降低暴露于含卤素等离子体表面的腐蚀速率的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种对于半导体处理中使用的含卤素等离子体耐腐蚀的陶瓷制品。该陶瓷制品包括典型地包括两相到三相的多相陶瓷。在第一实施方式中，该陶瓷由以下成分形成，即：摩尔浓度变化范围从约５０％摩尔比到约７５％摩尔比的氧化钇；摩尔浓度变化范围从约１０％摩尔比到约３０％摩尔比的氧化锆；以及选自包括氧化铝、氧化铪、氧化钪、氧化铷、氧化铌、氧化钐、氧化镱、氧化铒、氧化铈及其组合的至少一个其他成分，所述至少一种其他成分浓度变化范围从约１０％摩尔比到约３０％摩尔比。在第二实施方式中，陶瓷制品包括由摩尔浓度变化范围从９０％摩尔比到约７０％摩尔比的氧化钇，以及摩尔浓度变化范围从约１０％摩尔比到约３０％摩尔比的氧化锆形成的陶瓷，其中所述陶瓷的平均颗粒尺寸变化范围从约２μｍ到约８μｍ。在第三实施方式中，该陶瓷制品包括由摩尔浓度变化范围从９６％摩尔比到约９４％摩尔比的氧化锆，以及摩尔浓度变化范围从约４％摩尔比到约６％摩尔比的氧化锆形成的陶瓷。

Device and method for reducing corrosion rate of exposed plasma surface containing halogen

The present invention provides a corrosion-resistant ceramic product for a halogen plasma used in semiconductor processing. The ceramic product includes multiphase ceramics typically including two-phase to three-phase. In a first embodiment, the ceramic is formed from yttrium oxide at a molar concentration ranging from about 50% to about 75% mole ratio; zirconium molar concentration ranging from about 10% to about 30% mole ratio; and selected from a group consisting of aluminum oxide, hafnium oxide, scandium oxide, rubidium oxide and niobium oxide, samarium oxide, ytterbium oxide, erbium oxide, cerium oxide and the combination of at least one other component, wherein at least one other concentration range from about 10% to about 30% mole ratio. In the second embodiment, ceramic products including the molar concentration varied from 90% to about 70% mole mole ratio of yttrium oxide, zirconium oxide and the molar concentration range from about 10% to about 30% mole mole ratio of the formation of the ceramic, the range of the average particle size of the ceramic varies from about 2 m to about 8 mu m. In the third embodiment, the ceramic products including the molar concentration varied from 96% to about 94% mole ratio of molar ratio of zirconium oxide, zirconium oxide and the molar concentration range from about 4% to about 6% mole mole ratio of the formation of the ceramic.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括固溶体陶瓷的专用的氧化钇，其通常对等离子体具有高度耐腐蚀性，尤其对用于半导体衬底刻蚀中的腐蚀性等离子体具有耐腐蚀性。
技术介绍
这部分描述涉及本专利技术公开的实施方式的背景主题内容。这里并非意在明确或暗指该部分描述的
技术介绍
构成法律上的现有技术。 耐腐蚀(包括侵蚀)性为用于存在腐蚀环境的半导体处理腔室中的设备部件和衬里的重要特性。腐蚀性等离子体环境的示例包括用于处理设备的清洗的等离子体和用于蚀刻半导体衬底的等离子体。用于等离子体增强化学气相沉积工艺的等离子体也常趋于腐蚀性。这尤其出现在存在高能等离子体并结合化学反应性对环境中出现的部件的表面发生作用。当腐蚀气体仅与处理设备表面接触时，设备部件表面或衬里表面的降低的化学反应性也是重要的特性。 用于电子器件和微电子机械结构(MEMS)制造中的处理腔室内的工艺腔室和部件设备通常由铝和铝合金制造。该腔室内具有的工艺腔室和部件设备的表面通常阳极化以提供一定的腐蚀环境保护。然而，阳极化层的完整性可被铝或铝合金中的杂质破坏，从而腐蚀较早开始出现，缩短保护涂层的寿命。已使用各种化合物的陶瓷涂层取代以上所述的氧化铝层，并已用在阳极化层的表面上以改善下方基于铝材料的保护。然而，即使保护层比阳极化铝的寿命更长，用于保护层的现有材料也会随着时间而损坏，并最终使铝合金受到等离子体的破坏。 氧化钇为陶瓷材料，其在暴露于用于半导体器件制造中的含氟等离子体中的铝和铝合金表面的保护上已显示出很好的前景。氧化钇涂层已使用并应用于高纯度铝合金工艺腔室表面，或处理部件表面的阳极化表面上，以产生优异的耐腐蚀保护(例如以上所述授予Sun等人的美国专利No 6,777,873)。在一个应用中，873专利提供对包括氟和氧气物质的等离子体耐腐蚀的处理腔室部件。该处理腔室部件典型地包括高纯度铝衬底，其中小心地控制由铝中存在的运动杂质形成的微粒以具有特定的尺寸分布；高纯度铝衬底的表面上的阳极化涂层；以及包括该阳极化涂层上的氧化钇的保护涂层。保护涂层可包括重量比达到约10％的氧化铝，并通常包括重量比最高达到99.95％或更多的氧化钇。保护涂层为通常利用诸如喷涂、化学气相沉积或物理气相沉积的方法涂覆的涂层。 1998年8月25日授权给Oehrlein等人的美国专利No 5,798,016描述了使用氧化铝用于腔室壁的涂层或用作腔室衬里的涂层。Oehrlein等人的参考文献进一步公开了由于铝与多种等离子体反应，因此建议“氧化铝或其涂层设置在衬里或腔室壁上”，原因在于氧化铝趋于化学惰性。另外，保护涂层可涂覆于衬里和/或腔室壁的表面上。给出的实施例包括Al2O3，Sc2O3或者Y2O3。 2001年6月14日公布并随后撤回的Otsuki的美国专利申请公开号No.US2001/003271A1中，公开了在要求高的耐腐蚀性和绝缘性的腔室内壁表面上和腔室内构件的暴露表面上形成的Al2O3、或Al2O3和Y2O3的薄膜。举出的处理腔室的实施例，其中腔室的基材可为陶瓷材料(Al2O3、SiO2、AlN等)、铝或不锈钢，或其他金属或金属合金，其具有在基材之上的喷涂薄膜。该薄膜可由周期表中的III-B元素的化合物，诸如Y2O3形成。薄膜可基本包括Al2O3和Y2O3。也提及有钇-铝-石榴石(YAG)的喷涂薄膜。所喷涂的薄膜厚度所述为从50μm到300μm的范围。 在另一应用中，包括陶瓷化合物(例如Al2O3)和IIIB族金属(例如Y2O3)氧化物的陶瓷成分已用于在处理气体的等离子体中处理衬底的反应器腔室的电介质窗口(例如，2002年3月5日授权给Han等人的美国专利No.6,352,611)。陶瓷化合物可从硅碳化物、硅氮化物、硼碳化物、硼氮化物、铝氮化物及其混合物中选择。然而，铝氧化物所述在不出气的纯形式中可用。IIIB族金属可选自钪、钇、铈副族以及钇副族；然而，钇优选为形成氧化钇。用于形成或产生电介质构件的优选工艺为通过包括陶瓷化合物、IIIB族金属的氧化物、合适的添加剂以及合适的粘结剂的粉末化的原料混合物的热处理。 在另一应用中，描述了用于半导体处理设备的保护涂层。该保护涂层包括铝或铝合金，其中涂层包括选自例如，但不限于钇-铝-石榴石(YAG)；选自包括Y、Sc、La、Ce、Eu和Dy构成组的元素的氧化物；选自包括Y、Sc、La、Ce和Dy构成组的元素的氟化物；以及使用其组合的材料(例如，以上所述的2004年7月22日提交的题为“Clean，Dense Yttrium Oxide CoatingProtecting Semiconductor Appratus”的Sun等人的美国专利申请序列号No.10/898,113)。涂层通过热/火焰喷涂、等离子体喷涂、溅射或化学气相沉积(CVD)涂覆于衬底表面。涂层通过在至少约150℃-200℃的衬底表面温度下涂覆涂层而受压放置。 以上所述类型的保护涂层已用于保护用于半导体和MEMS处理设备中的等离子体源气体分配板的暴露表面。然而，由于存在于气体分配板的表面上的反应性物质的聚集，因此气体分配板的寿命根据处理腔室中产生的等离子体的腐蚀性，通常受限为约8个处理日到约80个处理日。为了增加诸如气体分配板部件的寿命，气体分配板由如以上所述的Sun等人的美国专利申请No.10/918,232中描述的包含固体氧化钇的基板制造。在一些实施例中包含固体氧化钇的基板含有高达约10％的氧化铝。包含固体氧化钇的基板通常包括约99.99％的氧化钇。 由于器件几何尺寸不断缩小，晶片上缺陷要求变得更加严格，原因在于来自处理腔室内的设备的微粒产生的重要性增加。对于应用各种卤素、氧气和氮气化合物，诸如F、Cl、Br、O、N及其各种组合的等离子体干刻腔室，例如，用于设备部件和腔室衬里的材料的选择变得越来越关键。具有良好的等离子体耐腐蚀性能(其还具有足够的机械、电子和热特性)的材料，可减少微粒生成、金属污染，并提供延长的部件寿命。这也就转化为低制造成本、减少的晶片缺陷、增加的寿命，以及清洗处理间的增加的平均时间。已用于所述应用中的陶瓷材料包括Al2O3、AlN和SiC。然而，在许多实施例中，尤其是当包含氟等离子体源气体时，这些陶瓷材料的等离子体耐腐蚀性并不充分。最近Y2O3陶瓷的引入表现出改善的等离子体耐腐蚀性，但这种材料一般表现出较差的机械性能，其限制通用于半导体处理部件、处理套件和腔室衬里的应用。
技术实现思路
半导体处理条件将半导体处理设备，诸如处理腔室的内部和处理腔室内的部件表面暴露于损伤处理设备表面的各种化学反应物和等离子体离子中。对设备表面的损伤效应常称为设备表面的腐蚀。可能通过选择用于设备表面的特定材料的化合物而降低腐蚀速率；保护材料可作为涂层应用在设备表面上；然而，这可能不是避免腐蚀的最好方案。在等离子体刻蚀期间，涂层常变得越来越薄(侵蚀)，从而存在涂层下的基板将通过等离子体侵入涂层而损坏的增加的风险。在等离子体处理期间由于残余应力可导致涂层脱离。虽然这些问题通过使用本文实施方式中所述的耐腐蚀材料的涂层可显著减少，在许多实施例中，由耐腐蚀材料形成整个设备部件更加有利。然而，通常地，越耐腐蚀性的材料越为结晶态，并且，改善耐腐蚀性致使以降低设备的机械性能(诸如延展性)的形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对于在半导体处理中使用的含卤素等离子体耐腐蚀的陶瓷制品，所述陶瓷制品包括具有至少两相的陶瓷，所述陶瓷由以下成分形成，即：摩尔浓度变化范围从约５０％摩尔比到约７５％摩尔比的氧化钇；摩尔浓度变化范围从约１０％摩尔比到约３０％摩尔比的氧化锆；以及选自包括氧化铝、氧化铪、氧化钪、氧化铷、氧化铌、氧化钐、氧化镱、氧化铒、氧化铈及其组合的至少一个其他成分，所述至少一种其他成分浓度变化范围从约１０％摩尔比到约３０％摩尔比。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：珍妮弗Y孙，仁观段，杰袁，立徐，肯尼思S柯林斯，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]