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TWI845791B - 在零部件上形成耐等離子體塗層的方法、零部件和等離子體處理裝置 - Google Patents

在零部件上形成耐等離子體塗層的方法、零部件和等離子體處理裝置 Download PDF

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TWI845791B
TWI845791B TW109140623A TW109140623A TWI845791B TW I845791 B TWI845791 B TW I845791B TW 109140623 A TW109140623 A TW 109140623A TW 109140623 A TW109140623 A TW 109140623A TW I845791 B TWI845791 B TW I845791B
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孫祥
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大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種在零部件上形成耐等離子體塗層的方法、零部件和等離子體處理裝置，方法包括：提供零部件；對所述零部件進行加熱；提供塗覆材料源，所述塗覆材料源包含有機基團、氧原子和金屬原子，或者塗覆材料源包含有機基團、氧原子、金屬原子和氟原子；向零部件表面輸送氣態的塗覆材料源，所述塗覆材料源在零部件表面因受熱發生化學反應形成耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的面心立方結構的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。包含所述耐等離子體塗層的零部件用在等離子體刻蝕腔體中，能降低塗層被等離子體腐蝕。

Description

在零部件上形成耐等離子體塗層的方法、零部件和等離子體處理裝置
本發明涉及半導體領域，尤其涉及一種零部件上形成耐等離子體塗層的方法、零部件和等離子體處理裝置。
等離子體蝕刻製程在積體電路領域發揮了關鍵作用。對處於等離子體刻蝕腔室內惡劣腐蝕環境下的部件來說，需要具有相當高的耐等離子體腐蝕性。為此，有專利提出用氧化釔或氟化釔耐等離子體塗層對等離子體刻蝕腔室內部部件表面塗覆以保護工件，產生了良好的耐等離子體腐蝕的效果。但是隨著半導體高端製程（10nm以下）的不斷進步，等離子體刻蝕製程中使用F/O等離子體的比例不斷提高，等離子體刻蝕性能不斷加強，同時就要求與等離子體接觸的部件具有：1、更高的表面緻密性，能同時耐CF4 和/或O2 等離子體腐蝕，並且材料結構儘量不發生改變，保持腔體刻蝕環境的穩定性。2、更短的表面初始化時間，更長的服役壽命以降低腔體維護成本。
針對上述需求，氧化釔與氟化釔的保護作用有限，無法進一步滿足實際需求，那麼如何提供一種能同時耐CF4 和/或O2 等離子體腐蝕，服役壽命長，且表面緻密性高，能保持腔體刻蝕環境的穩定性的耐等離子體塗層材料，成為進一步提高等離子體刻蝕性能的重要發展方向。
本發明解決的技術問題是提供了一種在零部件上形成耐等離子體塗層的方法、零部件和等離子體處理裝置，以降低耐等離子體塗層被等離子體腐蝕，提高等離子體刻蝕環境的穩定性。
為解決上述技術問題，本發明提供一種在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，包括：提供零部件；對所述零部件進行加熱；提供塗覆材料源，所述塗覆材料源包含有機基團、氧原子和金屬原子，或者所述塗覆材料源還包含氟原子；向零部件表面輸送塗覆材料源，所述塗覆材料源在零部件表面因受熱發生化學反應形成耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的面心立方結構的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
較佳的，所述金屬原子為釔原子，所述塗覆材料源包含氟原子，所形成的耐等離子體塗層包括釔基氧氟化合物，所述釔基氧氟化合物為釔氧氟化合物。
較佳的，所述塗覆材料源僅為一種材料，所述塗覆材料源包括：2,2,2-三氟乙酸釔(III) 、六氟乙醯丙酮化釔(III)和三氟甲磺酸釔(III)中的至少一種。
較佳的，所述塗覆材料源包括第一塗覆材料源和第二塗覆材料源，所述有機基團包括第一有機基團，所述第一塗覆材料源內具有第一有機基團。
較佳的，第一塗覆材料源與第二塗覆材料源中氟與氧的摩爾量比為2:1～1:1。
較佳的，所述第一塗覆材料源還包括：釔原子和氧原子，所述有機基團還包括第二有機基團，所述第二塗覆材料源還包括氟原子和第二有機基團。
較佳的，所述第一塗覆材料源包括：甲酸釔(III)、乙酸釔(III) 、草酸釔、丙酸釔、異丙醇釔(III)、三(2-甲氧基氧乙基)釔、三正丁氧化釔、甲基丙烯酸釔、乙基己二酸異丙酯釔、乙醯丙酮釔(III) 、三(甲基環戊二烯)釔、2-乙基己酸釔、新癸酸釔、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔、環烷酸釔、異丙醇氧釔、硬脂酸釔和苦杏仁酸釔中的至少一種，所述第二塗覆材料源包括：三氟乙酸、三氟乙醇、四氟甲烷、六氟乙烷、1,3-六氟丁二烯、六氟苯、八氟環丁烷、三氟甲醇、三氟甲烷、三氟乙酸、過氧三氟乙酸、三氟乙醇、三氟乙酸脂、2-氟丁酸、全氟辛酸和十一氟已酸中的至少一種。
較佳的，所述第一塗覆材料源還包括釔原子和氟原子，所述第二塗覆材料源包括氧原子。
較佳的，所述第一塗覆材料源包括氟碳酸釔、三氟乙酸釔(III) 、六氟乙醯丙酮化釔(III)和三氟甲磺酸釔(III)中的至少一種，所述第二塗覆材料源包括：臭氧、二氟化氧和二氟化二氧中的至少一種。
較佳的，所述第一塗覆材料源還包括釔原子和氧原子，所述有機基團還包括第二有機基團，所述第二塗覆材料源還包括釔原子、氟原子和第二有機基團。
較佳的，所述第一材料源包括：甲酸釔(III)、乙酸釔(III) 、草酸釔、丙酸釔、異丙醇釔(III)、三(2-甲氧基氧乙基)釔、三正丁氧化釔、甲基丙烯酸釔、乙基己二酸異丙酯釔、乙醯丙酮釔(III) 、2-乙基己酸釔、新癸酸釔、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔、環烷酸釔、異丙醇氧釔、硬脂酸釔和苦杏仁酸釔中的至少一種，所述第二材料源包括：氟碳酸釔、三氟乙酸釔(III)、六氟乙醯丙酮化釔(III)和三氟甲磺酸釔(III)中的至少一種。
較佳的，所述塗覆材料源包括第三塗覆材料源、第四塗覆材料源和第五塗覆材料源，所述有機基團包括第一有機基團和第二有機基團，所述第三塗覆材料源包括釔原子和第一有機基團，第四塗覆材料源包括氧原子，第五塗覆材料源包括氟原子和第二有機基團。
較佳的，所述第三塗覆材料源、第四塗覆材料源和第五塗覆材料源中釔、氧和氟的摩爾比為：1:2:1～1:1:1。
較佳的，第三塗覆材料源的材料包括：乙酸釔(III) 、三(2-甲氧基氧乙基)釔、三正丁氧化釔、甲基丙烯酸釔、乙基己二酸異丙酯釔  、乙醯丙酮釔(III)、三(甲基環戊二烯)釔、2-乙基己酸釔、新癸酸釔、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔、環烷酸釔、異丙醇氧釔、硬脂酸釔等中的至少一種，所述第四塗覆材料源的材料包括：臭氧、氧氣、二氟化氧和二氟化二氧等中的至少一種，所述第五塗覆材料源的材料包括：三氟乙酸、三氟乙醇、四氟甲烷、六氟乙烷、1,3-六氟丁二烯、六氟苯、八氟環丁烷、氟氧酸、三氟甲醇、三氟甲烷、三氟乙酸、過氧三氟乙酸、三氟乙醇、三氟乙酸脂、2-氟丁酸、全氟辛酸和十一氟已酸等中的至少一種。
較佳的，所述穩定相的面心立方結構的釔氧氟化合物的化合物包括YOF、Y5 O4 F7 、Y6 O5 F8 、Y7 O6 F9 或者Y17 O14 F23 中的至少一種。
較佳的，所述塗覆材料源不包含氟原子時，所述金屬原子包括釔原子，所述金屬原子還包含鋁原子和鋯原子中的至少一種，所形成的耐等離子體塗層為釔基多元金屬氧化物，所述釔基多元金屬氧化物包括釔鋁氧化物或者釔鋯氧化物或者釔鋁鋯氧化物。
較佳的，所述釔鋁氧化物包括：Y3 Al5 O12 、YAlO3 或者Y4 Al2 O9 ；所述釔鋯氧化物包括Zra Y1-a O2 ，0.5＜a＜1；所述釔鋁鋯氧化物包括：所述釔鋁鋯氧化物包括：Zr1-a-b Ala Yb O2 ，0.0＜a＜0.2，0.01＜b＜0.2。
較佳的，當所述釔基多元金屬氧化物包括釔鋁氧化物或者釔鋯氧化物時，所述塗覆材料源包括第一塗覆材料源和第二塗覆材料源，所述有機基團包括第一有機基團和第二有機基團，所述第一塗覆材料源包含釔原子、氧原子和第一有機基團，所述第二塗覆材料源包含鋁原子和鋯原子中的一種以及所述第二有機基團。
較佳的，所述塗覆材料源包含有機基團、氧原子、釔原子和氟原子，所述塗覆材料源還包含鋁原子和鋯原子中的至少一種，所形成的耐等離子體塗層為釔基氧氟化物，所述釔基氧氟化物包括：釔鋁氧氟化物或者釔鋯氧氟化物或者釔鋁鋯氧氟化合物。
較佳的，當所述釔基氧氟化物為釔鋁氧氟化物或者釔鋯氧氟化物或者釔鋁鋯氧氟化合物時，所述塗覆材料源包括第一塗覆材料源、第二塗覆材料源和第三塗覆材料源，所述有機基團包括第一有機基團和第二有機基團，所述第一塗覆材料源包含釔原子、氧原子和第一有機基團，所述第二塗覆材料源包含鋁原子和鋯原子中的一種以及第二有機基團，所述第三塗覆材料源包含氟原子。
較佳的，當所述第二塗覆材料源為含鋁材料源時，所述含鋁材料源包括：三甲基鋁、三乙基鋁或二甲基乙基胺配鋁烷；當所述第二塗覆材料源為含鋯材料源時，所述含鋯材料源包括：異丙醇鋯、正丙醇鋯、二氯二茂鋯或乙醯丙酮鋯。
較佳的，所述耐等離子體塗層僅包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
較佳的，所述耐等離子體塗層還包括：金屬氧化物和/或金屬氟化物。
較佳的，還包括：向零部件表面輸送催化氣體；使所述催化氣體轉化為等離子體，所述等離子體用於加速塗覆材料源內化學鍵的斷裂。
較佳的，所述催化氣體包括：氬氣和臭氧中的至少一種。
較佳的，所述加熱裝置的加熱溫度範圍為：100攝氏度～500攝氏度。
較佳的，所述化學反應為化學氣相沉積製程或者原子層沉積製程。
本發明還提供一種零部件，包括：一零部件本體，所述零部件本體上具有如上述方法形成的耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的面心立方結構的釔氧氟化合物。
相應的，本發明還提供一種包含上述零部件的等離子體處理裝置，包括：反應腔，所述反應腔內為等離子體環境；零部件，位於所述反應腔內，具有耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的面心立方結構的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物，所述耐等離子體塗層暴露於所述等離子體環境內。
較佳的，當等離子體處理裝置為電感耦合等離子體處理裝置時，所述零部件包括：陶瓷板、內襯套、氣體噴嘴、氣體分配板、氣管法蘭、靜電吸盤組件、覆蓋環、聚焦環、絕緣環和襯底固持框中的至少一種。
較佳的，當等離子體處理裝置為電容耦合等離子體處理裝置時，所述零部件包括：噴淋頭、上接地環、移動環、氣體分配板、氣體緩衝板、靜電吸盤組件、下接地環、覆蓋環、聚焦環、絕緣環和襯底固持框中的至少一種。
與習知技術相比，本發明實施例的技術方案具有以下有益效果： 本發明技術方案提供的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法中，向零部件表面輸送塗覆材料源，所述塗覆材料源包括包含有機基團、氧原子和金屬原子，或者所述塗覆材料源還包含氟原子，在零部件表面因受熱發生化學反應形成耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的面心立方結構的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。當零部件暴露在含氧和氟的等離子體環境中時，由於所述釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物具有穩定的相結構，使得包含釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物的耐等離子體塗層能夠阻止等離子體中的氧和氟在耐等離子體塗層表面的吸附、擴散和進一步腐蝕，一方面有利於降低耐等離子體塗層被腐蝕的概率，另一方面有利於縮短耐等離子體塗層在等離子體環境中達到飽和狀態的時間，維持腔體中氧等離子體和氟等離子體環境的穩定性。所形成的耐等離子體塗層中的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物為面心立方結構，使得塗層不僅具有良好的耐等離子腐蝕能力，同時，還能夠降低形成所述塗層的應力，防止塗層產生裂紋或者發生脫落。
正如背景技術所述，氧化釔與氟化釔對零部件上的保護作用有限，無法滿足實際需求，尤其無法同時耐CF4 和O2 等離子體腐蝕，為解決上述技術問題，本發明技術方案提供一種在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，包括：提供零部件；對所述零部件進行加熱；提供塗覆材料源，所述塗覆材料源包含有機基團、氧原子和金屬原子，或者所述塗覆材料源還包含氟原子；向零部件的表面輸送塗覆材料源，所述塗覆材料源在零部件的表面因受熱發生化學反應形成耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的面心立方結構的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。所述方法形成的耐等離子體塗層應用於等離子體環境中，有利於降低耐等離子體塗層被等離子體腐蝕，提高刻蝕腔體環境的穩定性。
為使本發明的上述目的、特徵和有益效果能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
圖1是本發明一種在零部件上形成耐等離子體塗層的方法流程圖。
參考圖1，S1：提供零部件；提供塗覆材料源，所述塗覆材料源包含有機基團、氧原子和金屬原子，或者所述塗覆材料源還包含氟原子；S2：對所述零部件進行加熱；S3：向零部件表面輸送氣態的塗覆材料源，所述塗覆材料源在零部件表面因受熱發生化學反應形成耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的面心立方結構的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
當所述塗覆材料源為氣態時，直接通過輸送至零部件表面；當所述塗覆材料源為固態或者液體時，將其溶解於相應的溶劑內，通超載氣攜帶溶於溶劑的塗覆材料源小液滴進入反應腔。載氣可以為Ar、N2 和O2 中的至少一種。
在本實施例中，對所述零部件進行加熱的溫度範圍為：100攝氏度～500攝氏度。對零部件進行加熱，使得塗覆材料源接觸零部件表面因受熱發生化學反應形成耐等離子體塗層。
在一實施例中，述金屬原子為釔原子，所述塗覆材料源包含氟原子，所形成的耐等離子體塗層包括釔基氧氟化合物，所述釔基氧氟化合物為釔氧氟化合物。
在一種實施例中，所述釔基氧氟化合物為釔氧氟化合物，且所述塗覆材料源僅為一種材料時，所述塗覆材料源為極性分子，所述塗覆材料源包括：2,2,2-三氟乙酸釔(III)（分子式為：C6 F9 O6 Y）、六氟乙醯丙酮化釔(III)和三氟甲磺酸釔(III)（分子式為：C3 F9 O9 S3 Y）中的至少一種。
當所述塗覆材料源僅為一種材料，能夠發生化學反應形成YOF的原理包括：由於所述塗覆材料源為極性分子，在高溫下這些極性分子中的Y原子、O原子和F原子容易與基團R斷裂，發生化學反應，進而形成YOF塗層。該過程可以用簡化化學方程式表示為R-Y-F-O à YOF + CO2 + H2 O，其中R代表塗覆材料源中的有機基團部分。
在另一種實施例中，所述釔基氧氟化合物為釔氧氟化合物，且所述塗覆材料源為兩種材料時，所述塗覆材料源包括第一塗覆材料源和第二塗覆材料源，所述有機基團包括第一有機基團，所述第一塗覆材料源包括第一有機基團。
在本實施例中，第一塗覆材料源與第二塗覆材料源中氟與氧的摩爾比在2:1和1:1之間，包括端點值。
當所述第一塗覆材料源還包括釔原子和氧原子，所述有機基團還包括第二有機基團，所述第二塗覆材料源包括氟原子和第二有機基團時，所述第一塗覆材料源包括：甲酸釔(III)、乙酸釔(III) 、草酸釔、丙酸釔、異丙醇釔(III)、三(2-甲氧基氧乙基)釔、三正丁氧化釔、甲基丙烯酸釔、乙基己二酸異丙酯釔、乙醯丙酮釔(III) 、三(甲基環戊二烯)釔、2-乙基己酸釔、新癸酸釔、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔、環烷酸釔、異丙醇氧釔、硬脂酸釔和苦杏仁酸釔中的至少一種，所述第二塗覆材料源包括：三氟乙酸、三氟乙醇、四氟甲烷、六氟乙烷、1,3-六氟丁二烯、六氟苯、八氟環丁烷、三氟甲醇、三氟甲烷、三氟乙酸、過氧三氟乙酸、三氟乙醇、三氟乙酸脂、2-氟丁酸、全氟辛酸和十一氟已酸等中的至少一種。
當所述第一塗覆材料源包括釔原子和氧原子，所述第二塗覆材料源包括氟原子時，能夠發生化學反應形成YOF的原理包括：在高溫下第一塗覆材料源分子中的Y原子、O原子易與第一有機基團發生斷裂，第二塗覆材料源中的F原子容易與第二有機基團發生斷裂，Y原子、O原子和F原子發生化學反應形成YOF塗層。該過程可以用簡化化學方程式表示為R1 -Y-O + R2 à YOF+ CO2 + H2 O，其中R1 代表第一塗覆材料源中的第一有機基團部分，R2 代表第二塗覆材料源中的第二有機基團部分。
當所述第一塗覆材料源還包括釔原子和氟原子，所述第二塗覆材料源包括氧原子時，所述第一塗覆材料源包括氟碳酸釔、三氟乙酸釔(III) 、六氟乙醯丙酮化釔(III)和三氟甲磺酸釔(III)中的至少一種，所述第二塗覆材料源包括：臭氧、二氟化氧和二氟化二氧中的至少一種。
在本實施例中，第一塗覆材料源與第二塗覆材料源中F與O的摩爾比在2:1和1:1之間，包括端點值。
當所述第一塗覆材料源包括釔原子和氟原子，所述第二塗覆材料源包括氧原子時，能夠發生化學反應形成YOF的原理包括：在高溫下第一塗覆材料源中的釔原子和氟原子與第一有機基團發生斷裂，釔原子和氟原子進一步與O分子發生化學反應，形成YOF塗層。該過程可以用簡化化學方程式表示為R1 -Y-F + O3 à YOF+ CO2 + H2 O，其中R1 代表第一塗覆材料源中的第一有機基團部分。
當所述第一塗覆材料源包括釔原子和氧原子，所述有機基團還包括第二有機基團，所述第二塗覆材料源還包括釔原子、氟原子和第二有機基團時，所述第一材料源包括：甲酸釔(III)、乙酸釔(III) 、草酸釔、丙酸釔、異丙醇釔(III)、三(2-甲氧基氧乙基)釔、三正丁氧化釔、甲基丙烯酸釔、乙基己二酸異丙酯釔、乙醯丙酮釔(III) 、2-乙基己酸釔、新癸酸釔、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔、環烷酸釔、異丙醇氧釔、硬脂酸釔和苦杏仁酸釔中的至少一種，所述第二材料源包括：氟碳酸釔、三氟乙酸釔(III)、六氟乙醯丙酮化釔(III)和三氟甲磺酸釔(III)中的至少一種。
當所述第一塗覆材料源包括釔原子和氧原子，所述第二塗覆材料源包括釔原子和氟原子時，能夠發生化學反應形成YOF的原理包括：在高溫下第一塗覆材料源分子中的Y原子、O原子易與第一有機基團發生斷裂，所述第二塗覆材料源中的Y原子、F原子易與第二有機基團斷裂，Y原子、O原子和F原子發生化學反應，進而形成YOF塗層。該過程可以用簡化化學方程式表示為R1 -Y-O + R2 -F-Y à YOF+ CO2 + H2 O，其中R1 代表第一塗覆材料源中的第一有機基團部分，R2 代表第二塗覆材料源中的第二有機基團部分。
在又一實施例中，所述釔基氧氟化合物為釔氧氟化合物，且所述塗覆材料源包括第三塗覆材料源、第四塗覆材料源和第五塗覆材料源，所述有機基團包括第一有機基團和第二有機基團，所述第三塗覆材料源包括釔原子和第一有機基團，第四塗覆材料源包括氧原子，第五塗覆材料源包括氟原子和第二有機基團。
所述第三塗覆材料源、第四塗覆材料源和第五塗覆材料源中Y、O與F的摩爾量比在1:2:1和1:1:1之間，包括端點值。
所述第三塗覆材料源的材料包括：乙酸釔(III) 、三(2-甲氧基氧乙基)釔、三正丁氧化釔、甲基丙烯酸釔、乙基己二酸異丙酯釔  、乙醯丙酮釔(III)、三(甲基環戊二烯)釔、2-乙基己酸釔、新癸酸釔、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔、環烷酸釔、異丙醇氧釔、硬脂酸釔等中的至少一種，所述第四塗覆材料源的材料包括：臭氧、氧氣、二氟化氧和二氟化二氧等中的至少一種，所述第五塗覆材料源的材料包括：三氟乙酸、三氟乙醇、四氟甲烷、六氟乙烷、1,3-六氟丁二烯、六氟苯、八氟環丁烷、氟氧酸、三氟甲醇、三氟甲烷、三氟乙酸、過氧三氟乙酸、三氟乙醇、三氟乙酸脂、2-氟丁酸、全氟辛酸和十一氟已酸等中的至少一種。
當所述塗覆材料源包括第三塗覆材料源、第四塗覆材料源和第五塗覆材料源，能夠發生化學反應形成YOF的原理包括：在高溫下第三塗覆材料源分子中的Y原子易與第一有機基團發生斷裂，第五塗覆材料源中的F原子易與第二有機基團斷裂，斷裂形成的Y原子、F原子與第四塗覆材料源中的O原子發生化學反應形成YOF塗層。R1 -Y + R2 -F + O3 à YOF+ CO2 + H2 O，其中R1 代表第三塗覆材料源中的第一有機基團部分，R2 代表第五塗覆材料源中的第二有機基團部分。
所述耐等離子體塗層包括穩定相的面心立方結構的釔氧氟化合物。當零部件暴露在含氧和/或氟的等離子體環境中時，由於所述穩定相的釔氧氟化合物是通過化學反應形成的，釔氧氟化合物具有穩定的相結構，釔原子、氧原子和氟原子之間通過化學鍵連接，而非氟原子或氧原子簡單的吸附於氧化釔或氟化釔的表面，使得耐等離子體塗層在暴露於氟和氧等離子體環境中時，更容易保持結構穩定性；同時由於所述穩定相的釔氧氟化合物中氧元素和氟元素濃度量相對較高（以YOF為例，F和O的摩爾原子百分比高達33%），使得穩定相的釔氧氟化合物對等離子體環境中的氧和/氟等離子體的吸附、擴散和進一步腐蝕較少，一方面使得耐等離子體塗層保持穩定，另一方面使得刻蝕環境中氟和氧等離子體保持穩定，有利於提高等離子體處理裝置對晶片刻蝕的穩定性。所形成的塗層中的釔氧氟化合物為面心立方結構，使得塗層不僅具有良好的耐等離子腐蝕能力較強，同時，還能夠降低形成所述塗層的應力，防止塗層產生裂紋或者發生脫落。
所述穩定相的釔氧氟化合物的材料包括：YOF、Y5 O4 F7 、Y6 O5 F8 、Y7 O6 F9 或者Y17 O14 F23 中的至少一種。
在另一實施例中，所述塗覆材料源不包含氟原子時，所述金屬原子包括釔原子，所述金屬原子還包括鋁原子和鋯原子中的至少一種，所形成的耐等離子體塗層為釔基多元金屬氧化物，所述釔基多元金屬氧化物包括釔鋁氧化物或者釔鋯氧化物或者或者釔鋁鋯氧化物。所述釔鋁氧化物包括：Y3 Al5 O12 、YAlO3 或者Y4 Al2 O9 ；所述釔鋯氧化物包括Zra Y1-a O2 (0.5＜a＜1)；所述釔鋁鋯氧化物包括：Zr1-a-b Ala Yb O2 ，0.0＜a＜0.2，0.01＜b＜0.2。當所述釔基多元金屬氧化物包括釔鋁氧化物或者釔鋯氧化物時，所述塗覆材料源包括第一塗覆材料源和第二塗覆材料源，所述有機基團包括第一有機基團和第二有機基團，所述第一塗覆材料源包含釔原子、氧原子和第一有機基團，所述第二塗覆材料源包含鋁原子和鋯原子中的一種以及所述第二有機基團。
由於所述釔基多元金屬氧化物具有穩定相，且具有絕緣性，較高的介電常數和較高的Y-O化學鍵能，使得塗覆有所述釔基多元金屬氧化物的零部件置於含氧和氟的等離子體環境中，有利於阻擋等離子體中的氧和氟在耐等離子體塗層表面的吸附、擴散和進一步腐蝕，一方面有利於降低耐等離子體塗層被腐蝕的概率，另一方面有利於縮短耐等離子體塗層在等離子體環境中達到飽和狀態的時間，維持腔體中氧等離子體和氟等離子體環境的穩定性。所形成的耐等離子體塗層中的釔基多元金屬氧化物為面心立方結構，使得塗層不僅具有良好的耐等離子腐蝕能力，同時，還能夠降低形成所述塗層的應力，防止塗層產生裂紋或者發生脫落。
在又一實施例中，所述塗覆材料源包含有機基團、氧原子、釔原子和氟原子，所述塗覆材料源還包含鋁原子和鋯原子中的至少一種以及所述有機基團，所形成的耐等離子體塗層為釔基氧氟化物，所述釔基氧氟化物包括：釔鋁氧氟化物或者釔鋯氧氟化物或者釔鋁鋯氧氟化合物。當所述釔基氧氟化物為釔鋁氧氟化物或者釔鋯氧氟化物時，所述塗覆材料源包括第一塗覆材料源、第二塗覆材料源和第三塗覆材料源，所述有機基團包括第一有機基團和第二有機基團，所述第一塗覆材料源包含釔原子、氧原子和第一有機基團，所述第二塗覆材料源包含鋁原子和鋯原子中的一種以及第二有機基團，所述第三塗覆材料源包含氟原子。當所述第二塗覆材料源為含鋁材料源時，所述含鋁材料源包括：三甲基鋁、三乙基鋁或二甲基乙基胺配鋁烷；當所述第二塗覆材料源為含鋯材料源時，所述含鋯材料源包括：異丙醇鋯、正丙醇鋯、二氯二茂鋯或乙醯丙酮鋯。
同樣的，由於所述釔基氧氟化物為穩定相，使得塗覆有所述釔基氧氟化物的零部件置於氧和氟的等離子體環境中，有利於阻擋氧等離子體和氟等離子體的腐蝕。
在本實施例中，還包括：向零部件表面輸送催化氣體；使所述催化氣體轉化為等離子體，所述等離子體用於加速塗覆材料源內化學鍵的斷裂，有利於塗覆材料源在較低的溫度下就能發生化學反應形成所述耐等離子體塗層。
所述催化氣體包括：氬氣和臭氧中的至少一種，相應的，所述等離子體包括：氬離子和氧離子中的至少一種。
在一個實施例中，所述耐等離子體塗層僅包括穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
在另一實施例中，所述耐等離子體塗層還包括：金屬氧化物和/或金屬氟化物。在所述穩定相的面心立方結構的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物的表面具有金屬氟化物，由於金屬氟化物中氟原子的含量較穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物中氟原子的含量更高，因此，有利於進一步降低等離子體環境中氟在耐等離子體塗層表面的吸附、擴散和進一步腐蝕，適用於刻蝕環境中F/O比例更高的製程，例如具有高深寬比的記憶體件的製程。
當等離子體環境中的氟等離子體較多時，所述耐等離子體塗層的最外層為金屬氟化物；當等離子體環境中的氧等離子體較多時，所述耐等離子體塗層的最外層為金屬氧化物。
圖2是本發明一種在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置示意圖。
請參考圖2，反應腔100；基座101，位於所述反應腔100內，用於承載零部件106；加熱裝置102，用於對零部件106進行加熱；氣體輸送裝置103，用於向反應腔100內輸送塗覆材料源，塗覆材料源包含有機基團、氧原子和金屬原子，或者所述塗覆材料源包含有機基團、氧原子、金屬原子和氟原子，所述塗覆材料源的材料在零部件106表面因受熱發生化學反應形成耐等離子體塗層107，所述耐等離子體塗層107包括具有穩定相的面心立方結構的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
圖3是本發明形成的一種耐等離子體塗層的X-射線衍射圖（XRD）。
需要說明的是：1為YOF的標準峰，2為耐等離子體塗層的峰。
對比1和2可以看出，耐等離子體塗層的峰2與YOF的標準峰1相比符合的很好，說明本發明提出的形成YOF耐等離子體塗層的方法是有效的，而所述1的YOF標準峰對應的物相為面心立方結構的YOF，即：耐等離子體塗層為面心立方結構的YOF。
相應的，本發明還提供一種零部件，包括：零部件本體，所述零部件本體上具有上述方法形成的耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
相應的，本發明還包括上述零部件的等離子體處理裝置，包括：反應腔，所述反應腔內為等離子體環境；零部件，位於所述反應腔內，具有耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物，所述耐等離子體塗層暴露於所述等離子體環境內。
當等離子體處理裝置為電感耦合等離子體處理裝置時，所述零部件包括：陶瓷板（window）、內襯套（liner）、氣體噴嘴（nozzle）、氣體分配板（gas box）、氣管法蘭（gas flange）、靜電吸盤（ESC）組件、覆蓋環（cover ring）、聚焦環（focus ring）、絕緣環（insert ring）、襯底固持框中的至少一種。
當等離子體處理裝置為電容耦合等離子體處理裝置時，所述零部件包括：噴淋頭（showerhead）、上接地環（upper ground ring）、移動環（moving ring）、氣體分配板（gas box）、氣體緩衝板（mountain base）、靜電吸盤組件（ESC）、下接地環（lower ground ring）、覆蓋環（cover ring）、聚焦環（focus ring）、絕緣環（insert ring）、襯底固持框中的至少一種。
所述等離子體處理裝置包括反應腔，所述反應腔內為等離子體環境，所述等離子體環境包括氟等離子體和氧等離子體，所述氟等離子體和氧等離子體用於對晶片進行等離子體刻蝕處理。利用上述方法形成的耐等離子體塗層包括穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物，將包含所述耐等離子體塗層的零部件暴露於等離子體環境中，使得氟離子和氧離子在耐等離子體塗層中的吸附、擴散和化學反應層深度降低，因此，有利於縮短腔體刻蝕環境達到飽和所需時間，提高等離子體部件的耐腐蝕性能和服役壽命，提高等離子體環境的穩定性，進而提高等離子體對晶片刻蝕速率的穩定性，並進一步降低等離子體處理裝置台的運行維護成本。並且，所形成的塗層中的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物為面心立方結構，使得塗層不僅具有良好的耐等離子腐蝕能力較強，同時，還能夠降低形成所述塗層的應力，防止塗層產生裂紋或者發生脫落。
雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以申請專利範圍所限定的範圍為準。
100:反應腔 101:基座 102:加熱裝置 103:氣體輸送裝置 106:零部件 107:耐等離子體塗層 S1～S3:流程
圖1是本發明一種在零部件上形成耐等離子體塗層的方法流程圖； 圖2是本發明一種在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置示意圖； 圖3是本發明形成的一種耐等離子體塗層的X-射線衍射圖（XRD）。

Claims (30)

  1. 一種在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，包括：提供一零部件；對該零部件進行加熱，加熱的溫度範圍為：100攝氏度~500攝氏度；提供一塗覆材料源，該塗覆材料源包含一有機基團、一氧原子和一金屬原子，或者該塗覆材料源還包含一氟原子，該金屬原子包含釔原子；向該零部件的表面輸送氣態的該塗覆材料源，該塗覆材料源在該零部件的表面因受熱發生一化學反應生成一耐等離子體塗層，該耐等離子體塗層包括一具有穩定相的面心立方結構的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
  2. 如請求項1所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該金屬原子為釔原子，該塗覆材料源包含氟原子，所形成的該耐等離子體塗層包括一釔基氧氟化合物，該釔基氧氟化合物為釔氧氟化合物。
  3. 如請求項2所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該塗覆材料源僅為一種材料，該塗覆材料源包括：2,2,2-三氟乙酸釔(III)、六氟乙醯丙酮化釔(III)和三氟甲磺酸釔(III)中的至少一種。
  4. 如請求項2所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該塗覆材料源包括一第一塗覆材料源和一第二塗覆材料源，該有機基團包括一第一有機基團，該第一塗覆材料源內具有該第一有機基團。
  5. 如請求項4所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該第一塗覆材料源與該第二塗覆材料源中氟與氧的摩爾量比為2：1~1：1。
  6. 如請求項4所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法， 其中，該第一塗覆材料源還包括：釔原子和氧原子，該有機基團還包括一第二有機基團，該第二塗覆材料源還包括氟原子和該第二有機基團。
  7. 如請求項6所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該第一塗覆材料源包括：甲酸釔(III)、乙酸釔(III)、草酸釔、丙酸釔、異丙醇釔(III)、三(2-甲氧基氧乙基)釔、三正丁氧化釔、甲基丙烯酸釔、乙基己二酸異丙酯釔、乙醯丙酮釔(III)、三(甲基環戊二烯)釔、2-乙基己酸釔、新癸酸釔、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔、環烷酸釔、異丙醇氧釔、硬脂酸釔和苦杏仁酸釔中的至少一種，該第二塗覆材料源包括：三氟乙酸、三氟乙醇、四氟甲烷、六氟乙烷、1,3-六氟丁二烯、六氟苯、八氟環丁烷、三氟甲醇、三氟甲烷、三氟乙酸、過氧三氟乙酸、三氟乙醇、三氟乙酸脂、2-氟丁酸、全氟辛酸和十一氟已酸中的至少一種。
  8. 如請求項4所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該第一塗覆材料源還包括釔原子和氟原子，該第二塗覆材料源包括氧原子。
  9. 如請求項8所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該第一塗覆材料源包括氟碳酸釔、三氟乙酸釔(III)、六氟乙醯丙酮化釔(III)和三氟甲磺酸釔(III)中的至少一種，該第二塗覆材料源包括：臭氧、二氟化氧和二氟化二氧中的至少一種。
  10. 如請求項4所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該第一塗覆材料源還包括釔原子和氧原子，該有機基團還包括一第二有機基團，該第二塗覆材料源還包括釔原子、氟原子和該第二有機基團。
  11. 如請求項10所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該第一塗覆材料源包括：甲酸釔(III)、乙酸釔(III)、草酸釔、丙 酸釔、異丙醇釔(III)、三(2-甲氧基氧乙基)釔、三正丁氧化釔、甲基丙烯酸釔、乙基己二酸異丙酯釔、乙醯丙酮釔(III)、2-乙基己酸釔、新癸酸釔、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔、環烷酸釔、異丙醇氧釔、硬脂酸釔和苦杏仁酸釔中的至少一種，該第二塗覆材料源包括：氟碳酸釔、三氟乙酸釔(III)、六氟乙醯丙酮化釔(III)和三氟甲磺酸釔(III)中的至少一種。
  12. 如請求項2所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該塗覆材料源包括一第三塗覆材料源、一第四塗覆材料源和一第五塗覆材料源；該有機基團包括一第一有機基團和一第二有機基團，該第三塗覆材料源包括釔原子和該第一有機基團，該第四塗覆材料源包括氧原子，該第五塗覆材料源包括氟原子和該第二有機基團。
  13. 如請求項12所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該第三塗覆材料源、該第四塗覆材料源和該第五塗覆材料源中釔、氧和氟的摩爾比為：1：2：1~1：1：1。
  14. 如請求項12所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該第三塗覆材料源的材料包括：乙酸釔(III)、三(2-甲氧基氧乙基)釔、三正丁氧化釔、甲基丙烯酸釔、乙基己二酸異丙酯釔、乙醯丙酮釔(III)、三(甲基環戊二烯)釔、2-乙基己酸釔、新癸酸釔、三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔、環烷酸釔、異丙醇氧釔、硬脂酸釔等中的至少一種，該第四塗覆材料源的材料包括：臭氧、氧氣、二氟化氧和二氟化二氧等中的至少一種，該第五塗覆材料源的材料包括：三氟乙酸、三氟乙醇、四氟甲烷、六氟乙烷、1,3-六氟丁二烯、六氟苯、八氟環丁烷、氟氧酸、三氟甲醇、三氟甲烷、三氟乙酸、過氧三氟乙酸、三氟乙醇、三氟乙酸脂、2-氟丁酸、全氟辛酸和十一氟已酸等中的至少一種。
  15. 如請求項2所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法， 其中，該具有穩定相的面心立方結構的釔氧氟化合物包括YOF、Y5O4F7、Y6O5F8、Y7O6F9或者Y17O14F23中的至少一種。
  16. 如請求項1所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該塗覆材料源不包含氟原子時，該金屬原子包括釔原子，該金屬原子還包括鋁原子和鋯原子中的至少一種，所形成的該耐等離子體塗層為釔基多元金屬氧化物，該釔基多元金屬氧化物包括釔鋁氧化物或者釔鋯氧化物或者釔鋁鋯氧化物。
  17. 如請求項16所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該釔鋁氧化物包括：Y3Al5O12、YAlO3或者Y4Al2O9；該釔鋯氧化物包括ZraY1-aO2，0.5<a<1；該釔鋁鋯氧化物包括：Zr1-a-bAlaYbO2，0.0<a<0.2，0.01<b<0.2。
  18. 如請求項16所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，當該釔基多元金屬氧化物包括釔鋁氧化物或者釔鋯氧化物時，該塗覆材料源包括一第一塗覆材料源和一第二塗覆材料源，該有機基團包括一第一有機基團和一第二有機基團，該第一塗覆材料源包含釔原子、氧原子和該第一有機基團，該第二塗覆材料源包含鋁原子和鋯原子中的一種以及該第二有機基團。
  19. 如請求項16所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該塗覆材料源包含該有機基團、氧原子、釔原子和氟原子，該塗覆材料源還包含鋁原子和鋯原子中的至少一種，所形成的該耐等離子體塗層為釔基氧氟化物，該釔基氧氟化物包括：釔鋁氧氟化物或者釔鋯氧氟化物或者釔鋁鋯氧氟化合物。
  20. 如請求項19所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，當該釔基氧氟化物為釔鋁氧氟化物或者釔鋯氧氟化物時，該塗覆材 料源包括一第一塗覆材料源、一第二塗覆材料源和一第三塗覆材料源，該有機基團包括一第一有機基團和一第二有機基團，該第一塗覆材料源包含釔原子、氧原子和該第一有機基團，該第二塗覆材料源包含鋁原子和鋯原子中的一種以及該第二有機基團，該第三塗覆材料源包含氟原子。
  21. 如請求項18或20所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，當該第二塗覆材料源為含鋁材料源時，所述含鋁材料源包括：三甲基鋁、三乙基鋁或二甲基乙基胺配鋁烷；當該第二塗覆材料源為含鋯材料源時，所述含鋯材料源包括：異丙醇鋯、正丙醇鋯、二氯二茂鋯或乙醯丙酮鋯。
  22. 如請求項1所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該耐等離子體塗層僅包括該具有穩定相的面心立方結構的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
  23. 如請求項1所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該耐等離子體塗層還包括：金屬氧化物和/或金屬氟化物。
  24. 如請求項1所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，還包括：向該零部件的表面輸送一催化氣體；使該催化氣體轉化為等離子體，該等離子體用於加速該塗覆材料源內化學鍵的斷裂。
  25. 如請求項24所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該催化氣體包括：氬氣和臭氧中的至少一種。
  26. 如請求項1所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該化學反應為化學氣相沉積製程或者原子層沉積製程。
  27. 一種零部件，其中，包括：一零部件本體，該零部件本體上具有如請求項1至26中任一項所述方法形成的一耐等離子體塗層，該耐等離子體塗層包括一具有穩定相的面 心立方結構的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
  28. 一種等離子體處理裝置，其中，包括：一反應腔，該反應腔內為一等離子體環境；一如請求項27所述的零部件，位於該反應腔內，具有該耐等離子體塗層，該耐等離子體塗層包括該具有穩定相的面心立方結構的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物，該耐等離子體塗層暴露於該等離子體環境內。
  29. 如請求項28所述的等離子體處理裝置，其中，當該等離子體處理裝置為電感耦合等離子體處理裝置時，該零部件包括：陶瓷板、內襯套、氣體噴嘴、氣體分配板、氣管法蘭、靜電吸盤組件、覆蓋環、聚焦環、絕緣環和襯底固持框中的至少一種。
  30. 如請求項28所述的等離子體處理裝置，其中，當該等離子體處理裝置為電容耦合等離子體處理裝置時，該零部件包括：噴淋頭、上接地環、移動環、氣體分配板、氣體緩衝板、靜電吸盤組件、下接地環、覆蓋環、聚焦環、絕緣環、襯底固持框中的至少一種。
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