抗等离子体腐蚀的稀土氧化物基薄膜涂层制造技术

本发明专利技术涉及抗等离子体腐蚀的稀土氧化物基薄膜涂层。制品包含主体和至少一个保护层，所述保护层位于所述主体的至少一个表面上。所述至少一个保护层是具有小于约20微米的厚度、并包含陶瓷的薄膜，所述陶瓷选自由以下各项组成的组：Y

【技术实现步骤摘要】
抗等离子体腐蚀的稀土氧化物基薄膜涂层本申请是申请日为“2014年6月19日”、申请号为“201480030094.5”、题为“抗等离子体腐蚀的稀土氧化物基薄膜涂层”的分案申请。
本专利技术的实施例大体涉及具有抗等离子体的薄膜保护层的腔室部件。
技术介绍
在半导体产业中，器件由生产持续减小的尺寸的结构的数个制造工艺来制造。诸如等离子体蚀刻和等离子体清洁工艺等的一些制造工艺是使基板暴露于高速等离子体流以蚀刻或清洁基板。等离子体可能是高度腐蚀性的，并会腐蚀处理腔室和暴露于等离子体的其他表面。附图说明本专利技术以示例方式而非限制方式来说明，在所附附图中的各附图中以同样的附图标记指示类似的元件。应当注意，本公开中提及的“一”或“一个”实施例不一定是指同一个实施例，并且此类提及意味着至少一个。图1描绘处理腔室的一个实施例的截面视图。图2A-5描绘在一个表面上具有保护层叠层的示例制品的横截面侧视图。图6示出用于将一个或更多个保护层形成在制品上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(诸如，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8-9示出根据本专利技术的实施例所形成的薄膜保护层的腐蚀速率。图10-11示出根据本专利技术的实施例所形成的薄膜保护层的粗糙度轮廓。具体实施方式本专利技术的实施例提供制品，诸如，用于处理腔室的腔室部件，所述制品的一个或更多个表面上具有薄膜保护层。保护层可具有小于约20微米的厚度，并且可提供抗等离子体腐蚀性，以保护制品。可使用离子辅助沉积(IAD)或物理气相沉积(PVD)将保护层形成在制品上。薄膜保护层可用作厚膜保护层上的顶涂层，该厚膜保护层已使用例如等离子体喷涂技术而形成。在一些实施例中，包含两个或更多个薄膜保护层的薄膜保护层叠层形成在制品上。在此类实施例中，每一个薄膜保护层可由IAD或PVD形成，并且厚度可以是约20微米或更小。薄膜保护层可以是Y3Al5O12、Y4Al2O9、Er2O3、Gd2O3、Er3Al5O12、Gd3Al5O12或含Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固体溶液的陶瓷化合物。由薄膜保护层提供的改善的抗腐蚀性可改善制品的使用寿命，同时降低维护和制造成本。图1是半导体处理腔室100的截面视图，该处理腔室100具有一个或更多个腔室部件，这一个或更多个腔室部件涂覆有根据本专利技术的实施例的薄膜保护层。处理腔室100可用于在其中提供了腐蚀性等离子体环境的工艺。例如，处理腔室100可以是用于等离子体蚀刻器或等离子体蚀刻反应器、等离子体清洗器等的腔室。可包括薄膜保护层的腔室部件的示例包括基板支撑组件148、静电卡盘(ESC)150、环(例如，处理套环或单环)、腔室壁、基底、气体分配板、喷淋头、衬层、衬层套组、屏蔽体、等离子体屏、流量均衡器、冷却基底、腔室视口、腔室盖等。薄膜保护层(在下文中更详细地描述)可包括Y3Al5O12(YAG)、Y4Al2O9(YAM)、Er2O3、Gd2O3、Er3Al5O12(EAG)、Gd3Al5O12(GAG)和/或含Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固体溶液的陶瓷化合物。薄膜保护层也可包括Y2O3与Y2O3基陶瓷、Er2O3基陶瓷、Gd2O3基陶瓷和其他稀土氧化物。薄膜保护层可以是应用于不同的陶瓷的IAD或PVD涂层，不同的陶瓷包括氧化物基陶瓷、氮化物基陶瓷和碳化物基陶瓷。氧化物基陶瓷的示例包括SiO2(石英)、Al2O3、Y2O3等。碳化物基陶瓷的示例包括SiC、Si-SiC等。氮化物基陶瓷的示例包括AlN、SiN等。IAD或PVD涂层靶材可以是煅烧粉末、预形成块(例如，由生坯冲压、热压等形成)、烧结体(例如，具有50％-100％的密度)、机器加工体(例如，可以是陶瓷、金属或金属合金)或预熔体(100％密度)。基板也可以是金属基板，诸如，Al、Ti、不锈钢或经阳极化处理的铝基板。如图所述，根据一个实施例，基板支撑组件148具有薄膜保护层136。然而，应当理解，诸如上文中列举的那些腔室部件之类的其他腔室部件中的任何一个也可包括薄膜保护层。在一个实施例中，处理腔室100包括封闭了内部体积106的腔室体102和喷淋头130。喷淋头可包括喷淋头基底和喷淋头气体分配板。或者，在一些实施例中，喷淋头130可由盖与喷嘴取代。腔室体102可由铝、不锈钢或其他合适的材料制成。腔室体102通常包括侧壁108和底部110。喷淋头130(或盖和/或喷嘴)、侧壁108和/或底部110中的任一个可包括薄膜保护层。外衬层116可邻近侧壁108而设置以保护腔室体102。外衬层116可制有和/或涂覆有薄膜保护层。在一个实施例中，外衬层116由氧化铝制成。排气端口126可限定在腔室体102中，且排气端口126可将内部体积106耦接至泵系统128。泵系统128可包括一个或多个泵和节流阀，用于排空并调节处理腔室100的内部体积106内的压力。喷淋头130可支撑在腔室体102的侧壁108上。喷淋头130(或盖)可打开以允许进出处理腔室100的内部体积106，并且喷淋头130(或盖)在关闭时可提供对处理腔室100的密封。气体面板158可耦接至处理腔室100，以便通过喷淋头130或盖与喷嘴来将工艺和/或清洁气体提供至内部体积106。喷淋头130用于电介质蚀刻(对电介质材料的蚀刻)用的处理腔室。喷淋头130包括气体分配板(GDP)133，该GDP133具有遍及该GDP133的多个气体输送孔132。喷淋头130可包括粘合到铝基底或经阳极化处理的铝基底的GDP133。GDP133可由硅(Si)或碳化硅(SiC)制成，或可以是陶瓷，诸如，Y2O3、Al2O3、YAG等。对于用于导体蚀刻(对导电材料进行的蚀刻)的处理腔室，可使用盖而非喷淋头。盖可包括适配该盖的中心孔的中心喷嘴。盖可以是陶瓷，诸如Al2O3、Y2O3、YAG或含Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固体溶液的陶瓷化合物。喷嘴也可以是陶瓷，诸如Y2O3、YAG或含Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固体溶液的陶瓷化合物。盖、喷淋头基底104、GDP133和/或喷嘴可涂覆有薄膜保护层。可用于在处理腔室100中处理基板的处理气体的示例包括：含卤素气体，诸如，C2F6、SF6、SiCl4、HBr、NF3、CF4、CHF3、CH2F3、F、NF3、Cl2、CCl4、BCl3和SiF4等；以及其他气体，诸如，O2或N2O。载气的示例包括N2、He、Ar以及不与工艺气体作用的其他气体(例如，非反应气体)。基板支撑组件148设在处理腔室100的内部体积106中的喷淋头130或盖下方。在处理期间，基板支撑组件148保持基板144。环146(例如，单环)可覆盖一部分的静电卡盘150，并且可在处理期间保护被覆盖的部分免于暴露于等离子体。在一个实施例中，环146可以是硅或石英。内衬层118可涂覆在基板支撑组件148的外围上。内衬层118可以是抗含卤素气体的材料，诸如，参考外衬层116所讨论的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制品，包含：/n主体；以及/n第一保护层，所述第一保护层位于所述主体的至少一个表面上，其中所述第一保护层是具有小于1％的孔隙度的薄膜，且其中所述第一保护层包含第一陶瓷，所述第一陶瓷选自由以下各项组成的组：/nY

【技术特征摘要】
20130620 US 61/837,595;20140617 US 14/306,5831.一种制品，包含：
主体；以及
第一保护层，所述第一保护层位于所述主体的至少一个表面上，其中所述第一保护层是具有小于1％的孔隙度的薄膜，且其中所述第一保护层包含第一陶瓷，所述第一陶瓷选自由以下各项组成的组：
Y3Al5O12，具有8.5GPa±达30％的硬度、以及9.76±达30％的介电常数、11.3E16Ω·cm±达30％的体电阻率、20.1W/m·K±达30％的热导率或4.4E-10cm3/s±达30％的厄米性中的至少一个；
Er2O3，具有5GPa±达30％的硬度；
Er3Al5O12，具有9GPa±达30％的硬度；以及
含Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固体溶液的陶瓷化合物，所述陶瓷化合物具有7.8GPa±达30％的硬度以及9.83±达30％的介电常数、4.1E16Ω·cm±达30％的体电阻率、19.9W/m·K±达30％的热导率或1.2E-9cm3/s±达30％的厄米性(hermiticity)中的至少一个。


2.如权利要求1所述的制品，进一步包括：
保护层叠层，所述保护层叠层位于所述主体的所述至少一个表面上，所述保护层叠层包含至少所述第一保护层和第二保护层，所述第二保护层覆盖所述第一保护层的至少一部分，其中，所述第二保护层是包含与所述第一陶瓷不同的第二陶瓷的薄膜，所述第二陶瓷选自由以下各项组成的组：Y3Al5O12、Y4Al2O9、Er2O3、Gd2O3、Er3Al5O12、Gd3Al5O12以及含Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固体溶液的所述陶瓷化合物。


3.如权利要求2所述的制品，其特征在于：
所述保护层叠层中的所述第一保护层具有非晶结构，并且包含Y3Al5O12或Er3Al5O12；以及
所述保护层叠层中的所述第二保护层具有结晶或纳米结晶结构，并且包含Er2O3、Gd2O3或含Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固体溶液的所述陶瓷化合物。


4.如权利要求2所述的制品，其特征在于，所述主体具有第一热膨胀系数值，所述第一保护层具有第二热膨胀系数值，并且所述第二保护层具有第三热膨胀系数值，其中，所述第二热膨胀系数值在所述第一热膨胀系数值与所述第三热膨胀系数值之间。


5.如权利要求1-4中任一权项所述的制品，进一步包含：
附加保护层，所述附加保护层位于所述主体的所述至少一个表面上，其中，所述附加保护层是包含第二陶瓷的厚膜，所述第二陶瓷选自由以下各项组成的组：Y3Al5O12、Y4Al2O9、Y2O3以及含Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固体溶液的所述陶瓷化合物，其中，所述第一保护层覆盖所述附加保护层的至少一部分。


6.如权利要求1-5中任一权项所述的制品，其特征在于，所述第一陶瓷是Y3Al5O12，且其中所述第一陶瓷具有8.5GPa±达10％的硬度、9.76±达10％的介电常数、11.3E16Ω·cm±达10％的体电阻率以及20.1W/m·K±达10％的热导率。


7.如权利要求1-5中任一权项所述的制品，其特征在于，所述第一陶瓷是Er2O3，且其中所述第一陶瓷进一步具有9.67±达30％的介电常数、19.4W/m·K±达30％的热导率或5.5E-9cm3/s±达30％的厄米性中的至少一个。


8.如权利要求7所述的制品，其特征在于，所述第一陶瓷具有5GPa±达10％的硬度、9.67±达10％的介电常数以及19.4W/m·K±达10％的热导率。


9.如权利要求1-5中任一权项所述的制品，其特征在于，所述第一陶瓷是Er3Al5O12，且其中所述第一陶瓷进一步具有9.54±达30％的介电常数、19.2W/m·K±达30％的热导率或9.5E-10cm3/s±达30％的厄米性。


10.如权利要求9所述的制品，其特征在于，所述第一陶瓷具有9GPa±达10％的硬度、9.54±达10％的介电常数以及19.2W/m·K±达10％的热导率。


11.如权利要求1-5中任一权项所述的制品，其特征在于，所述第一陶瓷是包含Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固体溶液的所述陶瓷化合物，并且其中所述第一陶瓷具有7.8GPa±达10％的硬度、9.83±达10％的介电常数、4.1E16Ω·cm±达10％的体电阻率以及19.9W/m·K±达10％的热导率。


12.一种制品，包含：
主体；以及
保护层叠层，所述保护层叠层位于所述主体的至少一个表面上，所述保护层叠层包含至少第一保护层和第二保护层，所述第二保护层覆盖所述第一保护层的至少一部分，其中：
所述保护层叠层中的所述第一保护层是具有非晶结构的薄膜，该薄膜包含第一陶瓷，所述第一陶瓷选自由Y3Al5O12和Er3Al5O12组成的组，且
所述保护层叠层中的所述第二保护层是具有结晶或纳米结晶结构的薄膜，该薄膜包含第二陶瓷和陶瓷化合物，所述第二陶瓷选自由Er2...

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