包含扩散结合的耐等离子体的加热器板的基板支撑件的制作方法

本实用新型的实施方式总体涉及受热的基板支撑件。

背景技术：

用于电子器件和微机电结构(MEMS)的制造的工艺腔室以及工艺腔室内存在的部件常常是由铝和含铝材料(诸如氮化铝)构造而成。然而，所述部件易受通常用于清洁工艺腔室内部的含卤素的清洁等离子体以及气体腐蚀的影响。这种腐蚀减少工艺腔室部件的使用寿命，并另外向处理环境引入不期望的缺陷以及污染。由于受热的基板支撑件与处理的基板的直接接触，从而影响晶片热均匀性、膜沉积速率和密度，因此对受热的基板支撑件的腐蚀尤为关注。对受热的基板支撑件的腐蚀尤为关注，也是由于温度较高和再沉积在内部腔室表面上的氟化铝的形成更为容易，从而增加将颗粒和污染引入基板的可能性。

因此，本领域中需要不太容易受到腐蚀的影响的受热的基板支撑件。

技术实现要素：

本实用新型的实施方式总体涉及具有在其上的保护涂层的受热的基板支撑件。所述保护涂层是由纯氧化钇或主要为氧化钇的合金制成。所述保护涂层被扩散结合到所述基板支撑件的加热器板。由于所述扩散结合，两个不同的含硅层形成在所述加热器板与所述保护涂层之间。

在一个实施方式中，公开了一种基板支撑件。所述基板支撑件包括：杆；加热器板，所述加热器板被耦接到所述杆；以及第一层，所述第一层设置在所述加热器板上。所述第一层包含硅。所述基板支撑件进一步包括：第二层，所述第二层设置在所述第一层上，其中所述第二层包含硅，并且不同于所述第一层；以及第三层，所述第三层设置在所述第二层上，其中所述第三层包含氧化钇或主要包含氧化钇。

在另一实施方式中，公开了一种基板支撑件。所述基板支撑件包括：杆；加热器板，所述加热器板被耦接到所述杆，其中所述加热器板包含氮化铝；第一层，所述第一层设置在所述加热器板上，其中所述第一层包含硅；第二层，所述第二层设置在所述第一层上，其中所述第二层包含硅并且不同于所述第一层；以及第三层，所述第三层设置在所述第二层上，其中所述第三层包含Y₂O₃-ZrO₂-Al₂O₃。

在又一实施方式中，公开了一种基板支撑件。所述基板支撑件包括：杆；加热器板，所述加热器板被耦接到所述杆；第一层，所述第一层设置在所述加热器板上，其中所述第一层包含Al₆Si₂O₁₃；第二层，所述第二层设置在所述第一层上，其中所述第二层包含Y₂Si₂O₇；以及第三层，所述第三层设置在所述第二层上，其中所述第三层包含氧化钇或主要包含氧化钇。

附图说明

为了可详细理解本实用新型的上述特征的方式，可通过参照实施例对简要概述于上的本实用新型进行更加详细的描述，该等实施例中的一些实施例图示于附图中。然而应注意的是，这些附图仅图示本实用新型的典型实施例且因此不被视为限制本实用新型的范围，因为本实用新型可允许其他等效实施例。

图1是根据实施方式的化学气相沉积腔室的示意性横截面图。

图2A-2D示出了根据实施方式的用于在加热器板上形成保护涂层的方法。

为了便于理解，已经在可能的地方使用相同的附图标记来指示诸图所共有的相同元件。可构想，一个实施例中公开的元件可有利地用于其他实施例而无需特定详述。

具体实施方式

本实用新型的实施方式总体涉及具有在其上的保护涂层的受热的基板支撑件。所述保护涂层是由纯氧化钇或主要为氧化钇的合金制成。所述保护涂层被扩散结合到所述基板支撑件的加热器板。由于所述扩散结合，两个不同的含硅层形成在所述加热器板与所述保护涂层之间。

图1是根据本实用新型的实施方式的化学气相沉积腔室100的示意性横截面图。系统100一般包括化学气相沉积腔室103，所述化学气相沉积腔室被耦接到前驱物供应器152。化学气相沉积腔室103具有侧壁106、底部108和盖组件110，它们限定化学气相沉积腔室103内的处理容积或者区域112。通常通过侧壁106中的口(未示出)进出处理区域112，所述口便于基板140移入和移出化学气相沉积腔室103。侧壁106和底部108通常是由铝、不锈钢或与处理相容的其他材料制成。侧壁106支撑盖组件110，所述盖组件110包含泵送气室114，所述泵送气室114将处理区域112耦接到包括各种泵送部件(未示出)的排气系统。侧壁106、底部108和盖组件110限定腔室主体102。

气体入口导管或者管道142延伸到腔室主体102的中心盖区域中的进入口或者入口180中，并连接到各种气体源。前驱物供应器152包含沉积期间所使用的前驱物。前驱物可以是气体或液体。所使用的特定前驱物取决于待被沉积在基板上的材料。工艺气体流过入口管道142进入入口180并且接着流入腔室103。电子操作的阀和流量控制机构154控制气体从气体供应器到入口180中的流动。

第二气体供应系统也通过入口管道142连接到腔室。第二气体供应系统供应用于在一个或多个化学气相沉积工艺已经在腔室中执行之后清洁(例如，去除沉积材料)腔室内部的气体或等离子体。在一些情况下，可结合第一气体供应器和第二气体供应器。

第二气体供应系统包括清洁气体(或液体)(诸如三氟化氮或六氟化硫)的源164、位于外部并处于距化学气相沉积腔室一定距离的远程等离子体源166、电子操作的阀和流量控制机构170以及将远程等离子体源连接到化学气相沉积腔室103的导管或者管道177。这种配置允许使用远程等离子体源来清洁腔室的内表面。

第二气体供应系统还包括一种或多种附加气体(或液体)(诸如氧气或载气)的一个或多个源172。附加气体通过另一阀和流量控制机构173来连接到远程等离子体源166。载气帮助将远程等离子体源中生成的反应物质传输到沉积腔室，并且可为任何不反应的气体，所述任何不反应的气体与所述任何不反应的气体正被用于的特定清洁工艺相容。例如，载气可为氩、氮或氦。载气还可帮助清洁工艺，或可帮助发起和/或稳定化学气相沉积腔室中的等离子体。

视情况，在管道177中提供限流器176。限流器176可被放置在远程等离子体源166与沉积腔室103之间的路径中的任何地方。限流器176允许在远程等离子体源166与沉积腔室103之间提供压差。限流器176还可在气体和等离子体混合物离开远程等离子体源166并进入沉积腔室103时，充当气体和等离子体混合物的混合器。

阀和流量控制机构170以用户所选的流速将气体从源164输送到远程等离子体源166中。远程等离子体源166可为RF等离子体源，诸如感应耦合的远程等离子体源。远程等离子体源166激活来自源164的气体或液体，以便形成反应物质，所述反应物质随后流过导管177以及入口管道142，通过入口180进入沉积腔室。因此，入口180被用于将反应物质输送到化学气相沉积腔室103的内部区域中。

盖组件110向处理区域112提供上边界。盖组件110包括中心盖区域105，入口180被限定在所述中心盖区域中。盖组件110通常可被移除或打开，以便维修化学气相沉积腔室103。在一个实施方式中，盖组件110由铝(Al)制成。盖组件110包括形成在其中且耦接到外部泵送系统(未示出)的泵送气室114。泵送气室114被用于均匀地从处理区域112输送气体和处理副产物，并输送出化学气相沉积腔室103。

气体分配组件118被耦接到盖组件110的内侧120。气体分配组件118包括位于气体分配板158中的穿孔区域116，气体(包括由远程等离子体源生成的反应物质和用于化学气相沉积的处理气体)通过所述穿孔区域被输送到处理区域112。气体分配板158的穿孔区域116被配置成提供穿过气体分配组件118进入处理区域112的气体的均匀分配。

气体分配板158通常是由不锈钢、铝(Al)、阳极化铝、镍(Ni)或另一RF导电材料制成。气体分配板158被配置有维持足够的平坦度和均匀度以便不会不利地影响基板处理的厚度。在一个实施方式中，气体分配板158具有在约1.0英寸与约2.0英寸之间的厚度。

除了入口180之外，腔室主体102视情况可包括第二入口182，所述第二入口提供来自远程等离子体源的反应物质。该远程等离子体源可为经由气体分配组件118来将反应物质通过入口180提供到处理区域的相同远程等离子体源166。第二入口182被配置成将来自远程等离子体源的反应物质提供到腔室103的处理区域112中，同时绕过气体分配组件118。换句话说，由第二入口182所提供的反应物质并不穿过气体分配组件118的穿孔的气体分配板158。第二入口182可以位于腔室主体102的侧壁106中，且处于气体分配组件118下方，诸如在气体分配板158与基板支撑件124之间。从远程等离子体源至第二入口182的气体线路184通过第二入口182将来自远程等离子体源的反应物质输送到腔室103的处理区域112。在这种实施方式中，分流器119被提供在来自远程等离子体源的导管177中。分流器119允许来自远程等离子体源166的反应物质的第一部分经由分流器119与腔室103之间的管道142引向腔室103的第一入口180，并且来自远程等离子体源的反应物质的第二部分经由分流器119与腔室103之间的线路184引向腔室的第二入口182。

温度受控的基板支撑组件138居中设置在腔室103内。支撑组件138在处理期间支撑基板140。在一个实施方式中，基板支撑组件138包括基板支撑件124，所述基板支撑件124具有封装至少一个嵌入式加热器132的铝或氮化铝主体。支撑组件138中设置的加热器132(诸如电阻元件)被耦接到任选的电源174，并且将支撑组件138以及定位在其上的基板140可控制地加热到预定温度。

一般来说，支撑组件138具有包括下侧126和上侧134的基板支撑件124。上侧134 支撑基板140。下侧126具有耦接到它的杆142。杆142将支撑组件138耦接到升降系统(未示出)，所述升降系统使得支撑组件138在升高的处理位置(如图所示)和降低的位置之间移动，从而便于基板传送进出化学气相沉积腔室103。杆142另外提供用于在支撑组件138与系统100的其他部件之间的电引线和热电偶引线的导管。

波纹管146被耦接在支撑组件138(或杆142)与化学气相沉积腔室103的底部108之间。波纹管146在处理区域112与化学气相沉积腔室103外的大气之间提供真空密封，同时便于支撑组件138竖直移动。

支撑组件138一般是接地的，使得由电源122供应到定位在盖组件110与基板支撑组件138之间的气体分配组件118(或者定位在腔室的盖组件内或附近的其他电极)的RF功率可以激发支撑组件138与气体分配组件118之间的处理区域112中存在的气体。支撑组件138另外支撑周边遮蔽框架148。一般来说，遮蔽框架148防止在基板140和支撑组件138的边缘处发生沉积，使得基板不附着到支撑组件138。支撑组件138具有设置成穿过其中的多个孔128，所述孔接受多个升降杆150。

图2A和2D示出了根据一个实施方式的用于在基板支撑件210上形成保护涂层202的方法。基板支撑件210可以是包含氮化铝的加热器板。保护涂层202可为使用陶瓷烧结技术制备的预制板，如图2A所示。板206可以包含纯氧化钇或主要为基于氧化钇的材料，诸如Y₂O₃-ZrO₂-Al₂O₃。选择纯氧化钇以及基于氧化钇的材料的理由是这些材料表现出了比氮化铝好得多的耐等离子体腐蚀性。具有包含氧化钇或基于氧化钇的材料的保护涂层202将会显著减少或消除氟化铝的形成，并且还将大大增加加热器的寿命。然而，将基于氧化钇的材料粘附到氮化铝加热器板已被证明是存在问题的，并且在加热器的足够的热循环后，氧化钇会剥落，从而将新的污染引入工艺腔室中并将氮化铝加热器板暴露于清洁剂。已经发现，将基于氧化钇的材料扩散结合到氮化铝加热器板将会在基于氧化钇的材料与氮化铝加热器板之间形成较强结合。

当形成基于氧化钇的板202时，对于Y₂O₃-ZrO₂-Al₂O₃材料，初始原料粉末主要是具有ZrO₂和Al₂O₃的Y₂O₃，并且最终的烧结相是Y₄Al₂O₉(YAM)和Y_2-xZr_xO₃(Y₂O₃-ZrO₂固溶体)。初始粉末组成可为76.9重量％Y₂O₃、15.4重量％ZrO₂和7.7重量％Al₂O₃。板202可以具有与氮化铝加热器板210相同的直径。基于氧化钇的板202可以具有从约2mm至约5mm的厚度，并且具有第一表面204和第二表面206。第二表面206抛光后可以具有小于10微英寸的表面粗糙度。第一表面204可被保持在烧结条件下。接着，如图2B所示，含硅层208被涂布在板202的第二表面206上。含硅层208可以包含二氧化硅，并且具有从约1μm至约20μm的厚度。含硅层208可以使用任何合适方法(诸如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、丝网印刷等)形成在第二表面206上。

接着，如图2C所示，加热器板210的上表面209抛光后具有小于10微英寸的表面粗糙度，并且含硅层208和板202被放置在经抛光的表面209上。加热器板210可已经具有升降杆孔、点和/或密封带形成在其中。含硅层208正接触经抛光的表面209。随后，在氮保护的气氛下，将加热器板210、含硅层208和板202加热到范围从1000摄氏度至1600摄氏度(诸如约1400摄氏度)的温度达约3小时。选择含硅层208(诸如二氧化硅)用于将基于氧化钇的板202扩散结合到氮化铝加热器板210的理由是在约1400摄氏度的温度下二氧化硅与氧化钇和氧化铝反应以形成液相。液相将扩散到基于氧化钇的板202和氮化铝加热器板210，并且在冷却后，可以形成界面层212、214，如图2D所示。加热/冷却速率范围从约0.1摄氏度/分钟至约20摄氏度/分钟。界面层212、214将会将基于氧化钇的板202紧密结合到氮化铝加热器板210。这两个界面层212、214可包含硅。在一个实施方式中，界面层212是Al₆Si₂O₁₃并且界面层214是Y₂Si₂O₇。

随后，扩散结合到氮化铝加热器板210之后的基于氧化钇的板202被加工和/或抛光以形成所需的表面特征，诸如点、密封袋、升降杆孔等。取决于加热器性能要求，扩散结合的基于氧化钇的板202的厚度可为从约100μm至约2mm。

总之，将纯氧化钇或主要为基于氧化钇的板扩散结合到氮化铝加热器板之上显著改进了耐等离子体性能，增加了加热器的寿命并且改进了腔室性能。

尽管上述内容针对本实用新型的实施方式，但可在不背离本实用新型的基本范围的情况下设计本实用新型的其他以及另外实施方式，并且本实用新型的范围是由随附权利要求书来确定。