[发明专利]一种等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路芯片（晶片）等离子体刻蚀领域，具体为一种等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法。

背景技术

等离子体刻蚀（也称干法刻蚀）是集成电路制造中的关键工艺之一，它的工艺水平将直接影响到最终产品质量和生产工艺的先进性。刻蚀用等离子体都是由化学活性强的气体产生，在低压下反应气体在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体，反应腔体中的气体在电子的撞击下，形成大量的活性基团，活性基团和被刻蚀的晶片或芯片形成化学反应并形成挥发性的反应生成物，反应生成物脱离晶片的表面被抽出腔体。

一般的腔体材料采用的是铝合金或不锈钢材料制成，在等离子反应腔体中，被刻蚀的晶片被置于面积较小的电极上，直流偏压会使带正电的反应气体离子加速撞击晶片的表面。同时，腔体中合金材料中的杂质元素也能被离子轰击出来污染晶片的刻蚀。特别是感应耦合等离子（ICP）反应室是在反应离子刻蚀（RIE）反应室的上方加置线圈状的电极，并通过电感耦合达到增强等离子密度的效果，这样对腔体材料的要求就更加苛刻。目前，在高端晶片生产中反应室腔体材料都采用表面钝化或镀膜的处理方法来减少腔体的腐蚀和金属离子的污染。钝化或镀膜的方法制备的膜层较薄，在连续的等离子能量轰击下，腔体表面腐蚀或积累成聚合物最终不能使用。

因为刻蚀工艺采用的等离子体化学活性强，且离子轰击效应明显，若腔体材料抵抗此类等离子体腐蚀的能力差，就会带来等离子体的污染，影响刻蚀工艺，降低成品晶片的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，该涂层能减少或阻止腐蚀性气体对腔体的腐蚀和金属离子对半导体晶片的污染，提高等离子体刻蚀晶片生产中反应室腔体材料的使用寿命。

为实现上述目的，本发明的技术方案：

一种等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，采用纯Al粉末和Y₂O₃-A1₂O₃粉末的混合粉末制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层，利用高速气流将Al粉末和Y₂O₃-A1₂O₃粉末的混合粉末直接喷涂于离子刻蚀腔体表面，通过控制喷涂参数：喷射距离5～50mm、气体压强0.5～5.0MPa、气体温度为260～520℃、气流流量为10～30g/s、粉末粒度为1～50μm，使混合粉末沉积在等离子刻蚀腔体的内表面上，形成均匀分布的防护涂层；其中，纯Al粉末和Y₂O₃-A1₂O₃粉末的重量比例为（0.1～1）：1；Y₂O₃-A1₂O₃粉末中，Y₂O₃与A1₂O₃的重量比为（2.0～2.3）：1。

所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，等离子刻蚀腔体表面防护涂层进行表面抛光、钝化。

所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，抛光采用机械抛光方法，要求粗糙度Ra：0.3-1.6。

所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，钝化为在等离子刻蚀装置中进行毒化处理，对等离子刻蚀腔体表面防护涂层进行等离子钝化时，氧等离子体中的O⁺和O^-离子对腔体钝化处理起主要作用，腔体壁经钝化处理后涂层中的氧和金属以Y-O或Al-O的形态大量增加，随等离子钝化处理的时间的增加，产生大量的Y-O^-、Al-O^-、Y⁺、Al⁺游离基等离子体，这些离子以较高的动能在表面迁移、移动并进入涂层内与Al、Y₂O₃和A1₂O₃进行键合，等离子体通过提供足够的动能使表面生成大量的Y₃A1₅O₁₂钇铝石榴石结构，有效改善涂层的微结构；腔体在真空条件和氧分压下，通过辉光放电即能产生所需数量的等离子基元对腔体表面予以钝化；钝化反应式：