具有可控電阻率的耐等離子體腐蝕陶瓷的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2007年9月29日，發(fā)明名稱為"具有可控電阻率的耐等離子體 腐蝕陶瓷"的申請的分案申請。
[0002] 本申請涉及與本申請具有共同發(fā)明者的一系列申請。以下列出的所有申請涉及 包含氧化釔的陶瓷的使用以提供用于半導(dǎo)體處理裝置的耐等離子體表面。相關(guān)的申請 包括由Sun等人在2007年4月27日提交的題目為"MethodofReducingTheErosion RateOfSemiconductorProcessingApparatusExposedToHalogen-Containing Plasmas"的目前未訣的美國申請第11/796,210號；Sun等人在2007年4月27日提交的 題目為MethodAndApparatusWhichReduceTheErosionRateOfSurfacesExposed ToHalogen-ContainingPlasmas"的目前未訣的美國申請第11/796, 211號；Sun等人 在 2004年 7 月 22 日提交的題目為"CleanDenseYttriumOxideCoatingProtecting SemiconductorApparatus"的目前未訣的美國申請第10/898, 113號；Sun等人在2004年 8 月 13 日提交的題目為"GasDistributionPlateFabricatedFromASolidYttrium Oxide-ComprisingSubstrate"目前未訣的美國申請第10/918, 232號；以及Sun等 人在 2002 年 2 月 14 日提交的題目為"YttriumOxideBasedSurfaceCoatingFor SemiconductorICProcessingVacuumChambers" 的美國專利申請第 10/075, 967 號， 所述美國專利申請在2004年8月14日授予美國專利第6, 776,873號。以上列出的申請 的分案和接續(xù)申請的所提交的其它相關(guān)申請包括:Wang等人在2006年11月10提交的 題目為"CleaningMethodUsedInRemovingContaminantsFromTheSurfaceOfAn OxideorFluorideComprisingaGroupIIIMetal" 的美國申請第 11/595, 484 號，目前 未訣且為美國申請第10/898, 113號的分案申請；以及Wang等人在2006年11月3日提交 的題目為"CleaningMethodUsedInRemovingContaminantsFromASolidYttrium Oxide-ContainingSubstrate"的美國申請第11/592, 905號，目前未訣且為美國申請第 10/918, 232號的接續(xù)申請。在此引入這些專利和申請的所有主題作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明的實施方式涉及主要由高度抗存在于半導(dǎo)體處理裝置中的等離子體腐蝕 的固溶體陶瓷組成的特種含氧化釔陶瓷。
【背景技術(shù)】
[0004] 該部分描述涉及本發(fā)明所公開的實施方式的背景主題。并沒有意圖表示或暗指在 該部分討論的【背景技術(shù)】組成現(xiàn)有技術(shù)。
[0005] 抗侵蝕（包括腐蝕）性是在存在侵蝕性環(huán)境的半導(dǎo)體處理腔室中使用的裝置組件 和襯墊的關(guān)鍵屬性。盡管侵蝕等離子體存在于多數(shù)半導(dǎo)體處理環(huán)境中，包括等離子體增強 化學(xué)氣相沉積（PECVD)和物理氣相沉積（PVD)，但是侵蝕性最強的等離子體環(huán)境是用于處 理裝置清洗和用于蝕刻半導(dǎo)體襯底的等離子體。這里尤其會有高能量等離子體存在并結(jié)合 有化學(xué)反應(yīng)以與存在于環(huán)境中的組件表面反應(yīng)。當(dāng)侵蝕性氣體，即使在不存在等離子體，與 處理裝置表面接觸時，裝置組件表面或工藝腔室襯墊表面的還原化學(xué)反應(yīng)是重要的屬性。
[0006] 存在于用于制造電子器件和微電子機械系統(tǒng)（MEMS)的處理腔室內(nèi)的工藝腔室襯 墊和組成裝置通常由鋁和鋁合金構(gòu)成。工藝腔室和組成裝置（存在于腔室內(nèi)）的表面通常 陽極化以提供對侵蝕性環(huán)境的一定程度的隔離。然而，鋁或鋁合金中的雜質(zhì)可能破壞陽極 化層的完整性，從而侵蝕較早地開始，縮短了保護涂層的有效期限。與其它陶瓷材料相比， 鋁氧化物的耐等離子體屬性并不積極。因此，各種組分的陶瓷涂層已經(jīng)用于替代以上所提 及的鋁氧化物層；以及，在一些例子中，已經(jīng)用在陽極化層的表面上以改善下層鋁基材料的 保護。
[0007] 氧化釔是很有希望用于保護暴露于制造半導(dǎo)體器件中使用類型的含鹵素等離子 體的鋁和鋁合金表面的陶瓷材料。氧化釔涂層已經(jīng)用于并施加在高純度鋁合金工藝腔室表 面的陽極化表面上，或者工藝組件表面上，以產(chǎn)生良好的侵蝕保護（例如，以上提及的Sun 等人的美國專利第6, 777, 873號）?？墒褂弥T如噴涂、物理氣相沉積（PVD)、化學(xué)氣相沉積 (CVD)等方法施加保護涂層。
[0008] A1A、或A1A和Y203膜已經(jīng)形成于處理腔室的內(nèi)壁表面上以及需要高度耐侵蝕 性和絕緣屬性的腔室內(nèi)的構(gòu)件的暴露表面上。在一個示例性應(yīng)用中，腔室的基材可以為陶 瓷材料（A1203、Si02、A1N等）、鋁或不銹鋼，或在基材之上具有噴涂膜的其它金屬或金屬合 金。所述膜可以由周期表的III-B元素的化合物諸如Y203制成。所述膜可主要包含A1203 和Y203。釔-鋁-石榴石（YAG)的噴涂膜也在以上提到過。噴涂膜厚度的實施例從50ym 到300ym之間變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 已經(jīng)研發(fā)了在采用含鹵素等離子體的半導(dǎo)體處理條件下耐侵蝕的特種燒結(jié)陶瓷 材料。已經(jīng)改性特種材料以具有與以前用于半導(dǎo)體處理裝置的燒結(jié)陶瓷材料相比的改善的 耐等離子體腐蝕性和適合的機械屬性。已經(jīng)調(diào)整燒結(jié)陶瓷材料的電屬性，從而材料的電阻 率屬性（所述電阻率屬性在等離子體材料腔室中具有影響）滿足特定腔室組件的需要。這 些電阻率屬性要求之前僅通過具有低耐等離子體腐蝕性質(zhì)的材料滿足。本發(fā)明的特種材料 (所述特種材料具有耐等離子體腐蝕性、機械性能和電阻率性能的各種結(jié)合）與之前所用 的半導(dǎo)體處理裝置的材料充分相似。這種相似的電屬性的一個優(yōu)點在于不需要改變目前在 半導(dǎo)體器件加工中使用的工藝菜單或通用的處理條件。
[0010] 用于制造半導(dǎo)體材料腔室組件的特種燒結(jié)陶瓷材料可使用例如熱/火焰噴涂或 等離子體噴涂、物理氣相沉積（諸如來自由特種燒結(jié)陶瓷材料組成的靶的濺射）或化學(xué)氣 相沉積等而施加到下層材料之上。在可選實施例中，燒結(jié)的陶瓷材料可使用成型工藝而用 于制造整體組件，例如，當(dāng)這對于涂層的使用有利的時候。
[0011] 討論的燒結(jié)陶瓷材料包含氧化釔基的固溶體。在一個實施方式中，改變燒結(jié)的含 氧化釔陶瓷材料的電阻率。在一個示例性實施方式技術(shù)中，將其它氧化物添加到氧化釔中， 并且燒結(jié)這種混合物。其它氧化物的陽離子具有與Y3+離子不同的化合價，以形成Y空位， 導(dǎo)致電阻率降低。所述其它氧化物的實施例包括Ce02、Ti02、Zr02、11?)2和Nb205等，僅以示 例方式而并不限制于此。在可選示例性實施方式技術(shù)中，其它氧化物添加到氧化釔中并燒 結(jié)所述混合物。其它氧化物的陽離子具有與Y3+離子相同的化合價，但是具有與Y3+離子顯 著不同的離子半徑。在還原氣氛中燒結(jié)先驅(qū)混合物。這產(chǎn)生0空位，也降低了電阻率。具 有與Y3+離子相同化合價但是具有顯著不同的離子半徑的氧化物的實施例包括Nd203、Sm203、 Sc203、Yb203、Er203、H〇203和Dy203,僅以示例方式而并不限制于此。
[0012] 在通常與含釔燒結(jié)陶瓷相比需要較低電阻率的半導(dǎo)體處理腔室中的主要組件中 的一種是靜電夾盤。靜電夾盤設(shè)計者建議在半導(dǎo)體處理條件下靜電夾盤的介電表面的電阻 率在從約10 9到10 11D?cm的范圍內(nèi)，以減小在靜電夾盤處形成等離子體電弧的可能。電 阻率范圍與在約1(T9到l(T7S/m范圍內(nèi)的電導(dǎo)率等價。這是比體Si3N4顯著低的電阻率，例 如，所述體Si3N4具有電導(dǎo)率l(T13S/m。對于等離子體電弧可能產(chǎn)生不利影響的其它耐侵蝕 表面，諸如升降桿，在需靜電夾盤需要的那個范圍內(nèi)的電阻率是有益的。對于耐侵蝕表面諸 如工藝腔室襯墊，電阻率較高，可能與1〇 14〇 ?cm-樣高或者高于1014D?cm，并仍然可接 受。
[0013] 至少一種固溶體形成有效用作電改性的耐侵蝕材料的燒結(jié)陶瓷材料的主要摩爾 分數(shù)。當(dāng)存在用于形成固溶體的兩者氧化物時，這些氧化物通常包含氧化釔結(jié)合其它氧化 物，所述其它氧化物通常選自氧化鋯、氧化鈰、氧化鉿、氧化鈮及上述物質(zhì)的組合。其它氧化 物諸如氧化鈧、氧化釹、氧化釤、氧化鐿、氧化鉺和氧化鈰（以及其它鑭系列元素氧化物）可 考慮用于這些實施例中。
[0014] 當(dāng)存在用于形成一種或多種固溶體的多于兩種的氧化物時，這些氧化物通常包含 氧化釔、氧化鋯和至少一種其它氧化物，所述氧化物通常選自氧化鉿、氧化鈧、氧化釹、氧化 鈮、氧化釤、氧化鐿、氧化鉺、氧化鈰及上述氧化物的組合物。在特別實施例中還可能使用其 它鑭系元素。當(dāng)燒結(jié)陶瓷包含多個固溶相時，通常有兩個相或三個相。除了至少一個固溶 相，可能在燒結(jié)陶瓷內(nèi)存在化合物或元素金屬的其它相。
[0015] 通過示例方式，而并不限制于此，關(guān)于使用兩種先驅(qū)物氧化物的燒結(jié)陶瓷，已經(jīng)通 過試驗確定包含固溶體的燒結(jié)陶瓷，所述固溶體中存在約40%摩爾分數(shù)到小于100%摩爾 分