[发明专利]具有耐氯和氟等离子体侵蚀性的涂覆的半导体加工构件及其复合氧化物涂层

说明书

提供一种半导体加工构件，包括主体和设置在主体上的等离子体喷涂涂层。涂层是ABO或ABCO复合氧化物固溶体组合物，其中A、B和C选自La、Zr、Ce、Gd、Y、Yb和Si，并且O是氧化物。该涂层赋予耐氯等离子体侵蚀性和耐氟等离子体侵蚀性，减少等离子体蚀刻期间的颗粒产生，并防止在半导体加工构件的湿清洁期间涂层开裂。

技术领域

本发明涉及用等离子体辅助蚀刻或沉积工艺操作的半导体加工室或构件。更具体地，本发明涉及应用在真空和等离子体室部件上的复合氧化物涂层，为在其中生产的半导体器件的关键尺寸和特征的产生防止颗粒产生、提供介电保护、提供耐湿清洁性、保持高纯度环境，以及为涂覆的室部件提供延长的寿命。

背景技术

用于制造半导体器件的加工室涉及在真空环境中操作的沉积和蚀刻工艺。这些工艺还需要等离子体化学物质在各种基材(晶片)上蚀刻或沉积导体和介电材料。这些晶片主要由Si制成，但也可以由GaAs或GaN制成。

在这样的等离子体加工期间，其中通过偏压或电磁将等离子体产生的化学物质导向晶片，围绕晶片的加工室的壁和部件也暴露于那些蚀刻化学物质。来自真空室内的室壁和各种部件的蚀刻材料导致颗粒产生，这是不希望的。这些颗粒可能落在晶片上并导致对正在蚀刻或沉积在其上的半导体器件的关键亚微米特征和功能的损害。目前，越来越需要使这些亚微米关键特征越来越小，以制造更密集的半导体器件。这些亚微米特征具有关键尺寸，未来一代的半导体正朝着20纳米数量级以及下一更严格(the order of 20nm andbeyond)的临界尺寸发展。临界尺寸的这种减小需要进一步减少这些加工室内的颗粒产生。

由半导体室/构件中的室壁产生的颗粒也可能导致其他问题。在加工晶片上以百万分之一物理存在的侵蚀的金属颗粒也可能导致两个邻近导体之间的电短路。另外，如果产生的颗粒扩散到晶片基质中，它们会导致不受控制的离子迁移率，从而导致半导体器件发生故障。因此，这些纳米器件及其关键特征的成功要求保护加工室的壁免受等离子体的侵蚀。并且，如果壁被侵蚀，重要的是被释放到晶片上的可能导致所形成的器件的任何故障的颗粒非常少。

提供免受颗粒产生的这种保护的一种方法涉及使用耐等离子体侵蚀的热喷涂涂层。室壁保护的最初方法主要集中在阳极氧化，由Al₂O₃制成的热喷涂涂层成为首选材料。U.S.4,419,201公开了使用Al₂O₃涂层来对抗由氯等离子体引起的侵蚀。U.S.5,637,237进一步公开了一种等离子体蚀刻室，其中室壁表面涂有Al₂O₃、Y₂O₃和Sc₂O₃以减少暴露于等离子体的壁的侵蚀。最近引入的侵蚀性高密度氟等离子体导致Al₂O₃涂覆的室壁的快速蚀刻和AIF颗粒的产生。AIF颗粒在加工室内形成灰尘，已被证明难以去除，并导致半导体器件中的晶片级缺陷。

然后，Y₂O₃涂层成为首选材料，然而，Y₂O₃涂层的使用也导致了问题。换言之，虽然氧化钇涂层已成功对抗氟等离子体侵蚀，但这些涂层在暴露于氯等离子体时会迅速侵蚀。

氧化钇涂层的另一个缺点是，当暴露于半导体室外部的水性清洁工艺时这些涂层的层离。氟化钇和氟氧化钇颗粒的存在也在晶片级产生问题。结果，许多出版物和专利已经提出了改进氧化钇涂层以解决这些各种问题的需要。