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
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造工藝，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：
刻蝕是半導體工藝中非常關鍵的步驟。半導體工藝中的干法刻蝕都是在密閉真空的刻蝕腔中進行的。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上設置有進氣孔102，在刻蝕腔100的底部居中固定設置有靜電吸附盤103 (Electric Static Chuck，ESC)，在刻蝕腔100的外部設置有頂部陽極104和底部陰極105。當對硅晶片或者多晶硅進行干法刻蝕的時候，首先將硅晶片或者多晶硅放在靜電吸附盤103上，然后通過進氣孔102向刻蝕腔100內通入刻蝕氣體，刻蝕氣體在頂部陽極104產生的射頻能量的作用下在TCP窗的內表面產生等離子體，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)進行，形成缺陷產品，因而影響產品的良率并將降低刻蝕工藝的穩(wěn)定性?，F(xiàn)有技術中解決因為TCP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變快或者變慢，因此觀察并記錄的已經刻蝕的硅晶片或者多晶硅的刻蝕效果，來調整下一次刻蝕工藝中主要刻蝕步驟的時間，從而使刻蝕工藝達到預期的刻蝕效果。但是這種方法需要工程師對刻蝕效果的把握非常精準，而且需要反復多次的記錄和試驗，才能達到較好的刻蝕效果。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，從而減小半導體器件結構的缺陷。

發(fā)明內容
在發(fā)明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。—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表面形成有保護層。所述保護層的材料為三氧化二釔或者二氧化鋯。所述保護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%。所述保護層的厚度為10 20微米。所述保護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表面形成有保護層。所述保護層的材料為三氧化二釔或者二氧化鋯。所述保護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%。所述保護層的厚度為10 20微米。所述保護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窗的內表面涂覆有一層保護層，這種結構的TCP窗可以避免刻蝕氣體對其產生的損耗，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，進而使刻蝕工藝可以達到預期效果。此外，由于保護層對 TCP窗產生了很好的保護，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窗結構簡單，便于制作，可以廣泛應用于半導體工藝設備中的刻蝕腔的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)明實施例的用于刻蝕腔的TCP窗的結構的截面示意圖； 圖4是根據本發(fā)明另一實施例的TCP窗內表面帶有保護層的刻蝕腔的截面示意圖； 圖5是根據本發(fā)明實施例的在TCP窗內表面形成保護層的噴涂設備的截面示意圖。
具體實施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術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節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。為了徹底了解本發(fā)明，將在下文中對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細描述，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體領域的技術人員所熟習的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。圖3示出了根據本發(fā)明實施例的用于刻蝕腔的TCP窗的結構的截面示意圖。如圖3所示，TCP窗300包括TCP窗基體301及其內表面的保護層302。保護層302用于保護 TCP窗基體301，以避免刻蝕氣體對其產生的損耗。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，保護層的厚度不能太厚也不能太薄。優(yōu)選的，所述保護層302的厚度為 10 20微米。所述保護層302的材料為耐等離子體腐蝕的材料，優(yōu)選的，保護層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，并且具有很高的強度和韌性，因此當它們用于制作保護層302時，可使TCP窗300的耐腐蝕性更
尚ο此外，為了增加保護層302與TCP窗基體301之間的粘附性，避免保護層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層302與TCP窗基體301之間的粘附性，同時又不影響保護層的耐腐蝕性，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是根據本發(fā)明另一實施例的TCP窗內表面帶有保護層的刻蝕腔的截面示意圖。如圖4所示，刻蝕腔400的頂部設置內表面帶有保護層401的TCP窗基體402，保護層401的材料采用IO3與Al2O3的混合物或者4 與Al2O3的混合物。所述保護層401的厚度為1(Γ20微米，保護層401可避免刻蝕腔400內部的刻蝕氣體對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，進而使刻蝕工藝可以達到預期效果。此外，由于保護層對TCP窗產生了很好的保護，可避免TCP窗基體402因損耗而脫落的碎片使樣品產生缺陷，從而提高了刻蝕工藝的穩(wěn)定性。接下來描述在TCP窗基體上形成保護層的方法。本實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示出了根據本發(fā)明實施例的在TCP窗內表面形成保護層的噴涂設備的截面示意圖。如圖5所示，噴涂工藝可以采用LAM Research公司(泛林半導體設備技術有限公司)或者TEL公司(Tokyo Electron Limited東京電子有限公司)生產的噴灑范圍為2. 5 米X3米的噴涂設備500。噴涂設備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設置在噴槍501 的內部。粉末材料噴射器502設置在噴槍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，例如但不限于氮氣(N2);通電后，在陰極503和陽極504之間產生電弧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層508成分的改變，而且所述蒸汽在TCP 窗基體507與保護層508之間凝聚引起TCP窗基體507與保護層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，保護層的粘附強度、硬度和沉積效率降低， 因此在本實施例中將等離子流的溫度控制在1200(T2000(TC，在此溫度范圍內，可以獲得較好的TCP窗基體507與保護層508之間的粘附性，并最大限度地保證保護層508的成分不改變。等離子流在噴嘴處的速度可達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上形成保護層508。本發(fā)明的TCP窗的內表面涂覆有一層保護層，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，使刻蝕工藝可以達到預期效果，同時延長了 TCP窗的使用壽命。此外，由于保護層對TCP窗產生了很好的保護，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窗結構簡單，便于制作，因此可以廣泛應用于半導體工藝設備中的刻蝕腔的TCP窗中。本發(fā)明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實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施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據本發(fā)明的教導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)明所要求保護的范圍以內。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
權利要求
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表面形成有保護層。
2.如權利要求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，所述保護層的材料為三氧化二釔或者二氧化鋯。
3.如權利要求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，所述保護層的厚度為10 20微米。
7.如權利要求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表面形成有保護層。
9.如權利要求8所述的刻蝕腔，其特征在于，所述保護層的材料為三氧化二釔或者二氧化鋯。
10.如權利要求8所述的刻蝕腔，其特征在于，所述保護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.如權利要求8所述的刻蝕腔，其特征在于，所述保護層的厚度為1(Γ20微米。
14.如權利要求8所述的刻蝕腔，其特征在于，所述保護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表面涂覆有一層保護層，保護層采用具有抗腐蝕、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。這種結構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，使刻蝕工藝可以達到預期效果，同時延長了TCP窗的使用壽命。此外，由于保護層對TCP窗產生了很好的保護，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窗結構簡單，便于制作，因此可以廣泛應用于半導體工藝設備中的刻蝕腔的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