半导体刻蚀装置及其制备方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体刻蚀装置及其制备方法。


背景技术：

2.动态随机存储器(dynamic random access memory，dram)等半导体器件的制造工艺中，刻蚀是至关重要的步骤。现有的刻蚀工艺主要包括湿法刻蚀(wet etching)和干法刻蚀(dry etching)两种方式。干式刻蚀通常指利用辉光放电(glow discharge)方式，产生包含离子、电子等带电粒子以及具有高度化学活性的中性原子、分子及自由基的电浆，来进行图案转印(pattern transfer)的刻蚀技术。
3.但是，现有的半导体刻蚀装置中用于容纳晶圆的反应腔室的内壁材料抗轰击性能比较弱，在干法刻蚀工艺中的等离子体的轰击下，所述反应腔室的内壁材料颗粒会被轰出，造成反应腔室内的颗粒飞溅，进而影响半导体产品的质量，导致半导体产品的良率降低，严重时甚至导致半导体产品的报废。
4.因此，如何减少干法刻蚀工艺中反应腔室内壁材料颗粒的飞溅，确保半导体产品的质量和良率，是当前亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种半导体刻蚀装置及其制备方法，用于解决现有技术在干法刻蚀工艺中易出现反应腔室的内壁材料颗粒飞溅的问题，以确保半导体产品的质量和良率。
6.为了解决上述问题，本发明提供了一种半导体刻蚀装置，包括：
7.反应腔室，用于容纳晶圆，刻蚀剂在所述反应腔室中对所述晶圆进行刻蚀；
8.保护层，覆盖于所述反应腔室的内壁，所述保护层的材料包括刻蚀元素，所述刻蚀元素为所述刻蚀剂中用于与所述晶圆反应的化学元素。
9.可选的，所述刻蚀剂包括氟碳化合物，所述刻蚀元素为氟元素。
10.可选的，所述刻蚀剂还包括氧气。
11.可选的，所述保护层的材料还包括氧元素，且所述氧元素的摩尔百分比小于所述氟元素的摩尔百分比。
12.可选的，所述保护层的材料包括氟氧化钇和氟化钇。
13.可选的，所述保护层中氟氧化钇和氟化钇的摩尔比为1:1。
14.可选的，所述保护层中的所述氟氧化钇和所述氟化钇均匀混合。
15.可选的，所述保护层的厚度为3mm～5mm。
16.为了解决上述问题，本发明还提供了一种半导体刻蚀装置的制备方法，包括如下步骤：
17.提供若干腔室部件；
18.形成保护层于所述腔室部件表面，所述保护层的材料包括刻蚀元素；
19.由若干具有所述保护层的腔室部件形成反应腔室，使得所述保护层位于所述反应
腔室的内壁，所述反应腔室用于通过刻蚀剂对位于所述反应腔室内的晶圆进行刻蚀，所述刻蚀元素为所述刻蚀剂中用于与所述晶圆反应的化学元素。
20.可选的，形成保护层于所述腔室部件表面之前，还包括如下步骤：
21.平坦化所述腔室部件表面；
22.清洗并烘干所述腔室部件。
23.可选的，所述刻蚀剂包括氟碳化合物，所述刻蚀元素为氟元素。
24.可选的，所述刻蚀剂还包括氧气。
25.可选的，所述保护层的材料还包括氧元素，且所述氧元素的摩尔百分比小于所述氟元素的摩尔百分比。
26.可选的，所述保护层的材料包括氟氧化钇和氟化钇。
27.可选的，形成保护层于所述腔室部件表面的具体步骤包括：
28.熔融氟氧化钇和氟化钇，形成喷涂材料；
29.喷涂所述喷涂材料至所述腔室部件表面，形成所述保护层。
30.可选的，熔融氟氧化钇和氟化钇的具体步骤包括：
31.熔融摩尔比为1:1的所述氟氧化钇和氟化钇。
32.可选的，形成所述保护层的具体步骤包括：
33.喷涂所述喷涂材料至所述腔室部件表面，形成保护层；
34.清洗所述保护层。
35.可选的，所述保护层的厚度为3mm～5mm。
36.本发明提供的半导体刻蚀装置及其制备方法，通过在反应腔室的内壁形成保护层，且所述保护层的材料中包括刻蚀元素，所述刻蚀元素是刻蚀剂中与反应腔室内的晶圆发生化学反应的元素，使得刻蚀过程中刻蚀剂与保护层的材料发生反应后生成的产物能够稳定的附着在所述反应腔室的内壁表面，提高了所述保护层抗轰击的能力，降低了所述保护层材料在等离子体轰击下发生颗粒飞溅的概率，避免了对晶圆造成颗粒飞溅损伤，提高了晶圆产品的良率。
附图说明
37.附图1是本发明具体实施方式中半导体刻蚀装置的结构示意图；
38.附图2是本发明具体实施方式中的刻蚀剂与保护层反应的示意图；
39.附图3a-3b是本发明具体实施方式中的保护层在刻蚀工艺实施过程中的变化示意图；
40.附图4是本发明具体实施方式中半导体刻蚀装置的制备方法流程图；
41.附图5是本发明具体实施方式对腔室部件进行喷涂时的示意图。
具体实施方式
42.下面结合附图对本发明提供的半导体刻蚀装置及其制备方法的具体实施方式做详细说明。
43.本具体实施方式提供了一种半导体刻蚀装置，附图1是本发明具体实施方式中半导体刻蚀装置的结构示意图。如图1所示，本具体实施方式中的半导体刻蚀装置，包括：
44.反应腔室10，用于容纳晶圆11，刻蚀剂在所述反应腔室10中对所述晶圆11进行刻蚀；
45.保护层12，覆盖于所述反应腔室10的内壁，所述保护层12的材料包括刻蚀元素，所述刻蚀元素为所述刻蚀剂中用于与所述晶圆11反应的化学元素。
46.具体来说，所述反应腔室10为对所述晶圆11实施干法刻蚀工艺的腔室。在干法刻蚀工艺进行过程中，来自于外界的所述刻蚀剂经过等离子体化后与所述晶圆11反应，以于所述晶圆11上形成半导体图案。
47.所述反应腔室10由所述半导体刻蚀装置的壳体围绕形成。所述保护层12设置在所述反应腔室10的内壁，用于防止干法刻蚀工艺中等离子体对所述半导体刻蚀装置的壳体造成损伤，以提高所述半导体刻蚀装置的使用寿命。本具体实施方式通过将所述保护层12的材料设置为包括刻蚀元素，所述刻蚀元素为所述刻蚀剂中用于与所述晶圆11反应的化学元素，使得等离子体化后的所述刻蚀剂与所述保护层12反应后的产物由于与所述保护层12的材料接近，从而能够稳定的吸附所述保护层12表面。强的吸附力使得由所述保护层12和所述产物形成的组合物表面质地坚硬且平坦，提高了对等离子体轰击的抵抗力，减少了自所述保护层12表面原位溅射的颗粒，避免了颗粒物对所述晶圆11的损伤，提高了所述晶圆11良率。
48.可选的，所述刻蚀剂包括氟碳化合物，所述刻蚀元素为氟元素。
49.其中，所述氟碳化合物可以是但不限于cf4。举例来说，cf4在刻蚀所述晶圆11中的二氧化硅介质层时，cf4在射频功率的作用下生成氟自由基，通过氟自由基与二氧化硅反应，实现对二氧化硅介质层的刻蚀。因此，cf4中的刻蚀元素为氟元素。
50.可选的，所述刻蚀剂还包括氧气。
51.以所述刻蚀剂包括cf4和氧气(o2)为例。氧气用于调整cf4刻蚀二氧化硅介质层的刻蚀速率。
52.可选的，所述保护层12的材料还包括氧元素，且所述氧元素的摩尔百分比小于所述氟元素的摩尔百分比。
53.可选的，所述保护层12的材料包括氟氧化钇和氟化钇。
54.以下以所述保护层12的材料包括氟氧化钇(yof)和氟化钇(yf)、所述刻蚀剂包括cf4和o2、前驱气体包括ch4为例进行说明。附图2是本发明具体实施方式中的刻蚀剂与保护层反应的示意图，附图3a-3b是本发明具体实施方式中的保护层在刻蚀工艺实施过程中的变化示意图。本具体实施方式中包括氟氧化钇和氟化钇的所述保护层12呈亮灰色。所述刻蚀剂中的cf4在射频功率的作用下生成氟自由基，所述保护层12与所述氟自由基发生氟化反应，生成氟化钇。生成的氟化钇与所述保护层12中原有的氟化钇材料相同，因而能稳定的吸附在所述保护层12表面。前驱气体ch4在射频功率的作用下生成氢自由基。通过氟自由基的氟化反应生成的氟化钇在氢自由基还原和氧气氧化的作用下会生成大量的氟氧化钇。生成的氟氧化钇与所述保护层12中原有的氟氧化钇材料相同，因此，所述保护层12对经氢自由基还原和氧气氧化生成的氟氧化钇吸附性极强，从而使得包括经氢自由基还原和氧气氧化生成的氟氧化钇与所述保护层12构成的组合物具有坚硬平坦的表面，且抗等离子体轰击能力增强，如图3a所示。图3a中的虚线圈内表示可能发生溅射的不平坦部位。在干法刻蚀工艺等离子体轰击作用下，仅有少量颗粒物或者完全无颗粒物自所述组合物表面溅射出来，
如图3b所示。图2中的虚线圈表示自所述组合物表面溅射出来的颗粒物，溅射出来的颗粒物可能为氟化钇，也可能为氟氧化钇。
55.本具体实施方式通过使得所述保护层12的材料包括刻蚀元素，能够增强所述保护层12对干法刻蚀过程中刻蚀剂与所述保护层12反应生成的产物之间的吸附力，从而增强由所述保护层12与所述产物构成的组合物的致密度，在所述产物总量不变的前提下，还能够降低所述组合物的整体厚度，进一步减少对所述晶圆11刻蚀的影响。
56.可选的，所述保护层12中氟氧化钇和氟化钇的摩尔比为1:1。
57.可选的，所述保护层12中的所述氟氧化钇和所述氟化钇均匀混合。
58.具体来说，通过将所述保护层12中的所述氟氧化钇和所述氟化钇均匀混合，使得所述保护层12的表面均匀暴露有所述氟氧化钇和所述氟化钇，从而进一步提高所述保护层12对干法刻蚀过程中刻蚀剂与所述保护层12反应生成的产物的吸附力、以及由所述保护层12与所述产物构成的组合物的整体分布均匀性，进而提高所述组合物表面的平坦度。
59.可选的，所述保护层12的厚度为3mm～5mm。
60.不仅如此，本具体实施方式还提供了一种半导体刻蚀装置的制备方法。附图4是本发明具体实施方式中半导体刻蚀装置的制备方法流程图，附图5是本发明具体实施方式对腔室部件进行喷涂时的示意图。本具体实施方式中制备的所述半导体刻蚀装置的结构可以参见图1-图2、图3a-图3b。如图1-图2、图3a-图3b和图4-图5所示，所述半导体刻蚀装置的制备方法，包括如下步骤：
61.步骤s41，提供若干腔室部件53；
62.步骤s42，形成保护层12于所述腔室部件53表面，所述保护层12的材料包括刻蚀元素；
63.步骤s43，由若干具有所述保护层12的腔室部件53形成所述反应腔室10，使得所述保护层12位于所述反应腔室10的内壁，所述反应腔室10用于通过刻蚀剂对位于所述反应腔室10内的晶圆11进行刻蚀，所述刻蚀元素为所述刻蚀剂中用于与所述晶圆11反应的化学元素。
64.可选的，形成保护层12于所述腔室部件53表面之前，还包括如下步骤：
65.平坦化所述腔室部件53表面；
66.清洗并烘干所述腔室部件53。
67.具体来说，若干所述腔室部件53用于围绕形成所述反应腔室10，所述反应腔室10用于容纳所述晶圆11。所述反应腔室10为对所述晶圆11实施干法刻蚀工艺的腔室。在干法刻蚀工艺进行过程中，来自于外界的所述刻蚀剂经过等离子体化后与所述晶圆11反应，于所述晶圆11上形成半导体图案。在形成所述保护层12于所述腔室部件53之前，可以对研磨抛光后的所述腔室部件进行超声波清洗和纯氮气烘干，以除去所述腔室部件53表面的杂质和水汽，避免在后续形成的所述保护层12中引入杂质。
68.之后，将清洗并烘干后的所述腔室部件53通过夹具垂直固定在真空热喷涂设备的喷涂腔室内的固定底座上。所述固定底座在伺服马达的驱动下，能够在垂直平面上带动所述腔室部件53进行360
°
旋转。所述固定底座和所述夹具可以采用柔性半导体材料制成，以避免对所述腔室部件53造成刮伤。如图5所示，所述真空热喷涂设备的所述喷涂腔室包括热喷涂材料生成室50(其中包括高温高压电弧产生结构和高压纯氮气导入结构)、喷涂材料输
送导流器51和喷涂室52，所述腔室部件53放置于所述喷涂室52内部。
69.可选的，所述刻蚀剂包括氟碳化合物，所述刻蚀元素为氟元素。
70.可选的，所述刻蚀剂还包括氧气。
71.可选的，所述保护层12的材料还包括氧元素，且所述氧元素的摩尔百分比小于所述氟元素的摩尔百分比。
72.可选的，所述保护层12的材料包括氟氧化钇和氟化钇。
73.可选的，形成保护层12于所述腔室部件53表面的具体步骤包括：
74.熔融氟氧化钇和氟化钇，形成喷涂材料；
75.喷涂所述喷涂材料至所述腔室部件53表面，形成所述保护层12。
76.可选的，熔融氟氧化钇和氟化钇的具体步骤包括：
77.熔融摩尔比为1:1的所述氟氧化钇和氟化钇。
78.可选的，形成所述保护层12的具体步骤包括：
79.喷涂所述喷涂材料至所述腔室部件53表面，形成保护层12；
80.清洗所述保护层12。
81.以下以所述保护层12的材料包括氟氧化钇(yof)和氟化钇(yf)为例进行说明。向所述热喷涂材料生成室50放入摩尔比为1:1的工业高纯度氟氧化钇和氟化钇，并将真空热喷涂设备的喷涂腔室抽至1
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10-4
以上的真空度，并预热至500℃。接着，开启所述热喷涂材料生成室50内的高温高压电弧(温度应在1000℃以上)，使工业高纯度的氟氧化钇和氟化钇充分、彻底混合熔融，形成热喷涂材料。之后，同时开启所述喷涂材料输送导流器51和所述喷涂室52内的所述固定底座，使得所述固定底座在垂直平面内均匀转动，并向所述热喷涂材料生成室50通入压力为50pa、流速为500sccm的纯氮气，使得熔融状态下的所述热喷涂材料均匀的喷涂淀积在所述腔室部件53表面，形成所述保护层12。待达到预定的喷涂时间和/或淀积厚度后，停止所述高温高压电弧、停止纯氮气的通入、并关闭所述喷涂材料输送导流器51。待所述喷涂腔室冷却至常温之后，开启酸洗装置，对所述腔室部件53表面淀积的所述保护层12进行厚度和平整度的清洗改善，校准所述保护层12的厚度至所需厚度。本领域技术人员也可以根据实际需要重复多次进行熔融喷涂和酸洗的步骤，已达到具有所需厚度的所述保护层12。
82.可选的，所述保护层12的厚度为3mm～5mm。
83.本具体实施方式提供的半导体刻蚀装置及其制备方法，通过在反应腔室的内壁形成保护层，且所述保护层的材料中包括刻蚀元素，所述刻蚀元素是刻蚀剂中与反应腔室内的晶圆发生化学反应的元素，使得刻蚀过程中刻蚀剂与保护层的材料发生反应后生成的产物能够稳定的附着在所述反应腔室的内壁表面，提高了所述保护层抗轰击的能力，降低了所述保护层材料在等离子体轰击下发生颗粒飞溅的概率，避免了对晶圆造成颗粒飞溅损伤，提高了晶圆产品的良率。
84.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。