一种用于静电卡盘的层布置，包括：第一陶瓷层；第二陶瓷层；金属化层，所述金属化层设置在所述第一陶瓷层与所述第二陶瓷层之间。所述第一陶瓷层包括至少90.0wt％的氧化铝、二氧化钛、ZrO2、Y2O3、AlN、Si3N4、SiC、过渡金属氧化物或其组合；和在0.1wt％至10.0wt％范围内的氧化钽(Ta2O5)。)。)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于静电卡盘的高密度耐腐蚀层布置
[0001]本公开涉及一种用于静电卡盘的层布置；其制造方法；以及含有所述层布置的静电卡盘。特别地，本公开涉及一种金属化层，其设置在静电卡盘中的顶部电介质层与绝缘层之间。
技术介绍
[0002]静电卡盘(ESC)在半导体装置制造工艺中被广泛用于夹紧基板，诸如硅晶片。ESC是层状结构，其中导电层被夹在陶瓷绝缘体之间，以防止它们与装置直接接触。氧化铝和氮化铝是ESC中使用最多的陶瓷。导电层，通常称为“迹线”或“电极”，通常由难熔金属诸如钼和钨制成。迹线通过穿过陶瓷层的称为“通路”的层间导电管道进一步连接，以从外部电源提供电能。
[0003]美国专利5,671,116教导了用于制造陶瓷ESC的共烧方法。在这个过程中，首先通过流延粉末来形成陶瓷带，所述粉末与各种有机和无机粘合剂混合以使它们保持在一起。然后，在生坯状态的陶瓷带顶部将导电迹线金属化。然后，将金属化的生坯带彼此上下堆叠，然后按压以将它们层压。通过将难熔金属浆料或粉末插入在陶瓷层中钻出的通孔来形成通路。然后在高温下将所得层压的生坯部件共烧，以制成整体ESC主体。
[0004]ESC的顶部陶瓷层通常称为电介质层，它与晶片直接接触，是ESC中最关键的陶瓷层。它的主要功能是在晶片与下面的电极之间提供绝缘层。它的介电强度必须承受住为了夹紧晶片所施加的电场的击穿力。它还在加工时防止任何金属杂质从电极材料迁移至装置。在诸如蚀刻和沉积的加工室中，使用苛刻气体(harsh gas)，诸如氟和氯，它们在性质上腐蚀性递增。在此类情况下，最重要的是陶瓷层的组合物必须不能被腐蚀性加工气体溶解并污染装置。
[0005]为了维持高的电介质击穿强度，陶瓷必须接近完全致密。美国专利US4678683、US5207437和US5104834全部都公开了使用二氧化硅与氧化钙和氧化镁作为液相烧结助剂以在烧结层状金属化结构时使陶瓷致密。虽然在氧化铝中的此类组合物得到致密的烧结体，但它们有一些缺陷：
[0006]在半导体制造过程期间，组合物被诸如氟和氯的卤素等离子气体侵蚀；并且
[0007]组合物的与液相形成有关的杂质含量相对较高。杂质含量高使组合物不适合于高温加工环境，因为杂质更容易通过电介质层迁移；并进入气体加工环境并且不利地到硅晶片的表面上。
[0008]因此，有必要开发出既耐腐蚀又抵抗杂质向加工环境中迁移的ESC。
技术实现思路
[0009]在第一方面中，提供了一种用于静电卡盘的层布置，其包括：
[0010]A.第一陶瓷层；
[0011]B.第二陶瓷层；
[0012]C.金属化层，其设置在所述第一陶瓷层与所述第二陶瓷层之间，
[0013]其中所述第一陶瓷层包括至少90.0wt％的以下物质：
[0014](i)氧化铝、二氧化钛、ZrO2、Y2O3、AlN、Si3N4、SiC或其组合；或
[0015](ii)掺杂有过渡金属氧化物的氧化铝；以及
[0016]优选地，足以使第一陶瓷层致密化至第一陶瓷层的理论最大密度(即，0％孔隙率)的至少97％、或98％、或98.5％、或99.0％的氧化钽(Ta2O5)。氧化钽(Ta2O5)优选在0.05wt％至10.0wt％的范围内存在。
[0017]在一些实施方案中，已经发现相对少量的氧化钽(例如，小于2.0wt％)(用作烧结助剂)能够生产出高密度、高纯度的陶瓷。在这些实施方案中，第一陶瓷层优选包括至少90.0wt％的氧化铝、二氧化钛、ZrO2、Y2O3、AlN、Si3N4、SiC或其组合。
[0018]在其他实施方案中，可能需要更多Ta2O5(例如2.0wt％至6.0wt％或10wt％或更多)来形成Ta2O5液相以使第一陶瓷层致密化。在这些实施方案中，第一陶瓷层优选包括至少90.0wt％的掺杂有过渡金属氧化物(诸如，二氧化钛)的氧化铝。
[0019]Ta2O5在大多数环境中惰性很高，并且因此向加工环境中迁移的趋势很低。加工环境可以高于450℃、或高于550℃、或高于650℃、或高于750℃。
[0020]优选地，有至少92.0wt％、或至少94.0wt％、或至少96.0wt％、或至少98.0wt％、或至少99.0wt％的氧化铝、二氧化钛、ZrO2、Y2O3、AlN、Si3N4、SiC、过渡金属氧化物或其组合。
[0021]第一层可包括至少95.0wt％、或至少97.0wt％、或至少98.0wt％、或至少99.0wt％、或至少99.5wt％、或至少99.8wt％的氧化钽和氧化铝、二氧化钛、ZrO2、Y2O3、AlN、Si3N4、SiC、过渡金属氧化物或其组合。
[0022]第一陶瓷层优选包括氧化铝或AlN。
[0023]第一陶瓷层优选包括小于或等于8.0wt％的Ta2O5、或小于或等于6.0wt％或小于或等于4.0wt％的Ta2O5、或小于或等于2.0wt％或小于或等于1.5wt％的Ta2O5、或小于或等于1.0wt％或小于或等于0.8wt％的Ta2O5、或小于或等于0.7wt％或小于或等于0.6wt％的Ta2O5、或小于或等于0.5wt％或小于或等于0.4wt％。优选地，第一陶瓷层包括大于或等于0.2wt％的Ta2O5、或大于或等于0.3wt％的Ta2O5。所需Ta2O5的量可取决于：第一陶瓷层的组合物；所需目标密度和/或目标烧结温度和时间；以及层布置将暴露的加工环境。在致密化过程中，Ta2O5的水平较高可能不提供显著的附加益处；而水平较低可能不足以在目标条件下提供目标密度要求。
[0024]优选地，第一陶瓷层是顶部电介质层。顶部电介质层可在加工室中与晶片直接接触，并且因此电介质层的表面优选地基本上不含挥发性杂质物质(例如，Cu和Na)。
[0025]优选地，第一陶瓷层在第一陶瓷层和金属化层的界面处包括Ta2O5相。
[0026]在一个实施方案中，在制造层布置的共烧工艺期间，将层布置加热至低于Ta2O5的熔点持续一段设定的时间，导致液态Ta2O5‑
氧化铝相的形成，所述相被吸引到金属化层和相邻第二陶瓷层周围的更具多孔性的区域。优选地，Ta2O5能够在等于或低于1600℃下，并且更优选地在等于或低于1400℃下，在第一陶瓷层内形成液相。
[0027]结果，在顶部电介质层的顶表面(Ta2O5缺乏相)处的Ta2O5浓度低于在第一陶瓷层和金属化层的界面处的Ta2O5相(例如，玻璃)的Ta2O5浓度。优选地，在第一陶瓷层顶表面处的Ta2O5浓度比在金属化层与第一陶瓷层之间的界面处的Ta2O5相中的Ta2O5浓度低20％、或
50％、或80％。Ta2O5的这种分布是有利的，因为虽然Ta2O5对大多数气体环境不具有反应性，但它容易与氟气反应。因此，与气体环境直接接触的表面的Ta2O5较少。此外，在所使用的陶瓷氧化物是氧化铝的实施方案中，认为Ta2O5形成基于氧化铝的玻璃，其可比单独Ta2O5更耐氯气腐蚀。
[0028]在一些实施方案中，在金属化层附近的钽本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于静电卡盘的层布置，所述层布置包括：A.第一陶瓷层；B.第二陶瓷层；C.金属化层，所述金属化层设置在所述第一陶瓷层与所述第二陶瓷层之间，其中所述第一陶瓷层包括：至少90.0wt％的氧化铝、二氧化钛、ZrO2、Y2O3、AlN、Si3N4、SiC、过渡金属氧化物或其组合；和在0.1wt％至10.0wt％范围内的氧化钽(Ta2O5)。2.根据权利要求1所述的层布置，其中所述第一陶瓷层是顶部电介质层。3.根据权利要求2所述的层布置，其中所述顶部电介质层的厚度在20μm至200μm的范围内。4.根据权利要求1所述的层布置，其中所述第一陶瓷层包括至少98wt％的氧化铝。5.根据权利要求1所述的层布置，其中所述第一陶瓷层包括至少99.0wt％的氧化钽、氧化铝、二氧化钛、ZrO2、Y2O3、AlN、Si3N4、SiC和过渡金属氧化物的总和。6.根据权利要求1所述的层布置，其中所述金属化层包括选自由以下组成的组中的金属：铂、钯、钨、钼、铌、钽及其合金。7.根据权利要求1所述的层布置，其中所述第二陶瓷层包括氧化铝、二氧化钛、ZrO2、Y2O3、AlN、Si3N4、SiC或其组合。8.根据权利要求1所述的层布置，所述层布置还包括在所述第一陶瓷层和所述金属化层的界面处的Ta2O5相。9.根据权利要求1所述的层布置，其中在所述第一陶瓷层的顶表面处或附近的Ta2O5浓度低于在所述第一陶瓷层和所述金属化层的界面处或附近的Ta2O5浓度。10.根据权利要求1所述的层布置，其中在所述第一陶瓷层中靠近所述金属化层的Ta2O5相的横截面积比在所述第一陶瓷层中靠近所述第一陶瓷层的顶表面的Ta2O5相的横截面积大超过20％。11.根据权利要求1所述的层布置，其中所述第一陶瓷层的密度大于其理论最大密度的97％。12.根据权利要求1所述的层布置，其中所述第二陶瓷层的密度低于所述第一陶瓷层的密度。13.根据权利要求1所述的层布置，其中所述第一陶瓷层包括静电荷耗散材料，所述材料包括掺杂有过渡金属氧化物的氧化铝和0.5wt％至10.0wt％的Ta2O5，其中基于所述第一陶瓷层中陶瓷材料的总重量，所述过渡金属氧化物的存在量在1.0wt％至8.0wt％的范围内。14.根据权利要求13所述的层布置，其中所述过渡金属氧化物包...
【专利技术属性】
技术研发人员：李正性，
申请(专利权)人：摩根先进陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：
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