[发明专利]零部件、其表面形成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，公开一种用于等离子体反应装置中的零部件、零部件表面形成耐等离子体涂层的方法和等离子体反应装置。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，零部件包括涂覆于零部件本体表面的耐等离子体涂层，耐等离子体涂层包括至少两层膜层，膜层为稀土金属化合物，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至少一种，且相邻两膜层具有不同的晶粒生长方向。本发明提供的零部件，通过在零部件的表面涂覆耐等离子体涂层，提高零部件的耐热冲击性能，且耐等离子体涂层能够吸收热应力，阻止微裂纹的扩展，降低了耐等离子体涂层从零部件表面脱落的风险。

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、其表面形成涂层的方法和等离子体反应装置。

背景技术

在半导体器件的制造过程中，等离子刻蚀是将晶圆加工成设计图案的关键工艺。

在典型的等离子体刻蚀工艺中，工艺气体(如CF₄、O₂等)在射频(Radio Frequency，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，使得刻蚀反应腔不断的升温；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，使得刻蚀腔室的温度下降。对于处在刻蚀反应腔内的工件而言，通常会涂覆一些耐等离子体腐蚀的涂层(例如Y₂O₃涂层)以保护工件不被腐蚀。

因此，涂覆在工件上的耐等离子体涂层实际也处于一个不断升温-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、开裂甚至剥落等现象，引起涂层保护功能失效，内部工件被腐蚀等严重事故。

如何有效降低耐等离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，对提升刻蚀反应腔环境稳定性，提高工件服役寿命，降低刻蚀反应腔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用于等离子体反应装置中的零部件，以解决热应力积累导致的耐等离子体涂层失效的技术问题，提高零部件的服役寿命。

为实现上述目的，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，所述等离子体反应装置包括反应腔，所述反应腔内为等离子体环境，所述零部件暴露于所述等离子体环境中，所述零部件包括涂覆于所述零部件本体表面的耐等离子体涂层，所述耐等离子体涂层包括至少两层膜层，所述膜层为稀土金属化合物，所述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至少一种，并且相邻两膜层具有不同的晶粒生长方向。

可选地，相邻两膜层的晶粒生长方向与所述零部件本体的法线所构成的夹角不同。

可选地，相邻两膜层的晶粒生长方向与所述零部件本体的法线所构成的夹角相同，且相邻两膜层的晶粒生长方向相交。

可选地，相邻两膜层的晶粒生长方向构成的夹角大于0°小于90°。

可选地，所述稀土金属化合物中的稀土金属元素包括Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu中的一种或多种。

可选地，所述耐等离子体涂层的致密率为95％到100％。

可选地，所述耐等离子体涂层包括：组成成分相同的相邻两膜层。

可选地，所述耐等离子体涂层包括：组成成分不相同的相邻两膜层，且自衬底表面往上，所述膜层的热膨胀系数依次减小。

可选地，所述耐等离子体涂层的厚度为H，0.001μm≤H≤200μm。