[發(fā)明專利]耐侵蝕/腐蝕阻擋物涂層

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780080340.1
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN110892088A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·M·霍爾;T·齊納恩;L·M·普拉賽克;S·M·科龍;W·S·哈利根;M·E·費(fèi)拉羅
• 申請（專利權(quán)）人: 康納斯技術(shù)公司;阿爾弗雷德大學(xué)
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/08;C23C16/34
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李躍龍

公開了用于半導(dǎo)體加工用的熔融二氧化硅部件的阻擋物涂層。特別地，本公開涉及由耐腐蝕金屬化合物組成的保護(hù)性襯底?阻擋物涂層，當(dāng)涂覆的襯底在典型地用于半導(dǎo)體加工的高溫下經(jīng)受酸性環(huán)境時，其提供優(yōu)異的耐侵蝕/腐蝕性。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開大體上涉及與阻擋物涂層組合物有關(guān)的組合物和方法。特別地，本公開涉及由耐腐蝕金屬化合物和觸變性基質(zhì)組分組成的保護(hù)性襯底-阻擋物涂層，當(dāng)涂覆的襯底在高溫下經(jīng)受酸性環(huán)境時，其提供優(yōu)異的耐侵蝕/腐蝕性。

背景技術(shù)

提供以下描述以幫助讀者理解。所提供的信息或引用的參考文獻(xiàn)均未被承認(rèn)為現(xiàn)有技術(shù)。

半導(dǎo)體反應(yīng)器在相對高的溫度下運(yùn)行。反應(yīng)器可以從這些相對高的溫度到相對低的溫度頻繁地上下循環(huán)。熱電偶經(jīng)常用于監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)的溫度。然而，由于存在于反應(yīng)器中的腐蝕性環(huán)境，通常用保護(hù)套將熱電偶圍住。例如，將熱電偶同軸地插入保護(hù)套中，使得熱電偶的熱感應(yīng)接頭置于保護(hù)套的端部附近。因此，熱電偶通過保護(hù)套感測反應(yīng)器的溫度。這種保護(hù)套應(yīng)由耐高溫和熱循環(huán)以及腐蝕性加工環(huán)境的材料制成。此外，保護(hù)套材料應(yīng)具有可接受的導(dǎo)熱性，由此裝有保護(hù)套的熱電偶將迅速對溫度波動作出反應(yīng)。對于半導(dǎo)體加工應(yīng)用，保護(hù)套理想地是化學(xué)惰性的并且具有合適的化學(xué)純度，以避免在加工期間污染晶片。參見美國專利No.7,166,165，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

用于測量半導(dǎo)體反應(yīng)腔室內(nèi)溫度的熱電偶通常用熔融二氧化硅護(hù)套保護(hù)。而且，雖然這種熔融二氧化硅護(hù)套在晶片加工過程中可能在熱電偶保護(hù)方面具有某些功能，但在腐蝕性環(huán)境中，熔融二氧化硅護(hù)套的頻繁和持續(xù)的熱循環(huán)-在許多情況下達(dá)到1000℃或更高的溫度-會導(dǎo)致熔融二氧化硅護(hù)套的侵蝕/腐蝕。一些過程，如外延，通常在1150℃或更高的溫度下發(fā)生。半導(dǎo)體反應(yīng)器內(nèi)的護(hù)套完整性通常受到與過程相關(guān)的化學(xué)物質(zhì)(例如HCl和氯化物加工氣體)對失透表面的侵害的影響。在許多情況下，由此產(chǎn)生的侵蝕/腐蝕最終導(dǎo)致護(hù)套失去其保護(hù)功能，導(dǎo)致熱電偶隨后失效，因此需要更換。

除了熔融二氧化硅熱電偶護(hù)套之外，半導(dǎo)體反應(yīng)腔室還包括許多其他熔融二氧化硅部件，包括但不限于腔室本身。這些熔融二氧化硅部件在晶片加工過程中經(jīng)受與上述相同的溫度循環(huán)和腐蝕環(huán)境，因此經(jīng)受到類似的侵蝕/腐蝕。

更換熱電偶以及由于侵蝕/腐蝕而失效的各種其他腔室部件的需求導(dǎo)致與涉及伴隨的熱電偶部件更換的顯著成本一致的反應(yīng)器停機(jī)時間。更換熱電偶和其他部件需要侵入腔室，這會導(dǎo)致不希望的顆粒產(chǎn)生。另外，將反應(yīng)器返回到在被涂覆的晶片上產(chǎn)生所希望的薄膜性能所需的操作條件要花費(fèi)大量的時間和費(fèi)用。

美國專利No.3,754,980公開了一種用于施加至高硅玻璃的抗失透釉料，其中所述釉料在高堿性條件下的高溫下有效地防止/抑制了表面失透。采用氧化物的重量百分比，'980專利中公開的優(yōu)選涂層組合物具有約0-50％SiO₂、0-85％Al₂O₃和15-100％Ta₂O₅，其在8至9的優(yōu)選pH下，以含水漿液的形式被施加到玻璃襯底上，隨后干燥和燒制。所得玻璃質(zhì)釉的厚度為約10-50μm。

美國專利申請公開No.2007/0119377公開了一種用于化學(xué)氣相沉積(CVD)腔室中的玻璃質(zhì)裝置特別是熱電偶和外延反應(yīng)器中的支架的阻擋物涂層，以使失透最小化。氮化硅失透阻擋物涂層通過CVD施加，最大為1μm厚。

由本發(fā)明實(shí)施方案提供的阻擋物涂層在鹽酸和氯化物加工氣體存在下在超過900℃的溫度下使熔融二氧化硅半導(dǎo)體加工裝置的侵蝕/腐蝕最小化。以漿料提供優(yōu)異的潤濕特性的方式選擇阻擋物材料，可在不采用復(fù)雜的CVD工藝的情況下施加，并且產(chǎn)生對于下方熔融二氧化硅材料具有良好附著性和匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)的侵蝕/腐蝕阻擋物涂層。另外，所述侵蝕/腐蝕阻擋物涂層具有不會減少涂覆的熱電偶的響應(yīng)時間并且不會污染工藝的大于1μm的厚度和導(dǎo)熱率。

發(fā)明內(nèi)容