[发明专利]零部件、形成耐等离子体涂层的方法和等离子体反应装置

说明书

本发明适用于半导体技术领域，公开了一种用于等离子体反应装置中的零部件、零部件形成耐等离子体涂层的方法和等离子体反应装置。一种用于等离子体反应装置中的零部件，等离子体反应装置包括反应腔，反应腔内为等离子体环境，零部件暴露于等离子体环境中，零部件包括：非氧化物基底；耐等离子体涂层，耐等离子体涂层涂覆于非氧化物基底表面，耐等离子体涂层为稀土金属化合物，耐等离子体涂层和非氧化物基底之间通过饱和化学键过渡。本发明提供的零部件，在非氧化物基底与耐等离子体涂层之间的界面通过饱和的化学键实现过渡，降低耐等离子体涂层脱落的风险，提高耐等离子体涂层的服役寿命。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种零部件、形成耐等离子体涂层的方法和等离子体反应装置。

背景技术

在典型的等离子体刻蚀工艺中，工艺气体(如CF₄、O₂等)在射频(RadioFrequency，RF)激励作用下形成等离子体。这些等离子体在经过上电极和下电极之间的电场(电容耦合或者电感耦合)作用后与晶圆表面发生物理轰击作用及化学反应，从而刻蚀出具有特定结构的晶圆。

然而，在等离子体刻蚀工艺过程中，物理轰击及化学反应作用过程中会释放出大量的热，使得腔体不断的升温；另外在等离子体刻蚀工艺结束后由于冷机的冷却作用，又会将这些热量带走，使得腔室的温度下降。对于处在刻蚀腔体内的零部件而言，通常会涂覆一些耐等离子体腐蚀的涂层(例如，Y₂O₃涂层)以保护零部件不被腐蚀。因此，涂覆在零部件上的耐等离子体涂层处于一个不断升温、降温的热循环冲击环境中。由于在服役过程中热应力不断积累，可能引起耐等离子体涂层微裂纹产生、扩展、开裂、剥落等现象，引起耐等离子体涂层保护功能失效，内部零部件被腐蚀等严重事故。距离晶圆较近的零部件，这种现象尤为严重。一方面，由于距离晶圆较近，受到的热起伏和等离子体的腐蚀作用更大；另一方面，为了避免额外的金属污染，这些零部件一般由非氧化物材质制备，而耐等离子体耐腐蚀涂层与非氧化物零部件的结合力较弱，更容易造成耐等离体子体涂层与非氧化物基底的脱落。

如何有效降低在非氧化物基底的表面耐等离体子体涂层的热应力积累，避免微裂纹产生、扩展、开裂以及剥落等现象，对提升刻蚀腔体环境稳定性，提高零部件服役寿命，降低刻蚀腔体关键零部件的运营成本，将具有重要意义。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种零部件，其旨在解决耐等离子体涂层容易从非氧化物基底上脱落的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供的方案是：一种用于等离子体反应装置中的零部件，等离子体反应装置包括反应腔，反应腔内为等离子体环境，零部件暴露于等离子体环境中，零部件包括：

非氧化物基底；

耐等离子体涂层，耐等离子体涂层涂覆于非氧化物基底表面，耐等离子体涂层为稀土金属化合物，耐等离子体涂层和非氧化物基底之间通过饱和化学键过渡。这样，对非氧化物基底进行表面饱和处理，促进非氧化物基底和耐等离体子涂层在界面的化学键过渡，提高耐等离体子涂层与非氧化物基底的结合力，进而提高耐等离体子涂层的耐热冲击能能力，降低耐等离体子涂层开裂甚至脱落的风险，提高耐等离体子涂层的服役寿命。

可选地，饱和化学键包括：Si-O键。这样，非氧化物基底的表面大量的非饱和悬垂键Si-与O原子结合成Si-O键而达到饱和，促进非氧化物基底和耐等离体子涂层在界面的化学键过渡，提高耐等离体子涂层与非氧化物基底的结合力，使得耐等离体子涂层与非氧化物基底的结合力更强。

可选地，稀土金属化合物包括稀土金属元素的氧化物、氟化物或氟氧化物中的一种或多种。这样，根据实际等离子体刻蚀制程中所选用的工艺气体，而相应的选择稀土金属元素的氧化物、氟化物或氟氧化物中的一种或多种。具体应用中，当工艺气体中F/O比例较高时，可以选用稀土金属元素的氟化物作为耐等离子体涂层的主要材料；当工艺气体中F/O比例较低时，可以选用稀土金属元素的氧化物作为耐等离子体涂层的主要材料。