[发明专利]等离子体电解氧化涂层中的铜或痕量金属污染物的减少

说明书

技术领域

本发明涉及与反应性气体源一起使用的具有保护涂层的等离子体腔室和半导体加工腔室，以及形成保护层以保护物体的表面的方法。更具体而言，本发明涉及使用等离子体电解氧化方法制备的保护层，该方法降低了铜或其它痕量金属污染物的水平。使用本发明方法形成的保护层可保护铝体免受一些腐蚀性环境的影响，并具有降低的铜浓度。

背景技术

等离子体经常用于活化气体，使该气体处于激发态，从而使其具有增强的反应性。在某些情形中，所述气体受激发以产生含有离子、自由基、原子及分子的解离气体。解离气体用于许多工业及科学应用，包含加工材料，例如半导体工件（例如晶片）、粉末及其它气体。解离气体的参数以及解离气体暴露于正被加工的材料的条件取决于应用而有很大不同。

用于加工半导体晶片的等离子体反应器可在包含晶片的腔室中形成等离子体，或者该等离子体反应器可接收由位于腔室上游的反应性气体发生器产生的受激发气体。相对于晶片位置的较佳的等离子体产生位置取决于所述方法。

在一些方法中，等离子体通过等离子体与晶片的直接接触来影响晶片。由于在等离子体中存在电子和离子，与等离子体接触的晶片通常化学反应性增强，因而直接接触可以是令人满意的。另外，当等离子体与晶片接触时，可能通过向晶片施加偏压而控制在晶片表面的离子的能量和方向。此类配置被用于(例如)等离子体增强化学气相沉积或定向蚀刻应用。

在其它方法中，等离子体在远离晶片的地方产生，然后来自等离子体的受激发的气体与晶片发生接触。对于晶片对等离子体中的电荷敏感、易受由等离子体产生的紫外线能量(UV)损坏影响或需要高化学选择性的半导体方法而言，使晶片接触等离子体可能是不希望的。在一些情形中，晶片和等离子体腔室表面可因接触化学腐蚀性等离子体而受到损坏，这可产生化学污染、产生颗粒、缩短产品寿命并增加拥有成本。因此，有时使用远程等离子体源，在加工腔室外部产生等离子体，然后将等离子体产生的活性气体递送至加工腔室用于加工晶片，从而减少晶片和腔室损坏。

反应性气体发生器通过（例如）向等离子体气体(例如O₂、N₂、Ar、NF₃、F₂、H₂及He)或气体的混合物施加足够大的电势以使至少一部分气体离子化而产生等离子体。等离子体可以各种方式产生，包括DC放电、射频（RF）放电和微波放电。DC放电等离子体是通过在等离子体气体中的两个电极之间施加电势而获得。RF放电等离子体是通过将来自电源的能量静电耦合或电感耦合至等离子体中而获得。微波放电等离子体是通过将微波能经微波通过窗口直接耦合至包含等离子体气体的放电腔室中而获得。等离子体通常包含在具有腔室壁的腔室中，所述腔室壁由金属材料(例如铝)或介电材料(例如石英、蓝宝石、氧化钇、氧化锆和/或氮化铝)构成。等离子体腔室可包括具有用介电材料涂覆的壁的金属容器。

在一些应用中，等离子体或受激发的气体可能与反应性气体发生器和/或半导体加工系统不相容。例如，在半导体制造过程中，氟或氟碳化合物的离子或原子可用于从半导体晶片的表面蚀刻或除去硅或氧化硅，或用于清洁加工腔室。由于氟离子具有化学反应性且对加工腔室材料具有腐蚀性，对于这些方法已使用远程等离子体源来产生原子氟，从而避免对加工腔室的损坏。尽管使用远程等离子体源减少了加工腔室中的腐蚀/侵蚀，然而在远程等离子体源中仍然存在一定的腐蚀/侵蚀。

在另一个例子中，使用原子氧通过将光致抗蚀剂转化成挥发性CO₂和H₂O副产物来从半导体晶片中除去光致抗蚀剂。原子氧通常是通过在反应性气体发生器的等离子体腔室中用等离子体解离O₂（或含氧气的气体）而产生的。原子氟通常与原子氧联用，因为原子氟能加速光致抗蚀剂去除过程。氟通过（例如）用等离子体腔室中的等离子体解离NF₃或CF₄产生。然而，氟具有高度腐蚀性，并且可与用于腔室的各种材料（例如铝）发生不利的反应。

一个困扰用于半导体制造的许多不同类型的设备（包括等离子体腔室）的问题是铜污染。由于铜是“快速扩散剂”（即，在常用半导体材料中与许多其它元素相比具有较高的扩散速率），在半导体制造设备中引入极少量的铜可导致半导体器件失效。另外，少量的铜可容易地从一件设备转移至另一件设备，从而在生产线上的半导体制造设备中扩散并造成污染。