[发明专利]一种等离子体刻蚀反应器

说明书

本发明公开了一种用于等离子体刻蚀反应器，反应器包括腔体，腔体围绕而成的空间内设置有待处理基片，基片上方包括反应空间，反应气体和射频功率被输送到反应空间形成等离子体，对基片进行刻蚀，腔体的内壁表面形成有抗等离子体涂层，以防止腔体内刻蚀晶圆用的等离子体对内壁的腐蚀，抗等离子体涂层的表面材料层的粗糙度≤1μm，且抗等离子体涂层的表面材料层的孔隙率低于1％，厚度大于10um，所述抗等离子体涂层的表面材料层由包括氟和钇的化合物组成。本发明具有改善等离子腔体内部表面或腔体内壁表面的结构稳定性，提高等离子体刻蚀过程的性能，且满足先进的等离子体刻蚀工艺的要求，降低生产成本的优点。

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，特别涉及一种利用涂层涂覆在半导体装置腔体组件的内壁，可以改善半导体装置的等离子体刻蚀腔体的性能的一种等离子体刻蚀反应器。

背景技术

对于电感耦合型等离子体(inductive coupled plasma,ICP)和电容耦合型等离子体(Capacitive coupled plasma,CCP)的刻蚀腔室，其腔体内壁用于将等离子体密封在等离子反应器(plasma reactor)内部，在等离子体刻蚀过程中，整个腔体的大表面均暴露在等离子的环境中，且若腔体内壁的表面的组分或性质发生了改变，则会敏感地影响到等离子体刻蚀过程的稳定性。通常情况下，腔体的内壁采用铝合金(Al alloy)制成，并通过在腔体的内壁的表面覆盖Y₂O₃等离子喷涂涂层或其他耐等离子体的涂层，来维持等离子体刻蚀的稳定性以及延长腔体设备的使用寿命。

对于一些ICP刻蚀处理，例如，多晶硅(poly-Si)的刻蚀处理和对金属的刻蚀处理，利用上述刻蚀方式对每个晶圆进行刻蚀处理时，则需要对ICP刻蚀腔体的内部表面进行聚合物沉积(polymer deposition)和去沉积(de-deposition)的处理步骤，即涂覆与去涂覆(coating and de-coating)处理。对腔体进行涂覆具体为在腔体表面上或环境中进行原位预聚物沉积(in-situ pre-polymer)处理，使得在对晶圆进行等离子体刻蚀处理时，使其处于稳定的恒定的人造刻蚀环境中。由于在利用等离子体对晶圆进行刻蚀的同时会腐蚀腔体表面以及腔体内壁的表面，在刻蚀此晶圆前预先对腔体表面涂覆的聚合物涂层会在此过程中毁坏，导致在对下一个晶圆进行刻蚀的时候不能直接进行使用，因此需要清除残留在腔体表面或者腔体内壁表面上的涂层。因此，在对一个晶圆进行刻蚀完成后，紧接着就会对腔体的表面或者腔体的内壁表面进行去涂层处理。

由于上述的对腔体表面或腔体内壁表面进行涂覆与去涂覆处理，则腔体内壁表面会对等离子体刻蚀的稳定性产生影响。现有技术的处理会产生以下问题：一个问题是在完成对一个晶圆的刻蚀后，在进行去除残留涂层处理的过程中，同时会腐蚀腔体的内壁表面，使得减少设备的使用寿命。第二个问题是关于腔体的内壁表面的粗糙程度，当上述腔体的内壁表面比较粗糙时，使得很难去除残留在腔体的内壁表面的涂层，因此仍然残留在所述腔体的内壁表面的涂层随着对晶圆刻蚀的数量增加，上述残留的涂层会变得越来越厚，最终或快或慢的影响等离子体刻蚀的稳定性。第三个问题是在腔体内壁表面上的化学组分的稳定性的问题，当用于等离子体刻蚀的等离子体中包含有F离子时，腔体内壁表面涂有的PSY₂O₃涂层会转化为含有YF₃或YOF的涂层表面；此处所述YOF为含有Y、O与F三种元素的化合物，根据等离子体化学组分的不同，其Y、O与F三种元素之间的比例也不同，化合价不同)，同样的，当当用于等离子体刻蚀的等离子体中包含有O离子时，腔体内壁表面涂有的PS YF₃涂层会转化为含有YOF的涂层表面；则此不稳定的腔体内壁表面的涂层也会影响等离子体刻蚀的稳定性。