一种改善腔壁稳定性的方法和等离子体处理设备与流程

本技术涉及半导体加工，特别是涉及一种改善腔壁稳定性的方法和等离子体处理设备。

背景技术：

1、半导体反应腔的内壁材料（内衬件）如果采用铝基材，一般会在表面增加硬氧涂层（阳极氧化铝层）。相较于裸铝表面，增加硬氧涂层在一定程度上能够降低等离子体（氢制程/氟制程）对内壁表层的轰击和侵蚀伤害（硬氧涂层厚度可达数十微米，约为天然氧化层厚度的15000倍，密度约为天然氧化层密度的5倍，理论上对底层铝的防护能力可增强近5个数量级），当腔体内壁表面被h/f自由基侵蚀时，释放的是氧化铝而非金属al，因此具备一定的防护能力。但是阳极氧化铝涂层存在纳米孔道，会显著吸附水汽和反应气体以及副产物残留，影响h/f自由基浓度的稳定性，因此还会对阳极氧化铝涂层进行表面封孔处理，以降低阳极氧化铝涂层中垂直毛细管/蜂窝状的孔隙。但进行封孔处理后通常还是会有一定孔隙，在高活性的含h/f的等离子体和自由基环境下，仍然会使得腔体内壁表层产生一定损失，进而产生颗粒脱落，并会造成自由基浓度的不稳定，进而影响含氢含氟制程工艺结果的不稳定。因此，有必要研究一种能显著改善上述问题的工艺方法。

技术实现思路

1、本技术的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种改善腔壁稳定性的方法和等离子体处理设备，用于含氢含氟制程中，以提升自由基浓度的稳定性和改善颗粒物缺陷。

2、为实现上述目的，本技术的技术方案如下：

3、根据本技术的第一方面，本技术实施例提供一种改善腔壁稳定性的方法，依次包括：

4、提供腔体内衬件，内衬件材料为铝合金，且内衬件的工作侧表面具有阳极氧化铝层；

5、使用水蒸气，对所述阳极氧化铝层的表面进行水合封孔处理，在所述阳极氧化铝层的表面上形成水合氧化铝层；

6、执行真空烘烤处理，使所述水合氧化铝层发生脱水缩合和相变反应，形成致密化的伽马氧化铝层；

7、使用原子层沉积工艺，在所述伽马氧化铝层的表面上依次形成氧化铝帽层、氧化钇帽层和氟化钇帽层；

8、将所述内衬件安装在腔体的内壁上，所述腔体用于执行含氢的等离子体处理工艺和含氟的等离子体处理工艺中的至少一种。

9、在一些实施例中，所述水蒸气使用去离子水制备，并在所述水蒸气中加入防灰剂，所述水蒸气的电导率小于2μs/cm，氯离子含量小于1ppm，进行所述水合封孔处理时，温度为100℃～115℃，压力为0.02mpa～0.05mpa，时间为2min/μm～3min/μm。

10、在一些实施例中，所述防灰剂包括添加量为0.5g/l～2g/l的三乙醇胺。

11、在一些实施例中，进行所述水合封孔处理后，使用去离子水对所述内衬件的表面进行时间为25s～35s的冲洗，并使用氮气进行吹干，随即使用体积浓度为15%～20%的硝酸溶液，并在室温下，对所述内衬件的表面进行时间为30s～60s的超声辅助的脱灰处理，超声频率为35khz～45khz，之后，使用去离子水对所述内衬件的表面进行多个道次的超声漂洗，使末道次超声漂洗后的去离子水的电阻率达到15mω·cm以上，并使用氮气进行吹干。

12、在一些实施例中，执行所述真空烘烤处理时，真空度小于1×10-3torr，升温速率为2℃/min～5℃/min，升温时的第一平台温度为200℃～350℃，第一平台保温时间为50min～70min，升温时的第二平台温度为450℃～550℃，第二平台保温时间为2小时～4小时，降温速率为5℃/min以下，出炉温度为小于100℃。

13、在一些实施例中，形成所述氧化铝帽层时，第一前驱体包括三甲基铝，第二前驱体包括h2o，温度为200℃～250℃，循环数为300次～500次，每次循环时，第一前驱体的通入时间为0.05s～0.1s，第二前驱体的通入时间为0.05s～0.1s，单次吹扫时间为10s～20s。

14、在一些实施例中，所述氧化铝帽层的厚度为30nm～50nm。

15、在一些实施例中，形成所述氧化钇帽层时，第一前驱体包括三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)钇‌，第二前驱体包括o3，温度为250℃～350℃，循环数为1000次～2000次，每次循环时，第一前驱体的通入时间为0.5s～2s，第二前驱体的通入时间为1s～3s，单次吹扫时间为20s～60s。

16、在一些实施例中，所述氧化钇帽层的厚度为40nm～80nm。

17、在一些实施例中，形成所述氟化钇帽层时，第一前驱体包括三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)钇，第二前驱体包括tif4，温度为175℃～325℃，循环数为350次～550次，每次循环时，第一前驱体的通入时间为0.5s～2s，第二前驱体的通入时间为0.5s～2s，单次吹扫时间为20s～60s。

18、在一些实施例中，所述氟化钇帽层的厚度为40nm～80nm。

19、在一些实施例中，形成所述氧化铝帽层、所述氧化钇帽层和所述氟化钇帽层后，分别执行一次退火处理。

20、在一些实施例中，所述退火处理包括真空退火处理，温度为280℃～320℃，时间为1小时～2小时。

21、根据本技术的第二方面，本技术实施例还提供一种等离子体处理设备，包括腔体，所述腔体的内壁上设有内衬件，所述内衬件使用如上述第一方面的任意一个实施例提供的改善腔壁稳定性的方法得到。

22、本技术实施例可以/至少具有以下优点：

23、（1）通过对内衬件表面的阳极氧化铝层进行水合封孔处理形成水合氧化铝（勃姆石）层，并使水合氧化铝层发生脱水缩合和相变反应形成致密化的伽马氧化铝（γ-al2o3）层，可将内衬件在腔体中的服役期间必然发生的有害相变（水合氧化铝在腔体150℃～500℃的工作温度下必然会发生脱水收缩-应力漂移-微裂纹-颗粒产生），通过预先施加的真空烘烤处理提前一次性完成并固化，使安装内衬件后的腔体壁面状态在进行等离子体处理工艺前就进入热力学稳定状态（从“被动承受壁面老化”转为“主动消除老化源”）。从而实现从颗粒产生的源头进行了有效规避，提升了腔体壁面在含氢和含氟等离子体环境下的稳定性。

24、（2）通过进行封孔和烘烤处理提高内衬件表面阳极氧化铝层的致密度，并通过在致密化的阳极氧化铝层表面上使用原子层沉积工艺进一步形成高致密度的氧化铝帽层、氧化钇帽层和氟化钇帽层的多层叠层结构，形成具有多道防护层的防护体系，提高了内衬件表面的防护能力，能够减少h和f等离子体/自由基侵入内壁表层的几率，进而能减少在阳极氧化铝层的多孔结构内部的残留和反应，提高了h和f自由基在腔体内的浓度稳定性，实现含氢等离子体和含氟等离子体处理工艺下的腔壁稳定化。

25、（3）通过使用混有防灰剂的水蒸气，对内衬件的阳极氧化铝层表面进行封孔处理，可减少表面絮状物的产生；通过根据阳极氧化铝层厚度控制封孔时间，可避免封孔时间不足造成封孔不彻底或封孔时间过长造成表面絮状物增多问题。通过在室温下使用硝酸溶液进行脱灰处理，可避免温度过高破坏水合氧化铝层结构，通过控制超声频率，可在低功率下辅助剥离孔口残留物，通过控制脱灰处理时间，实现仅溶解表面絮状生成物，并避免伤及水合氧化铝层。通过在真空下进行烘烤处理，可使得脱水更快，并防止回潮；通过控制升温速率，可防止升温过快造成相变时收缩应力集中导致的微裂纹产生；通过在升温时设置第一平台和第二平台，可利用第一平台温度先脱除物理吸附水，使在第二平台温度下发生的相变反应更加充分、彻底，能够促进脱水后的骨架向高密度相重排，并收缩形成具有连续致密的刚性三维网络的伽马氧化铝层。

26、（4）通过使用原子层沉积工艺依次形成氧化铝帽层、氧化钇帽层和氟化钇帽层的多层致密叠层结构，构成作为消耗性功能层的无碳全无机壁面防护体系，能够很好适应含氢和含氟的多种等离子体处理工艺，使得以具有上述膜层的内衬件形成的腔体内壁能够经受含氢和含氟不同制程中h和f等离子体/自由基的交叉刻蚀作用的严苛影响，保证了h和f自由基在腔体内的浓度稳定性，从而实现含氢和含氟等离子体制程下的腔壁稳定化。

27、本技术的其他优点将在下述的具体实施方式中进行阐述。