專利名稱：用于刻蝕腔的變壓耦合式等離子體窗及包括其的刻蝕腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，特別涉及用于刻蝕腔的變壓耦合式等離子體窗及包括其的刻蝕腔。
背景技術(shù)：
刻蝕是半導(dǎo)體工藝中非常關(guān)鍵的步驟。半導(dǎo)體工藝中的干法刻蝕都是在密閉真空的刻蝕腔中進(jìn)行的。圖1示出了現(xiàn)有的刻蝕腔的截面示意圖，圖2示出了現(xiàn)有的用于刻蝕腔的變壓耦合式等離子體窗的俯視示意圖。如圖1、圖2所示，刻蝕腔100的頂部設(shè)置有變壓耦合式等離子體窗101 (Transformer Coupled Plasma，TCP)，變壓耦合式等離子體窗 101上設(shè)置有進(jìn)氣孔102，在刻蝕腔100的底部居中固定設(shè)置有靜電吸附盤103 (Electric Static Chuck，ESC)，在刻蝕腔100的外部設(shè)置有頂部陽極104和底部陰極105。當(dāng)對硅晶片或者多晶硅進(jìn)行干法刻蝕的時候，首先將硅晶片或者多晶硅放在靜電吸附盤103上，然后通過進(jìn)氣孔102向刻蝕腔100內(nèi)通入刻蝕氣體，刻蝕氣體在頂部陽極104產(chǎn)生的射頻能量的作用下在TCP窗的內(nèi)表面產(chǎn)生等離子體，這些等離子體在底部陰極105的吸附作用下移向硅晶片或者多晶硅，從而對硅晶片或者多晶硅進(jìn)行刻蝕。由于TCP窗101的材料是石英，其主要成分是二氧化硅，因此，刻蝕硅晶片或者多晶硅的刻蝕氣體將會損耗TCP窗101，一般可以使TCP窗101的厚度減小數(shù)百微米，這不但造成TCP窗101的使用壽命的縮短，而且還會使產(chǎn)生的等離子體與需要刻蝕的硅晶片或者多晶硅之間的距離變大，影響刻蝕的效果；而且脫落的窗體碎屑落在硅晶片或者多晶硅的表面，形成阻擋層，影響蝕刻的繼續(xù)進(jìn)行，形成缺陷產(chǎn)品，因而影響產(chǎn)品的良率并將降低刻蝕工藝的穩(wěn)定性。現(xiàn)有技術(shù)中解決因?yàn)門CP窗的厚度變化而帶來的工藝缺陷的方法是觀察刻蝕后的硅晶片或者多晶硅，由于TCP窗的厚度減小后，對硅晶片或者多晶硅的刻蝕速度相應(yīng)變快或者變慢，因此觀察并記錄的已經(jīng)刻蝕的硅晶片或者多晶硅的刻蝕效果，來調(diào)整下一次刻蝕工藝中主要刻蝕步驟的時間，從而使刻蝕工藝達(dá)到預(yù)期的刻蝕效果。但是這種方法需要工程師對刻蝕效果的把握非常精準(zhǔn)，而且需要反復(fù)多次的記錄和試驗(yàn)，才能達(dá)到較好的刻蝕效果。因此需要提供一種工藝穩(wěn)定性更好的TCP窗，以避免刻蝕工藝中的刻蝕氣體對 TCP窗的損耗，同時保證刻蝕過程中等離子體與樣品之間的距離不變，從而減小半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式
部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍?！N用于刻蝕腔的變壓耦合式等離子體窗，包括變壓耦合式等離子體窗基體，其特征在于所述變壓耦合式等離子體窗基體的內(nèi)表面形成有保護(hù)層。所述保護(hù)層的材料為三氧化二釔或者二氧化鋯。所述保護(hù)層的材料為三氧化二釔與三氧化二鋁的混合物或者二氧化鋯與三氧化二鋁的混合物。所述三氧化二鋁的重量占所述混合物總重量的百分比為小于等于10%。所述三氧化二鋁的重量占所述混合物總重量的百分比為79Γ8%。所述保護(hù)層的厚度為10 20微米。所述保護(hù)層采用等離子噴涂的方法形成，其中，等離子流的溫度為 12000 2000(TC。一種刻蝕腔，其特征在于，所述刻蝕腔的頂部包括變壓耦合式等離子體窗基體，所述變壓耦合式等離子體窗基體的內(nèi)表面形成有保護(hù)層。所述保護(hù)層的材料為三氧化二釔或者二氧化鋯。所述保護(hù)層的材料為三氧化二釔與三氧化二鋁的混合物或者二氧化鋯與三氧化二鋁的混合物。所述三氧化二鋁的重量占所述混合物總重量的百分比為小于等于10%。所述三氧化二鋁的重量占所述混合物總重量的百分比為79Γ8%。所述保護(hù)層的厚度為10 20微米。所述保護(hù)層采用等離子噴涂的方法形成，其中，等離子流的溫度為 12000 2000(TC。本發(fā)明的TCP窗的內(nèi)表面涂覆有一層保護(hù)層，這種結(jié)構(gòu)的TCP窗可以避免刻蝕氣體對其產(chǎn)生的損耗，延長了的TCP窗的使用壽命，同時保證TCP窗的厚度不會減少，使等離子體與樣品之間的距離不會變化，進(jìn)而使刻蝕工藝可以達(dá)到預(yù)期效果。此外，由于保護(hù)層對 TCP窗產(chǎn)生了很好的保護(hù)，所以也不會有脫落的窗體碎屑落在硅晶片或者多晶硅的表面，從而提高了刻蝕工藝的穩(wěn)定性。本發(fā)明的TCP窗結(jié)構(gòu)簡單，便于制作，可以廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工藝設(shè)備中的刻蝕腔的TCP窗中。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
圖1是現(xiàn)有的刻蝕腔的截面示意圖2是現(xiàn)有的用于刻蝕腔的變壓耦合式等離子體窗的俯視示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的用于刻蝕腔的TCP窗的結(jié)構(gòu)的截面示意圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的TCP窗內(nèi)表面帶有保護(hù)層的刻蝕腔的截面示意圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在TCP窗內(nèi)表面形成保護(hù)層的噴涂設(shè)備的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。為了徹底了解本發(fā)明，將在下文中對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)描述，以便說明本發(fā)明是如何解決TCP窗在刻蝕過程中被損耗的問題。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于刻蝕腔的TCP窗的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。如圖3所示，TCP窗300包括TCP窗基體301及其內(nèi)表面的保護(hù)層302。保護(hù)層302用于保護(hù) TCP窗基體301，以避免刻蝕氣體對其產(chǎn)生的損耗。為了避免TCP窗變薄從而影響刻蝕工藝效果，同時較好地避免刻蝕氣體對TCP窗產(chǎn)生損耗，又不會使脫落的窗體碎屑落在硅晶片或者多晶硅的表面，保護(hù)層的厚度不能太厚也不能太薄。優(yōu)選的，所述保護(hù)層302的厚度為 10 20微米。所述保護(hù)層302的材料為耐等離子體腐蝕的材料，優(yōu)選的，保護(hù)層302的材料為三氧化二釔σ203)或者二氧化鋯(Ζ/)2)。由于IO3和4 均具有耐高溫、耐腐蝕的特點(diǎn)，并且具有很高的強(qiáng)度和韌性，因此當(dāng)它們用于制作保護(hù)層302時，可使TCP窗300的耐腐蝕性更
尚ο此外，為了增加保護(hù)層302與TCP窗基體301之間的粘附性，避免保護(hù)層302從 TCP窗基體301上脫落，可以向AO3或者4 中添加三氧化二鋁(A1203)。為了較好地增加保護(hù)層302與TCP窗基體301之間的粘附性，同時又不影響保護(hù)層的耐腐蝕性，所述Al2O3 的重量占混合物總重量的百分比為小于等于10%。優(yōu)選地，Al2O3的重量占混合物總重量的百分比為7 8%。圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的TCP窗內(nèi)表面帶有保護(hù)層的刻蝕腔的截面示意圖。如圖4所示，刻蝕腔400的頂部設(shè)置內(nèi)表面帶有保護(hù)層401的TCP窗基體402，保護(hù)層401的材料采用IO3與Al2O3的混合物或者4 與Al2O3的混合物。所述保護(hù)層401的厚度為1(Γ20微米，保護(hù)層401可避免刻蝕腔400內(nèi)部的刻蝕氣體對TCP窗基體402的損耗，延長了的TCP窗的使用壽命，且保證TCP窗的厚度不會減少，使等離子體與樣品之間的距離不會變化，進(jìn)而使刻蝕工藝可以達(dá)到預(yù)期效果。此外，由于保護(hù)層對TCP窗產(chǎn)生了很好的保護(hù)，可避免TCP窗基體402因損耗而脫落的碎片使樣品產(chǎn)生缺陷，從而提高了刻蝕工藝的穩(wěn)定性。接下來描述在TCP窗基體上形成保護(hù)層的方法。本實(shí)施例中采用等離子噴涂法。 具體操作步驟如下參考圖5描述。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在TCP窗內(nèi)表面形成保護(hù)層的噴涂設(shè)備的截面示意圖。如圖5所示，噴涂工藝可以采用LAM Research公司(泛林半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)有限公司)或者TEL公司(Tokyo Electron Limited東京電子有限公司)生產(chǎn)的噴灑范圍為2. 5 米X3米的噴涂設(shè)備500。噴涂設(shè)備500包括噴槍501和粉末材料噴射器502。其中噴槍 501包括陰極503和陽極504，陽極504連接在噴槍501的噴嘴上，陰極503設(shè)置在噴槍501 的內(nèi)部。粉末材料噴射器502設(shè)置在噴槍501的噴嘴外部，粉末材料噴射器502中添加有 Y2O3與Al2O3的混合物，所述Al2O3的重量占混合物總重量的百分比為7. 5%。
首先，選擇向噴槍501中通入的電弧氣體505，例如但不限于氮?dú)?N2);通電后，在陰極503和陽極504之間產(chǎn)生電弧506，電弧氣體505穿過電弧506時，便形成了等離子流。 然后，粉末材料噴射器502將粉末材料分配到等離子流中。由于等離子流的溫度過高將會引起粉末材料氣化形成蒸汽，所述蒸汽將引起保護(hù)層508成分的改變，而且所述蒸汽在TCP 窗基體507與保護(hù)層508之間凝聚引起TCP窗基體507與保護(hù)層508之間粘附性變差；而等離子流的溫度太低又將使得粉末材料加熱不足，保護(hù)層的粘附強(qiáng)度、硬度和沉積效率降低， 因此在本實(shí)施例中將等離子流的溫度控制在1200(T2000(TC，在此溫度范圍內(nèi)，可以獲得較好的TCP窗基體507與保護(hù)層508之間的粘附性，并最大限度地保證保護(hù)層508的成分不改變。等離子流在噴嘴處的速度可達(dá)500米/秒，粉末材料在該高溫等離子流的作用下熔化，并被加速得到高于150米/秒的速度，噴射到TCP窗基體507上形成保護(hù)層508。本發(fā)明的TCP窗的內(nèi)表面涂覆有一層保護(hù)層，避免了刻蝕氣體對TCP窗的損耗，保證TCP窗的厚度不會減少，從而使等離子體與樣品之間的距離不會變化，使刻蝕工藝可以達(dá)到預(yù)期效果，同時延長了 TCP窗的使用壽命。此外，由于保護(hù)層對TCP窗產(chǎn)生了很好的保護(hù)，所以也不會有脫落的窗體碎屑落在硅晶片或者多晶硅的表面，從而提高了刻蝕工藝的穩(wěn)定性。本發(fā)明的TCP窗結(jié)構(gòu)簡單，便于制作，因此可以廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工藝設(shè)備中的刻蝕腔的TCP窗中。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種用于刻蝕腔的變壓耦合式等離子體窗，包括變壓耦合式等離子體窗基體，其特征在于所述變壓耦合式等離子體窗基體的內(nèi)表面形成有保護(hù)層。
2.如權(quán)利要求1所述的用于刻蝕腔的變壓耦合式等離子體窗，其特征在于，所述保護(hù)層的材料為三氧化二釔或者二氧化鋯。
3.如權(quán)利要求1所述的用于刻蝕腔的變壓耦合式等離子體窗，其特征在于，所述保護(hù)層的材料為三氧化二釔與三氧化二鋁的混合物或者二氧化鋯與三氧化二鋁的混合物。
4.如權(quán)利要求3所述的用于刻蝕腔的變壓耦合式等離子體窗，其特征在于，所述三氧化二鋁的重量占所述混合物總重量的百分比為小于等于10%。
5.如權(quán)利要求3所述的用于刻蝕腔的變壓耦合式等離子體窗，其特征在于，所述三氧化二鋁的重量占所述混合物總重量的百分比為79Γ8%。
6.如權(quán)利要求1所述的用于刻蝕腔的變壓耦合式等離子體窗，其特征在于，所述保護(hù)層的厚度為10 20微米。
7.如權(quán)利要求1所述的用于刻蝕腔的變壓耦合式等離子體窗，其特征在于，所述保護(hù)層采用等離子噴涂的方法形成，其中，等離子流的溫度為1200(Γ20000 。
8.一種刻蝕腔，其特征在于，所述刻蝕腔的頂部包括變壓耦合式等離子體窗基體，所述變壓耦合式等離子體窗基體的內(nèi)表面形成有保護(hù)層。
9.如權(quán)利要求8所述的刻蝕腔，其特征在于，所述保護(hù)層的材料為三氧化二釔或者二氧化鋯。
10.如權(quán)利要求8所述的刻蝕腔，其特征在于，所述保護(hù)層的材料為三氧化二釔與三氧化二鋁的混合物或者二氧化鋯與三氧化二鋁的混合物。
11.如權(quán)利要求10所述的刻蝕腔，其特征在于，所述三氧化二鋁的重量占所述混合物總重量的百分比為小于等于10%。
12.如權(quán)利要求10所述的刻蝕腔，其特征在于，所述三氧化二鋁的重量占所述混合物總重量的百分比為79Γ8%。
13.如權(quán)利要求8所述的刻蝕腔，其特征在于，所述保護(hù)層的厚度為1(Γ20微米。
14.如權(quán)利要求8所述的刻蝕腔，其特征在于，所述保護(hù)層采用等離子噴涂的方法形成，其中，等離子流的溫度為1200(Γ20000 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于刻蝕腔的變壓耦合式等離子體窗及包括其的刻蝕腔，其中變壓耦合式等離子體窗的內(nèi)表面涂覆有一層保護(hù)層，保護(hù)層采用具有抗腐蝕、耐高溫的材料，例如三氧化二釔或者二氧化鋯。此外，還可以向其中分別添加三氧化二鋁。這種結(jié)構(gòu)的變壓耦合式等離子體窗可避免刻蝕氣體對TCP窗的損耗，保證TCP窗的厚度不會減少，從而使等離子體與樣品之間的距離不會變化，使刻蝕工藝可以達(dá)到預(yù)期效果，同時延長了TCP窗的使用壽命。此外，由于保護(hù)層對TCP窗產(chǎn)生了很好的保護(hù)，所以也不會有脫落的窗體碎屑落在硅晶片或者多晶硅的表面，從而提高了刻蝕工藝的穩(wěn)定性。本發(fā)明的TCP窗結(jié)構(gòu)簡單，便于制作，因此可以廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工藝設(shè)備中的刻蝕腔的TCP窗中。
文檔編號H01L21/3065GK102456564SQ20101052497
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者包睿, 孫虎, 朱葉青, 李榮明, 楊鵬 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司