(huán)境中，第一保護(hù)層和第二保護(hù)層的厚度可以分別大于200微米和150微 米。由于所述第二保護(hù)層位于第一保護(hù)層表面，則所述第二保護(hù)層的厚度無需過厚，也能夠 保證對(duì)基體具有足夠大的保護(hù)能力。而所述第一保護(hù)層的密度低于第二保護(hù)層的密度，所 述第二保護(hù)層的形成工藝難度較高、且工藝成本較高，而所述第一保護(hù)層的形成工藝簡單、 工藝成本較低，因此，能夠使第一保護(hù)層的厚度較厚，而第二保護(hù)層的厚度較薄，以此降低 工藝難度、減少工藝成本。
[0044] 進(jìn)一步，所述第一保護(hù)層的材料與第二保護(hù)層的材料相同或不同。當(dāng)所述第一保 護(hù)層和第二保護(hù)層的材料相同時(shí)，能夠增強(qiáng)所述第一保護(hù)層和第二保護(hù)層之間的粘附力， 使得第一保護(hù)層和第二保護(hù)層對(duì)基體的保護(hù)更為穩(wěn)定、抗腐蝕能力更強(qiáng)。
[0045] 進(jìn)一步，所述第二保護(hù)層內(nèi)孔洞的體積百分比密度為0%。即所述第二保護(hù)層內(nèi)無 孔洞，所述第二保護(hù)層的密度較高，且第二保護(hù)層表面更為光滑，則所述第二保護(hù)層的抗等 離子體腐蝕的能力較強(qiáng)，而且不會(huì)因受到等離子體的轟擊而產(chǎn)生微粒，有利于避免等離子 體處理過程中的污染。
[0046] 本發(fā)明的制作方法中，在基體表面形成第一保護(hù)層，在所述第一保護(hù)層表面形成 第二保護(hù)層。其中，所述第一保護(hù)層內(nèi)包括若干孔洞，所述第一保護(hù)層的密度小于所述第二 保護(hù)層的密度，所述第一保護(hù)層能夠作為基體與第二保護(hù)層之間的過渡，用于緩沖所述第 二保護(hù)層與基體之間因熱膨脹系數(shù)的差異而引起的應(yīng)力問題；由于所述第一保護(hù)層內(nèi)包括 若干孔洞，在受熱過程中，所述孔洞為熱膨脹預(yù)留了空間，從而能夠支撐所述第二保護(hù)層的 熱膨脹，以此消除熱脹冷縮的影響。
[0047] 其次，由于在所述第一保護(hù)層表面形成第二保護(hù)層，所述第一保護(hù)層和第二保護(hù) 層的疊層組合具有足夠大的厚度，能夠承受較高的電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度，從而能夠?qū)λ龌w提 供了足夠大的保護(hù)作用，則所述第二保護(hù)層無需過厚，所述第二保護(hù)層的厚度能夠小于所 述第一保護(hù)層的厚度；從而降低了所述等離子體處理裝置的制造成本和制造難度。
[0048] 再次，由于所述第二保護(hù)層的密度高于第一保護(hù)層的密度，所述第二保護(hù)層內(nèi)的 孔洞百分比密度為0~1 %，因此，所述第二保護(hù)層的表面光滑，對(duì)等離子體侵蝕的抵御能 力更高，而且能夠避免因等離子體的轟擊而產(chǎn)生微粒，保證了等離子體處理過程的潔凈，減 少污染。因此，所述等離子體處理裝置的處理過程穩(wěn)定、使用壽命延長。
[0049] 進(jìn)一步，所述第二保護(hù)層的形成工藝為等離子體增強(qiáng)物理氣相沉積工藝，所述第 二保護(hù)層可以在真空環(huán)境中形成，工藝難度較大、形成速率較慢、且工藝成本較高。所述第 二保護(hù)層組織致密并無組織缺陷。；所述第一保護(hù)層的形成工藝為熱噴涂（或等離子體噴 涂）工藝或化學(xué)鍍工藝，所述第一保護(hù)層可以在非真空條件下形成，工藝難度較小、形成速 率較快、且工藝成本較低。所述第一保護(hù)層含有組織缺陷如空洞或裂紋。由于所述第二保 護(hù)層位于第一保護(hù)層表面，則所述第二保護(hù)層的厚度無需過厚，也能夠保證對(duì)基體具有足 夠大的保護(hù)能力，因此，能夠使第一保護(hù)層的厚度較厚，而第二保護(hù)層的厚度較薄，以此降 低工藝難度、減少工藝成本。
【附圖說明】
[0050] 圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的包括低密度保護(hù)層的等離子體處理裝置的剖面結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0051] 圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例的高密度保護(hù)層的等離子體處理裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0052] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的等離子體處理裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的由的第一保護(hù)層和第二保護(hù)層保護(hù)的氣體噴淋頭的剖面 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054] 圖5至圖8是本發(fā)明實(shí)施例的在氣體噴淋頭氣孔表面形成第一保護(hù)層和第二保護(hù) 層的過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第二保護(hù)層的制備設(shè)備裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056] 圖10是本發(fā)明實(shí)施例的基體、第一保護(hù)層和第二保護(hù)層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057] 如【背景技術(shù)】所述，現(xiàn)有技術(shù)在等離子體處理裝置的內(nèi)部組件表面所形成的保護(hù)層 的保護(hù)能力較差，依舊會(huì)引起等離子體處理裝置的處理質(zhì)量較差的問題。
[0058] 請(qǐng)參考圖1，圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的等離子體處理裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。所述 等離子體處理裝置包括：基體1〇〇 ;位于基體1〇〇表面的低密度保護(hù)層101。其中，所述基體 100為等離子體處理裝置的噴淋頭；所述低密度保護(hù)層101的材料為γ 203。
[0059] 所述等離子體噴淋頭的表面為娃材料或碳化娃材料，所述基體100能夠整體為所 述娃材料或碳化娃材料，或者在金屬材料體部表面涂布娃材料或碳化娃材料涂層。所述娃 材料或碳化硅材料的表面與等離子體處理制程中的等離子體反應(yīng)能力較弱，能夠減少對(duì)等 離子體處理工藝的污染。然而，在高功率的等離子體處理工藝過程中，例如功率大于8kW的 等離子體刻蝕工藝過程中，基體100表面的硅材料或碳化硅材料極易被轟擊成為顆粒，并 分散于反應(yīng)腔內(nèi)，不僅對(duì)工藝制程造成污染，還減少了基體的壽命。因此，在所述基體100 表面，需要形成所述低密度保護(hù)層101進(jìn)行保護(hù)。
[0060] 請(qǐng)參考表1，所述低密度保護(hù)層101為多孔材料，所述低密度保護(hù)層101在含有鹵 族元素的等離子體環(huán)境中受到侵蝕的速率較低，其標(biāo)準(zhǔn)化侵蝕率（受侵蝕材料體積占整體 體積的百分比）為1. 4%，因此，在基體100表面涂布低密度保護(hù)層101，能夠保護(hù)所述基體 100免受等離子體的侵蝕。然而，由于所述低密度保護(hù)層101的密度較低，內(nèi)部具有加多孔 洞（porosity)，所述低密度保護(hù)層101較為疏松，當(dāng)受到較高功率的等離子體轟擊時(shí)，所述 低密度保護(hù)層101的材料容易被轟擊成為微粒，并分散于反應(yīng)腔內(nèi)，從而對(duì)等離子體處理 工藝造成污染，導(dǎo)致等離子體處理工藝的質(zhì)量變差。
[0061] 為了避免對(duì)等離子體處理工藝造成污染，請(qǐng)參考圖2,圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例的 等離子體處理裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。所述等離子體處理裝置包括：基體200 ;位于基體 200表面的高密度保護(hù)層201。其中，所述基體200為等離子體處理裝置的噴淋頭；所述高 密度保護(hù)層201的材料為Y 203。
[0062] 其中，所述高密度保護(hù)層201的材料為無孔洞材料，所述高密度保護(hù)層201的材料 致密，因此所述高密度保護(hù)層201的強(qiáng)度較高，在高功率的等離子體轟擊下，也難以轟擊產(chǎn) 生微粒，能夠保證等離子體處理工藝過程的潔凈。而且，請(qǐng)參考表1，所述高密度保護(hù)層201 在含有鹵族元素的等離子體環(huán)境中受到侵蝕的速率較低，其標(biāo)準(zhǔn)化侵蝕率（受侵蝕材料體 積占整體體積的百分比）為〇. 5%，因此，在基體200表面涂布高密度保護(hù)層，能夠保護(hù)所述 基體200免受等離子體的侵蝕。
[0063] 然而，所述高密度保護(hù)層201的形成速率極慢，通常難以生長到大于200微米的厚 度，而所述高密度保護(hù)層201的厚度低于200微米，則無法對(duì)基體200提供足夠的保護(hù)作 用，基體依舊會(huì)受到等離子體的腐蝕。而且，由于所述高密度保護(hù)層201的材料為無孔洞材 料，因此所述高密度保護(hù)層201的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于基體200的熱膨脹系數(shù)，所述高密度保 護(hù)層201內(nèi)部也不具有為熱膨脹提供緩沖的孔洞，因此，在較大的溫度差異狀態(tài)下，所述高 密度保護(hù)層201和基體200之間會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，所述應(yīng)力容易造成等離子體處理裝置 的損壞，或者造成所述高密度保護(hù)層201的開裂、分層等問題。此外，所述高密度保護(hù)層201 的生產(chǎn)成本較高，進(jìn)而增加了等離子體處理工藝的成本。
[0064] 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，還能夠直接以具有低等離子體腐蝕率的材料制作基 體，例如直接以Y 2〇3制作所述等離子體處理裝置的噴淋頭，則所述基體表面即為Y2〇3。然 而，由于所述具有低等離子體腐蝕率的材料通常為陶瓷材料，所形成的基體導(dǎo)熱系數(shù)較低， 會(huì)影響等離子體處理裝置的性能；而且，所述具有低等離子體腐蝕率的材料難以進(jìn)行加工， 即不易在所述所形成的基體內(nèi)進(jìn)行鉆孔、挖槽的后續(xù)加工，則制作形成所需的等離子體處 理裝置組件的難度較大，例如難以制作成為噴淋頭或晶圓夾持件等。
[0065] 表 1
[0066]
[0067] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種等離子體處理裝置及其制作方法。在所述等 離子體處理裝置結(jié)構(gòu)中，基體表面具有第一保護(hù)層，所述第一保護(hù)層表面具有第二保護(hù)層。 其中，所述第一保護(hù)層內(nèi)包括若干孔洞，所述第一保護(hù)層的密度小于所述第二保護(hù)層的密 度，所述第一保護(hù)層能夠作為基體與第二保護(hù)層之間的過渡，用于緩沖所述第二保護(hù)層與 基體之間因熱膨脹系數(shù)的差異而引起的應(yīng)力問題；由于所述第一保護(hù)層內(nèi)包括若干孔洞， 在受熱過程中，所述孔洞為熱膨脹預(yù)留了空間，從而能夠支撐所述第二保護(hù)層的熱膨脹，以 此消除熱脹冷縮的影響。其次，由于在所述第一保護(hù)層表面形成第二保護(hù)層，所述第一保護(hù) 層和第二保護(hù)層的疊層組合具有足夠大的厚度，能夠承受較高的電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度，從而能夠 對(duì)所述基體提供了足夠大的保護(hù)作用，則所述第二保護(hù)層無需過厚，所述第二保護(hù)層的厚 度能夠小于所述第一保護(hù)層的厚度；從而降低了所述等離子體處理裝置的制造成本和制造 難度。再次，由于所述第二保護(hù)層的密度高于第一保護(hù)層的密度，所述第二保護(hù)層內(nèi)的孔洞 百分比密度為0~1 %，因此，所述第二保護(hù)層的表面光滑，對(duì)等離子體侵蝕的抵御能力更 高，而且能夠避免因等離子體的轟擊而產(chǎn)生微粒，保證了等離子體處理過程的潔凈，減少污 染。因此，所述等離子體處理裝置的處理過程穩(wěn)定、使用壽命延長。
[0068] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0069] 請(qǐng)參考圖3,圖3是本發(fā)明實(shí)施例的等離子體處理裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，包括： 反應(yīng)腔400 ;位于所述反應(yīng)腔400頂部的噴淋頭401 ;位于所述反應(yīng)腔400內(nèi)的基座402 ;固 定于基座402上的晶圓夾持裝置403 ;位于反應(yīng)腔400內(nèi)且包圍于基座402外側(cè)的等離子 約束環(huán)404 ;反應(yīng)腔400側(cè)壁；位于反應(yīng)腔400側(cè)壁內(nèi)表面的襯墊裝置405 ;聚焦環(huán)406 ;覆 蓋環(huán)407。
[0070] 在所述等離子體處理裝置中，暴露于等離子體的部件包括所述反應(yīng)腔400、噴淋頭 401、反應(yīng)腔400側(cè)壁、基座402和晶圓夾持裝置403中的一種或多種。本實(shí)施例中，以在噴 淋頭401表面形成第一保護(hù)層和第二保護(hù)層為例。
[0071] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的由的第一保護(hù)層和第二保護(hù)層保護(hù)的氣體噴淋頭的剖面 結(jié)構(gòu)示意圖。由圖4可知，在所述氣體噴淋頭401位于反應(yīng)腔400 (如圖3所示）內(nèi)部的表 面形成第一保護(hù)層406 ;在所述第一保護(hù)層406表面形成第二保護(hù)層407。
[0072] 圖5至圖8是本發(fā)明實(shí)施例的在氣體噴淋頭氣孔表面形成第一保護(hù)層和第二保護(hù) 層的過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0073] 在本實(shí)施例中，所述第一保護(hù)層中的孔隙率漸變，由于第一保護(hù)層比較疏松，材料 顆粒大，可以在頻繁的溫度變化中耐受鋁基體的伸縮變化，不會(huì)開裂變形，起到第二保護(hù)層 和鋁基體之間緩沖層的作用。同時(shí)第二保護(hù)層能夠耐受更高能量的等離子腐蝕，兩個(gè)組合 能夠?qū)崿F(xiàn)上述發(fā)明目的。圖5至圖8是本發(fā)明實(shí)施例的等離子體處理裝置的制作過程的剖 面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0074] 請(qǐng)參考圖5,提供基體300。在本實(shí)施例中，所述基體300為等離子體處理裝置的 一部分，所述等離子體處理裝置能夠?yàn)榈入x子體刻蝕裝置或等離子體沉積裝置。
[0075] 所述等離子體處理裝置包括裝置主體，所述裝置主體包括：反應(yīng)腔；位于所述反 應(yīng)腔頂部的噴淋頭；位于所述反應(yīng)腔內(nèi)的基座；固定于基座上的晶圓夾持裝置。所述基體 300能夠?yàn)樗龇磻?yīng)腔、噴淋頭、基座和晶圓夾持裝置中的一種或多種。在本實(shí)施例中，所述 基體300所述噴淋頭，所述噴淋頭內(nèi)具有通孔。在其它實(shí)施例中，所述基體300還能夠?yàn)榉?應(yīng)腔，后續(xù)形成的第一保護(hù)層和第二保護(hù)層位于所述反應(yīng)腔的內(nèi)壁表面。
[0076] 由于在等離子體處理工藝中，等離子體在所述反應(yīng)腔內(nèi)分布，以便對(duì)置于基座表 面的晶圓進(jìn)行處理；由于等離子體帶有能量，因此所述等離子體會(huì)對(duì)反應(yīng)腔內(nèi)壁、以及位于 反應(yīng)腔內(nèi)的噴淋頭、基座和晶圓夾持裝置造成轟擊或者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，所述反應(yīng)腔的 內(nèi)壁、以及位于反應(yīng)腔內(nèi)部的噴淋頭、基座和晶圓夾持裝置會(huì)受到等離子體的侵蝕，容易造 成等離子體處理裝置的損傷，使等離子體處理裝置的壽命縮短，而處理性能下降。因此，后 續(xù)需要在反應(yīng)腔內(nèi)壁表面、噴淋頭、基座或晶圓夾持裝置表面形成第一保護(hù)層和第二保護(hù) 層，以避免等離子體的侵蝕。而所述基體300后續(xù)需要形成第一保護(hù)層和第二保護(hù)層的表 面，即所述反應(yīng)腔內(nèi)壁表面、噴淋頭表面、基座表面或晶圓夾持裝置表面。
[0077] 在一實(shí)施例中，所述基體300的材料包括鋁、硅、碳化硅、不銹鋼、或陶瓷材料；所 述基體300表面的材料為硅、碳化硅、或陶瓷材料。
[0078] 在另一實(shí)施例中，所述基體300包括基底、以及位于基底表面的涂層。所述基底 300的材料能夠?yàn)殇X、硅、碳化硅、不銹鋼、或陶瓷材料；所述涂層材料為硅、碳化硅、或陶瓷 材料，且所述涂層位于所述反應(yīng)腔內(nèi)壁表面、噴淋頭表面、基座表面或晶圓夾持裝置表面， 即所述涂層位于基體300能夠接觸的等離子體的表面。所述涂層的材料不易于用于等離子 體處理的等離子體發(fā)生反應(yīng)，從而能夠?qū)λ龌撞牧线M(jìn)行保護(hù)，進(jìn)一步避免所述基底受 到等離子體腐蝕。
[0079] 請(qǐng)參考圖6,在所述基體300表面形成第一保護(hù)層301，所述第一保護(hù)層301內(nèi)包 括若干孔洞。
[0080] 所述第一保護(hù)層301形成于所述基體300能夠與等離子體相接觸的表面，例如反 應(yīng)腔的內(nèi)壁表面、噴淋頭表面、基座表面或晶圓夾持裝置表面。在本實(shí)施例中，所述基體300 為噴淋頭，所述第一保護(hù)層301形成于噴淋頭表面。
[0081] 所述第一保護(hù)層301的材料包括陶瓷材料；具體的，所述第一保護(hù)層301的材料包 括Y203、Al203、Zr02、Er0 2、YF3S YAG(Y 3A15012，釔鋁石榴石）。所述第一保護(hù)層301的材料受 到等離子體侵蝕的速率極低，從而能夠保護(hù)基體300免受等離子體的侵蝕。在本實(shí)施例中， 所述第一保護(hù)層301的材料為Y 203。
[0082] 在本實(shí)施例中，所述第一保護(hù)層301的材料與后續(xù)形成的第二保護(hù)層的材料相 同，所述第一保護(hù)層301與所述第二保護(hù)層之間的粘附力較大，從而能夠作為基體300與第 二保護(hù)層之間的過渡，使基體300與第二保護(hù)層之間的粘附力較大。
[0083] 所述第一保護(hù)層301的形成工藝為物理氣相沉積工藝或化學(xué)鍍工藝；其中，所述 物理氣相沉積工藝能夠?yàn)榈入x子體噴涂（plasma spray)工藝。
[0084] 所述第一保護(hù)層301的厚度范圍大于10微米。由于所述第一保護(hù)層301內(nèi)具有若 干孔洞，因此所述第一保護(hù)層301的密度較低，而所述第一保護(hù)層301的形成速率較快，而 且形成工藝難度較低，因此所述第一保護(hù)層301的厚度能夠比后續(xù)形成的第二保護(hù)層厚。
[0085] 在本實(shí)施例中，所述第一保護(hù)層301的厚度大于200微米；由所述第一保護(hù)層301 與后續(xù)形成的第二保護(hù)層共同保護(hù)所述基體300表面時(shí)，所述第一保護(hù)層301和第二保護(hù) 層能夠提供足夠大的電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度，即使等離子體處理裝置中的等離子體具有較高的功 率，例如功率大于或等于8000瓦時(shí)，所述第一保護(hù)層301和第二保護(hù)層也足以保護(hù)基體300 表面免受等離子體損傷。因此，能夠使等離子體處理裝置的處理過程穩(wěn)定、處理速率提高、 壽命延長。
[0086] 所述第一保護(hù)層301內(nèi)的孔洞的體積百分比密度為2%~20%。所述第一保護(hù)層 301內(nèi)具有較多的孔洞，所述孔洞能夠?yàn)楹罄m(xù)形成的第二保護(hù)層的熱膨脹預(yù)留空間，以此避 免因第二保護(hù)層與基體300的熱膨脹系數(shù)差異而造成所述第二保護(hù)層與基體300之間產(chǎn)生 應(yīng)力，從而防止所述第二保護(hù)層發(fā)生剝落或分層，而且避免基體300受到損傷。
[0087] 由于在等離子體處理過程中需要經(jīng)歷較大的溫度差異，而后續(xù)形成的第二保護(hù)層 密度較高，所述第二保護(hù)層內(nèi)幾乎不具有孔洞，雖然所述第二保護(hù)層具有較強(qiáng)的保護(hù)能力， 然而所述第二保護(hù)層與基體300之間的熱膨脹系數(shù)差異較大；當(dāng)在高溫環(huán)境中時(shí)，所述第 二保護(hù)層與基體300的熱膨脹體積不同，從而會(huì)造成所述第二保護(hù)層和基體300之間產(chǎn)生 應(yīng)力。而所述第一保護(hù)層301內(nèi)具有若干孔洞，使得所述第一保護(hù)層301能夠在基體300 和第二保護(hù)層之間形成熱膨脹的緩沖層；當(dāng)在高溫環(huán)境中時(shí)，所述第一保護(hù)層301內(nèi)的孔 洞即為第二保護(hù)層的熱膨脹提供了預(yù)留空間，從而減小了基體300與第二保護(hù)層之間的應(yīng) 力，避免所述基體300受到損傷。因此，所述等離子體處理裝置的性能穩(wěn)定、壽命延長。
[0088] 在一實(shí)施例中，所述第一保護(hù)層301內(nèi)的孔洞均勻分布。
[0089] 在另一實(shí)施例中，所述第一保護(hù)層301具有相對(duì)的第一表面和第二表面，所述第 一表面與基體300相接觸，所述第二表面與第二保護(hù)層相接觸；自所述第一表面至第二表 面，所述第一保護(hù)層301的密度逐漸增大，即從第一報(bào)名至第二表面，所述第一保護(hù)層301 內(nèi)的孔洞數(shù)量逐漸減少，使得靠近第二表面的部分第一保護(hù)層301密度接近后續(xù)形成的第 二保護(hù)層。由此，所述第一保護(hù)層301的第一表面與基體300之間的粘附力較高，而所述第 一保護(hù)層301的第二表面與第二保護(hù)層之間的粘附力較高，以所述第一保護(hù)層301作為基 體300和第二保護(hù)層之間的過渡層，能夠使第二保護(hù)層與基體300之間的結(jié)合更為穩(wěn)定牢 固。
[0090] 通過調(diào)整第一保護(hù)層301的形成工藝，能夠?qū)λ龅谝槐Ｗo(hù)層301的孔洞數(shù)量進(jìn) 行調(diào)整，即對(duì)密度進(jìn)行調(diào)整。以采用物理氣相沉積工藝形成第一保護(hù)層301為例，為例使所 述第一保護(hù)層301自第一表面至第二表面孔洞數(shù)量逐漸減少，能夠通過使成膜速率逐漸降 低、使工藝溫度逐漸升高、或者使成膜氣體顆粒的體積逐漸減小來實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中，由 于所述成膜速率更易進(jìn)行控制，因此通過使成膜速率逐漸降低，來逐漸提高所述第一保護(hù) 層301的密度。
[0091] 請(qǐng)參考圖7,對(duì)所述第一保護(hù)層進(jìn)行處理。
[0092] 在本實(shí)施例中，由于所述基體300為噴淋頭，對(duì)第一保護(hù)層進(jìn)行處理的過程為疏 通噴淋頭氣孔的過程。
[0093] 在具體制作過程中，首先在基體300表面噴涂第一保護(hù)層，由于所噴涂的材料顆 粒很粗，容易在部分噴淋頭的氣孔上形成堵塞，因此需要在完成第一保護(hù)層的噴涂后，用細(xì) 桿頂通該氣孔。然后再進(jìn)行第二保護(hù)層的物理氣相沉積工藝，第二保護(hù)層氣相沉積由于沉 積物質(zhì)非常細(xì)小，能夠達(dá)到原子級(jí)別，因此第二保護(hù)層不會(huì)形成氣孔堵塞。在完成沉積后可 以直接滿足等離子處理腔內(nèi)的應(yīng)用需求。在后續(xù)形成第二保護(hù)層之后，還能夠進(jìn)行額外的 處理過程，例如熱退火等，只要不影響第二保護(hù)層的耐等離子腐蝕和穩(wěn)定特性的工藝也可 以有選擇添加。
[0094] 請(qǐng)參考圖8,在所述第一保護(hù)層301表面形成第二保護(hù)層302,所述第二保護(hù)層302 的密度高于所述第一保護(hù)層301的密度，所述第二保護(hù)層302內(nèi)的孔洞百分比密度為0~ 1%〇
[0095] 在本實(shí)施例中，所述第二保護(hù)層302的厚度小于第一保護(hù)層301的厚度。
[0096] 所述第二保護(hù)層302的材料包括陶瓷材料；具體的，所述第二保護(hù)層302的材料包 括 Y203、A1203、Zr02、Er0 2、A1F3、YF3、YFO、A1F0 或 YAG。所述第二保護(hù)層 302 的材料受到等 離子體侵蝕的速率極低，從而能夠保護(hù)基體300免受等離子體的侵蝕。在本實(shí)施例中，所述 第二保護(hù)層302的材料為Y 203。
[0097] 所述第二保護(hù)層302的材料與第一保護(hù)層301的材料相同或不同。在本實(shí)施例中， 所述第二保護(hù)層302的材料與第一保護(hù)層301的材料相同，則所述第一保護(hù)層301與所述 第二保護(hù)層302之間的粘附力較大，則所述第二保護(hù)層302與基體300之間的結(jié)合更為穩(wěn) 定。
[0098] 所述第二保護(hù)層302的密度高于所述第一保護(hù)層301的密度，述第二保護(hù)層302 內(nèi)的孔洞極少甚至無孔洞。在本實(shí)施例中，所述第二保護(hù)層302內(nèi)孔洞的體積百分比密度 為0% 〇
[0099] 由于所述第二保護(hù)層302的密度較高，則所述第二保護(hù)層302能夠用于保護(hù)第一 保護(hù)層301。由于所述第一保護(hù)層301的密度較低，且第一保護(hù)層301內(nèi)部具有若干孔洞， 當(dāng)?shù)入x子體處理過程中具有較高功率時(shí)，處理過程中的等離子體帶有較高的能量，當(dāng)所述 等離子體轟擊到所述第一保護(hù)層301時(shí)，容易使第一保護(hù)層301的材料脫落，所脫落的材 料301會(huì)對(duì)等離子體處理過程造成污染。而所述第二保護(hù)層302的密度較高，則所述等離 子體的轟擊難以對(duì)所述第二保護(hù)層302造成損傷，從而避免了對(duì)等離子體處理過程造成污 染，而且所述第二保護(hù)層302和第二保護(hù)層301的壽命延長，對(duì)基體300的保護(hù)能力更強(qiáng)。
[0100] 而且，由于所述第二保護(hù)層302內(nèi)孔洞的百分比密度較低，則所述第二保護(hù)層302 內(nèi)部致密，所述第二保護(hù)層302的密度較高，因此所述第二保護(hù)層302表面更為光滑、粗糙 度較低，而所述第二保護(hù)層302的表面接觸等離子體，則所述第二保護(hù)層302難以吸附所 述等離子體，從而能夠保證等離子體處理過程更為穩(wěn)定，處理速率提高，而且減少了原料浪 費(fèi)。
[0101] 所述第二保護(hù)層302的厚度為5微米~350微米。在本實(shí)施例中，所述第二保護(hù) 層302的厚度為50微米~100微米。由于所述第二保護(hù)層302的形成工藝速率較低，而且 形成工藝難度較大，因此，難以形成厚度較厚的第二保護(hù)層302 ;通常，當(dāng)所述第二保護(hù)層 302厚度達(dá)到100微米時(shí)，即難以繼續(xù)增厚所述第二保護(hù)層302 ;然而，若僅在基體300表面 形成厚度小于100微米的第二保護(hù)層，則所述第二保護(hù)層對(duì)基體300的保護(hù)能力較弱，在等 離子體處理過程中，所述第二保護(hù)層極易被電場(chǎng)擊穿，使得第二保護(hù)層被消耗，則所述基體 300依舊會(huì)受到等離子體侵蝕。
[0102] 在本實(shí)施例中，由于在基體300和第二保護(hù)層302之間形成有第一保護(hù)層301，則 所述第一保護(hù)層301與第二保護(hù)層302共同用于保護(hù)層所述基體300 ;由于所述第一保護(hù) 層301和第二保護(hù)層302相結(jié)合，能夠提供較高的電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度，則所述第一保護(hù)層301和 第二保護(hù)層302不易被電場(chǎng)擊穿，從而能夠?qū)w300提供足夠大的保護(hù)能力。
[0103] 所述第二保護(hù)層302的形成工藝為等離子體增強(qiáng)物理氣相沉積工藝，等離子體增 強(qiáng)物理氣相沉積工藝能夠形成密度較高的第二保護(hù)層302。在所述等離子體增強(qiáng)物理氣相 沉積工藝中，使用于形成第二保護(hù)層302的材料以等離子體的形式向第一保護(hù)層301表面 轟擊，由于所述等離子體帶有能量，從而使等離子體以及在第一保護(hù)層301表面進(jìn)行鍵合， 使材料分子能夠在第一保護(hù)層301表面緊密排列，以形成第二保護(hù)層302。
[0104] 請(qǐng)參考圖9,圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第二保護(hù)層的制備設(shè)備裝置的剖面 結(jié)構(gòu)示意圖，包括：提供反應(yīng)腔500 ;所述反應(yīng)腔500內(nèi)包括位于下方的容器501，所述容器 501內(nèi)放置有適于氣化的沉積材料510 ;所述反應(yīng)腔500內(nèi)的上方固定有待沉積部件502， 所述待沉積部件502電連接到偏置電壓源503 ;所述反應(yīng)腔500內(nèi)部或外部設(shè)置有射頻天 線504和工藝氣體供應(yīng)裝置505,所述射頻天線504電連接到射頻電源506,適于使射頻能 量通過射頻天線504饋入反應(yīng)腔500,所述工藝氣體供應(yīng)裝置505適于使工藝氣體通入待沉 積部件502下方。
[0105] 本實(shí)施例中，所述制備設(shè)備裝置還包括：位于反應(yīng)腔500內(nèi)的離子束加熱裝置 511，用于加熱沉積材料510。在所述制備設(shè)備裝置中，包括物理氣相沉積區(qū)域A以及等離子 體增強(qiáng)區(qū)域B ;在所述物理氣相沉積區(qū)域A沉積材料510經(jīng)過離子束加熱裝置511的加熱 汽化上升；在等離子體增強(qiáng)區(qū)域B中，由藝氣體供應(yīng)裝置505輸出的等離子體對(duì)汽化的沉積 材料510進(jìn)行轟擊，并使受到轟擊的材料在偏置電壓源503提供的偏置電壓的影響下，吸附 于待沉積部件502表面，從而實(shí)現(xiàn)等離子體增強(qiáng)物理氣相沉積工藝。
[0106] 等離子體增強(qiáng)物理氣相沉積工藝的參數(shù)包括：待沉積部件溫度為0°C~750°C，射 頻電源功率為〇. 〇5kW~20kW，偏置電壓源的輸出電壓為0V~5000V，工藝氣體包括氧氣， 氧氣的流量為Osccm~2000SCCm ;此外，在本實(shí)施例中，所述第二保護(hù)層302的材料為Y203， 所述工藝氣體還包括紀(jì)源氣體。
[0107] 在本實(shí)施例中，氧氣流量大于5〇SCCm，則能夠使所形成的第二保護(hù)層302與第一 保護(hù)層301之間的結(jié)合力更強(qiáng)，則所述第一保護(hù)層301和第二保護(hù)層302的保護(hù)能力更強(qiáng)。
[0108] 本發(fā)明實(shí)施例在基體表面形成第一保護(hù)層和第二保護(hù)層的步驟，能夠作為制造等 離子體處理裝置的最后工序。在需要暴露于等離子體的部件表面經(jīng)離子體增強(qiáng)物理氣相沉 積制備第二保護(hù)層后，能夠直接裝配于等離子體處理裝置內(nèi)進(jìn)行服役使用。
[0109] 綜上，本實(shí)施例中，在基體表面形成第一保護(hù)層，在所述第一保護(hù)層表面形成第二 保護(hù)層。其中，所述第一保護(hù)層內(nèi)包括若干孔洞，所述第一保護(hù)層的密度小于所述第二保護(hù) 層的密度，所述第一保護(hù)層能夠作為基體與第二保護(hù)層之間的過渡，用于緩沖所述第二保 護(hù)層與基體之間因熱膨脹系數(shù)的差異而引起的應(yīng)力問題；由于所述第一保護(hù)層內(nèi)包括若干 孔洞，在受熱過程中，所述孔洞為熱膨脹預(yù)留了空間，從而能夠支撐所述第二保護(hù)層的熱膨 脹，以此消除熱脹冷縮的影響。
[0110] 其次，由于在所述第一保護(hù)層表面形成第二保護(hù)層，所述第一保護(hù)層和第二保護(hù) 層的疊層組合具有足夠大的厚度，能夠承受較高的電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度，從而能夠?qū)λ龌w提 供了足夠大的保護(hù)作用，則所述第二保護(hù)層無需過厚，所述第二保護(hù)層的厚度能夠小于所 述第一保護(hù)層的厚度；從而降低了所述等離子體處理裝置的制造成本和制造難度。
[0111] 再次，由于所述第二保護(hù)層的密度高于第一保護(hù)層的密度，所述第二保護(hù)層內(nèi)的 孔洞百分比密度為0~1 %，因此，所述第二保護(hù)層的表面光滑，對(duì)等離子體侵蝕的抵御能 力更高，而且能夠避免因等離子體的轟擊而產(chǎn)生微粒，保證了等離子體處理過程的潔凈，減 少污染。因此，所述等離子體處理裝置的處理過程穩(wěn)定、使用壽命延長。
[0112] 相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種采用上述方法所形成的等離子處理裝置。
[0113] 本發(fā)明實(shí)施例所制造的等離子體處理裝置用于刻蝕深孔材料，例如對(duì)VNAND閃存 結(jié)構(gòu)的刻蝕。在這種應(yīng)用場(chǎng)合中需要添加的射頻功率非常高，可以達(dá)到7KW~10KW，而傳統(tǒng) 的刻蝕過程中一般只需要5KW以下的射頻功率。
[0114] 在這種超高功率的應(yīng)用場(chǎng)合，傳統(tǒng)的耐等離子保護(hù)層的厚度過薄，例如僅有幾個(gè) 微米，因此則無法滿足工藝需求，這是由于：首先，高功率會(huì)帶來更高熱量，保護(hù)層材料頻繁 在高溫和常溫之間變換會(huì)造成材料開裂脫落；其次，高電壓容易造成絕緣的保護(hù)層被擊穿。 因此，需要更厚的耐等離子腐蝕的保護(hù)層，同時(shí)該材料還能夠滿足長期使用不能脫落的要 求，因此，本發(fā)明實(shí)施例中，暴露于等離子體的部件表面具有第一保護(hù)層，所述第一保護(hù)層 表面具有第二保護(hù)層，所述第一保護(hù)層作為基體與第二保護(hù)層之間的過度。
[0115] 請(qǐng)參考圖8和圖10,圖10是本發(fā)明實(shí)施例的第一保護(hù)層和第二保護(hù)層的剖面結(jié) 構(gòu)示意圖，包括：至少一個(gè)暴露于等離子體的部件，所述部件包括：基體300 ;位于所述基 體300表面的第一保護(hù)層301，所述第一保護(hù)層301內(nèi)包括若干孔洞；位于所述第一保護(hù)層 301表面的第二保護(hù)層302,所述第二保護(hù)層302的密度高于所述第一保護(hù)層301的密度， 所述第二保護(hù)層302內(nèi)的孔洞百分比密度為0~1 %。
[0116] 以下將對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0117] 在本實(shí)施例中，所述基體300為等離子體處理裝置的一部分，所述等離子體處理 裝置能夠?yàn)榈入x子體刻蝕裝置或等離子體沉積裝置。
[0118] 所述等離子體處理裝置包括裝置主體，所述裝置主體包括：反應(yīng)腔；位于所述反 應(yīng)腔頂部的噴淋頭；位于所述反應(yīng)腔內(nèi)的基座；固定于基座上的晶圓夾持裝置。所述基體 300能夠?yàn)樗龇磻?yīng)腔、噴淋頭、基座和晶圓夾持裝置中的一種或多種。在本實(shí)施例中，所述 基體300所述噴淋頭（如圖8所示）。在其它實(shí)施例中，所述基體300還能夠?yàn)榉磻?yīng)腔，所 述第一保護(hù)層301和第二保護(hù)層302位于所述反應(yīng)腔的內(nèi)壁表面。
[0119] 在一實(shí)施例中，所述基體300的材料包括鋁、硅、碳化硅、不銹鋼、或陶瓷材料；所 述基體300表面的材料為硅、碳化硅、或陶瓷材料。
[0120] 在另一實(shí)施例中，所述基體300包括基底、以及位于基底表面的涂層。所述基底的 材料為鋁、硅、碳化硅、不銹鋼、或陶瓷材料；所述涂層材料為硅、碳化硅、或陶瓷材料，且所 述涂層位于所述反應(yīng)腔內(nèi)壁表面、噴淋頭表面、基座表面或晶圓夾持裝置表面，即所述涂層 位于基體300能夠接觸的等離子體的表面。所述涂層的材料不易于用于等離子體處理的等 離子體發(fā)生反應(yīng)，從而能夠?qū)λ龌撞牧线M(jìn)行保護(hù)，進(jìn)一步避免所述基底受到等離子體 腐蝕。
[0121] 所述第一保護(hù)層301位于所述基體300能夠與等離子體相接觸的表面，例如反應(yīng) 腔的內(nèi)壁表面、噴淋頭表面、基座表面或晶圓夾持裝置表面。在本實(shí)施例中，所述基體300 為噴淋頭，所述第一保護(hù)層301位于噴淋頭表面。
[0122] 所述第一保護(hù)層301的材料包括陶瓷材料；具體的，所述第一保護(hù)層301的材料包 括Y 203、Al203、Zr02、Er0 2、YF3S YAG(Y 3A15012，釔鋁石榴石）。所述第一保護(hù)層301的材料受 到等離子體侵蝕的速率極低，從而能夠保護(hù)基體300免受等離子體的侵蝕。在本實(shí)施例中， 所述第一保護(hù)層301的材料為Y 203。
[0123] 在本實(shí)施例中，所述第一保護(hù)層301的材料與第二保護(hù)層302的材料相同，所述第 一保護(hù)層301與所述第二保護(hù)層302之間的粘附力較大，從而能夠作為基體300與第二保 護(hù)層302之間的過渡，使基體300與第二保護(hù)層302之間的粘附力較大。
[0124] 所述第一保護(hù)層301的厚度范圍大于10微米。在本實(shí)施例中，所述第一保護(hù)層 301的厚度大于200微米；由所述第一保護(hù)層301與第二保護(hù)層302共同保護(hù)所述基體300 表面時(shí)，所述第一保護(hù)層301和第二保護(hù)層302能夠提供足夠大的電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度，即使等離 子體處理裝置中的等離子體具有較高的功率，例如功率大于或等于8000瓦時(shí)，所述第一保 護(hù)層301和第二保護(hù)層302也足以保護(hù)基體300表面免受等離子體損傷。因此，能夠使等 離子體處理裝置的處理過程穩(wěn)定、處理速率提高、壽命延長。
[0125] 所述第一保護(hù)層301內(nèi)的孔洞的體積百分比密度為2%~20%。所述第一保護(hù)層 301內(nèi)具有較多的孔洞，所述孔洞能夠?yàn)榈诙Ｗo(hù)層302的熱膨脹預(yù)留空間，以此避免因第 二保護(hù)層302與基體300的熱膨脹系數(shù)差異而造成所述第二保護(hù)層302與基體300之間產(chǎn) 生應(yīng)力，從而防止所述第二保護(hù)層302發(fā)生剝落或分層，而且避免基體300受到損傷。
[0126] 在一實(shí)施例中，所述第一保護(hù)層301內(nèi)的孔洞均勻分布。在另一實(shí)施例中，所述第 一保護(hù)層301具有相對(duì)的第一表面和第二表面，所述第一表面與基體300相接觸，所述第二 表面與第二保護(hù)層302相接觸；自所述第一表面至第二表面，所述第一保護(hù)層301的密度逐 漸增大，即所述第一保護(hù)層301自第一表面至第二表面孔隙率逐漸減小。
[0127] 所述第二保護(hù)層302的材料包括陶瓷材料；具體的，所述第二保護(hù)層302的材料包 括 Y203、A1203、Zr02、Er0 2、A1F3、YF3、YFO、A1F0 或 YAG。所述第二保護(hù)層 302 的材料受到等 離子體侵蝕的速率極低，從而能夠保護(hù)基體300免受等離子體的侵蝕。在本實(shí)施例中，所述 第二保護(hù)層302的材料為Y 203。
[0128] 所述第二保護(hù)層302的材料與第一保護(hù)層301的材料相同或不同。在本實(shí)施例中， 所述第二保護(hù)層302的材料與第一保護(hù)層301的材料相同，則所述第一保護(hù)層301與所述 第二保護(hù)層302之間的粘附力較大，則所述第二保護(hù)層302與基體300之間的結(jié)合更為穩(wěn) 定。
[0129] 所述第二保護(hù)層302的密度高于所述第一保護(hù)層301的密度，述第二保護(hù)層302 內(nèi)的孔洞極少甚至無孔洞。在本實(shí)施例中，所述第二保護(hù)層302內(nèi)孔洞的體積百分比密度 為0% 〇
[0130] 由于所述第二保護(hù)層302的密度較高，則所述第二保護(hù)層302能夠用于保護(hù)第一 保護(hù)層301。由于所述第一保護(hù)層301的密度較低，且第一保護(hù)層301內(nèi)部具有若干孔洞， 當(dāng)?shù)入x子體處理過程中具有較高功率時(shí)，處理過程中的等離子體帶有較高的能量，當(dāng)所述 等離子體轟擊到所述第一保護(hù)層301時(shí)，容易使第一保護(hù)層301的材料脫落，所脫落的材 料301會(huì)對(duì)等離子體處理過程造成污染。而所述第二保護(hù)層302的密度較高，則所述等離 子體的轟擊難以對(duì)所述第二保護(hù)層302造成損傷，從而避免了對(duì)等離子體處理過程造成污 染，而且所述第二保護(hù)層302和第二保護(hù)層301的壽命延長，對(duì)基體300的保護(hù)能力更強(qiáng)。
[0131] 而且，由于所述第二保護(hù)層302內(nèi)孔洞的百分比密度較低，則所述第二保護(hù)層302 內(nèi)部致密，所述第二保護(hù)層302的密度較高，因此所述第二保護(hù)層302表面更為光滑、粗糙 度較低，而所述第二保護(hù)層302的表面接觸等離子體，則所述第二保護(hù)層302難以吸附所 述等離子體，從而能夠保證等離子體處理過程更為穩(wěn)定，處理速率提高，而且減少了原料浪 費(fèi)。
[0132] 所述第二保護(hù)層302的厚度為5微米~350微米。在本實(shí)施例中，所述第二保護(hù) 層302的厚度為50微米~100微米。
[0133] 綜上，本實(shí)施例中，基體表面具有第一保護(hù)層，所述第一保護(hù)層表面具有第二保護(hù) 層。所述第一與第二保護(hù)層的厚度根據(jù)使用壽命需要可厚達(dá)300微米以上。由于所述基體 材料如鋁合金等與所述耐等離子體刻蝕的第一或第二陶瓷涂層之間的熱膨脹系數(shù)的差異 很大，在等離子體刻蝕過程中鋁合金基體的體積熱膨脹將誘發(fā)表面陶瓷保護(hù)涂層開裂及剝 落。為了消除這種涂層組織在等離子體刻蝕過程中的組織不穩(wěn)定，本發(fā)明中，所述第一保護(hù) 層內(nèi)包括若干孔洞，所述第一保護(hù)層內(nèi)的孔洞百分比密度為2~20%。所述第二保護(hù)層內(nèi) 的孔洞百分比密度從基體表面至第二保護(hù)層接觸表面而逐漸減小，以保證表面涂層之間以 及與基體之間的穩(wěn)固結(jié)合力。所述第一保護(hù)層的密度小于所述第二保護(hù)層的密度，所述第 一保護(hù)層能夠作為基體與第二保護(hù)層之間的過渡，用于緩沖所述第二保護(hù)層與基體之間因 熱膨脹系數(shù)的差異而引起的應(yīng)力問題；由于所述第一保護(hù)層內(nèi)包括若干孔洞，在受熱過程 中，所述孔洞為熱膨脹預(yù)留了空間，從而能夠支撐或消除基體體積熱脹冷縮對(duì)第二保護(hù)層 的影響，以此保證所制備工件的使用穩(wěn)定性。
[0134] 其次，由于所述第一保護(hù)層表面具有第二保護(hù)層，所述第一保護(hù)層和第二保護(hù)層 的疊層組合具有足夠大的厚度，能夠承受較高的電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度，從而能夠?qū)λ龌w提供 了足夠大的保護(hù)作用，，所述第二保護(hù)層的厚度根據(jù)所保護(hù)基體使用壽命及等離子體刻蝕 功率大小可設(shè)計(jì)大于、等于、或小于所述第一保護(hù)層的厚度；從而提高了所述等離子體處理 裝置的工作安全性，降低了制造成本和制造難度。
[0135] 再次，由于所述第二保護(hù)層的密度高于第一保護(hù)層的密度，所述第二保護(hù)層內(nèi)的 孔洞百分比密度為0~1 %，因此，所述第二保護(hù)層的表面光滑，對(duì)等離子體侵蝕的抵御能 力更高，而且能夠避免因等離子體的轟擊而產(chǎn)生微粒，保證了等離子體處理過程的潔凈，減 少污染。因此，所述等離子體處理裝置的處理過程穩(wěn)定、使用壽命延長。
[0136] 雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本 發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所 限定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括： 至少一個(gè)暴露于等離子體的部件，所述部件包括： 基體； 位于所述基體表面的第一保護(hù)層，所述第一保護(hù)層內(nèi)包括若干孔洞； 位于所述第一保護(hù)層表面的第二保護(hù)層，所述第二保護(hù)層的密度高于所述第一保護(hù)層 的密度，所述第二保護(hù)層內(nèi)的孔洞百分比密度為0~1%。2. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第一保護(hù)層的材料包括 陶瓷材料。3. 如權(quán)利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第一保護(hù)層的材料包 括 Y203、A1203、Zr02、Er0 2、YF3或 YAG。4. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第一保護(hù)層內(nèi)孔洞的體 積百分比密度為2%~20%。5. 如權(quán)利要求4所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第一保護(hù)層具有相對(duì)的 第一表面和第二表面，所述第一表面與基體相接觸，所述第二表面與第二保護(hù)層相接觸；自 所述第一表面至第二表面，所述第一保護(hù)層的密度逐漸增大。6. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第一保護(hù)層的厚度大于 10微米。7. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第二保護(hù)層的材料包括 陶瓷材料；所述第一保護(hù)層的材料與第二保護(hù)層的材料相同或不同。8. 如權(quán)利要求1或7所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第二保護(hù)層的材料包 括 Y203、A1203、Zr02、Er0 2、A1F3、YF3、YFO、A1FO 或 YAG。9. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第二保護(hù)層內(nèi)孔洞的體 積百分比密度為0%。10. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第二保護(hù)層的厚度為5 微米~350微米。11. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，還包括：反應(yīng)腔；位于所述 反應(yīng)腔頂部的噴淋頭；位于所述反應(yīng)腔內(nèi)的基座；固定于基座上的晶圓夾持裝置；位于反 應(yīng)腔內(nèi)且包圍于基座外側(cè)的等離子約束環(huán)；反應(yīng)腔側(cè)壁；位于反應(yīng)腔側(cè)壁內(nèi)表面的襯墊裝 置。12. 如權(quán)利要求11所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述暴露于等離子體的部 件包括所述反應(yīng)腔、噴淋頭、反應(yīng)腔側(cè)壁、基座、襯墊裝置和晶圓夾持裝置中的一種或多種。13. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述基體的材料包括鋁、硅、 碳化硅、不銹鋼、或陶瓷材料；所述基體表面的材料為硅、碳化硅、或陶瓷材料。14. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述基體包括基底、以及位 于基底表面的涂層。15. 如權(quán)利要求14所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述涂層的材料包括硅、碳 化硅、或陶瓷材料；所述基底的材料為鋁、硅、碳化硅、不銹鋼、或陶瓷材料。16. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述第二保護(hù)層的厚度小于 第一保護(hù)層的厚度。17. -種如權(quán)利要求1至16任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置的制造方法，其特征在于， 包括： 提供基體； 在所述基體表面形成第一保護(hù)層，所述第一保護(hù)層內(nèi)包括若干孔洞 在所述第一保護(hù)層表面形成第二保護(hù)層，所述第二保護(hù)層的密度高于所述第一保護(hù)層 的密度，所述第二保護(hù)層內(nèi)的孔洞百分比密度為0~1%，所述第二保護(hù)層。18. 如權(quán)利要求17所述的等離子體處理裝置的制造方法，其特征在于，所述第一保護(hù) 層的形成工藝為熱噴涂工藝或等離子體噴涂工藝或化學(xué)鍍工藝。19. 如權(quán)利要求17所述的等離子體處理裝置的制造方法，其特征在于，所述第二保護(hù) 層的形成工藝為等離子體增強(qiáng)物理氣相沉積。20. 如權(quán)利要求17所述的等離子體處理裝置的制造方法，其特征在于，所述第二保護(hù) 層的形成工藝為等離子體增強(qiáng)物理氣相沉積工藝，所述等離子體增強(qiáng)物理氣相沉積工藝包 括：提供反應(yīng)腔；所述反應(yīng)腔內(nèi)包括位于下方的容器，所述容器內(nèi)放置有適于汽化的沉積 材料；所述反應(yīng)腔內(nèi)的上方固定有待沉積部件，所述待沉積部件電連接到偏置電壓源；所 述反應(yīng)腔外設(shè)置有射頻天線和工藝氣體供應(yīng)裝置，所述射頻天線電連接到射頻電源，適于 使射頻能量通過射頻天線饋入反應(yīng)腔，所述工藝氣體供應(yīng)裝置適于使工藝氣體通入待沉積 部件下方。21. 如權(quán)利要求20所述的等離子體處理裝置的制造方法，其特征在于，等離子體增強(qiáng) 物理氣相沉積工藝的參數(shù)包括：待沉積部件溫度為〇°C~750°C，射頻電源功率為0. 05kW~ 20kW，偏置電壓源的輸出電壓為0V~5000V，工藝氣體包括氧氣，氧氣的流量為Osccm~ 2000sccm〇22. 如權(quán)利要求17所述的等離子體處理裝置的制造方法，其特征在于，所述第二保護(hù) 層的厚度小于第一保護(hù)層的厚度。
【文檔編號(hào)】H01L21/00GK105990081SQ201510067623
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月9日
【發(fā)明人】張力, 賀小明, 倪圖強(qiáng)
【申請(qǐng)人】中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司