用于沉积材料的制造装置及其中所使用的电极的制作方法

专利名称：用于沉积材料的制造装置及其中所使用的电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及到制造装置。更具体地，本发明涉及到在制造装置中使用的电极。
背景技术：
用于在载体上沉积材料的制造装置已经在本领域内被熟知。这类制造装置包括限定腔室的外壳。通常地，载体大体上是U形的，具有彼此间隔的第一端和第二端。通常地，插座被布置在载体的每个端。通常地，两个或者多个电极被布置在腔室内以用于接收布置在载体的第一端和第二端的各自的插座。电极还包括具有外部表面的接触区，其支撑插座，并且最终地，支撑载体以阻止载体相对于外壳移动。接触区是电极的部分，其适于直接与插座接触,并且提供从电极到插座并进入载体的主电流通路。将电源耦合到电极以用于为载体提供电流。电流加热电极和载体两者至沉积温度。通过在沉积温度下将材料沉积到载体上来形成处理的载体。如本领域中已知的，为了补偿沉积在载体上的材料由于载体被加热到沉积温度的热膨胀，电极和插座的形状中存在变化。一种这类方法使用平头电极和石墨滑块形式的插座。石墨滑块担当载体和平头电极之间的桥接器。作用在接触区上的载体和石墨滑块的重量减小石墨滑块和平头电极之间的接触电阻。另一种这类方法涉及两部分电极的使用。两部分电极包括用于压紧插座的第一半部和的第二半部。将弹簧元件耦合到两部分电极的第一半部和第二半部，以用于提供压紧插座的力。另一种这类方法涉及使用限定带有位于电极的杯状物内接触区的杯状物的电极。插座适于装入电极的杯状物中，并且接触位于电极的杯状物内的接触区。作为选择地，可以将插座构造为安装到电极顶部的盖子。在一些制造装置中，由于沉积的集结，尤其当沉积在载体上的材料是由于氯硅烷的分解形成的多晶硅时，在接触区上出现电极的污垢。所述沉积造成插座和电极之间随着时间推移出现非正常匹配。非正常匹配导致接触区和插座之间的小电弧，其造成沉积在载体上的材料的金属污染。由于沉积的材料不纯，金属污染减小载体的价值。另外的，污垢减小电极和插座之间的传热，造成电极达到较高的温度，以实际上加热插座并最终加热载体。电极较高的温度造成电极上材料加速的沉积。尤其是对于包括银或者铜作为在其中呈现的唯一的或者主要的金属的电极的情况。在载体上材料的沉积期间，电极通常不断地受到机械清理操作以移除在其上形成的沉积物中的至少一些。通常在被布置在腔室内的电极的所有的部分上执行机械清理操作，包括接触区和在接触区外的电极的外部表面。当一个或者多个以下情况出现时，电极必须被更换第一，当被沉积在载体上的材料的金属污染超过阈值水平时；第二，当电极的接触区的污垢导致电极和插座之间的接触变得差时；第三，对于电极，当由于电极的接触区的污垢而需要过度的操作温度时。电极具有由电极可以在以上之一发生之前进行处理的载体数量确定的寿命。鉴于腐蚀和沉积物的形成缩短了电极的寿命，由机械清理操作引起的磨损也可以缩短电极的寿命。将银电镀到不锈钢电极上是本领域中已知的。如本领域中已知的，相较于不锈钢，银具有较高的导热率和较低的电阻率，并且将提供有关提升电 极的传热和电导率特性的直接优势。基于先前技术的教导，提供将银电镀到不锈钢电极上足以满足提升电极的传热和电导率特性的目的。然而，先前技术未能解决有关延长电极的有效寿命的考虑因素。在容易被磨损的物体上形成耐磨性涂层也是本领域中已知的，例如钻头和刀具。然而，电极易受众多对于制品不重要的考虑因素的影响，该制品例如，钻头和刀具。鉴于之前有关电极的污垢和磨损的问题，仍然有进一步开发电极结构的需要，以改进生产力和增大电极寿命。发明概述和优势本发明涉及用于在载体上沉积材料的生产装置和与生产装置一起使用的电极。载体具有彼此隔开的第一端和第二端。插座被布置在载体的每个端。制造装置包括限定腔室的外壳。外壳还限定了用于将气体引入腔室的入口和用于将气体从腔室排出的出口。至少一个电极被布置穿过带有外壳，且该电极至少部分地被布置在腔室内以用于耦合到插座。电极具有外部表面。外部表面具有适于接触插座的接触区。将接触区涂层布置在电极的接触区上以用于保持电极和插座之间的电导率。接触区涂层在室温下具有至少为7 X IO6姆欧/米的电导率，并且以mm3/N*m测量，其具有比镍更大的耐磨性。将电源设备耦合到电极以用于为电极提供电流。在电极的接触区上提供接触区涂层有多个优势。一个优势是通过基于污垢源为接触区涂层选择材料来延迟电极的污垢成为可能。通过延迟污垢形成，延长了电极的寿命，造成较低的生产费用并且减小了处理的载体的生产时间。进一步地，相较于当镍或者具有比镍更小耐磨性的其它金属被用于电极或者被布置在电极的外部表面上的涂层中时所经历的磨损，由电极可以经受的机械清理操作引起的磨损被最小化了。这类由机械清理操作引起的磨损的最小化对进一步最大化电极的寿命是有效的。附图
简述本发明的其它优势将被容易地领会，当连同以下附图考虑时，通过参考以下详细的描述，其同样变得更好地理解，其中图I是用于在载体上沉积材料的、包括电极的制造装置的剖视图； 图2A是与图I的制造装置一起使用的电极的第一透视图，该透视图示出了内部表面；图2B是图2A的电极第二透视图，该透视图限定了杯状物，且接触区位于杯状物的部分内；图3是沿着线3-3的图2的电极的剖视图，该剖视图示出接触区其上的接触区涂层；图4是图3的电极的部分的放大的剖视图，该剖视图示出了布置在杯状物内的插座；图5是图3的电极的剖视图，其中，循环系统的一部分连接到该电极；
图6是图2到5的电极的带有被布置在电极上的接触区涂层、外部涂层和通道涂层的另一个实施方式的剖视图；以及图7是在载体上材料的沉积期间，图I的制造装置的剖视图。发明详述参考附图，其中数个视图从始至终，相似的数码标示相似的或者对应的部分，图I和10中示出了用于在载体24上沉积材料22的制造装置20。在一个实施方式中，被沉积的材料22是硅；然而，将理解到，可以使用制造装置20不偏离本发明主题的范围地在载体24上沉积其它材料。通常地，根据本领域已知的化学气相沉积的方法，例如，西门子法(Siemensmethod),载体24大体上是U形的，并且具有彼此隔开并且平行的第一端54和第二端56。插座57被布置在载体24的第一端54和第二端56中每一个上。
制造装置20包括限定腔室30的外壳28。通常地，外壳28包括内缸32、外缸34和基板36。内缸32包括彼此间隔的开口端38和闭口端40。外缸34在内缸32周围被布置以限定内缸32和外缸34之间的空隙42，该空隙通常作为夹套以容纳循环的冷却流体(未示出)。本领域的普通技术人员将理解到，该空隙42可以是但不局限于，常规容器夹套、带有挡板的夹套、或者半管夹套。将基板36布置在内缸32的开口端38上以限定腔室30。基板36包括与内缸32对齐布置的密封件(未不出)，一旦将内缸32布置在基板36上,该密封件就用于密封腔室30。在一个实施方式中，制造装置20是西门子式的化学气相沉积反应器。外壳28限定用于将气体45弓丨入腔室30的入口 44和用于将气体45从腔室30排出的出口 46。通常地，将进气管48连接到入口 44以用于将气体45输送到外壳28，而将排气管50连接到出口 46以用于将气体45从外壳28移除。可以用冷却流体，例如，水或者商业化的传热流体包围排气管50。至少一个电极52被布置穿过外壳28来与插座57耦合。在一个实施方式中，如图I和10中所不的,所述至少一个电极52包括被布置通过外壳28的第一电极52,以用于接收载体24的第一端54的插座57,以及被布置通过外壳28的第二电极52,以用于接收载体24的第二端56的插座57。将理解到，电极52可以是本领域中已知的任意类型的电极，诸如，例如，平头电极、两部分电极、或者杯形电极。另外的，至少一个电极52至少部分地被布置在腔室30内。在一个实施方式中，电极52被布置通过基板36。电极52通常由在室温下具有从大概7X IO6到42X IO6姆欧/米或S/m的最小电导率的基体金属构成。例如，电极52可以由从铜、银、镍、铬镍铁合金 、金、以及其化合物的组中选择的基体金属构成，它们中的每一个都满足以上阐述的电导率参数。另外的，电极52可以包含满足以上阐述的电导率参数的合金。在一个实施方式中，电极52由在室温下具有大概58X 106S/m的最小电导率的基体金属构成。通常地，电极52包含铜，其在室温下具有大概58 X 106S/m的电导率，并且基于电极52的重量，铜通常呈现大约100%量的重量。铜可以是UNS 10100级别的无氧电解铜。再参考图2A-6，电极52具有外部表面60。电极52的外部表面60具有接触区66。特别地，在这里限定的接触区66是电极52的外部表面60的部分，其适于与插座57直接接触，并且提供从电极52穿过插座57，并进入载体24的主电流通路。就这点而论，在制造装置20的正常操作期间，接触区66被遮蔽以避免暴露于被沉积在载体24上的材料22。由于接触区适于直接与插座57接触，并且在载体24上沉积期间通常不被暴露于材料22，比起电极52的其它部分，接触区66具有不同的设计考虑因素，该考虑因素会在以下被进一步详细地描述。在一个实施方式中，电极52包括具有第一端61和第二端62的轴58。当存在时，轴58还限定了电极52的外部表面60。通常,第一端61是电极52的开口端。在一个实施方式中，如图4中所示，轴58通常是圆柱形的，并且限定了直径Dp然而，将理解到，轴58可以是不同的形状，例如不违背本发明主题的，方形、圆形、矩形或者三角形。电极52还可以包括被布置在轴58的端61、62之一上的头部64。将理解到，头部64可以与轴58成为一个整体。通常地，当头部64被呈现时，接触区66位于头部64上。本领域技术人员将理解到，将插座57连接到电极52的方法在不脱离本发明主题下，可根据应用场合改变。例如，在一个实施方式中，诸如对于平头电极(未示出)，接触区66可以仅仅是电极52的顶部平面，并且插座57可以限定安装到电极52的第二端62的插座杯状物(未示 出)。在另一个实施方式中，如图2A-6中所示的，电极52限定了用于接收插座57的杯状物68。当电极52限定杯状物68时，接触区66位于杯状物68的部分内。更具体地，杯状物68具有底部102和侧壁104，侧壁104通常限定杯状物68为锥形形状。为了本申请的目的，接触区66仅位于杯状物68的侧壁104上。杯状物68的底部102不被包括在接触区66的设计中，因为插座57由于杯状物68的锥形形状而通常搁置在侧壁104上。就这点而论，电导率通常不是杯状物68的底部102的考虑因素，反之，电导率是杯状物68的侧壁104的考虑因素。事实上，在一些环境下，最小化杯状物68的底部102的电导率是可取的，如以下进一步详细描述的。插座57和杯状物68可以被设计为，当从制造装置20获得载体24时，插座57可以从电极52被移除。通常地，头部64限定了大于轴58的直径Dl的直径D2。基板36限定了用于接收电极52的轴58的孔(未编号)，从而电极52的头部64留在腔室30内，以用于密封腔室30。第一组螺纹70可以被布置于电极52的外部表面60上。回溯参考图I，通常将介电套管72围绕电极52布置以用于隔离电极52。介电套管72可以包含陶瓷。将螺母74布置在第一组螺纹70上以用于将介电套管72压紧在基板36和螺母74之间来将电极52固定到外壳28。将理解到，可以将电极52通过其它不脱离本发明主题的范围的方法固定到外壳28，例如通过凸缘。通常地，轴58和头部64中至少一个包括限定通道78的内部表面76。内部表面76包括与轴58的第一端61隔开的终端80。该终端80通常是平的并且平行于电极52的第一端61。将理解到，可以使用终端80的其它配置，例如，锥形的配置、椭圆形的配置、或者倒锥形配置(这些未被示出)。通道78具有长度L，其从电极52的第一端61向终端80延伸。将理解到，当呈现时，可以不脱离本发明主题地，将终端80布置在电极52的轴58内，或者可以将终端80布置在电极52的头部64内。制造装置20还包括用于提供电流的、被耦合到电极52的电源设备82。通常地，电线或者电缆84将电源82耦合到电极52。在一个实施方式中，通过将电线84布置在第一组螺纹70和螺母74之间来将电线84连接到电极52。将理解到，可以通过不同的方法实现电线84到电极52的连接。
电极52具有温度，电流通过其中，造成对电极52加热并且由此建立电极52的操作温度来使其得到改变。本领域的普通技术人员已经熟知这类加热，为焦耳加热。特别地，电流通过电极52，穿过在电极52的接触区66的插座57，并且进入载体24，造成载体24的焦耳加热。另外地，载体24的焦耳加热造成腔室30的辐射/对流加热。电流穿过载体24建立载体24的操作温度。参考图5并且回溯图I和7，制造装置20也可以包括被布置在电极52的通道78内的循环系统86。当存在时，循环系统86至少部分地布置在通道78内。会理解到，可以将循环系统86的部分布置在通道78的外部。可以将第二组螺纹88布置在电极52的内部表面76上，以用于将循环系统86耦合到电极52。然而，本领域的普通技术人员会理解到，可以使用其它的紧固方法，例如，凸缘或者联接器的使用，来将循环系统86耦合到电极52。循环系统86包括与电极52的通道78流体连通的流体冷却剂以用于减小电极52温度。在一个实施方式中，冷却剂是水；然而，会理解到，冷却剂可以是不脱离本发明主题的设计为通过循环减小热量的任意流体。另外，循环系统86还可以包括被耦合到电极52和 贮器(未示出)之间的软管90。仅参考图5，软管90包括内管92和外管94。会理解到，内管92和外管94可以与软管90成为一个整体,或者,作为选择,可以通过使用联接器(未示出)将内管92和外管94附着到软管90。内管92被布置在通道78内并且延伸通道78的大部分长度L，以用于在电极52内循环冷却剂。循环系统86内的冷却剂处于压力之下，以迫使冷却剂通过内管92和外管94。通常地，冷却剂离开内管92，并且被强制撞击电极52的内部表面76的终端80，并且接着通过软管90的外管94离开通道78。会理解到，反转流动的配置，从而冷却剂通过外管94进入通道78，并且通过内管92离开通道78也是可行的。传热领域的普通技术人员会理解到，由于表面区域和邻近电极52的头部64，终端80的配置影响传热的速率。如以上所阐述的，对于相同的循环流动速率，终端80不同的几何轮廓导致不同的对流传热系数。在图2A-6中示出的电极52的实施方式中包括杯状物68，腐蚀和沉积物的形成减小杯状物68的公差并且造成布置在载体24上的插座57和位于电极52的杯状物68的部分内的接触区66之间差的匹配。随着电流从电极52被传导到载体24，差的匹配造成接触区66和插座57之间的小电弧。小电弧造成电极52的金属被沉积在载体24上,从而造成被沉积在载体24上的材料22的金属污染。作为一个实例，在高纯度硅的制造中，希望沉积后在处理的载体中将金属污染物保持在最小量，因为金属污染物促使杂质到由处理的载体制成的硅晶块和晶片。在晶片上的这些金属污染物可以在微电子设备的后处理期间从大块的晶片扩散入由晶片制成的微电子设备的活动区。例如，如果在处理的载体中的铜的浓度太高，铜格外地易于在晶片内扩散。当电极52包含暴露的铜时，这类污染的问题特别地普遍。通常地，一旦金属污染超过多晶硅的阈值水平，或者一旦材料22被沉积在电极52上并在处理后阻止插座57从电极52的杯状物68拆卸，必需更换电极52。为了阐述这类情况，由于铜基电极导致的对多晶硅的铜污染通常地在0. Olppba的阈值之下。然而，生产高纯度半导体材料领域的普通技术人员公认用于过渡金属污染的规格根据特定的应用而不同。例如，众所周知的，在制造用于光伏电池的晶块和晶片中使用的硅相对于半导体级别硅，可以耐受明显较高水平的铜污染，例如，100-10, 000倍，在寿命和电池性能上没有重大损失。就这点而论，当考虑针对电极更换的需要时，可以单独地评估多晶硅的每个纯度规格。如以上阐述的，镍是可以被包含于电极52中的常见材料。由于相较于铜(其也通常被包含于电极中)，镍对多晶硅较小污染的事实，镍也被包含于电极52上的外部涂层中，特别是用于在其中形成多晶硅的制造装置中使用的电极52上。然而，铜结构上的镍涂层具有大概为1. 5X 10_5mm3/N*m的低耐磨性，并且银和金具有相似的低耐磨性，这些可加速电极52的毁坏。参考图3、4、和6，电极52包括被布置在电极52的接触区66上的接触区涂层96。通常地，将接触区涂层96直接布置在电极52的基体金属上，即，没有被布置在接触区涂层96和电极52的基体金属之间的附加层。接触区涂层96具有至少为7 X IO6姆欧/米的电导率，更具体地至少为20X 106S/m，最具体地至少为40X 106S/m，而电导率的上限不受限，其每一个都是在室温下测量的。由于电导率对于接触区涂层96的重要性大于不在电极52和载体24之间的主电流路径中的电极52的其它部分，并且因为在沉积期间，接触区涂层96与插座57有接触，并且与被布置在载体上的材料22稍微隔离，选择满足以上阐述的电导率特性的特定材料以在接触区涂层96中使用。在载体24上材料22沉积期间，电极52不断地受到机械清理操作以移除可能在其上形成的沉积物。通常在被布置在腔室30内的电极52的所有的部分上执行机械清理操作，特别是接触区66上。考虑到电极52限定带有位于杯状物68的部分内的接触区66的杯状物68，由于杯状物68的形状，杯状物68通常易受来自机械清理操作的提高的磨蚀力。由于与机械清理操作相关的磨损，以mm3/N*m测量的，接触区涂层96还具有比镍更大的耐磨性，其提升了电极52的整体耐磨性。可以通过ASTM (美国试验材料协会)G99-5 “StandardTest Method for Wear Testing withPin-on-Disk Apparatus (用于使用 Pin-on-Disk 仪器的耐磨实验的标准实验方法)”来测量耐磨性。接触区涂层96通常具有至少为6 X 106_3/N*m的耐磨性，可供选择的至少为lX108mm3/N*m，其比镍的耐磨性高出多个阶的量级。在一个实施方式中，还可将接触区涂层96限定为物理气相沉积(PVD)涂层或者等离子辅助化学气相沉积(PCVD)涂层之一。在另一个实施方式中，还将接触区涂层96限定为动态化合沉积涂层。动态化合沉积(DO))是由Richter Precision, Inc. of EastPetersburg, PA.实践的专有的低温涂层处理。PVD、PCVD、和EO涂层通常由难以电镀的材料形成，但是如以上阐述的为电极52提供提升的特性。对比通过其它技术形成的涂层，动态化合沉积涂层96具有大幅度减小的摩擦系数和增大的耐久性。接触区涂层96通常包含在室温下具有至少为7 X IO6姆欧/米的电导率的含钛化合物。可以从氮化钛、碳化钛、和其组合的组中选择合适的这类含钛化合物。对于接触区涂层96，只要实现在室温下至少为7X IO6姆欧/米电导率的总体接触区涂层96的足够的电导率，接触区涂层96可以包含其它材料和/或化合物。例如，在一个实施方式中，接触区涂层96还可以包含银、镍、铬、金、钼、钯；及其合金，例如，镍/银合金；以及氧化钛中至少一种，氧化钛本身不具有足够的电导率，但是其可以与导电含钛化合物(例如以上所阐述的那些)结合以导致接触区涂层96具有足够的电导率。通常地，接触区涂层96实质上仅包含在室温下具有至少为7X IO6姆欧/米的电导率的含钛化合物。然而，当存在其它金属或者化合物中的一种或多种时，基于接触区涂层96的总重量，在室温下具有至少为7 X IO6姆欧/米的电导率的含钛化合物的总量至少为50%的重量。室温下具有至少为7 X IO6姆欧/米的电导率的含钛化合物具有足够的电导率和耐磨性，从而对于接触区涂层96，含钛化合物是理想的。含钛化合物还难以电镀。就这点而论，将含钛化合物理想地包含入PVD或PCVD涂层中。接触区涂层96通过提供比通常用来形成电极52的材料更高的耐磨性来延长电极的寿命。进一步地，因为电极52在接触区66的耐磨性是控制电极52是否必须被更换的一个因素，比起可以 较少关注耐磨性的用于电极52的其它部分的材料的选择，基于耐磨性的用于接触区涂层96的材料的选择在延长电极52的寿命上可以更有效。因此，在仍具有以上阐述的可接受的电导率下，用于接触外部涂层96的特殊类型材料必须抵抗磨损。在接触区66外的电极52的其它位置中，耐磨性也是值得注意的特性，因为机械清理操作通常在被布置在腔室30内的电极52的所有部分上执行，包括接触区66外的电极的外部表面60。就这点而论，在除了接触区66以外的部位，电极52可以被设有涂层以延长电极52的寿命。参看图6,在一个实施方式中，电极52包括被布置在接触区66外的外部表面60上的外部涂层98。特别地，可以将外部涂层98布置在头部64、接触区66外、以及电极52的轴58中至少一个上。换言之，可以将外部涂层98布置在接触区66外的头部64上、轴58上、或者接触区66外的头部64和轴58两者上。外部涂层98可以不同于接触区涂层96。特别地，外部涂层98可以包含不同的材料和/或可以通过不同于接触区涂层96的技术被形成。由于对物理特性的考虑因素，例如，电导率，用于接触区涂层96或者外部涂层98的材料类型可以不同。例如，如以上所阐述的，接触区66的电导率比起对于不在电极52和载体24之间的主电流路径中的电极52的其它部分的电导率更受关注。就这点而论，接触区涂层96在室温下具有至少为7 X IO6姆欧/米的电导率，反之外部涂层98不需要具有电导率。在室温下具有至少为7X IO6姆欧/米的电导率的含钛化合物具有出色的耐腐蚀性，特别地在高反应温度下对于氯硅烷具有出色的耐腐蚀性，从而含钛化合物也适合于接触区66外的外部涂层98。更具体地，将理解到，由于其出色的磨损和腐蚀抵抗特性，含钛化合物适合于被布置在接触区66外的电极52的外部表面60上的外部涂层98，即使电极52的接触区66外电导率是不重要的。由于钼和铑两者在比镍较高的温度下展示出硅形成，钼和铑也适合于接触区66外的外部涂层98 (因此就耐腐蚀性而言提供了好处)。因为电极52的接触区66外的电导率是不重要的，不同于在室温下具有至少为7 X IO6姆欧/米的电导率的含钛化合物的材料，钼或铑可以被用于被布置在接触区66外的电极52的外部表面60上的外部涂层98。就这点而论，考虑到将外部涂层98布置在接触区66外的电极52的外部表面60上,可以基于材料的性能来选择材料以提升热反射率、纯度、和沉积释放特性，而较少关注电导率。例如，当将外部涂层98布置在接触区外的电极52的外部表面60上时(如图6中所示)，外部涂层98可以具有任意电导率，包括在室温下小于7 X IO6姆欧/米的电导率。当外部涂层98在室温下具有小于7 X IO6姆欧/米的电导率时，外部涂层98可以包含，但不局限于，类金刚石碳化合物。类金刚石碳化合物在本领域中被已知，并且通过本领域中那些技术人员是可被识别的。如本领域中已知的，天然存在的金刚石具有Sp3键合的碳原子的完全立方晶格取向。天然和批量合成金刚石的两者的生产方法中，熔化材料中金刚石生长速率足够慢，从而晶格结构有时间在立方晶格形式中生长，这对于碳原子的SP3键合是可行的。相反，可以通过数个方法生产类金刚石碳涂层，该方法得到独特的最终期望的涂层特性以匹配应用的要求。就这点而论，立方和六角形晶格两者都可以被随机混合、由原子层分层，由于在原子被“冻结(frozen)”在材料中的适当位置之前，对于晶体几何结构之一没有可用的时间来以其它晶体几何结构为代价来生长。结果，非晶态的类金刚石碳涂层可以致使没有长距离的晶序。这类没有长距离晶序为其提供没有脆性断裂面的优势，所以这类涂层是柔韧性的且对于被所覆盖的下面形状是保形的，而且仍然和金刚石一样坚硬。包含类金刚石碳化合物的涂层商业性地可向Richter Precision, Inc.以商业名称Tribo-kote 购买。特别地，包含类金刚石碳化合物的外部涂层98具有出色的热反射率、导热率、纯度、和沉积释放特性，其对于接触区66外和腔室30内的电极的外部表面60是理想的，因为接触区66外的电极52的外部表面60被暴露于腔室30并且在载体24上沉积期间被暴露于材料22。特别地,根据由Perkin Elmer用Lambda 19分光测光仪测量的，类金刚石碳化合物通常在从15到30微米的远红外线波长中具有从10到20%的镜面反射 率、在从1000到2500nm (纳米)的近红外线波长中具有从25到33%的镜面反射率、以及在小于500nm的可见紫外波长中具有从10到26%的镜面反射率。当使用时，基于外部涂层98总重量，通常在外部涂层98中呈现的类金刚石碳化合物大于95%的重量。更具体的，当被使用时，外部涂层98仅包含类金刚石碳化合物。通常通过动态涂层沉积技术沉积类金刚石碳化合物(如以上所描述的)，即使将理解到，通过任何特定技术，本发明并不被局限于类金刚石碳涂层的沉积。作为类金刚石碳的替换物，氧化钛也适合于接触区66外的外部涂层98。即使具有不足以单独被用于接触区涂层96的电导率，氧化钛具有出色的镜面反射率，从而氧化钛可以显著地适合于接触区66外的外部涂层98。特别地，氧化钛在I到30微米的远红外线波长中具有从58到80%的镜面反射率、在从1000到1500nm的近红外线波长中具有从5到66%的镜面反射率、在从1500到2500nm的近红外线波长中具有从30到66%的镜面反射率、以及在小于500nm的可见紫外波长中具有从40到65%的镜面反射率。就这点而论，氧化钛可以提供涉及较高镜面反射率的重要的优势。接触区涂层96和接触区66外的外部涂层98通常具有从大约0. Iiim到大约5 iim的厚度。尽管没有在图中示出，将理解到，接触区涂层96和外部涂层98可以包含多重具有常见的合成组成的单独层，例如为了实现接触区涂层96和外部涂层98的较大的有效厚度的目的。进一步地，将理解到，可以不脱离本发明主题的范围地将附加的涂层布置在接触区涂层96和/或外部涂层98上。基于以上，很显然接触区涂层96的成分可以与外部涂层98不同。考虑到电极52限定带有位于杯状物68的部分内的接触区66的杯状物68，由于电导率不是杯状物68的底部102所关注的事实，杯状物68的底部102上的外部涂层98可以不同于杯状物68的侧壁104上的接触区涂层96。就这点而论，被布置在杯状物68的底部102上的外部涂层98可以在室温下具有小于7 X IO6姆欧/米的电导率，并且可以包含类金刚石碳化合物，其具有出色的热反射率、导热率、纯度、和沉积释放特性以及出色的耐磨性。此外，在室温下具有小于7X IO6姆欧/米的电导率的被布置在杯状物68的底部102上的外部涂层98可以有效地阻止当插座57没有接触杯状物68的底部102时杯状物68的底部102和插座57之间的电弧放电。根据例如，电极52的特定的基体金属、被沉积在载体56上的材料22、以及在制造装置打算被使用下的情况的因素，电极52的选择性的涂层在一些环境下也是可以令人满意的。在一个实施方式中，如图3-5中出的，电极52的外部表面60,包括外部涂层98、电极52的接触区66外，没有涂层。当电极52包括头部64和轴58时，头部、接触区66外以及轴58中的至少一个可以不具有被布置在其外部表面60上的涂层。
如以上提到的，具有接触区涂层96和选择性地具有外部涂层98的电极52可以对在制造装置20的操作期间腔室30中呈现的气体展现出耐腐蚀性。特别地，电极52在多至450°C的提高的温度下，可以对氢气和三氯氢硅展现出出色的抗性。例如，具有接触区涂层96和选择性地具有外部涂层98的电极52在450°C温度下暴露在氢气和三氯氢娃的环境下5个小时的时间段后，可以在重量上展现出或者无变化或者积极变化，以及低的或者无表面鼓泡或者老化(如通过外部观察确定的)，由此指示气体电极对52或者不同的涂层96、98的低的或者无腐蚀。即使一些重量损失是可接受的(指示表面老化)，这种重量损失通常小于或者等于第二外部涂层106总重量的20%的重量、可供选择的小于或者等于第二外部涂层106总重量的15%的重量、可供选择的小于或者等于第二外部涂层106总重量的10%的重量，以及更好的没有重量损失。然而，将理解到，本发明的电极52并不被局限于关于耐腐蚀性的任何特殊的物理特性。另外，可以在电极52的内部表面76上布置通道涂层100,以用于保持电极52和冷却剂之间的导热率。通常地，与对电极52的腐蚀的抗性相比，通道涂层100对由冷却剂和内部表面76的相互作用导致的腐蚀具有较高的抗性。通道涂层100通常包含抵抗腐蚀的金属，并且其抑制沉积物的集结。例如，通道涂层100可以包含银、金、镍、铬、和其合金中的至少一种，例如镍/银合金。通常地，通道涂层100是镍。通道涂层100具有从70. 3到427ff/m K的导热率，更具体地从70. 3到405W/m K以及最具体的从70. 3到90. 5ff/m K。通道涂层100也具有从0. 0025mm到0. 026mm的厚度，更具体地从0. 0025mm到0. 0127mm以及最具体地从0. 0051mm到0. 0127mm。将理解到，电极52可以包括被布置在通道涂层100上的反锈蚀层(未示出)。反锈蚀层是被涂到通道涂层100的顶部上的保护薄膜有机层。保护系统，例如，Technic Inc的Tamiban TM，可以在电极52的通道涂层100的形成之后使用以减小电极52和通道涂层100中金属的氧化作用而不导致过度的热阻。例如，在一个实施方式中，电极52可以包含银，并且通道涂层100可以包含带有反锈蚀层的银，对比纯银，该反锈蚀层呈现出对沉积物的形成提供提升的抗性。通常地，电极52包含铜，并且通道涂层100包含镍，反锈蚀层被布置在通道涂层100上，以用来最大化导热率和对沉积物的形成的抗性。在载体24上的材料22的沉积的典型方法在以下讨论，并且参看图7。载体24被放置在腔室30内，从而被布置在载体24的第一端54和第二端56的插座57被布置在电极52的杯状物68内，并且腔室30是密封的。从电源设备82将电流传递到电极52。基于要沉积的材料22来计算沉积温度。通过直接通电流到载体24来增大载体24的操作温度，从而载体24的操作温度超过沉积温度。一旦载体24达到沉积温度，将气体45引入腔室30。在一个实施方式中，引入腔室30的气体45包含齒代娃烧,例如,氯娃烧或者溴娃烧(bromosilane)。气体还可以包括氢气。然而，将理解到，本发明不被局限于在气体中呈现的组分，并且该气体可以包含其它沉积前体，特别是包含分子的硅，例如，硅烷、四氯化硅、以及三溴硅烷。在一个实施方式中，载体24是硅质细杆，而可以在其上用制造装置20沉积硅。特别地，在这个实施方式中，气体通常包含三溴硅烷，由于三溴硅烷的热解，硅被沉积在载体24上。使用冷却剂以阻止电极52的操作温度达到沉积温度以确保硅不会被沉积到电极52上。均匀地将材料22沉积到载体24上，直到达到载体24上的材料22的期望的直径。一旦处理了载体24，电流被中断，从而电极52和载体24停止接收电流。通过外壳28的出口 46排出气体45，并且允许冷却载体24。一旦冷却了经处理的载体24的操作温度，可以将将处理的载体24从腔室30移除。于是经处理的载体24被移除，并且新的载体24被放置在制造装置20中。实例准备了多种实例以阐述由镍形成的带有布置在其上的以下表I描述的多种涂层的样本试样的耐腐蚀性。而准备带有仅适合于外部涂层98的材料的多种样本试样，这类试样不是比较的案例，而是与接触区涂层96形成对照，阐述用于外部涂层98的合适的材料。表I
权利要求
1.一种用于在载体上沉积材料的制造装置，该载体具有彼此间隔的第一端和第二端且带有被布置在所述载体的每个端的插座，所述装置包括 外壳，其限定了腔室； 入ロ，其被限定为穿过所述外売，用于将气体弓I入所述腔室； 出口，其被限定为穿过所述外壳，用于将所述气体从所述腔室排出， 至少ー个电极，其具有外部表面，该外部表面具有适于接触所述插座的接触区，所述电极被布置穿过所述外壳，所述电极至少部分地被布置于所述腔室内，以用于与所述插座耦合； 电源设备，其被耦合到所述电扱，以用于将电流提供到所述电扱；以及 接触区涂层，其被布置在所述电极的所述接触区上以用于保持所述电极和所述插座之间的电导率，所述接触区涂层在室温下具有至少为7 X IO6姆欧/米的电导率，并且按mm3/N*m度量，所述接触区涂层具有比镍更大的耐磨性。
2.根据权利要求I所述的制造装置，其中，所述电极由基体金属形成，并且其中，所述接触区涂层被直接布置在所述电极的所述基体金属上。
3.根据权利要求2所述的制造装置，其中，所述基体金属从铜、银、镍、铬镍铁合金 、金、以及其化合物的组中选择。
4.根据任一前述权利要求所述的制造装置，其中，所述接触区涂层还被限定为物理气相沉积涂层或者等离子辅助化学气相沉积涂层之一。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的制造装置，其中，所述接触区涂层还被限定为动态化合沉积涂层。
6.根据任一前述权利要求所述的制造装置，其中，按照ASTMG99-5，所述接触区涂层具有至少为6X 106mm3/N*m的耐磨性。
7.根据任一前述权利要求所述的制造装置，其中，所述接触区涂层包含在室温下具有至少为7X IO6姆欧/米的电导率的含钛化合物。
8.根据任一前述权利要求所述的制造装置，其中，所述电极还包含被布置在所述接触区外的所述电极上的外部涂层。
9.根据权利要求8所述的制造装置，其中，所述外部涂层不同于所述接触区涂层。
10.根据权利要求9所述的制造装置，其中，所述外部涂层在室温下具有小于7XIO6姆欧/米的电导率。
11.根据权利要求10所述的制造装置，其中，所述外部涂层包含类金刚石碳化合物。
12.根据任一前述权利要求所述的制造装置，其中，所述电极还包括 轴，其具有第一端和第二端；以及 头部，其被布置在所述轴的所述端之一上，其中所述电极的所述头部限定具有所述接触区的所述外部表面。
13.根据权利要求12所述的制造装置，其中，在所述接触区外，所述头部和所述轴中的至少ー个不具有被布置在其外部表面上的涂层。
14.根据任一前述权利要求所述的制造装置，其中，所述至少一个电极包括用于接收在所述载体的所述第一端的插座的第一电极，以及用于接收在所述载体的所述第二端的插座的第二电极。
15.ー种电极，其与制造装置一起使用以将材料沉积在载体上，所述载体具有彼此间隔的第一端和第二端且带有被布置在所述载体的每个端的插座，所述电极包括 轴，其具有第一端和第二端； 头部，其被布置在所述轴的所述端之一上，用干与所述插座耦合； 其中，所述头部具有外部表面，该外部表面具有适于接触所述插座的接触区；以及 接触区涂层，其被布置在所述电极的所述接触区上以用于保持所述电极和所述插座之间的电导率，所述接触区涂层在室温下具有至少为7X IO6姆欧/米的电导率，并且以mm3/N*m度量，所述接触区涂层具有比镍更大的耐磨性。
16.根据权利要求15所述的电极，其中，所述电极由基体金属形成，并且其中，所述接触区涂层被直接布置在所述电极的所述基体金属上。
17.根据权利要求16所述的电极，其中，所述基体金属从铜、银、镍、铬镍铁合金 、金、以及其合金的组中选择。
18.根据权利要求15-17中的任一项所述的电极，其中，所述接触区涂层还被限定为物理气相沉积涂层或者等离子辅助化学气相沉积涂层之
19.根据权利要求15-17中的任一项所述的电极，其中，所述接触区涂层还被限定为动态化合沉积涂层。
20.根据权利要求15-19中的任一项所述的电极，其中，所述电极限定杯状物，所述接触区位于所述杯状物的一部分内。
21.根据权利要求20所述的电极，其中，所述接触区仅位于所述杯状物的侧壁上。
22.根据权利要求15-21中的任一项所述的电极，其中，所述接触区涂层包含在室温下具有至少为7X IO6姆欧/米的电导率的含钛化合物。
23.根据权利要求21或22中的任一项所述的电极，其中，外部涂层被布置在所述杯状物的所述底部上。
24.根据权利要求15-22中的任一项所述的电极，其中，外部涂层被布置在所述接触区外的所述电极上。
25.根据权利要求23或24中的任一项所述的电极，其中，所述外部涂层不同于所述接触区涂层。
26.根据权利要求25所述的电极，其中，所述外部涂层在室温下具有小于7XIO6姆欧/米的电导率。
27.根据权利要求26所述的电极，其中，所述外部涂层包含类金刚石碳化合物。
28.根据权利要求15-22中的任一项所述的电极，其中，在所述接触区外，所述头部和所述轴中的至少ー个不具有被布置在其外部表面上的涂层。
29.一种用于在载体上沉积材料的制造装置，该载体具有彼此间隔的第一端和第二端并带有被布置在所述载体的每个端的插座，所述装置包括 外壳，其限定了腔室； 入ロ，其被限定为穿过所述外売，用于将气体弓I入所述腔室； 出口，其被限定为穿过所述外壳，用于将所述气体从所述腔室排出， 至少ー个电极，其由基体金属形成，并被布置穿过所述外壳，所述电极至少部分地被布置于所述腔室内，以用于与所述插座耦合，所述电极包括轴，其具有第一端和第二端；以及 头部，其被布置在所述轴的所述端之一上，其中所述电极的所述头部具有外部表面，所述外部表面具有适于接触所述插座的接触区， 电源设备，其被耦合到所述电扱，以用于将电流提供到所述电扱；以及 接触区涂层，其被布置在所述电极的所述接触区上，并且被直接布置在所述基体金属上以用于保持所述电极和所述插座之间的电导率，所述接触区涂层在室温下具有至少为7 X IO6姆欧/米的电导率，以及，按ASTMG99-5，所述接触区涂层具有至少为6X 106mm3/N*m的耐磨性。
30.根据权利要求29所述的制造装置，其中，所述基体金属从铜、银、镍、铬镍铁合金'金、以及其合金的组中选择。
31.根据权利要求29或30中的任一项所述的制造装置，其中，所述接触区涂层还被限定为物理气相沉积涂层或者等离子辅助化学气相沉积涂层之一。
32.根据权利要求29或30中的任一项所述的制造装置，其中，所述接触区涂层还被限定为动态化合沉积涂层。
33.根据权利要求29-32中的任一项所述的制造装置，其中，所述接触区涂层包含在室温下具有至少为7X IO6姆欧/米的电导率的含钛化合物。
全文摘要
提出了一种用于在载体上沉积材料的制造装置和一种与制造装置一起使用的电极。该制造装置包括限定腔室的外壳。外壳还限定用于将气体引入腔室的入口和用于将气体从腔室排出的出口。至少一个电极被布置穿过外壳且该电极至少部分地被布置于腔室内。电极具有外部表面。外部表面具有适于接触插座的接触区。将接触区涂层布置在电极的接触区上以用于保持电极和插座之间的电导率。接触区涂层在室温下具有至少为7×106姆欧/米的电导率，并且以mm3/N*m度量，其具有比镍更大的耐磨性。
文档编号C23C16/44GK102666916SQ201080052092
公开日2012年9月12日 申请日期2010年10月8日 优先权日2009年10月9日
发明者D·希拉布兰德, K·麦科伊 申请人:赫姆洛克半导体公司