[发明专利]用于半导体应用的热喷涂层

说明书

发明领域

本发明涉及用于苛刻条件的热喷涂层，例如，在苛刻环境(例如，用于半导体器件制造的等离子体处理容器)中提供侵蚀隔离和腐蚀隔离保护的涂层等离子体。具体地讲，本发明涉及用于在苛刻条件下延长等离子体处理容器元件的使用寿命的涂层，例如，在半导体器件制造中使用的那些元件。本发明用于例如保护集成电路制造设备、内室元件和静电夹盘制造。

发明背景

热喷涂层可用于保护侵蚀和腐蚀环境中所用的设备和元件。在半导体晶片制造操作中，处理室的内部暴露于多种侵蚀和腐蚀或反应的环境，这些环境可源于腐蚀气体或其他反应物质，包括由工艺反应产生的自由基或副产物。例如，一般在半导体制造中用卤素化合物作为处理气体，卤素化合物如氯化物、氟化物或溴化物。卤素化合物可在半导体器件制造所用等离子体处理容器中离解成原子氯、氟或溴，从而使等离子体处理容器经受腐蚀环境。

另外，在半导体器件制造中使用的等离子体处理容器中，等离子体有助于形成精细分散固体颗粒，也有助于离子轰击，两者均可导致侵蚀损伤处理室和元件部分。

另外，蚀刻操作者进行更多“脏的”过程，因此，使处理室和元件部分所需的清洁过程的苛刻性增加。在处理室和元件部分清洁周期期间暴露于湿清洁溶液时，由等离子体处理室操作产生的副产物，如氯化物、氟化物和溴化物，可反应生成腐蚀物质，如HCl和HF。

需要耐侵蚀和耐腐蚀措施以保证处理室和元件部分的处理性能和耐用性。在本领域需要提供改进的耐侵蚀和耐腐蚀涂层，特别是陶瓷氧化物涂层，例如，锆氧化物(氧化锆)、钇氧化物(氧化钇)和铝氧化物(氧化铝)，以降低工艺试剂的腐蚀侵蚀水平。具体地讲，在本领域需要改善涂层性质，以在半导体器件制造所用等离子体处理容器中提供热喷涂的设备和元件的耐腐蚀性和耐侵蚀性。

发明概述

本发明涉及金属或非金属基材上的热喷涂层，所述热喷涂层包含部分或完全稳定化的陶瓷涂层，例如，氧化钇稳定化的氧化锆涂层，其中所述部分或完全稳定化的陶瓷涂层具有足够高热力学相稳定性，以对所述基材提供耐腐蚀性和/或耐侵蚀性，其中所述部分或完全稳定化的陶瓷涂层具有在暴露于标准基于CF₄/O₂的等离子体干燥清洁条件100小时后约0至约40微米的涂层侵蚀率。

本发明还涉及保护金属或非金属基材的方法，所述方法包括将热喷涂层施加到所述金属或非金属基材，所述热喷涂层包含部分或完全稳定化的陶瓷涂层，例如，氧化钇稳定化的氧化锆涂层，其中所述部分或完全稳定化的陶瓷涂层具有足够高热力学相稳定性，以对所述基材提供耐腐蚀性和/或耐侵蚀性，其中所述部分或完全稳定化的陶瓷涂层具有在暴露于标准基于CF₄/O₂的等离子体干燥清洁条件100小时后约0至约40微米的涂层侵蚀率。

本发明还涉及用于等离子体处理容器的内部元件，所述内部元件包括金属或陶瓷基材和在其表面上的热喷涂层；所述热喷涂层包含部分或完全稳定化的陶瓷涂层，例如，氧化钇稳定化的氧化锆涂层，其中所述部分或完全稳定化的陶瓷涂层具有足够高热力学相稳定性，以对所述基材提供耐腐蚀性和/或耐侵蚀性，其中所述部分或完全稳定化的陶瓷涂层具有在暴露于标准基于CF₄/O₂的等离子体干燥清洁条件100小时后约0至约40微米的涂层侵蚀率。

本发明还涉及制造用于等离子体处理容器的内部元件的方法，所述方法包括将热喷涂层施加到所述内部元件，所述热喷涂层包含部分或完全稳定化的陶瓷涂层，例如，氧化钇稳定化的氧化锆涂层，其中所述部分或完全稳定化的陶瓷涂层具有足够高热力学相稳定性，以对所述内部元件提供耐腐蚀性和/或耐侵蚀性，其中所述部分或完全稳定化的陶瓷涂层具有在暴露于标准基于CF₄/O₂的等离子体干燥清洁条件100小时后约0至约40微米的涂层侵蚀率。