半导体零件保护涂层的制作方法

1.本实用新型是指一种半导体零件保护涂层，特别是指一种具有第一晶种层的半导体零件保护涂层。


背景技术：

2.在半导体技术产业中，常用之半导体制程如化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、反应离子蚀刻(rie,reactive ion etching)、面板及自动化设备运用等等，均采用陶瓷层来保护腔体内之金属部件。由于电浆蚀刻是将电磁能量运用在含有化学反应成分的气体(如氟或氯)中进行，电浆会释放带电的离子并撞击晶圆以蚀刻材料，并产生化学反应。该电浆与被蚀刻的材料交互作用形成挥发性或非挥发性的残留物。因此，在半导体零件的金属层上方的陶瓷层便成为很好的防护层。此外，当半导体零件暴露在氟基电浆时，经过腐蚀后之陶瓷层会被氟化而生成颗粒，此颗粒会污染腔体环境，导致半导体零件产生缺陷。
3.目前用来保护半导体零件的抗电浆蚀刻涂层是使用电浆喷涂为主。然而，由于典型的抗电浆蚀刻涂层为多晶陶瓷，多晶陶瓷中晶粒边界蚀刻速率较快，容易造成蚀刻后的表面粗糙度增加以及形成污染。
4.随着半导体技术的成长，组件微小化为最大重点，与之相应的对缺陷敏感性会增加，组件所允许的颗粒与污染物会变得更加严格。为了减少在制程时由腔体所造成之颗粒污染与缺陷，目前之技术通常着重在材料的改变如y2o3、yf3、yof、y3al5o
12
(yag)、er3al5o
12
(eag)和y2o3‑
zro2等固溶体或是包括以y2o3与al2o3为主之固溶体并添加稀土氧化物如er2o3、nd2o3、ceo2、sm2o3、yb2o3、la2o3、sc2o3等之陶瓷材料，广泛而言，为具备较佳耐电浆腐蚀之目的，抗电浆腐蚀层可选自质量较种之过度金属所形成之陶瓷材料，如元素周期表原子序39至80之过度金属的氧化物、氮化物、氟化物等，亦可以不同比例之过度金属氧化物、氮化物或氟化物形成抗电浆腐蚀层，或形成多层膜型态，以进一步提升其抗电浆腐蚀层之能力。
5.然而，根据专利号twi389248所述，使用原子层沈积(atomic layer deposition,ald)所镀出具有晶格方向之抗电浆层比沉积方式如化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、电浆喷涂(plasma thermal spray)所形成的抗电浆层具有更加的保护性。但是，需要极低的沉积速率才会生长成具有晶格方向的镀层。并且，当需要沉积出所适用的厚度的抗电浆层时，将耗费大量的时间与成本。
6.因此，目前亟需新的半导体零件保护涂层之制作方法或自身结构上之改变，以达到高产品之特性的要求。


技术实现要素：

7.本实用新型提供一种半导体零件保护涂层，该半导体零件保护涂层的制程时间较短，可降低制造成本。并且，该半导体零件保护涂层能提升半导体零件抗电浆腐蚀的特性以减少半导体零件遭受污染。
8.本实用新型之半导体零件保护涂层是应用于一半导体零件，半导体零件保护涂层包括一第一晶种层及一第一零件保护层。其中，第一晶种层是沉积于半导体零件的表面。此外，第一零件保护层是沉积于该第一晶种层的表面，以使该第一零件保护层之表面的晶格方向相同于第一晶种层之表面的晶格方向。其中，第一零件保护层的厚度是第一晶种层的厚度的7倍或7倍以上。
9.本实用新型另一实施例之半导体零件保护涂层是应用于一半导体零件，半导体零件保护涂层包括一第一晶种层、一黏着层及一第一零件保护层。其中，第一晶种层是沉积于半导体零件的表面，而黏着层是位于该第一晶种层及该半导体零件之间。此外，第一零件保护层是沉积于该第一晶种层的表面，以使该第一零件保护层之表面的晶格方向相同于第一晶种层之表面的晶格方向。其中，第一零件保护层的厚度是第一晶种层的厚度的7倍或7倍以上。
10.在上所述之半导体零件保护涂层还包括至少一第二晶种层及至少一第二零件保护层，第二晶种层是沉积于第一零件保护层的表面，而第二零件保护层是沉积于第二晶种层的表面，以使第二零件保护层之表面的晶格方向相同于第二晶种层之表面的晶格方向。
11.在上所述之半导体零件保护涂层，第二晶种层之表面的晶格方向不同于第一晶种层之表面的晶格方向。
12.在上所述之半导体零件保护涂层，第二零件保护层之表面的晶格方向不同于第一零件保护层之表面的晶格方向。
13.在上所述之半导体零件保护涂层，第一零件保护层之沉积速率为该第一晶种层之沉积速率的20倍或20倍以上。
14.在上所述之半导体零件保护涂层，第一晶种层选自元素周期表原子序39至80之过度金属元素之氧化物、氮化物、硼化物、氟化物之一或者其任意组合。
15.在上所述之半导体零件保护涂层，第一零件保护层选自元素周期表原子序39至80之过度金属元素之氧化物、氮化物、硼化物、氟化物之一或者其任意组合。
16.在上所述之半导体零件保护涂层，第一晶种层的材质不同于该第一零件保护层的材质。
17.在上所述之半导体零件保护涂层，第一零件保护层之表面的晶格方向沿最密堆积方向。
18.在上所述之半导体零件保护涂层，第一零件保护层的热膨胀系数介于6.0x10
‑
6/℃至8.0x10
‑
6/℃之间。
19.在上所述之半导体零件保护涂层，第一零件保护层的抗折强度大于150mpa。
20.在上所述之半导体零件保护涂层，其中该黏着层的材质为选自氧化铝(al
2 o3)、氮化铝(aln)、氟化铝(alf3)之一或其任意组合。
附图说明
21.图1所绘示为本实施例之半导体零件保护涂层1及半导体零件8的示意图。
22.图2所绘示为半导体零件保护涂层1经由雷射退火处理的示意图。
23.图3所绘示为形成织构陶瓷层14的示意图。
24.图4所绘示为另一实施例之半导体零件保护涂层2及半导体零件8的示意图。
25.图5a所绘示为再一实施例之半导体零件保护涂层3及半导体零件8的示意图。
26.图5b所绘示为又一实施例之半导体零件保护涂层4及半导体零件8的示意图。
27.图6所绘示为半导体零件保护涂层之制造方法的流程图。
具体实施方式
28.请参阅图1，图1所绘示为本实施例之半导体零件保护涂层1及半导体零件8的示意图。本实施例之半导体零件保护涂层1是应用于一半导体零件8，半导体零件保护涂层1是包括一具有晶格方向的第一晶种层11及一第一零件保护层12。其中，第一晶种层11的材质例如为选自元素周期表原子序39
‑
80之过度金属元素之氧化物、氮化物、硼化物、氟化物之一或者其任意组合。
29.在本实施例中，第一晶种层11是使用低沉积速率制程沉积在半导体零件8的上方表面，且半导体零件8是至少沉积一层具晶格最密堆积方向之第一晶种层11。具体来说，低沉积速率制程例如为化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、分子束磊晶(mbe)、及原子层沉积(ald)等，且第一晶种层11所沉积之层厚度是介于0.3um至8um，而第一晶种层11的热膨胀系数是介于6.0x10
‑
6/℃至8.0x10
‑
6/℃之间，其抗折强度介于150mpa至400mpa之间。
30.此外，第一零件保护层12的材质例如为选自元素周期表原子序39
‑
80之过度金属之氧化物、氮化物、硼化物、氟化物之一或者其任意组合。值得注意的是，在其他实施例中，第一零件保护层12的材质可不同于第一晶种层11的材质。
31.在本实施例中，第一零件保护层12是使用高沉积速率制程沉积在第一晶种层11的上方表面，该高沉积速率制程例如为真空电浆喷涂(vps)、大气电浆喷涂(aps)、悬浮液电浆喷涂(sps)、气溶胶沉积(adm)等。值得注意的是，使用高沉积速率制程的第一零件保护层12与使用低沉积速率制程的第一晶种层11是有相同结晶方向。具体来说，第一零件保护层12之表面的晶格方向是相同于第一晶种层11之表面的晶格方向，以氧化钇(y2o3)与钇铝石榴石(yag)为例会形成(222)与(420)最密堆积方向，所以沉积之第一零件保护层12的厚度可介于60um至200um的范围。
32.此外，第一零件保护层12之热膨胀系数介于6.0x10
‑
6/℃至8.0x10
‑
6/℃之间，第一零件保护层12的抗折强度是介于150mpa。倘若第一零件保护层12和第一晶种层11两者的膨胀系数相差过大，会在预热处理制程、降温处理制程(下列段落会再详细说明)甚至是在蚀刻环境时，因温度急遽变化造成第一零件保护层12产生裂痕，使成品强度下降或产生严重缺陷。另外，本实施例之第一晶种层11之功用在于提升第一零件保护层12之结晶速率并有助于形成具有优选方向性之晶相(texture grain structure)，使第一零件保护层12达到最密堆积晶体结构来提升抗电浆腐蚀之特性，其中，第一零件保护层12之沉积速率为第一晶种层11之沉积速率的20倍或20倍以上，而第一零件保护层12的厚度是第一晶种层11的厚度的7倍或7倍以上。并且，在较佳的实施例中，第一零件保护层12的厚度是第一晶种层11的厚度的15倍以上，利用此方法可以大幅缩短半导体零件保护涂层1制程时间并制造出高质量之抗电浆涂层。
33.请参阅图2，图2所绘示为半导体零件保护涂层1经由雷射退火处理的示意图。本实施例之半导体零件保护涂层1可由雷射退火方式来增进抗电浆膜层之性能。详细来说，借由一雷射退火处理机7雷射照射第一零件保护层12，进行高温熔融并利用低沉积速率层(第一
晶种层11)作为晶种而触发高沉积速率层(第一零件保护层12)之单一晶格方向的成长，进而达到具有最密堆积方向之织构陶瓷层14(请参阅图3，图3所绘示为形成织构陶瓷层14的示意图。)。并且，在同时退火的过程中，第一零件保护层12变为熔融态可降低快速沉积而形成的孔隙。
34.请参阅图4，图4所绘示为另一实施例之半导体零件保护涂层2及半导体零件8的示意图。半导体零件保护涂层2与半导体零件保护涂层1的差异在于：半导体零件保护涂层2还包括一黏着层15，黏着层15是位于第一晶种层11及半导体零件8之间。具体话说，在半导体零件8(铝或含阳极处理之部件)上以低沉积速率沉积一层具致密结构之黏着层15。其中，黏着层15的材质可选自氧化铝(al2o3)，氮化铝(aln)或氟化铝(alf3)之一或其组合。黏着层15之功用在于加强后续第一零件保护层12与半导体零件8之附着力，所沉积之黏着层15的厚度可介于0.1um至5um，且黏着层15之热膨胀系数是介于6.0x10
‑
6/℃至11.0x10
‑
6/℃之间，黏着层15的抗折强度介于300mpa至700mpa之间，若强度不足会造成使用上之风险。
35.请参阅图5a，图5a所绘示为再一实施例之半导体零件保护涂层3及半导体零件8的示意图。半导体零件保护涂层3与半导体零件保护涂层1的差异在于：半导体零件保护涂层3还包括一第二晶种层11’及第二零件保护层12’。其中，第二零件保护层12’是沉积在第二晶种层11’的上方表面，第二零件保护层12’所沉积之陶瓷层厚度可介于40um至60um，而第二晶种层11’是沉积在第一零件保护层12的上方表面，第二晶种层11’所沉积之陶瓷层厚度可介于0.3um至3um。因此，半导体零件保护涂层3相当于两组半导体零件保护涂层1进行堆栈，使其晶体织构化更佳。值得注意的是，第二零件保护层12’的材质与第一零件保护层12的材质可以不一样，两者的晶格方向也可以不一样。同理，第一晶种层11’的材质也能不同于第一晶种层11的材质，而第一晶种层11’的晶格方向也能不同于第一晶种层11的晶格方向。这样一来，便能进一步强化半导体零件保护涂层3之强度。
36.上述中，半导体零件保护涂层3是相当于使用两组半导体零件保护涂层1进行堆栈，第一晶种层11与第一零件保护层12的组合可视为第一组，第二晶种层11与第二零件保护层12的组合可视为第二组。然而，在其他的实施例中，半导体零件保护涂层3也可使用更多组的半导体零件保护涂层1进行相互堆栈，例如：三组或三组以上，同样能强化整体涂层的强度。
37.图5b所绘示为又一实施例之半导体零件保护涂层4及半导体零件8的示意图。半导体零件保护涂层4与半导体零件保护涂层3的差异在于：半导体零件保护涂层3还包括一黏着层15’，黏着层15’是位于第一晶种层11及半导体零件8之间。其中，黏着层15’的材质可选自氧化铝(al2o3)，氮化铝(aln)或氟化铝(alf3)之一或其组合。黏着层15’之功用同样在加强后续第一零件保护层12与半导体零件8之附着力。
38.综上所述，本实用新型之半导体零件保护涂层的制程时间较短，可降低制造成本。并且，该半导体零件保护涂层能提升半导体零件抗电浆腐蚀的特性以减少半导体零件遭受污染。
39.请参阅图6，图6所绘示为半导体零件保护涂层之制造方法的流程图。半导体零件保护涂层之制造方法是包括下列步骤：
40.首先，请参阅步骤s1，提供一半导体零件8，半导体零件8例如为铝或含阳极处理之部件。
41.之后，请参阅步骤s2，沉积一黏着层15于半导体零件8的表面。
42.之后，请参阅步骤s3，沉积一第一晶种层11于黏着层15的表面。然而，在其他的实施例中，可以省略步骤s2，无须将黏着层15沉积于半导体零件8的表面上。因此，第一晶种层11会沉积于半导体零件8的表面。并且，第一晶种层11的表面具有一晶格方向。
43.之后，请参阅步骤s4，进行预热处理，预热处理的温度可在80℃或80℃以上，较佳之预热处理的温度为100℃以上。
44.之后，请参阅步骤s5，沉积一第一零件保护层12于第一晶种层11的表面，以使第一零件保护层12之表面的晶格方向相同于第一晶种层11之表面的晶格方向。值得注意的是，第一零件保护层12的厚度是第一晶种层11的厚度的7倍或7倍以上。
45.之后，请参阅步骤s6，进行持温处理与降温处理。其中，持温处理的温度可在80℃或80℃以上，较佳之持温处理的温度为100℃或100℃以上，并以300℃为上限。其保温时间为1分钟以上。此外，降温处理的速率为每分钟中下降5℃或每分钟中下降低于5℃，降温速率越慢其结晶效果越佳。
46.之后，请参阅步骤s7，进行回火处理，该回火处理的温度为500℃或500℃以上。具体来说，透过后续的热处理制程(回火处理)以增进膜层之结晶方向性与抗电浆特性，以雷射退火为例：利用高温熔融抗电浆层形成烧结效果，并以第一晶种层11(中间层)作为晶种来触发单一晶格方向的陶瓷成长，较佳为其结晶方向为最密堆积方向之织构陶瓷层。雷射退火之雷射的功率介于10w～100w之间如此保持薄膜表面温度为500℃或500℃以上，若雷射功率过低则无改善的效果，若雷射功率过高，则可能会有膜层破裂产生，经由雷射退火后之第一零件保护层12的表面粗糙度是介于3um～6um。
47.综上所述，经由本实用新型所采用之技术手段，可在较低成本之下，生产具有一定之结晶方向性抗电浆层，提高在电浆环境中之抗电浆能力。