基底上的保护涂层及其制备方法技术

在此公开的为一层无裂纹的保护涂层，其包括氮化铝、氧化铝、氧氮 化铝或其组合中的至少一种。在此还公开了一种用于制造制品的方法，所 述方法包括在基底上沉积保护涂层，所述涂层包括氮化铝、氧化铝、氧氮 化铝或其组合中的至少一种，所述基底包括热解氮化硼、热解石墨和/或掺 碳氮化硼。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2004年7月7日申请的美国临时申请系列号60/586059的权益。
技术介绍
在计算机集成电路的制造中(例如计算机芯片)，期望具有选择性沉积和去除材料层的能力。使用各种制品来将这些薄膜涂覆到硅晶片上。其包括加热元件、静电夹具、晶片托架等等。在涂覆晶片的过程，一些施加到所述晶片或芯片的材料还沉积在沉积室中的设备上。这需要定期清洗所述设备，通常使用高能量等离子体气体来进行所述清洗。腐蚀性清洗剂通常使用产生卤素的气体如三氟化氮(NF3)，从而产生氟等离子体，其可清洗所述室但同时腐蚀设备元件而导致腐蚀。所述腐蚀限制了元件和设备的寿命。因此，期望通过使用耐用的保护涂层来延长所述元件和设备的服务寿命。日本公开的专利申请No.JP62123094A2公开了在高纯碳基材料基底上使用AIN涂层的衬托器，所述涂层通过热化学气相沉积方法(“CVD”)形成。日本公开的专利申请No.H06-061335公开了具有保护涂层的静电夹具，所述涂层包括AlN、Al2O3、AlON，其通过包括溅射、离子镀以及CVD的方法沉积。在现有技术的保护涂层中，在所述涂层上具有很多裂纹，这通常导致超过5,000埃/分钟(/min)的蚀刻速度。本领域公知，在涂层薄膜如AlN的平面中，膜内或机械应力为作用所述薄膜横截面每单元面积的力。所述机械应力性质上可为压力或拉力。不认为所述热CVD涂层处于压应力之下，因此，当暴露于恶劣的半导体制造环境时，其快速失效。所述压应力阻止了裂纹的形成，从而增加了制品的使用寿命。期望用于腐蚀性环境的设备的保护涂层牢固地附着在下面的基底上。已知现有技术中的热CVD AlN涂层未很好地附着在下面的热解石墨或氮化硼基底上。专利技术概述本公开涉及。在一种实施方案中，本专利技术涉及一种保护涂层，其包括氮化铝、氧化铝、氧氮化铝或其组合中的至少一种；其中当沉积在基底上时，所述保护涂层处于大于或等于约50公斤/平方厘米的压应力下。本专利技术还涉及一种用于制造制品的方法，其包括在基底上沉积保护涂层，所述涂层包括氮化铝、氧化铝、氧氮化铝或其组合中的至少一种，所述基底包括热解氮化硼、热解石墨和/或掺碳氮化硼；其中所述保护涂层处于大于或等于约50公斤/平方厘米的压应力下。最后，本专利技术涉及含有前述保护涂层的制品以及通过前述制备所述保护涂层的方法制造的制品。附图说明图1描述了一种涂覆有保护涂层的加热元件1O的实施方案；图2描述了涂覆有保护涂层的加热元件20的第二实施方案；图3描述了一种静电夹具40的实施方案；图4为通过热CVD沉积的AlN涂层的X射线衍射图，其显示所述AlN涂层为高度结晶体；图5显示了实施例1的AlN涂层的两张照片。左边为显示纳米晶AlN晶粒(grain)透射电子显微镜(TEM)的显微图象。右边为电子衍射图。衍射图中明亮、扩散的环暗示微观结构中存在非晶成分。图6为实施例1的AlN涂层的高分辨率TEM显微图。大小标志代表5纳米；图7描述了一种代表性实施方案，其中在离子镀期间，阴极和基底石墨彼此电连通。这有助于在制品上垂直面的涂覆；图8为硅晶片的X射线衍射图；图9为在硅晶片上通过离子镀沉积的保护涂层的X射线衍射图，所述涂层含有非晶AlN；以及图10为烧结AIN涂层的X射线衍射图。由于烧结AlN的高度结晶特性，所述衍射图显示多个峰。优选实施方案的详细说明如在此使用的一样，术语“第一”、“第二”等等不表示任何顺序或者重要性，但其用来将一个元件同另一个元件区分，术语“这个”、“一”以及“一个”不表示数量的限制，但其表示存在至少一个参考项目。此外，在此公开的所有范围均包括端点且可独立结合。在一种实施方案中，本专利技术涉及含有保护涂层的制品，其可有利地用在恶劣的半导体制造环境中，所述环境含有高温氨、氢和卤素。在制造集成电路、半导体、硅晶片、化合物半导体晶片、液晶显示装置及其玻璃基底等等的过程中，将这些涂覆过的制品有利地用作静电夹具，加热器元件和晶片托架。如在此使用的一样，可用近似语来修饰任何数量上的表达，所述表达可有变化但不会导致其所涉及的基本功能的变化。因此，在一些情况下，通过术语如“约”和“基本上”修饰的值不局限于具体的精确值。至少在一些情况下，所述近似语可相应于用于测量所述值的设备的精度。如在此使用的一样，“基底”或“数个基底”可同“表面”或“数个表面”交换使用。如在此使用的一样，“保护涂层”可同“涂层”、“涂层薄膜”、“保护层”或“保护性涂覆层”交换使用。涂层特性所述保护涂层包括AlN、AlON、Al2O3或其组合中的至少一种。在一种实施方案中，所述保护涂层为AlN、AlON、Al2O3或其组合中的单层。在另一种实施方案中，其为相同材料的多种涂层例如AlN、AlON、Al2O3等中的多层，或为顺序涂覆的AlN、AlON等的多种不同涂层。在一种实施方案中，所述涂层基本上为非晶的。基于所述保护涂层的总重量，保护涂层的非晶含量可大于或等于约10重量百分比(wt％)。在一种实施方案中，基于所述保护涂层的总重量，保护涂层的非晶含量可大于或等于约50重量百分比(wt％)。在另一种实施方案中，基于所述保护涂层的总重量，保护涂层的非晶含量可大于或等于约90重量百分比(wt％)。在第四种实施方案中，所述保护涂层完全为非晶的。当微晶存在于非晶涂层中时，期望微晶大小小于或等于约10纳米。在一种实施方案中，期望微晶大小小于或等于约5纳米。在一种实施方案中，所述保护涂层沉积在基底上，所述基底包括氮化硼(BN)、热解氮化硼(PBN)，或者掺碳热解氮化硼(C-PBN)。可通过这样的方法在基底上沉积所述保护涂层，所述方法包括膨胀热等离子体(ETP)、离子镀、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)(也叫有机金属化学气相沉积(OMCVD))、金属有机气相外延(MOVPE)、物理气相沉积方法如溅射、活性电子束(e-束)沉积以及等离子体喷镀。代表性方法为ETP和离子镀。当沉积在基底上时，所述保护涂层还可有利地处于压应力下，从而有助于保持形稳定性和机械强度，以及减少裂纹的数量。当同其它通过方法如热化学气相沉积制造的保护涂层相比时，所述保护涂层还具有大大减少的裂纹。在一种实施方案中，所述保护涂层极好地附着在所述基底上，且没有裂纹。在定期清洗所述设备期间，减少的裂纹数量以及所述涂层的结构最小化基底的任何腐蚀。如在此使用的一样，“没有裂纹”或者“基本上没有裂纹”意味着通过光学显微术或者具有10k倍率的SEM未观察到裂纹。裂纹还包括孔、穿孔、细孔或者线。附着意味着两种不同材料之间的粘合，内聚则意味着抵抗分离的整体(mass)。如在此使用的一样，具有极好的附着力意味着所述涂层的粘合强度超过了下面的层或多层的内聚强度。当施加到基底时，本专利技术的保护涂层显著增加了制品的循环寿命(lifecycle)。所述循环寿命为制品在被替换(作为腐蚀掉保护涂层的结果)之前，可经受清洗环境的时间的量。适宜的清洗环境实例包括卤-基等离子体、由远程等离子体源产生的卤-基自由基、通过加热分解的卤-基物质、卤-基气体、氧等离子体、氧-基等离子体等等。卤-基等离子体的实例为三氟化氮(NF3)等离子体。可单独或同氧结合使用氟化烃如四氟化碳(CF4)。所述制品本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治·T·达拉科斯，江畑俊树，帕特里夏·哈伯德，查尔斯·D·伊科万格洛，杰弗里·伦纳茨，亨利·马雷克，守川友治，刘翔，
申请(专利权)人：乔治·T·达拉科斯，江畑俊树，帕特里夏·哈伯德，查尔斯·D·伊科万格洛，杰弗里·伦纳茨，亨利·马雷克，守川友治，刘翔，
类型：发明
国别省市：