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TW201804028A - 半導體處理設備的抗腐蝕性塗層 - Google Patents

半導體處理設備的抗腐蝕性塗層 Download PDF

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TW201804028A
TW201804028A TW105142626A TW105142626A TW201804028A TW 201804028 A TW201804028 A TW 201804028A TW 105142626 A TW105142626 A TW 105142626A TW 105142626 A TW105142626 A TW 105142626A TW 201804028 A TW201804028 A TW 201804028A
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processing chamber
semiconductor processing
aluminum
resistant coating
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TW105142626A
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尤基塔 帕利克
葛堤卡 班傑
皮耶納 葛拉迪亞
安庫 卡丹
畢平 塔庫爾
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應用材料股份有限公司
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Abstract

本文提供一種半導體處理設備的抗腐蝕塗層與製造半導體處理設備的抗腐蝕塗層的方法。在某些實施例中，一種處理半導體處理腔室部件的方法包括：在包含中性電解質與阻抗材料的陽極處理溶液中，陽極處理包含含鋁主體的半導體處理腔室部件，以在含鋁主體頂上形成抗腐蝕塗層。在某些實施例中，一種處理半導體處理腔室部件的方法包括：在中性電解質溶液中，陽極處理包含含鋁主體的半導體處理腔室部件，以在含鋁主體的一表面上形成氧化鋁層；及將陽極處理的半導體處理腔室部件浸入阻抗材料溶液中，以在氧化鋁層頂上形成阻抗材料層。

Description

半導體處理設備的抗腐蝕性塗層
本揭示案的實施例大體而言係關於半導體處理設備的抗腐蝕塗層與製造半導體處理設備的抗腐蝕塗層的方法。
在基板處理腔室(例如半導體處理腔室)中的基板(例如半導體晶圓)處理期間，如在製造積體電路與顯示器，基板通常暴露於例如能夠在基板上蝕刻或沉積材料的賦能氣體(energized gases)。賦能氣體亦可被提供以清洗基板處理腔室的表面。然而，賦能氣體通常可包含腐蝕性含鹵素氣體與其他會侵蝕基板處理腔室的部件(例如腔室外殼壁、噴頭、基板支撐基座、襯墊、或類似物)的賦能物種。例如，由鋁製成的基板處理腔室部件(例如腔室部件)可與賦能含鹵素氣體化學反應以形成腐蝕腔室部件的氯化鋁(AlCl3 )或氟化鋁(AlF3 )。腔室部件的腐蝕部分會剝落且污染基板，其降低基板良率。因此，腐蝕腔室部件從基板處理腔室被頻繁地更換或移除及清洗，造成不欲之基板處理腔室停機時間。
當前，腔室部件藉由例如硬式陽極處理製程或電漿電解氧化處理(PEO)被處理，造成在腔室部件上多孔氧化鋁層的形成。陽極處理通常是在鋁表面上產生相對多孔氧化鋁的集成塗層的電解氧化處理。然而，通常陽極處理製程造成多孔層，其容許鹵化物成分最終到達且與腔室部件的鋁表面反應。
因此，發明人已經發展出改良的半導體處理設備的抗腐蝕塗層與製造半導體處理設備的抗腐蝕塗層的方法。
本文提供一種半導體處理設備的抗腐蝕塗層與製造半導體處理設備的抗腐蝕塗層的方法。在某些實施例中，處理半導體處理腔室部件的方法包括：在包含中性電解質與阻抗材料的陽極處理溶液中，陽極處理包含含鋁主體的半導體處理腔室部件，以在含鋁主體的頂上形成抗腐蝕塗層。
在某些實施例中，處理半導體處理腔室部件的方法包括：在中性電解質溶液中，陽極處理包含含鋁主體的半導體處理腔室部件，以在含鋁主體的一表面上形成氧化鋁層；以及將陽極處理的半導體處理腔室部件浸入阻抗材料溶液中，以在氧化鋁層的頂上形成阻抗材料層。
在某些實施例中，半導體處理腔室部件包括：含鋁主體；及覆蓋基板處理腔室部件的一表面的抗腐蝕塗層，其中抗腐蝕塗層包含氧化鋁與阻抗材料。
本揭示案的其他與進一步的實施例於後描述。
本文揭示改良的半導體處理設備的抗腐蝕塗層與製造半導體處理設備的抗腐蝕塗層的方法。在某些實施例中，本文所形成的抗腐蝕塗層可被用於在半導體處理腔室(例如處理腔室)內被暴露於腐蝕性化物的任何合適的半導體處理腔室部件(例如腔室部件)，腐蝕性化物例如但不限於含氯或含氟處理化物。本揭示案的實施例有利地在腔室部件頂上形成抗腐蝕塗層，其避免處理腔室內的腐蝕性化物與腔室部件反應及腐蝕腔室部件，例如噴頭、基板支撐基座、襯墊、或類似物的腔室部件。其他益處亦可經由本文揭示的方法與結構而理解。
發明人已經觀察到使用於典型化學氣相沉積處理(CVD)或原子層沉積(ALD)處理的腔室部件頻繁地暴露於會腐蝕腔室部件的腐蝕性化物。例如，使用於CVD或ALD處理中，用於在基板(例如半導體晶圓)頂上沉積材料的化學前驅物可含有會腐蝕腔室部件的腐蝕性成分。或者，在原位腔室清洗處理期間，腔室部件可被暴露於腐蝕性化物，通常使用含鹵素氣體，例如含氟或含氯氣體。
發明人已經觀察到包含但不限於噴頭或基板支撐基座或基板支撐基座的部件的腔室部件可由一材料所構成，例如鋁或鋁合金，其特別易於遭受含鹵素氣體(例如含氟氣體或含氯氣體)的腐蝕。發明人已經進一步觀察到腔室部件通常使用例如硬式陽極處理或電漿電解氧化(PEO)的處理而被處理，其造成在腔室部件上多孔氧化鋁層的形成。然而，多孔氧化鋁層容許相關化物的鹵化物成分最終到達且與腔室部件的鋁表面反應，而侵蝕腔室部件。
圖1描繪根據本揭示案的某些實施例的處理腔室部件的方法100的流程圖。方法100開始於102，其中如描繪於圖3A的具有暴露鋁表面302的腔室部件300被浸入陽極處理溶液以陽極處理腔室部件300。陽極處理溶液包含中性電解質與阻抗材料。在某些實施例中，陽極處理溶液由中性電解質與阻抗材料所構成，或實質上由中性電解質與阻抗材料所構成。儘管典型陽極處理製程使用酸性電解質，例如具有pH值小於約2的硫酸(H2 SO4 )或草酸，發明人已經觀察到在包含中性電解質與阻抗材料的溶液中的陽極處理有利地形成更緻密、較少孔洞的抗腐蝕塗層。例如，在包含中性電解質與阻抗材料的溶液中的陽極處理有利地形成具有密度為約2.3 g/cm3 及小於約5%的孔隙度的抗腐蝕塗層。會被陽極處理的腔室部件300被浸入陽極處理溶液中，且作為陽極處理溶液中的陽極。在某些實施例中，腔室部件300耦接至電功率源且施加電流於腔室部件300。在某些實施例中，腔室部件300耦接至電功率源的正端子。一陰極浸入陽極處理溶液中且連接至電功率源。在某些實施例中，陰極耦接至電功率源的負端子。在某些實施例中，電功率源提供約20毫伏特至約300伏特的功率。在某些實施例中，腔室部件300可被陽極處理任何合適的時間長度，以形成具有預定厚度的抗腐蝕塗層。例如，在某些實施例中，腔室部件300可被陽極處理約60至約900秒。在某些實施例中，在處理腔室中被暴露至腐蝕性化物的腔室部件300的暴露鋁表面302被浸入陽極處理溶液中。因此，如圖3B所描繪，暴露鋁表面302被轉變為在剩餘表面306頂上的包含氧化鋁與阻抗材料的抗腐蝕塗層304。在某些實施例中，腔室部件300的暴露鋁表面302被轉變為由氧化鋁與阻抗材料所構成的抗腐蝕塗層或實質上由氧化鋁與阻抗材料所構成的抗腐蝕塗層。例如，在某些實施例中，抗腐蝕塗層是鋁和鋯、或鋁和釔、或鋁和聚四氟乙烯(例如鐵氟龍)的複合塗層。在某些實施例中，抗腐蝕塗層304是集成地形成在腔室部件300上。
在某些實施例中，中性電解質具有從約6至約8的pH值，例如硼酸銨(H12 BN3 O3 )、己二酸銨(ammonium adipate)、酒石酸銨(ammonium tartrate)、或磷酸銨(H12 N3 O4 P)、或類似物。中性電解質助於在腔室部件300上形成緻密與非孔洞氧化物層。
在某些實施例中，阻抗材料是釔、鋯、鈰、聚四氟乙烯(例如鐵氟龍)、或類似物。在具有阻抗材料(例如鐵氟龍)與中性電解質(例如磷酸銨)的陽極處理溶液中的腔室部件300的陽極處理會形成緻密與抗電漿材料於腔室部件300上。具有抗腐蝕塗層304的腔室部件會有利地不積極地與腐蝕性化物反應，腐蝕性化物被用於典型半導體處理腔室中，諸如沉積或蝕刻處理，及改良半導體處理腔室產率。在某些實施例中，在陽極處理溶液中的阻抗材料對於中性電解質的莫耳比率為約0.5：1至約1：1。上文論述的陽極處理製程參數，例如陽極處理溶液、電功率、及陽極處理製程的持續期間可被選定以形成具有預定性質(諸如例如預定厚度或抗腐蝕性)的抗腐蝕塗層304。在某些實施例中，抗腐蝕塗層304具有約20 nm至約500 nm的厚度。
在某些實施例中，在陽極處理腔室部件300之後，腔室部件300可在含氧氣氛中退火。在某些實施例中，合適的含氧氣體可例如為提供氧與其他實質上非反應性成分的氣體，諸如臭氧(O3 )、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2 O)、氧氣(O2)、水蒸氣(H2 O)、或前述物之組合。在某些實施例中，腔室部件300可退火於攝氏約200至約400度的溫度。在某些實施例中，腔室部件300可被退火約120至約1800秒。退火腔室部件300助於提供在下方腔室部件300的金屬與抗腐蝕塗層304之間的單一結構。明確而言，退火處理容許抗腐蝕塗層304與鋁表面306彼此至少部分地擴散，造成更集成與單一的抗腐蝕塗層304。
圖2描繪根據本揭示案的某些實施例的處理腔室部件300的方法200。此方法開始於202，藉由在中性電解質溶液中陽極處理如圖3A所描繪具有暴露鋁表面302的腔室部件300。在某些實施例中，中性電解質溶液由中性電解質所構成，或實質上由中性電解質所構成。在某些實施例中，在中性電解質溶液中的中性電解質具有從約6至約8的pH值。在某些實施例中，中性電解質為硼酸銨(H12 BN3 O3 )、己二酸銨(ammonium adipate)、酒石酸銨(ammonium tartrate)、或磷酸銨(H12 N3 O4 P)、或類似物。中性電解質助於在腔室部件300上形成緻密與非孔洞氧化物層。
會被陽極處理的腔室部件300被浸入中性電解質溶液中作為陽極且被施加電流。會被陽極處理的腔室部件300被浸入中性電解質溶液中，且在中性電解質溶液中作為陽極。在某些實施例中，腔室部件300耦接至電功率源且施加電流至腔室部件300。在某些實施例中，腔室部件300耦接至電功率源的正端子。一陰極被浸入中性電解質溶液中且連接至電功率源。在某些實施例中，陰極耦接至電功率源的負端子。在某些實施例中，電功率源提供約2至約300伏特的功率。在某些實施例中，腔室部件300可被陽極處理任何合適的時間長度，以形成具有預定厚度的第一抗腐蝕塗層308。例如，在某些實施例中，腔室部件300可被陽極處理約60至約900秒。在某些實施例中，在處理腔室中暴露至腐蝕性化物的腔室部件300的暴露鋁表面302被浸入陽極處理溶液中。如圖3C所描繪，半導體處理腔室部件的暴露鋁表面302被轉變成在鋁表面306頂上的第一抗腐蝕塗層308，其包含氧化鋁，或在某些實施例中由氧化鋁所構成，或實質上由氧化鋁所構成。在某些實施例中，第一抗腐蝕塗層308集成地形成在腔室部件300上。陽極處理參數(例如陽極處理溶液的組成、電功率、與陽極處理製程的持續時間)可被選定以形成具有預定性質(例如例如預定厚度)的氧化鋁塗層。
被陽極處理的腔室部件300從中性電解質溶液移除且以去離子水淋洗。接著，在204，被陽極處理的腔室部件300被浸入阻抗材料溶液中，以形成如圖3D所描繪在含鋁主體頂上(例如直接在第一抗腐蝕塗層308的頂上)的第二抗腐蝕塗層310。在某些實施例中，阻抗材料溶液由阻抗材料所構成或實質上由阻抗材料所構成。在某些實施例中，阻抗材料是釔、鋯、鈰、聚四氟乙烯(例如鐵氟龍)、或類似物。
被陽極處理的腔室部件300被浸入阻抗材料溶液中，且在阻抗材料溶液中作為陰極。在某些實施例中，被陽極處理的腔室部件300耦接至電功率源且施加電流至被陽極處理的腔室部件300。在某些實施例中，被陽極處理的腔室部件300耦接至電功率源的負端子。一陽極被浸入阻抗材料溶液中且連接至電功率源。在某些實施例中，陽極耦接至電功率源的正端子。在某些實施例中，電功率源提供約20毫伏特至約100伏特的功率。例如阻抗材料溶液的組成、電功率、與處理的持續時間的處理參數可被選定以形成具有預定性質(諸如例如預定厚度)的阻抗材料層。
在某些實施例中，在形成第一抗腐蝕塗層308之後、或在形成第二抗腐蝕塗層310之後、或在形成第一抗腐蝕塗層308與第二抗腐蝕塗層310之後，腔室部件300可在含氧氣氛中退火。在某些實施例中，合適的含氧氣體可例如為提供氧與其他實質上非反應性成分的氣體，諸如臭氧(O3 )、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2 O)、氧氣(O2)、水蒸氣(H2 O)、或前述物之組合。在某些實施例中，腔室部件300可退火於攝氏約200至約400度的溫度。在某些實施例中，腔室部件300可被退火約60至約1800秒。退火腔室部件300助於提供在下方材料與第一抗腐蝕塗層及/或第二抗腐蝕塗層之間的單一結構。
儘管前述是直接關於本揭示案的實施例，在不悖離本揭示案的基本範疇下可構想出本揭示案的其他與進一步的實施例。
100‧‧‧方法
102‧‧‧步驟
200‧‧‧方法
202‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
300‧‧‧腔室部件
302‧‧‧暴露鋁表面
304‧‧‧抗腐蝕塗層
306‧‧‧鋁表面
308‧‧‧第一抗腐蝕塗層
310‧‧‧第二抗腐蝕塗層
藉由參照描繪於隨附圖式中的本揭示案的說明性實施例，而可理解簡述於前及詳述於後的本揭示案的實施例。隨附圖式僅繪示本揭示案的典型實施例且因而不被作為範疇的限制，由於本揭示案可容許其他等效實施例。
圖1描繪根據本揭示案的某些實施例的處理半導體處理腔室部件的方法的流程圖。
圖2描繪根據本揭示案的某些實施例的處理半導體處理腔室部件的方法的流程圖。
圖3A-3D描繪根據本揭示案的某些實施例的處理半導體腔室部件的階段。
為了易於理解，儘可能已使用相同的元件符號指稱圖式中共用的相同元件。圖式並不依比例繪製且可被簡化以明瞭。一實施例中的元件與特徵可有利地併入其他實施例而不需進一步說明。
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100‧‧‧方法
102‧‧‧步驟

Claims (20)

  1. 一種處理一半導體處理腔室部件的方法，包含以下步驟： 在包含一中性電解質與一阻抗材料的一陽極處理溶液中，陽極處理包含一含鋁主體的一半導體處理腔室部件，以在該含鋁主體頂上形成一抗腐蝕塗層。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該抗腐蝕塗層具有約20至約500 nm的一厚度。
  3. 如請求項1所述之方法，其中在該陽極處理溶液中的阻抗材料對於中性電解質的一莫耳比率為約0.5：1至約1：1。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該中性電解質是硼酸銨(H12 BN3 O3 )、己二酸銨(ammonium adipate)、酒石酸銨(ammonium tartrate)、或磷酸銨(H12 N3 O4 P)。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該阻抗材料是釔、鋯、鈰、或聚四氟乙烯。
  6. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：在該含鋁主體頂上形成該抗腐蝕塗層之後，在一含氧氣氛中退火該半導體處理腔室部件。
  7. 如請求項6所述之方法，進一步包含以下步驟：在攝氏約200至約400度的一溫度退火該半導體處理腔室部件。
  8. 一種處理一半導體處理腔室部件的方法，包含以下步驟： 在一中性電解質溶液中，陽極處理包含一含鋁主體的一半導體處理腔室部件，以在該含鋁主體的一表面上形成一氧化鋁層；以及 將陽極處理的該半導體處理腔室部件浸入一阻抗材料溶液中，以在該氧化鋁層頂上形成一阻抗材料層。
  9. 如請求項8所述之方法，其中陽極處理該半導體處理腔室部件之步驟進一步包含以下步驟：當將該半導體處理腔室部件浸入該中性電解質溶液的同時，施加一電功率於該半導體處理腔室部件。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該電功率是約2至約300伏特。
  11. 如請求項8所述之方法，進一步包含以下步驟：當將該半導體處理腔室部件浸入該阻抗材料溶液的同時，施加電功率於該半導體處理腔室部件。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該電功率是約20毫伏特至約100伏特。
  13. 如請求項8所述之方法，進一步包含以下步驟：在形成該阻抗材料層之後，在一含氧氣氛中退火該半導體處理腔室部件。
  14. 如請求項13所述之方法，進一步包含以下步驟：在攝氏約200至約400度的一溫度退火該半導體處理腔室部件。
  15. 如請求項8所述之方法，其中該中性電解質溶液是硼酸銨(H12 BN3 O3 )、己二酸銨(ammonium adipate)、酒石酸銨(ammonium tartrate)、或磷酸銨(H12 N3 O4 P)。
  16. 如請求項8所述之方法，其中該阻抗材料溶液是釔、鋯、鈰、或聚四氟乙烯。
  17. 一種半導體處理腔室部件，包含： 一含鋁主體；以及 一抗腐蝕塗層，該抗腐蝕塗層覆蓋該半導體處理腔室部件的一表面，其中該抗腐蝕塗層包含氧化鋁與一阻抗材料。
  18. 如請求項17所述之半導體處理腔室部件，其中該抗腐蝕塗層具有約20至約500 nm的一厚度。
  19. 如請求項17所述之半導體處理腔室部件，其中該抗腐蝕塗層包含在該含鋁主體頂上的氧化鋁與阻抗材料的一集成層。
  20. 如請求項17所述之半導體處理腔室部件，其中該抗腐蝕塗層包含在該含鋁主體頂上的一氧化鋁層與在該氧化鋁層頂上的一阻抗材料層。
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