用于半导体加工设备的洁净铝合金制造技术

本发明专利技术公开了一种用于制造半导体设备的洁净铝合金，其中该洁净铝合金的至少一部分表面通过阳极化镀层进行保护，所述洁净铝合金包含一些杂质微粒，其中至少８５％的所述杂质微粒尺寸小于５μｍ，少于１５％的所述杂质微粒的尺寸在５μｍ到２０μｍ之间，少于１％的所述杂质微粒的尺寸大于２０μｍ，没有大于４０μｍ的杂质微粒。本发明专利技术还公开了一种生产用于半导体加工的抗腐蚀器件的方法，其中所述器件包含一个由洁净铝合金制成的本体，其中所述本体的至少一个要暴露于腐蚀性环境中的表面被覆盖上一层阳极化镀层，其中至少所述本体的覆盖了所述阳极化镀层的所述表面是如上所述的铝合金。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及一种用于制造半导体加工设备的铝合金组合物。更具体地说，本专利技术涉及一种包含洁净铝合金的结构，这种铝合金在用于制造半导体处理腔的部件时具有显著的优点。用于制造集成电路的许多半导体加工过程都使用卤素或含有卤素的气体或等离子体。一些加工过程使用含有卤素的液体。另外，由于制造集成电路的处理过程会在加工设备表面留下污染物沉积，所以这些沉积物通常要采用等离子清洁技术去除，而等离子清洁技术至少使用一种含卤素的气体。这个清洁步骤可以包括用去离子水进行湿洗，然后用异丙醇清洗。铝被广泛用作半导体生产设备的结构材料，有时是因为它的传导性能，通常是因为它的易加工性和合理的价格。但是，铝容易与氯、氟、溴等卤素反应，并生成如AlCl3(或Al2Cl6)、AlF3、AlBr3(或Al2Br6)等化合物。铝-氟化合物可能把加工设备的零件的表面剥离，导致零件自身被腐蚀掉，并成为处理腔(以及在处理腔中生产的零件)中微粒污染的源头。大多数含有铝和氯的化合物，以及很多含有铝和溴的化合物在半导体加工的条件下都是气态的，并且会从铝结构中逸出，这就会形成空洞，导致结构不稳定并产生完整性有问题的表面。保护加工设备铝表面的优选方法是利用阳极化镀层。阳极化通常是一个电解氧化过程，在铝表面形成一个完整的氧化铝镀层。尽管使用了阳极化保护层，半导体加工设备中阳极化处理过的铝制零件(例如CVD反应器腔的基座和蚀刻处理腔中的气体分配盘)的使用寿命仍然是有限的，因为阳极化保护层会逐渐降解。阳极化保护层的破坏会导致反应器腔中产生过多的微粒，从而需要一段停机维修的时间，以便替换损坏的铝制零件并从反应器中清除微粒。Miyashita等人在1991年8月13日授权的美国专利US 5,039,388中描述了一种在半导体处理腔中成对使用的等离子体形成电极。这种电极是用一种高纯度的铝或铝合金加工的，并在电极表面具有一层铬酸阳极化镀膜。据称，当用于在含氟气体存在下的等离子处理时，该铬酸阳极化表面可以大大提高它的耐久性。这种电极是由一种高纯铝(例如JIS 1050、1100、3003、5052、5053和6061)或是一些类似的合金(例如镁的重量含量为2％到6％的银镁合金)加工而成的。在1998年5月26日授权的Bercaw等人的题目为“用于半导体加工设备的防腐蚀铝制器件”的美国专利US 5,756,222中，描述了一种在半导体加工过程中有用的器件，整个器件或者至少具有抗腐蚀性能的器件表面区域是由一种高纯镁铝合金加工而成的，这种高纯镁铝合金中镁的重量含量为约0.1％到约1.5％，杂质原子的重量含量应该小于0.2％。特别指出的杂质原子包括硅、铁、铜、铬和锌。这种高纯镁铝合金可以涂覆一层粘性薄膜，这层薄膜对氟是可渗透的，而对氧气基本是不可渗透的。这种薄膜的例子包括氧化铝或氮化铝。这个专利所公开的主题以引用的方式被全部包括在这里。在1998年9月22日授权的Bercaw等人的题目为“用于半导体设备的防腐蚀铝制器件”的美国专利US 5,811,195中，进一步公开了铝制器件中镁的重量含量可以是约0.1％到约6.0％。但是，对于高于约250℃的操作温度，器件中镁的重量含量应该是约0.1％到约1.5％。此外，还描述了一种器件，其中除镁之外的其它杂质的重量含量，在某些特定情况下可以高达2.0％。一个例子是，在器件本体外部覆盖了一层包含氧化铝或铝的薄膜。另一个例子是，在铝制器件外表面覆盖了一层厚度至少约0.0025μm的卤化镁镀层。这个专利所公开的主题以引用的方式被全部包括在这里。对于用来制造半导体加工设备的铝合金，它不仅必须杂质原子含量少，还必须具有理想的机械性能。机械性能必须保证能够加工成具有预期尺寸的器件。例如，如果合金太软，就很难在上边钻孔，因为材料在钻孔的过程中倾向于粘在一起而不是被钻孔机去除。控制器件的尺寸就更加困难。这需要额外的加工成本。器件的机械性能也会影响器件在真空条件下的性能。例如，一个处理腔必须具有足够的结构刚度和抗变形能力，这样它才能密封好形成高真空度。最后，例如，当处理器件时，为了减少应力，处理过程要确保负荷和应力的转移变化是均一的。美国金属学会(American Society for Metals)1979年版权的“金属手册”(Metals Handbook)第九版第二卷，从28页开始描述了铝合金的热处理。具体地说，对于可热处理和不可热处理的铝合金，除去冷处理过程产生的应力的退火操作是通过在约300℃(对于分批处理)到约450℃(对连续处理)之间进行加热而实现的。通常，术语“热处理”对于铝合金来说，是限于那些为了提高沉淀可硬化(precipitation-hardenable)锻造合金和铸造合金的强度与硬度而采用的特定操作。这些合金称为“可热处理合金”以区别于那些不能通过加热和冷却进行强化的合金。后者通常称为“不可热处理”合金，在锻件形态下，主要依靠冷加工来提高强度。在“金属手册”第29页，表1提供了一些常见锻造铝合金的典型的、完整的退火处理工艺。编号为5xxx系列的铝合金在用于制造半导体加工设备方面很引人注意，因为其中一些合金中的杂质含量正好在可接受的范围之内，而且能够提供含量足够多的镁，以便按照Bercaw等人描述的方式进行操作。当由铝合金制造的器件在腐蚀性的环境中使用时，通常有必要在铝表面上提供阳极化镀层之类的保护性镀层。当铝在半导体加工中应用，使用腐蚀性含氯或氟的蚀刻气体以及由这些气体产生的等离子体时，这一点尤其正确。在特殊铝合金表面上的稳定的阳极化镀层，可以帮助在铝合金表面或表面附近维持一个保护性的卤化物成分。这个阳极化镀层也可以防止铝表面以及存在于铝表面上的任何其它的保护性镀层的磨损。阳极化镀层和特殊铝合金上的保护性的卤化物成分相结合，能够提供可以在腐蚀性环境下长期工作的器件。不仅是由于保护性阳极化镀层的降解会造成设备维护和部件更换花费巨大，而且如果基座上形成较大的表面缺陷，这些缺陷就会进而影响到基座上的硅晶片，在晶片上产生会导致器件电流泄漏甚至是短路的污染物。这会影响到器件的可靠性。不可靠的产品会对制造商的声誉造成巨大的损害。铝合金6061是一种通常用于制造半导体加工设备的标准铝合金。6061合金通常含有下列一些杂质(杂质含量以重量计)约0.8％至约1.2％的镁，0.4％至约0.8％的硅，最多到0.7％的铁，约0.15％至约0.4％的铜，最多到0.15％的钛，约0.15％的锰，约0.25％的锌，约0.04％至约0.35％的铬；此外，其它杂质每种含量不超过约0.05％，其它杂质的总含量不超过约0.15％。这些元素中的一些元素会对那些在包含6061合金的处理腔中制造的半导体器件有害。例如，由于铜的电阻率低，在半导体电路中使用一层铜作为金属连接线是很理想的。但是，在半导体处理腔器件中的铜杂质是不希望的，因为从处理腔器件上转移到处理腔中正在进行加工的基片上的铜污染物，会影响存在于基片上的集成电路的性能。有一些特殊的铝合金专门用于制造半导体加工设备，但是这些合金非常昂贵。如果有一种制造成本低，又具有理想的机械和化学性能，并且可以与阳极化镀层相结合以提供具有长期使用寿命的加工设备的铝合金将是非常好的。特别地，我们已确定含有下列杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造半导体设备的洁净铝合金，其中洁净铝合金的至少一部分表面通过阳极化镀层进行保护，所述洁净铝合金包含一些杂质微粒，其中至少８５％的所述杂质微粒尺寸小于５μｍ，少于１５％的所述杂质微粒的尺寸在５μｍ到２０μｍ之间，少于１％的所述杂质微粒的尺寸大于２０μｍ，没有大于４０μｍ的杂质微粒。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴舜，克利福德C斯托，汪泓，林一莘，布赖恩韦斯特，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]