一般而言，本發(fā)明的實(shí)施例總體上關(guān)于頻繁地暴露于高溫以及直接或遠(yuǎn)程等離子體環(huán)境的保護(hù)性腔室部件。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，通過生產(chǎn)不斷減小尺寸的結(jié)構(gòu)的多個(gè)制造工藝來制造器件。一些制造工藝(諸如，等離子體蝕刻與等離子體清潔工藝)使基板暴露于高速等離子體流以蝕刻或清潔基板。等離子體可以是高度侵蝕性的，并且可侵蝕暴露于等離子體的處理腔室和其他表面。因此，等離子體噴涂的保護(hù)涂層常用來保護(hù)處理腔室部件免于侵蝕。

一些制造工藝在高溫(例如，超過400℃的溫度)下執(zhí)行。傳統(tǒng)的等離子體噴涂的保護(hù)涂層對(duì)于用于此類工藝的一些腔室部件可能是不適合的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在示例實(shí)施例中，制品包括具有熱傳導(dǎo)材料的主體。制品進(jìn)一步包括主體表面上的第一保護(hù)層，第一保護(hù)層是熱傳導(dǎo)陶瓷。制品進(jìn)一步包括第一保護(hù)層上的第二保護(hù)層，第二保護(hù)層包括可在高達(dá)650℃溫度下抵抗破裂的耐等離子體陶瓷薄膜。

在另一示例實(shí)施例中，方法包括：提供包括熱傳導(dǎo)材料主體的制品。方法進(jìn)一步包括：在熱傳導(dǎo)材料主體的表面上沉積第一保護(hù)層，第一保護(hù)層是熱傳導(dǎo)陶瓷。方法進(jìn)一步包括：執(zhí)行離子輔助沉積以在第一保護(hù)層上方沉積第二保護(hù)層，第二保護(hù)層包括可在高達(dá)650℃溫度下抵抗破裂的耐等離子體的陶瓷薄膜。

在另一示例實(shí)施例中，用于原子層沉積腔室的基座包括石墨主體?；M(jìn)一步包括石墨主體的表面上的第一保護(hù)層，第一保護(hù)層包括碳化硅。基座進(jìn)一步包括第一保護(hù)層上的第二保護(hù)層，第二保護(hù)層包括可在高達(dá)650℃溫度下抵抗破裂的耐等離子體的陶瓷薄膜，其中第二保護(hù)層包括從由Er₃Al₅O₁₂、Y₃Al₅O₁₂與YF₃構(gòu)成的組中選出的陶瓷。

附圖說明

在所附附圖的圖中通過示例而非限制方式來闡釋本發(fā)明，所附附圖中，相似的附圖標(biāo)記指示相似的元件。應(yīng)當(dāng)注意，在本公開對(duì)“一”或“一個(gè)”實(shí)施例的不同的引用不一定是指相同的實(shí)施例，并且此類引用意味著至少一個(gè)實(shí)施例。

圖1描繪處理腔室的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。

圖2A描繪用于原子層沉積(ALD)且在一個(gè)表面上具有薄膜保護(hù)涂層的基座。

圖2B描繪用于原子層沉積腔室且具有插入到孔中的耐等離子體的插塞的基座的放大的橫剖面圖。

圖3-5描繪在一個(gè)表面上具有保護(hù)層疊層的示例制品的橫剖面?zhèn)纫晥D。

圖6闡釋在制品上方形成一個(gè)或多個(gè)保護(hù)層的工藝的一個(gè)實(shí)施例。

圖7A描繪適用于利用高能粒子的各種沉積技術(shù)(例如，離子輔助沉積(IAD))的沉積機(jī)制。

圖7B描繪IAD沉積設(shè)備的示意圖。

圖8闡釋根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例而形成的薄膜保護(hù)層的腐蝕速率。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施例提供在制品的一個(gè)或多個(gè)表面上具有薄膜保護(hù)層的制品，諸如，用于原子層沉積(ALD)腔室的腔室部件。保護(hù)層可具有低于約50微米的厚度，并且可提供等離子體侵蝕抗性以保護(hù)制品。在晶片處理期間，可將腔室部件暴露至高溫。例如，可將腔室部件暴露至超過450℃的溫度。以能夠在這些高溫下抵抗破裂或有效地對(duì)破裂免疫的方式來形成薄膜保護(hù)層。薄膜保護(hù)層可以是使用離子輔助沉積(IAD)而沉積在經(jīng)加熱的基板上的致密的共形薄膜。薄膜保護(hù)層可由Y₃Al₅O₁₂、Er₃Al₅O₁₂或YF₃形成。由薄膜保護(hù)層提供的改善的腐蝕抗性可改善制品的使用壽命，同時(shí)降低維持與制造成本。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的處理腔室100的剖面圖，處理腔室100具有以薄膜保護(hù)層涂覆的一個(gè)或多個(gè)腔室部件。處理腔室100可以是ALD處理腔室。在一個(gè)實(shí)施例中，處理腔室100利用遠(yuǎn)程等離子體單元以將氟自由基(F*)遞送到處理腔室100中以進(jìn)行腔室清潔?；蛘?，其他類型的處理腔室可用于本文所述的實(shí)施例。

處理腔室100可用于高溫ALD工藝。例如，處理腔室100可用于氮化鈦(TiN)的沉積。TiN沉積工藝典型地是在450℃或高于450℃的溫度下執(zhí)行的ALD工藝。另一示例高溫ALD工藝是二氯硅烷(DCS)硅化鎢的沉積。DCS硅化鎢工藝通過WF₆、DCS與SiH₄在約500-600℃溫度下的反應(yīng)來執(zhí)行。可通過處理腔室100執(zhí)行其他高溫ALD工藝。

可包括薄膜保護(hù)層的腔室部件的示例包括基座134、腔室主體105、噴淋頭110，等等。在下文中更詳細(xì)地描述的薄膜保護(hù)層可包括Y₃Al₅O₁₂(YAG)、Er₃Al₅O₁₂(EAG)和/或YF₃。在一些實(shí)施例中，薄膜保護(hù)層也可包括其他陶瓷。此外，薄膜保護(hù)層可以是保護(hù)層疊層中的一層。如圖所示，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，基座134具有薄膜保護(hù)層(第二保護(hù)層136)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，其他腔室部件中任何一者(例如，上文列舉的那些)也可包括薄膜保護(hù)層。

在一個(gè)實(shí)施例中，處理腔室100包括封圍內(nèi)部容積106的腔室主體105與噴淋頭110。腔室主體105可由鋁、不銹鋼或其他適當(dāng)?shù)牟牧现圃?。腔室主體105通常包括側(cè)壁與底部。噴淋頭110、側(cè)壁和/或底部中的任何一者可包括薄膜保護(hù)層。

腔室排放裝置125以及一個(gè)或多個(gè)排放端口137可將廢氣排出腔室的內(nèi)部容積106。排放端口137可連接至泵系統(tǒng)，所述泵系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)泵160以及節(jié)流閥156和/或閘閥154，用于排空并調(diào)節(jié)處理腔室100的內(nèi)部容積106的壓力。

噴淋頭110可支撐在腔室主體105的側(cè)壁上。噴淋頭110(或蓋)可經(jīng)開啟以允許對(duì)處理腔室100的內(nèi)部容積106的接取，并且可在關(guān)閉時(shí)提供對(duì)處理腔室100的密封。噴淋頭110可包括氣體分配板以及一個(gè)或多個(gè)注入器122、123、124。噴淋頭110可由鋁、不銹鋼或其他適當(dāng)?shù)牟牧现瞥??；蛘撸谝恍?shí)施例中，噴淋頭110可由蓋與噴嘴取代。

氣體面板152可經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)氣體遞送管線138-146、通過噴淋頭110而將工藝和/或清潔氣體提供至內(nèi)部容積106。取決于待沉積的層，可用于執(zhí)行CVD操作以將層沉積在基板上的處理氣體的示例包括NH₃、TiCl₄、四(二甲胺基)鈦(TDMAT)、WF₆、DCS、SiH₄等等。遠(yuǎn)程等離子體源(RPS)150可在清潔期間生成氟自由基(F*)，并且可經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)氣體遞送管線138-146來遞送氟自由基。氣體遞送管線138-146、排放端口137與噴淋頭110可由圓蓋180覆蓋，圓蓋180可以是鋁或另一適當(dāng)?shù)牟牧稀?/p>

腔室部件(諸如，腔室主體105的內(nèi)壁、噴淋頭110、基座134等)在處理期間累積沉積的材料層。為了減輕沉積性質(zhì)的改變和微粒污染，可使用遠(yuǎn)程等離子體清潔工藝來周期性地將此類沉積的層從腔室部件上清潔掉。可用于將沉積的材料從腔室部件的表面清潔掉的清潔氣體示例包括含鹵素氣體(諸如，C₂F₆、SF₆、SiCl₄、HBr、NF₃、CF₄、CHF₃、CH₂F₃、F、NF₃、Cl₂、CCl₄、BCl₃與SiF₄等等)與其他氣體(諸如，O₂或N₂O)。載氣的示例包括N₂、He、Ar與其他對(duì)清潔氣體呈現(xiàn)惰性的氣體(例如，非反應(yīng)性氣體)。在一個(gè)實(shí)施例中，NF₃與Ar用于執(zhí)行等離子體清潔工藝。

基座134設(shè)置在處理腔室100的內(nèi)部容積106中，且在噴淋頭110下方，并且由底座132支撐。基座134在處理期間固持一個(gè)或多個(gè)基板。基座134配置成在ALD工藝期間圍繞軸向中心自旋以確保與一個(gè)或多個(gè)基板相互作用的工藝氣體的均勻分布。此類均勻的分布改善沉積在一個(gè)或多個(gè)基板上的層的厚度均勻性。

基座134配置成在工藝期間被加熱，并且遍布整個(gè)基座134維持均勻的熱。因此，基座134可具有由對(duì)熱沖擊具有高度抵抗性的熱傳導(dǎo)材料構(gòu)成的主體。在一個(gè)實(shí)施例中，所述主體是半金屬材料，諸如，石墨?；?34也可具有由其他具有高熱沖擊抗性材料(諸如，玻璃-碳)構(gòu)成的主體。

基座134具有多個(gè)凹部。每一個(gè)凹部大約是將固持在此凹部中的基板(例如，晶片)的尺寸。在處理器件，基板可被真空附著(夾持)至基座134。

在一個(gè)實(shí)施例中，基座134的主體在至少一個(gè)表面上具有第一保護(hù)層135，并且在此第一保護(hù)層135上方具有第二保護(hù)層136。在一個(gè)實(shí)施例中，第一保護(hù)層是SiC，而第二保護(hù)層是Y₃Al₅O₁₂(YAG),Er₃Al₅O₁₂(EAG)或YF₃中的一者。在另一實(shí)施例中，基座134僅具有單個(gè)保護(hù)層，所述單個(gè)保護(hù)層是Y₃Al₅O₁₂(YAG)、Er₃Al₅O₁₂(EAG)或YF₃中的一者。在其他實(shí)施例中，也可使用附加的保護(hù)層。參照?qǐng)D2A-2B更詳細(xì)地示出一個(gè)示例基座。

在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)加熱元件130設(shè)置在基座134下方。一個(gè)或多個(gè)熱遮蔽件也可設(shè)置在加熱器件130附近以保護(hù)不應(yīng)當(dāng)被加熱至高溫的部件。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱元件130是電阻式或電感式加熱器件。在另一實(shí)施例中，加熱元件是輻射加熱燈。在一些實(shí)施例中，加熱元件130可將基座134加熱至高達(dá)700℃或更高的溫度。

圖2A描繪用于ALD腔室的示例基座200。基座200具有薄膜保護(hù)涂層。在一個(gè)實(shí)施例中，薄膜保護(hù)涂層僅涂覆基座的上表面?；蛘撸∧けＷo(hù)涂層涂覆基座的上表面與下表面。薄膜保護(hù)層也可涂覆基座的側(cè)壁?；?00的目的在于同時(shí)支撐并均勻地加熱多個(gè)晶片?？墒褂秒娮枋郊訜嵩驘魜磔椛涞丶訜峄?00。在處理期間，經(jīng)由原子單層沉積(ALD)或其他CVD工藝沿來涂覆基座200(以及所制成的晶片)。為了增加多次清潔之間的平均時(shí)間(MTBC)，應(yīng)當(dāng)周期性地清潔基座200以避免涂層由于在順序的處理期間而產(chǎn)生的內(nèi)部膜應(yīng)力而剝落。可通過熱或遠(yuǎn)程等離子體工藝來清潔基座200。在使用NF₃的遠(yuǎn)程等離子體清潔的情況下，遠(yuǎn)程地生成氟自由基(F*)，并將氟自由基遞送到工藝區(qū)域中以去除沉積膜。然而，高溫下的F*也將腐蝕基座材料(例如，CVD的SiC與石墨)。因此，施加對(duì)所使用的化學(xué)品具有腐蝕抗性的保護(hù)涂層。保護(hù)涂層也允許“過度蝕刻”時(shí)段以確保去除沉積膜的整體。

在一個(gè)實(shí)施例中，基座200包括半金屬熱傳導(dǎo)底座，諸如，石墨?；?00可具有可能大到足以支撐多個(gè)基板(例如，多個(gè)晶片)的圓盤狀形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，基座具有超過1米的直徑。

基座200可包括一個(gè)或多個(gè)凹部(也稱為袋部)201-206，凹部中的每一個(gè)都可配置成在處理期間支撐晶片或其他基板。在所闡釋的示例中，基座200包括6個(gè)凹部201-206。然而，其他基座可具有更多或更少的凹部。

凹部201-206中的每一個(gè)都包括許多表面特征。凹部201中的表面特征的示例包括外環(huán)208、多個(gè)凸臺(tái)206以及凸臺(tái)206之間的溝槽或氣體通道。在一些實(shí)施例中，特征的高度約為10-80微米。

在一個(gè)實(shí)施例中，基座200進(jìn)一步包括在熱傳導(dǎo)半金屬底座的一個(gè)或多個(gè)表面上方的CVD沉積的SiC或SiN層。凹部201-206與表面特征(諸如，凸臺(tái)206與外環(huán)208)可經(jīng)由在基座200中鉆出的孔而流體地耦接至熱傳遞(或背側(cè))氣體源(例如，He)。在操作中，可在受控的壓力下將背側(cè)氣體到氣體通路中以增強(qiáng)基座200與基板之間的熱傳遞。

在沉積第一保護(hù)層之前，可在基座200的主體中形成凹部與表面特征?；蛘撸?dāng)上方沉積了第一保護(hù)層之后，可在第一保護(hù)層中形成凹部和/或表面特征。第二保護(hù)層可以是與凹部和表面特征共形的共形薄膜保護(hù)層?；蛘撸稍诘诙Ｗo(hù)層中形成表面特征。因此，所有的表面特征(諸如，凸臺(tái)206與外環(huán)208)都存在于第二保護(hù)層的表面處。在一個(gè)實(shí)施例中，第二保護(hù)層具有約5-50微米的厚度。在另一實(shí)施例中，第二保護(hù)層具有小于20微米的厚度。在另一實(shí)施例中，第二保護(hù)層的具有高達(dá)1000微米的厚度。

基座200附加地包括舉升銷孔210。例如，基座200可包括支撐舉升銷(例如，Al₂O₃舉升銷)的三個(gè)舉升銷孔。舉升銷能夠?qū)⒕b載到基座200上，并能夠從基座200上卸載晶片?；?00可包括凹部215，所述凹部215可用于將基座夾持至旋轉(zhuǎn)軸桿。凹部215可包括孔220，所述孔220可用于將基座200機(jī)械地緊固至旋轉(zhuǎn)軸軸。

圖2B描繪具有插入到孔中的耐等離子體的插塞250的基座200的放大的橫剖面圖。IAD與PVD是視線(line of sight)工藝。因此，薄膜保護(hù)涂層可能不涂覆基座中的孔(諸如，舉升銷孔210、孔220或氦氣孔)的內(nèi)部。在一個(gè)實(shí)施例中，初始孔以過大的尺度形成在基座中。耐等離子體的插塞(例如，耐等離子體插塞250)可分開制造，并且可插入到過大尺寸的孔中。耐等離子體的插塞250可被按壓配合(例如，機(jī)械地按壓)到過大尺寸的孔中。耐等離子體的插塞250可由塊狀燒結(jié)耐等離子體陶瓷材料(諸如，AlN、Y₂O₃、包括Y₄Al₂O₉與Y₂O₃-ZrO₂的固體-溶液的陶瓷化合物或另一稀土氧化物)形成。

耐等離子體的插塞250本身可在耐等離子體的插塞250的中心處具有最終孔，其中最終孔具有期望的直徑。CVD沉積的層和/或薄膜保護(hù)層可僅涂覆基座，或涂覆基座與耐等離子體的插塞250兩者。在一個(gè)實(shí)施例中，在插入耐等離子體的插塞250之前，沉積CVD沉積的層。隨后，可在插入了耐等離子體的插塞250之后沉積薄膜保護(hù)層。薄膜保護(hù)層可填充和/或橋接插塞250的外壁與插塞250插入其中的初始孔之間的任何間隙。在一些實(shí)例中，薄膜保護(hù)層可能不夠厚而無法橋接插塞與插塞插入到其中的初始孔之間的間隙。因此，可在插入插塞之后沉積CVD涂層以橋接任何間隙。隨后，可在CVD涂層上方沉積薄膜保護(hù)層。

在一個(gè)實(shí)施例中，耐等離子體的插塞的基底比耐等離子體的插塞的頂部窄(如圖所示)。這使得耐等離子體的插塞能夠被按壓配合到基座200中的預(yù)定深度。

圖3-5闡釋由一個(gè)或多個(gè)薄膜保護(hù)層覆蓋的制品(例如，腔室部件)的橫剖面?zhèn)纫晥D。圖3闡釋具有第一保護(hù)層330與第二保護(hù)層308的制品300的一個(gè)實(shí)施例的橫剖面?zhèn)纫晥D。第一保護(hù)層可以是SiC、SiN或另一陶瓷材料?？赡芤呀?jīng)通過CVD工藝將第一保護(hù)層330沉積至主體305上。第一保護(hù)層可具有高達(dá)200微米的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，第一保護(hù)層約為5-100微米厚。

第二保護(hù)層308可以是使用IAD而施加在第一保護(hù)層330上方的陶瓷薄膜保護(hù)層?？捎糜诔练e第二保護(hù)層308的兩個(gè)示例IAD工藝包括電子束IAD(EB-IAD)與離子束濺射IAD(IBS-IAD)。第二保護(hù)層308可充當(dāng)頂涂層，并且可充當(dāng)耐腐蝕阻擋層，并且可密封第一保護(hù)層330的被暴露表面(例如，密封第一保護(hù)層330中的固有的表面破裂與孔)。

IAD沉積的第二保護(hù)層308可具有相對(duì)低(例如，相比由等離子體噴涂或建設(shè)而導(dǎo)致的膜應(yīng)力)的膜應(yīng)力。IAD沉積的第二保護(hù)層308可附加地具有低于1％的孔隙率，并且在一些實(shí)施例中具有低于約0.1％的孔隙率。因此，IAD沉積的保護(hù)層是致密的結(jié)構(gòu)，這對(duì)于在腔室部件上的應(yīng)用具有性能益處。此外，可在無需先粗糙化第一保護(hù)層330或執(zhí)行其他耗時(shí)的表面制備步驟的情況下來沉積IAD沉積的第二保護(hù)層308。

可用于形成第二保護(hù)層308的陶瓷的示例包括Y₃Al₅O₁₂(YAG)、Er₃Al₅O₁₂(EAG)與YF₃。可使用的另一示例陶瓷為Y₄Al₂O₉(YAM)。前述陶瓷中的任一者可包括微量的其他材料，諸如，ZrO₂、Al₂O₃、SiO₂、B₂O₃、Er₂O₃、Nd₂O₃、Nb₂O₅、CeO₂、Sm₂O₃、Yb₂O₃或其他氧化物。

制品300的主體305和/或第一保護(hù)層330可包括一個(gè)或多個(gè)表面特征。對(duì)于基座，表面特征可包括凹部、凸臺(tái)、密封帶、氣體通道、氦氣孔，等等。對(duì)于噴淋頭，表面特征可包括數(shù)百或數(shù)千個(gè)用于氣體分配的孔、圍繞氣體分配孔的凹陷(divot)或凸塊(bump)等等。其他腔室部件可具有其他表面特征。

第二保護(hù)層308可共形于主體305與第一保護(hù)層330的表面特征。例如，第二保護(hù)層308可維持第一保護(hù)層330的上表面的相對(duì)形狀(例如，流露第一保護(hù)層330中的特征的形狀)。此外，第二保護(hù)層308可以足夠薄而不至于塞住主體305和/或第一保護(hù)層330中的孔。第二保護(hù)層可具有小于1000微米的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，第二保護(hù)層308具有小于約20微米的厚度。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，第二保護(hù)層具有在約0.5微米至約7微米之間的厚度。

在替代實(shí)施例中，可省略第一保護(hù)層330。因此，可在主體305的一個(gè)或多個(gè)表面上方僅沉積單個(gè)的Y₃Al₅O₁₂(YAG)、Er₃Al₅O₁₂(EAG)、YF₃或Y₄Al₂O₉(YAM)保護(hù)層。

表1：IAD沉積的YAM、YF₃、YAG與EAG的材料性質(zhì)

表1示出IAD沉積的YAM、YF₃、YAG與EAG的材料性質(zhì)。如表所示，5微米(μm)的IAD沉積的YAM涂層具有695伏(V)的擊穿電壓。5μm的IAD沉積的YF₃涂層具有522V的擊穿電壓。5μm的IAD沉積的YAG涂層具有1080V的擊穿電壓。5μm的IAD沉積的EAG涂層具有900V的擊穿電壓。

1.6mm的氧化鋁上方的YF₃的介電常數(shù)約為9.2，YAG薄膜的介電常數(shù)約為9.76，而EAG薄膜的介電常數(shù)約為9.54。1.6mm的氧化鋁上方的YF₃薄膜的損耗正切約為9E-4，YAG薄膜的損耗正切約為4E-4，而EAG薄膜的損耗正切約為4E-4。YAG薄膜的熱傳導(dǎo)率約為20.1W/m-K，而EAG薄膜的熱傳導(dǎo)率約為19.2W/m-K。

對(duì)于所標(biāo)示的陶瓷材料中的每一種材料，薄膜保護(hù)層對(duì)氧化鋁基板的附著強(qiáng)度可以是高于27兆帕(MPa)?？赏ㄟ^測量將薄膜保護(hù)層從基板分開所使用的力的量來測量附著強(qiáng)度。

密封性衡量使用薄膜保護(hù)層可實(shí)現(xiàn)的密封能力。如表所示，使用YF₃可實(shí)現(xiàn)每秒約2.6E-9立方厘米(cm³/s)的He漏率，使用YAG可實(shí)現(xiàn)約4.4E-10的He漏率，而使用EAG可實(shí)現(xiàn)約9.5E-10的He漏率。較低的He滲漏率指示改善的密封。示例薄膜保護(hù)層中的每一個(gè)具有低于典型Al₂O₃的He漏率。

Y₃Al₅O₁₂、Y₄Al₂O₉、Er₃Al₅O₁₂與YF₃中的每一個(gè)都具有可抵抗等離子體處理期間的磨損的硬度。如表所示，YF₃具有約3.411千兆帕(GPa)的維氏(Vickers)硬度(5Kgf)，YAG具有約8.5GPa的硬度，而EAG具有約9.057GPa的硬度。YAG的所測量的磨耗率約為每射頻小時(shí)0.28納米(nm/RFhr)，而EAG的磨耗率約為0.176nm/RFhr。

值得注意的是，在一些實(shí)施例中，可修改Y₃Al₅O₁₂、Y₄Al₂O₉、Er₃Al₅O₁₂與YF₃，使得上方標(biāo)示的材料性質(zhì)與特性可變化高達(dá)30％。因此，這些材料性質(zhì)的所描述的值應(yīng)當(dāng)理解為示例可實(shí)現(xiàn)的值。本文所述的陶瓷薄膜保護(hù)層不應(yīng)被解讀為受限于所提供的值。

圖4闡釋制品400的一個(gè)實(shí)施例的橫剖面?zhèn)纫晥D，制品400具有沉積于制品400的主體405上方的薄膜保護(hù)層疊層406。在替代實(shí)施例中，薄膜保護(hù)層疊層406可沉積在SiC或SiN的第一保護(hù)層上方。

薄膜保護(hù)層疊層406中的一個(gè)或多個(gè)薄膜保護(hù)層(諸如，第一層408和/或第二層410)可以是YAG、YAM、EAG或YF₃中的一者。此外，保護(hù)層中的一些可包括Er₂O₃、Gd₂O₃、Gd₃Al₅O₁₂或包括Y₄Al₂O₉與Y₂O₃-ZrO₂的固體-溶液(solid-solution)的陶瓷化合物。在一個(gè)實(shí)施例中，相同的陶瓷材料不用于兩個(gè)相鄰的薄膜保護(hù)層。然而，在另一實(shí)施例中，相鄰層可由相同的陶瓷構(gòu)成。

圖5闡釋制品500的另一實(shí)施例的橫剖面?zhèn)纫晥D，制品500具有沉積在制品500的主體505上方的薄膜保護(hù)層疊層506?；蛘撸∧けＷo(hù)層疊層506可沉積在SiC或SiN層上方。制品500與制品400類似，例外在于，薄膜保護(hù)層疊層506具有四個(gè)薄膜保護(hù)層508、510、515、518。

薄膜保護(hù)層疊層(例如，所闡釋的那些疊層)可具有任何數(shù)目的薄膜保護(hù)層。疊層中的薄膜保護(hù)層可都具有相同的厚度，或者它們可具有不同的厚度。薄膜保護(hù)層中的每一層可具有低于約50微米的厚度，并且在一些實(shí)施例中可具有低于約10微米的厚度。在一個(gè)示例中，第一層408可具有3微米的厚度，而第二層410可具有3微米的厚度。在另一示例中，第一層508可以是具有2微米厚度的YAG層，第二層510可以是具有1微米厚度的化合物陶瓷層，第三層515可以是具有1微米厚度的YAG層，而第四層518可以是具有1微米厚度的化合物陶瓷層。

選擇要使用的陶瓷層的數(shù)目與陶瓷層的組合物可基于經(jīng)涂覆的制品的期望應(yīng)用和/或類型。由IAD形成的EAG、YAG與YF₃薄膜保護(hù)層典型地具有非晶結(jié)構(gòu)。相比之下，IAD沉積的化合物陶瓷與Er₂O₃層典型地具有結(jié)晶或納米結(jié)晶結(jié)構(gòu)。結(jié)晶與納米結(jié)晶結(jié)構(gòu)陶瓷層一般可比非晶陶瓷層更能抵抗腐蝕。然而，在一些實(shí)例中，具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)或納米結(jié)晶結(jié)構(gòu)的薄膜陶瓷層可能經(jīng)歷偶發(fā)性豎直破裂(大約在膜厚度方向中且大致上垂直于經(jīng)涂覆的表面行進(jìn)的破裂)。此類豎直破裂可能由晶格失配導(dǎo)致，并且可以是等離子體化學(xué)物的攻擊點(diǎn)。每當(dāng)加熱與冷卻制品時(shí)，薄膜保護(hù)層與薄膜保護(hù)層所涂覆的基板之間的熱膨脹系數(shù)的失配便導(dǎo)致薄膜保護(hù)層上的應(yīng)力。此類應(yīng)力可能集中在豎直破裂處。這會(huì)導(dǎo)致薄膜保護(hù)層最終從薄膜保護(hù)層所涂覆的基板剝離。相比之下，如果沒有豎直破裂，則應(yīng)力跨薄膜大致均勻地分布。

因此，在一個(gè)實(shí)施例中，薄膜保護(hù)層疊層406中的第一層408是非晶陶瓷(諸如，YAG或EAG)，而薄膜保護(hù)層疊層406中的第二層410是結(jié)晶或納米結(jié)晶陶瓷(諸如，陶瓷化合物或Er₂O₃)。在此類實(shí)施例中，第二層410可提供相比第一層408更大的等離子體耐受性。通過在第一層408上方而不是直接在主體405上方(或在SiC或SiN保護(hù)層上方)形成第二層410，第一層408充當(dāng)緩沖物以使后續(xù)層上的晶格失配最小化。因此，可增加第二層410的壽命。

在另一示例中，主體、Y₃Al₅O₁₂(YAG)、Y₄Al₂O₉、Er₂O₃、Gd₂O₃、Er₃Al₅O₁₂、Gd₃Al₅O₁₂以及包括Y₄Al₂O₉與Y₂O₃-ZrO₂的固體-溶液的陶瓷化合物中的每一個(gè)可具有不同的熱膨脹系數(shù)。兩種相鄰的材料之間的熱膨脹系數(shù)的失配越大，那些材料中的一種材料最終破裂、剝離或以其他方式失去至其他材料的粘結(jié)的可能性就越大。能以使相鄰的層之間(或?qū)优c主體405、505之間)的熱膨脹系數(shù)的失配最小化的方式來形成保護(hù)層疊層406、506。例如，主體505可以是石墨，而EAG可具有最接近石墨的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)，接著是YAG的熱膨脹系數(shù)，接著是化合物陶瓷的熱膨脹系數(shù)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，第一層508可以是EAG，第二層510可以是YAG，而第三層515可以是化合物陶瓷。

在另一示例中，保護(hù)層疊層506中的層可以是兩種不同陶瓷的交替層。例如，第一層508與第三層515可以是YAG，而第二層510與第四層518可以是EAG或YF₃。此類交替層可提供與上文在用于交替層中的一種材料為非晶的而用于交替層中的另一材料為結(jié)晶或納米結(jié)晶的情況下所陳述的優(yōu)點(diǎn)類似的優(yōu)點(diǎn)。

在另一示例中，可在薄膜保護(hù)層疊層406或506中的某點(diǎn)處沉積具有可辨別顏色的薄膜涂層。例如，可在薄膜疊層的底部沉積具有可辨別的顏色的薄膜涂層。例如，具有可辨別的顏色的薄膜涂層可以是Er₂O₃或SmO₂。當(dāng)技術(shù)員看見此可辨別的顏色時(shí)，可警覺到應(yīng)當(dāng)替換或修整基座。

在一些實(shí)施例中，薄膜保護(hù)層疊層406、506中的一個(gè)或多個(gè)層是使用熱處理而形成的過渡層。如果主體405、505是陶瓷主體，則可執(zhí)行高溫?zé)崽幚硪源龠M(jìn)薄膜保護(hù)層與主體之間的相互擴(kuò)散。此外，可執(zhí)行熱處理以促進(jìn)相鄰的薄膜保護(hù)層之間、或厚保護(hù)層與薄膜保護(hù)層之間的相互擴(kuò)散。值得注意的是，過渡層可以是非多孔層。過渡層可充當(dāng)兩個(gè)陶瓷之間的擴(kuò)散接合，并且可提供相鄰的陶瓷之間的改善的附著。這可有助于在等離子體處理期間防止保護(hù)層破裂、剝落或剝除。

熱處理可以是在高達(dá)約1400-1600℃下持續(xù)高達(dá)約24小時(shí)的持續(xù)時(shí)間(例如，在一個(gè)實(shí)施例中，3-6小時(shí))的熱處理。這可在第一薄膜保護(hù)層與以下各者中的一者或多者之間產(chǎn)生相互擴(kuò)散層：相鄰的陶瓷主體、厚保護(hù)層或第二薄膜保護(hù)層。

圖6闡釋用于在制品上形成一個(gè)或多個(gè)保護(hù)層的工藝600的一個(gè)實(shí)施例。工藝600的框605處，提供基座?；捎糜贏LD處理腔室。在一個(gè)實(shí)施例中，基座具有熱傳導(dǎo)半金屬主體(具有良好熱傳導(dǎo)率的半金屬主體)。在一個(gè)實(shí)施例中，熱傳導(dǎo)半金屬主體是石墨主體?；蛘?，可提供非熱傳導(dǎo)基座。非熱傳導(dǎo)基座可具有碳-玻璃構(gòu)成的主體。在其他實(shí)施例中，可提供除基座以外的制品。例如，可提供用于ALD處理腔室的鋁噴淋頭。

在一個(gè)實(shí)施例中，在框608處，將耐等離子體的陶瓷插塞插入基座中的孔中。耐等離子體陶瓷插塞可被壓配合到孔中。在替代實(shí)施例中，在框610之后，將耐等離子體的陶瓷插塞插入基座中的孔中。在另一實(shí)施例中，沒有耐等離子體的陶瓷插塞被插入基座中的孔中。

在框610處，執(zhí)行CVD工藝以在所提供的基座上方沉積第一保護(hù)層。在一個(gè)實(shí)施例中，第一保護(hù)層僅覆蓋基座的面向等離子體的表面。在另一實(shí)施例中，第一保護(hù)層覆蓋基座的正面與背面。在另一實(shí)施例中，第一保護(hù)層覆蓋基座的正面、背面與側(cè)面。在一個(gè)實(shí)施例中，第一保護(hù)層是SiC?；蛘撸谝槐Ｗo(hù)層可以是SiN或另一適當(dāng)?shù)牟牧?。第一保護(hù)層可具有高達(dá)約200微米的厚度?？蓪⒒谋砻嫣卣骷庸さ绞?。在一個(gè)實(shí)施例中，在沉積之后，拋光第一保護(hù)層。

在框615處，將基座加熱至高于200℃的溫度。例如，可將基座加熱至200-400℃的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，基座被加熱至300℃的溫度。

在框620處，當(dāng)加熱基座時(shí)，執(zhí)行IAD以在第一保護(hù)層的一個(gè)或多個(gè)表面上方沉積第二保護(hù)層。在一個(gè)實(shí)施例中，第二保護(hù)層僅覆蓋第一保護(hù)層的面向等離子體的表面。在另一實(shí)施例中，第二保護(hù)層覆蓋基座的正面與背面上的第一保護(hù)層。在另一實(shí)施例中，第二保護(hù)層覆蓋第一保護(hù)層的每一個(gè)表面。在一個(gè)實(shí)施例中，在IAD沉積之前，通過離子槍將氧和/或氬離子引導(dǎo)至基座。氧與氬離子可燒蝕掉第一保護(hù)層上的任何表面有機(jī)污染物，并且驅(qū)散任何殘余微粒。

可執(zhí)行的兩種IAD類型包括EB-IAD與IBS-IAD?？赏ㄟ^蒸鍍來執(zhí)行EB-IAD?？赏ㄟ^濺射固體靶材材料來執(zhí)行IBS-IAD。第二保護(hù)層可以是Y₃Al₆O₁₂、Y₄Al₂O₉、Er₃Al₆O₁₂或YF₃。第二保護(hù)層可以是非晶的，并且可在450℃溫度下抵抗破裂。在一個(gè)實(shí)施例中，甚至在高達(dá)550℃的重復(fù)的熱循環(huán)之后，保護(hù)層可能不經(jīng)歷任何破裂。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，第二保護(hù)層在高達(dá)650℃的室溫溫度下抵抗破裂。雖然第二保護(hù)層沉積在第一保護(hù)層與基座上方(第一保護(hù)層與基座兩者都具有與第二保護(hù)層不同的熱膨脹系數(shù))，但是第二保護(hù)層可抵抗破裂。

第二保護(hù)層的沉積速率可以約為每秒1-8埃，并且可通過調(diào)諧沉積參數(shù)來加以改變。在一個(gè)實(shí)施例中，沉積速率為每秒1-2埃(A/s)。沉積速率也可在沉積過程中改變。在一個(gè)實(shí)施例中，使用約0.25-1A/s的初始沉積速率以實(shí)現(xiàn)基板上的共形良好的附著涂層。隨后，使用2-10A/s的沉積速率以在較短且較具成本效益的涂覆輪次(run)中實(shí)現(xiàn)較厚的涂層。

第二保護(hù)層可以是符合以下各項(xiàng)的薄膜保護(hù)層：可以是共形性非常好的，可以是厚度均勻的，并且可具有至此薄膜保護(hù)層沉積在其上的的材料的良好附著。在一個(gè)實(shí)施例中，第二保護(hù)層具有低于1000微米的厚度。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，第二保護(hù)層具有5-50微米的厚度。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，第二保護(hù)層具有低于20微米的厚度。

在框625處，進(jìn)行關(guān)于是否將沉積任何附加的保護(hù)層(例如，任何附加的薄膜保護(hù)層)的判定。如果將沉積附加的保護(hù)層，則工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行至框630。在框630處，使用IAD在第二保護(hù)層上方形成另一保護(hù)層。

在一個(gè)實(shí)施例中，另一保護(hù)層由與第二保護(hù)層的陶瓷的不同陶瓷構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，另一保護(hù)層是以下各項(xiàng)中的一者：Y₃Al₆O₁₂、Y₄Al₂O₉、Er₂O₃、Gd₂O₃、Er₃Al₆O₁₂、Gd₃Al₆O₁₂、YF₃或Y₄Al₂O₉與Y₂O₃-ZrO₂的固體-溶液的陶瓷化合物。

在另一實(shí)施例中，另一保護(hù)層由與第二保護(hù)層的陶瓷相同的陶瓷構(gòu)成。例如，在第二保護(hù)層形成之后，可將掩模放置在基座上方。此掩?？删哂虚_口，在所述開口處，特征(諸如凸臺(tái)與密封)將形成于基座上(例如，在基座中的凹部中)。隨后，可沉積附加的保護(hù)層以形成這些特征。在一個(gè)實(shí)施例中，特征(例如，凸臺(tái))具有10-20微米的高度。

方法隨后返回框625。如果在框625處，沒有附加的薄膜保護(hù)層將被施加，則工藝結(jié)束。

圖7A描繪適用于利用高能微粒的各種沉積技術(shù)(諸如，離子輔助沉積(IAD))的沉積機(jī)制。示例性IAD方法包括并入離子轟擊的沉積工藝，諸如，在離子轟擊存在的情況下的蒸鍍(諸如，活性反應(yīng)蒸鍍(activated reactive evaporation,ARE)或EB-IAD)與濺射(例如，IBS-IAD)以形成本文所述的耐等離子體的涂層?？稍诜磻?yīng)性氣體物質(zhì)(諸如，O₂、N₂、鹵素等)存在的情況下執(zhí)行IAD方法中的任一種。

如圖所示，通過在高能微粒703(例如，離子)存在的情況下累積沉積材料702來形成薄膜保護(hù)層715。沉積材料702包括原子、離子、自由基或上述各項(xiàng)的混合物。高能微粒703在薄膜保護(hù)層715形成時(shí)撞擊并壓緊薄膜保護(hù)層715。

在一個(gè)實(shí)施例中，如先前在本文中別處所述，利用IAD來形成薄膜保護(hù)層715。圖7B描繪IAD沉積設(shè)備的示意圖。如圖所示，材料源752(也稱為靶材主體)提供沉積材料702的通量，同時(shí)高能微粒源755提供高能微粒703的通量，這兩者貫穿IAD工藝撞擊在制品750上。高能微粒源755可以是氧或其他離子源。高能微粒源755也可提供其他類型的高能微粒，諸如，來自微粒生成源(諸如，來自等離子體、反應(yīng)性氣體或來自提供沉積材料的材料源)的惰性自由基、中子原子和納米尺寸的微粒。用于提供沉積材料702的材料源(例如，靶材主體)752可以是對(duì)應(yīng)于將構(gòu)成薄膜保護(hù)層715的相同陶瓷的塊狀燒結(jié)陶瓷。例如，材料源可以是塊狀燒結(jié)的陶瓷化合物主題，或塊狀燒結(jié)的YAG、Er₂O₃、Gd₂O₃、Er₃Al₅O₁₂、YF₃或Gd₃Al₅O₁₂。IAD可利用一個(gè)或多個(gè)等離子體或射束來提供材料源與高能離子源?；蛘?，材料源可以是金屬。

也可在沉積耐等離子體的涂層期間提供反應(yīng)性物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，高能微粒703包括非反應(yīng)性物質(zhì)(例如，Ar)或反應(yīng)性物質(zhì)(例如，O)中的至少一者。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，在形成耐等離子體涂層期間，也可引入反應(yīng)性物質(zhì)(諸如，CO與鹵素(Cl、F、Br等)，以進(jìn)一步增加選擇性地去除最弱地接合至薄膜保護(hù)層715的所沉積材料的傾向。

利用IAD工藝，可獨(dú)立于其他沉積參數(shù)、通過高能離子(或其他微粒)源755來控制高能微粒703?？烧{(diào)整高能離子通量的能量(例如，速度)、密度與入射角來控制薄膜保護(hù)層的組成、結(jié)構(gòu)、結(jié)晶取向與晶粒尺寸。可調(diào)整的附加參數(shù)是沉積期間制品的溫度以及沉積的持續(xù)時(shí)間。

使用離子輔助能量來使涂層致密，并且加速材料在基板的表面上的沉積?？墒褂秒x子源的電壓與電流兩者來改變離子輔助能量?？烧{(diào)整電壓與電流以實(shí)現(xiàn)高涂層密度與低涂層密度，以操控涂層的應(yīng)力以及涂層的結(jié)晶度。離子輔助能量的范圍為約50-500V以及約1-50安培(A)。也可利用離子輔助能量以刻意地改變涂層的化學(xué)計(jì)量。例如，可在沉積期間應(yīng)用金屬靶材，并將此金屬靶材轉(zhuǎn)化成金屬氧化物。

可通過使用加熱器來加熱沉積腔室和/或基板并通過調(diào)整沉積速率來控制涂層溫度。沉積期間的基板(制品)溫度可粗略地分成低溫(約為120-150℃，在一個(gè)實(shí)施例中為典型的室溫)與高溫(在一個(gè)實(shí)施例中，約為270℃或更高)。在一個(gè)實(shí)施例中，使用約300℃的沉積溫度。或者，可使用較高(例如，高達(dá)450℃)或較低(例如，低至室溫)的沉積溫度?？墒褂贸练e溫度來調(diào)整膜應(yīng)力、結(jié)晶度與其他涂層性質(zhì)。

工作距離使電子束(或離子束)槍與基板之間的距離?？筛淖児ぷ骶嚯x以實(shí)現(xiàn)具有最高均勻性的涂層。此外，工作距離可影響涂層的沉積速率與密度。

沉積角度是電子束(或離子束)與基板之間的角度?？赏ㄟ^改變基板的位置和/或取向來改變沉積角度。通過優(yōu)化沉積角度，可實(shí)現(xiàn)三維幾何結(jié)構(gòu)的均勻涂層。

EB-IAD與IBS-IAD沉積適用于廣泛范圍的表面條件。然而，優(yōu)選經(jīng)拋光的表面以實(shí)現(xiàn)均勻的涂層覆蓋?？墒褂酶鞣N固定裝置以在IAD沉積期間固持基板。

圖8闡釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例而形成的薄膜保護(hù)層的腐蝕速率。圖8示出薄膜保護(hù)層在暴露于NF₃等離子體化學(xué)物時(shí)的腐蝕速率。如圖所示，IAD沉積的薄膜保護(hù)層顯示出相比SiC的改善的腐蝕抗性。例如，SiC顯示出每射頻小時(shí)超過2.5μm(μm/RFHr)的腐蝕速率。相比之下，IAD沉積的EAG、YAG與YF₃薄膜保護(hù)層都顯示出低于0.2μm/RFHr的腐蝕速率。

前文描述陳述了眾多特定細(xì)節(jié)(諸如，特定系統(tǒng)、部件、方法等的實(shí)施例)以提供對(duì)本發(fā)明的若干實(shí)施例的良好理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，可在不具有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明的至少一些實(shí)施例。在其他實(shí)例中，未詳細(xì)地描述或僅以簡單的框圖格式呈現(xiàn)公知的部件或方法以避免不必要地使本發(fā)明含糊。因此，陳述的特定細(xì)節(jié)僅是示例性的。特定的實(shí)現(xiàn)方式可與這些示例性細(xì)節(jié)不同，并仍然被視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

本說明書通篇提及“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”意指結(jié)合該實(shí)施例所描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在說明書通篇不同地方出現(xiàn)短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”不一定全都是指相同的實(shí)施例。此外，術(shù)語“或”旨在意味著包括性的“或”而非排他性的“或”。當(dāng)本文中使用術(shù)語“約”或“大致”時(shí)，旨在意味著所呈現(xiàn)的標(biāo)稱值在±30％內(nèi)時(shí)精確的。

雖然以特定的順序示出并描述了本文中方法的操作，但是可改變每一個(gè)方法的操作順序，使得可逆序地執(zhí)行一些操作，或者使得可至少部分地與其他操作并發(fā)地執(zhí)行某些操作。在另一實(shí)施例中，不同操作的指令或子操作可以是間歇性和/或交替性方式的。

可理解，上文描述旨在是描述性而非限制性的。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀并理解了上述描述之后，許多其他實(shí)施例對(duì)于他們將是明顯的。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)參照所附權(quán)利要求書以及所附權(quán)利要求書被授予的等效方案的完整范圍來確定。