用于高温应用的耐等离子体腐蚀的薄膜涂层制造技术

诸如基座之类的制品包括热传导材料的主体，所述主体由所述主体表面上方的第一保护层与第二保护层涂覆。第一保护层是热传导陶瓷。第二保护层覆盖第一保护层，并且是可在650℃温度下抵抗破裂的耐等离子体的陶瓷薄膜。

Plasma corrosion resistant film coating for high temperature applications

【技术实现步骤摘要】
用于高温应用的耐等离子体腐蚀的薄膜涂层本申请是2015年4月23日提交的申请号为201580017814.9、题为“用于高温应用的耐等离子体腐蚀的薄膜涂层”的申请的分案申请。
一般而言，本专利技术的实施例总体上关于频繁地暴露于高温以及直接或远程等离子体环境的保护性腔室部件。
技术介绍
在半导体产业中，通过生产不断减小尺寸的结构的多个制造工艺来制造器件。一些制造工艺(诸如，等离子体蚀刻与等离子体清洁工艺)使基板暴露于高速等离子体流以蚀刻或清洁基板。等离子体可以是高度侵蚀性的，并且可侵蚀暴露于等离子体的处理腔室和其他表面。因此，等离子体喷涂的保护涂层常用来保护处理腔室部件免于侵蚀。一些制造工艺在高温(例如，超过400℃的温度)下执行。传统的等离子体喷涂的保护涂层对于用于此类工艺的一些腔室部件可能是不适合的。
技术实现思路
在示例实施例中，制品包括具有热传导材料的主体。制品进一步包括主体表面上的第一保护层，第一保护层是热传导陶瓷。制品进一步包括第一保护层上的第二保护层，第二保护层包括可在高达650℃温度下抵抗破裂的耐等离子体陶瓷薄膜。在另一示例实施例中，方法包括：提供包括热传导材料主体的制品。方法进一步包括：在热传导材料主体的表面上沉积第一保护层，第一保护层是热传导陶瓷。方法进一步包括：执行离子辅助沉积以在第一保护层上方沉积第二保护层，第二保护层包括可在高达650℃温度下抵抗破裂的耐等离子体的陶瓷薄膜。在另一示例实施例中，用于原子层沉积腔室的基座包括石墨主体。基座进一步包括石墨主体的表面上的第一保护层，第一保护层包括碳化硅。基座进一步包括第一保护层上的第二保护层，第二保护层包括可在高达650℃温度下抵抗破裂的耐等离子体的陶瓷薄膜，其中第二保护层包括从由Er3Al5O12、Y3Al5O12与YF3构成的组中选出的陶瓷。附图说明在所附附图的图中通过示例而非限制方式来阐释本专利技术，所附附图中，相似的附图标记指示相似的元件。应当注意，在本公开对“一”或“一个”实施例的不同的引用不一定是指相同的实施例，并且此类引用意味着至少一个实施例。图1描绘处理腔室的一个实施例的剖面图。图2A描绘用于原子层沉积(ALD)且在一个表面上具有薄膜保护涂层的基座。图2B描绘用于原子层沉积腔室且具有插入到孔中的耐等离子体的插塞的基座的放大的横剖面图。图3-5描绘在一个表面上具有保护层叠层的示例制品的横剖面侧视图。图6阐释在制品上方形成一个或多个保护层的工艺的一个实施例。图7A描绘适用于利用高能粒子的各种沉积技术(例如，离子辅助沉积(IAD))的沉积机制。图7B描绘IAD沉积设备的示意图。图8阐释根据本专利技术的实施例而形成的薄膜保护层的腐蚀速率。具体实施方式本专利技术的实施例提供在制品的一个或多个表面上具有薄膜保护层的制品，诸如，用于原子层沉积(ALD)腔室的腔室部件。保护层可具有低于约50微米的厚度，并且可提供等离子体侵蚀抗性以保护制品。在晶片处理期间，可将腔室部件暴露至高温。例如，可将腔室部件暴露至超过450℃的温度。以能够在这些高温下抵抗破裂或有效地对破裂免疫的方式来形成薄膜保护层。薄膜保护层可以是使用离子辅助沉积(IAD)而沉积在经加热的基板上的致密的共形薄膜。薄膜保护层可由Y3Al5O12、Er3Al5O12或YF3形成。由薄膜保护层提供的改善的腐蚀抗性可改善制品的使用寿命，同时降低维持与制造成本。图1是根据本专利技术的一个实施例的处理腔室100的剖面图，处理腔室100具有以薄膜保护层涂覆的一个或多个腔室部件。处理腔室100可以是ALD处理腔室。在一个实施例中，处理腔室100利用远程等离子体单元以将氟自由基(F*)递送到处理腔室100中以进行腔室清洁。或者，其他类型的处理腔室可用于本文所述的实施例。处理腔室100可用于高温ALD工艺。例如，处理腔室100可用于氮化钛(TiN)的沉积。TiN沉积工艺典型地是在450℃或高于450℃的温度下执行的ALD工艺。另一示例高温ALD工艺是二氯硅烷(DCS)硅化钨的沉积。DCS硅化钨工艺通过WF6、DCS与SiH4在约500-600℃温度下的反应来执行。可通过处理腔室100执行其他高温ALD工艺。可包括薄膜保护层的腔室部件的示例包括基座134、腔室主体105、喷淋头110，等等。在下文中更详细地描述的薄膜保护层可包括Y3Al5O12(YAG)、Er3Al5O12(EAG)和/或YF3。在一些实施例中，薄膜保护层也可包括其他陶瓷。此外，薄膜保护层可以是保护层叠层中的一层。如图所示，根据一个实施例，基座134具有薄膜保护层(第二保护层136)。然而，应当理解，其他腔室部件中任何一者(例如，上文列举的那些)也可包括薄膜保护层。在一个实施例中，处理腔室100包括封围内部容积106的腔室主体105与喷淋头110。腔室主体105可由铝、不锈钢或其他适当的材料制造。腔室主体105通常包括侧壁与底部。喷淋头110、侧壁和/或底部中的任何一者可包括薄膜保护层。腔室排放装置125以及一个或多个排放端口137可将废气排出腔室的内部容积106。排放端口137可连接至泵系统，所述泵系统包括一个或多个泵160以及节流阀156和/或闸阀154，用于排空并调节处理腔室100的内部容积106的压力。喷淋头110可支撑在腔室主体105的侧壁上。喷淋头110(或盖)可经开启以允许对处理腔室100的内部容积106的接取，并且可在关闭时提供对处理腔室100的密封。喷淋头110可包括气体分配板以及一个或多个注入器122、123、124。喷淋头110可由铝、不锈钢或其他适当的材料制成。或者，在一些实施例中，喷淋头110可由盖与喷嘴取代。气体面板152可经由一个或多个气体递送管线138-146、通过喷淋头110而将工艺和/或清洁气体提供至内部容积106。取决于待沉积的层，可用于执行CVD操作以将层沉积在基板上的处理气体的示例包括NH3、TiCl4、四(二甲胺基)钛(TDMAT)、WF6、DCS、SiH4等等。远程等离子体源(RPS)150可在清洁期间生成氟自由基(F*)，并且可经由一个或多个气体递送管线138-146来递送氟自由基。气体递送管线138-146、排放端口137与喷淋头110可由圆盖180覆盖，圆盖180可以是铝或另一适当的材料。腔室部件(诸如，腔室主体105的内壁、喷淋头110、基座134等)在处理期间累积沉积的材料层。为了减轻沉积性质的改变和微粒污染，可使用远程等离子体清洁工艺来周期性地将此类沉积的层从腔室部件上清洁掉。可用于将沉积的材料从腔室部件的表面清洁掉的清洁气体示例包括含卤素气体(诸如，C2F6、SF6、SiCl4、HBr、NF3、CF4、CHF3、CH2F3、F、NF3、Cl2、CCl4、BCl3与SiF4等等)与其他气体(诸如，O2或N2O)。载气的示例包括N2、He、Ar与其他对清洁气体呈现惰性的气体(例如，非反应性气体)。在一个实施例中，NF3与A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐等离子体制品，包括：/n主体，所述主体包括热传导材料，其中所述热传导材料是热传导半金属或热传导玻璃-碳；/n第一保护层，所述第一保护层在所述主体的表面上，所述第一保护层是热传导陶瓷；以及/n第二保护层，所述第二保护层在所述第一保护层上，所述第二保护层包括耐等离子体的陶瓷薄膜，所述耐等离子体的陶瓷薄膜在高达650℃的温度下抵抗破裂。/n

【技术特征摘要】
20140425 US 61/984,691;20150422 US 14/693,7451.一种耐等离子体制品，包括：
主体，所述主体包括热传导材料，其中所述热传导材料是热传导半金属或热传导玻璃-碳；
第一保护层，所述第一保护层在所述主体的表面上，所述第一保护层是热传导陶瓷；以及
第二保护层，所述第二保护层在所述第一保护层上，所述第二保护层包括耐等离子体的陶瓷薄膜，所述耐等离子体的陶瓷薄膜在高达650℃的温度下抵抗破裂。


2.如权利要求1所述的耐等离子体制品，其中所述热传导材料包括石墨。


3.如权利要求1所述的耐等离子体制品，其中所述热传导材料包括所述热传导半金属，并且所述第一保护层包括碳化硅。


4.如权利要求1所述的耐等离子体制品，其中所述耐等离子体制品是用于原子层沉积腔室的基座。


5.如权利要求4所述的耐等离子体制品，其中所述第一保护层包括多个凹部，所述多个凹部中的每一个都配置成支撑晶片并具有多个表面特征，其中所述第二保护层共形于所述多个凹部且共形于所述多个表面特征。


6.如权利要求1所述的耐等离子体制品，其中：
所述主体包括所述热传导半金属且所述热传导半金属是石墨；
所述第一保护层包括碳化硅且具有5-100微米的厚度；以及
所述第二保护层是具有低于1％的孔隙率、包括从由Er3Al5O12、Y3Al5O12和YF3构成的组中选出的陶瓷且具有5-50微米的厚度的共形层。


7.如权利要求1所述的耐等离子体制品，进一步包括：
保护层叠层，所述保护层叠层在所述第一保护层上，所述保护层叠层至少包括所述第二保护层以及覆盖所述第二保护层的第三保护层，其中所述第三保护层具有低于20微米的厚度且包括以下各项中的至少一者：Y3Al5O12、Y4Al2O9、Er2O3、Gd2O3、Er3Al5O12、Gd3Al5O12或包括Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固体-溶液的陶瓷化合物。


8.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·菲鲁兹多尔，B·P·卡农戈，J·Y·孙，M·J·萨里纳斯，J·A·李，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US