特許 7366234 処理チャンバ部品のための保護用多層コーティング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-12

(45)【発行日】2023-10-20

(54)【発明の名称】処理チャンバ部品のための保護用多層コーティング

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/34 20060101AFI20231013BHJP

   C23C 16/40 20060101ALI20231013BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20231013BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20231013BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20231013BHJP

【ＦＩ】

C23C16/34

C23C16/40

H01L21/302 101H

H01L21/205

H01L21/31 C

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2022507807

(86)(22)【出願日】2020-06-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-10-14

(86)【国際出願番号】 US2020038873

(87)【国際公開番号】W WO2021029970

(87)【国際公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-04-01

(31)【優先権主張番号】201941032296

(32)【優先日】2019-08-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】バジャージ， ギーティカ

(72)【発明者】

【氏名】パリーク， ヨギタ

(72)【発明者】

【氏名】タカレ， ダルシャン

(72)【発明者】

【氏名】ゴラディア， プレルナ ソンサリア

(72)【発明者】

【氏名】カダム， アンクル

(72)【発明者】

【氏名】パプケ， ケヴィン エー．

【審査官】今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１９－５２２１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９０９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７２３５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １６／３４

Ｃ２３Ｃ １６／４０

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ処理チャンバに用いられるチャンバ部品であって、
金属合金またはセラミックを含む表面を有するチャンバ部品と、
前記チャンバ部品の前記表面上に堆積された保護用コーティングと
を含み、前記保護用コーティングは、
約１０ｎｍと約２００ｎｍとの間の厚さを有する金属窒化物層と、
前記金属窒化物層上に堆積され、約１ｎｍと約１μｍとの間の厚さを有する酸化物層と、
約０．５ｎｍと約１０ｎｍとの間の厚さを有する酸素窒化物中間層と
を含み、
前記金属窒化物層および前記酸化物層は、ＡＬＤプロセスによって前記チャンバ部品の前記表面上に堆積された、チャンバ部品。

【請求項2】

約１ｎｍと約１００ｎｍとの間の厚さを有するオキシフッ化物層を更に含む、請求項１に記載のチャンバ部品。

【請求項3】

前記金属窒化物層が、窒化アルミニウム、窒化チタン、および、窒化タンタルのうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載のチャンバ部品。

【請求項4】

前記酸化物層が、酸化アルミニウム、酸化ランタン、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、または、酸化チタンのうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載のチャンバ部品。

【請求項5】

前記保護用コーティングは、約１ｎｍと約１５００ｎｍとの間の厚さを有する、請求項１に記載のチャンバ部品。

【請求項6】

処理チャンバ部品上に金属窒化物層、酸化物層および酸素窒化物中間層を含むコーティングを形成する方法であって、
約１０ｎｍと約２００ｎｍとの間の厚さを有する金属窒化物層を、前記処理チャンバ部品の表面上にＡＬＤによって堆積させることと、
約１ｎｍと約１μｍとの間の厚さを有する酸化物層を前記金属窒化物層上にＡＬＤによって堆積させることと、
約２７５℃から約３７５℃の範囲内の温度に前記金属窒化物層および前記酸化物層をアニーリングして前記金属窒化物層および前記酸化物層の間に酸素窒化物中間層を形成することと
を含む、方法。

【請求項7】

前記金属窒化物層および前記酸化物層を堆積させる前に、前記処理チャンバ部品の前記表面を、約２００℃と約３００℃との間の温度まで加熱することを更に含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記金属窒化物層を堆積させることは、
金属含有種を含み約４０℃と約８０℃との間の温度まで加熱された第１の前駆体を、約１５０ｍｓと約８００ｍｓとの間の長さの時間の間、前記処理チャンバ内へ流し込むことと、
窒素含有種を含み約２０℃と約２５℃との間の温度まで加熱された第２の前駆体を、約２ｓと約２５ｓとの間の長さの時間の間、前記処理チャンバ内へ流し込むことと
を更に含む、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の前駆体が、ＴＢＴＤＥＴ、ＴＤＥＡＴ、ＴＤＭＡＴ、ＴＥＭＡＴ、ＴＭＡ、および、ＰＤＭＡＴを含むグループから選択される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記第２の前駆体が、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｈ_４、ＣＨ_３（ＮＨ）（ＮＨ_２）、Ｃ_２Ｈ_８Ｎ_２、Ｃ_４Ｈ_１２Ｎ_２、Ｃ_６Ｈ_８Ｎ_２、Ｃ_４Ｈ_８Ｎ_２、および、ＣＨ_３Ｎ_３を含むグループから選択される、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記処理チャンバ内へ前記第１の前駆体を流し込んだ後に、そして、前記処理チャンバ内へ前記第２の前駆体を流し込んだ後に、前記処理チャンバをパージすることを更に含む、請求項８に記載の方法。

【請求項12】

前記酸化物層を堆積させることは、
約４０℃と約８０℃との間の温度まで加熱された第３の前駆体を、約１５０ｍｓと約８００ｍｓとの間の長さの時間の間、前記処理チャンバ内へ流し込むことと、
酸素含有種を含み約２０℃と約２５℃との間の温度まで加熱された第４の前駆体を、約２ｓと約２５ｓとの間の長さの時間の間、前記処理チャンバ内へ流し込むことと
を更に含む、請求項６に記載の方法。

【請求項13】

前記第３の前駆体が、ＴＭＡ、ＴＤＥＡＴ、ＴＤＭＡＴ、ＴＤＭＡＨ、ＴＤＭＡＺ、［Ｃｅ（ｔｈｄ）_４］、［Ｃｅ（ｔｈｄ）_３ｐｈｅｎ］、［Ｃｅ（Ｃｐ）３］、［Ｃｅ（ＣｐＭｅ）３］、および、［Ｃｅ（ｉｐｒＣｐ）３］を含むグループから選択される、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記第４の前駆体が、Ｎ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ、および、ＣＯ_２を含むグループから選択される、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記酸化物層をフッ素含有ガスに曝し、前記酸化物層上にオキシフッ化物層を形成することを更に含む、請求項６に記載の方法。

【請求項16】

処理チャンバ内で使用するためのチャンバ部品上に金属窒化物層、酸化物層および酸素窒化物中間層を含むコーティングを形成する方法であって、
第１のＡＬＤプロセスによって処理チャンバ部品の表面上に金属窒化物層を堆積させることと、
第２のＡＬＤプロセスによって前記金属窒化物層上に酸化物層を堆積させることと、
約２７５℃から約３７５℃の範囲内の温度に前記金属窒化物層および前記酸化物層をアニーリングして前記金属窒化物層および前記酸化物層の間に酸素窒化物中間層を形成することと
を含み、
前記第１のＡＬＤプロセスは、
前記処理チャンバ部品の前記表面を約２００℃と約３００℃との間の温度まで加熱することと、
金属含有種を含み約４０℃と約８０℃との間の温度まで加熱された第１の前駆体を、約１５０ｍｓと約８００ｍｓとの間の長さの時間の間、前記処理チャンバ内へ流し込むことと、
窒素含有種を含み約２０℃と約２５℃との間の温度まで加熱された第２の前駆体を、約２ｓと約２５ｓとの間の長さの時間の間、前記処理チャンバ内へ流し込むことと
を含み、
前記第２のＡＬＤプロセスは、
約４０℃と約８０℃との間の温度まで加熱された第３の前駆体を、約１５０ｍｓと約８００ｓとの間の長さの時間の間、前記処理チャンバ内へ流し込むことと、
前記第２の前駆体は酸素含有種を含み、約２０℃と約２５℃との間の温度まで加熱された第４の前駆体を、約２ｓと約２５ｓとの間の長さの時間の間、前記処理チャンバ内へ流し込むことと
を含む、方法。

【請求項17】

前記第１の前駆体が、ＴＢＴＤＥＴ、ＴＤＥＡＴ、ＴＤＭＡＴ、ＴＥＭＡＴ、ＴＭＡ、および、ＰＤＭＡＴを含むグループから選択され、前記第２の前駆体が、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｈ_４、ＣＨ_３（ＮＨ）（ＮＨ_２）、Ｃ_２Ｈ_８Ｎ_２、Ｃ_４Ｈ_１２Ｎ_２、Ｃ_６Ｈ_８Ｎ_２、Ｃ_４Ｈ_８Ｎ_２、および、ＣＨ_３Ｎ_３を含むグループから選択される、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記第３の前駆体が、ＴＭＡ、ＴＤＥＡＴ、ＴＤＭＡＴ、ＴＤＭＡＨ、ＴＤＭＡＺ、［Ｃｅ（ｔｈｄ）_４］、［Ｃｅ（ｔｈｄ）_３ｐｈｅｎ］、［Ｃｅ（Ｃｐ）３］、［Ｃｅ（ＣｐＭｅ）３］、および、［Ｃｅ（ｉｐｒＣｐ）３］を含むグループから選択され、前記第４の前駆体が、Ｎ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ、および、ＣＯ_２を含むグループから選択される、請求項１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、一般に、保護用コーティングに関する。特に、本開示の実施形態は、半導体装置製造の分野で用いられる処理チャンバおよびチャンバ部品のための保護用多層スタックを形成するための方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

しばしば、半導体装置の処理設備およびその部品（例えば、処理チャンバ本体および処理チャンバ部品）は、金属合金またはセラミック材料によって形成される。そのような設備および部品のための材料は、望ましい機械的および化学的性質（すなわち、引張強さ、密度、延性、成形性、加工性、および、耐食性）を提供するように選択される。アルミニウム、炭素、鉄、シリコン、および、イットリウムの主要元素に加えて、とりわけ、処理チャンバ部品において利用される材料は、典型的には、コバルト、銅、クロム、マグネシウム、マンガン、ニッケル、スズ、タングステン、亜鉛、および、それらの組み合わせのような添加元素を含む。これらの添加元素は、結果として得られる設備または部品の機械的および／または化学的性質を望まれるように改善するように選ばれる。

【0003】

残念なことに、半導体基板処理（例えば、シリコンウエハ処理）の間、添加元素は、処理チャンバまたは処理チャンバ部品の表面から他の表面に望ましくなく移動する可能性がある。例えば、微量金属が処理チャンバ内で処理されている基板の表面に移動し、結果として基板表面上の微量金属汚染となる。微量金属汚染は、基板の上に形成される電子デバイス（例えば、半導体装置）に有害であり、しばしば装置を機能しなくし、装置性能の低下の一因となり、かつ／または、その使用可能な寿命を短縮する。

【0004】

処理チャンバおよび処理チャンバ部品の表面からの元素の移動または浸出を防止する従来の方法は、それらの表面をバリア層でコーティングすることを含む。しばしば、そのような表面上に形成されるバリア層は、基板処理の間に処理チャンバ内に存在する環境の反応性または腐食性のために、処理チャンバまたは処理チャンバ部品の有効寿命が終わるかなり前に腐食する傾向がある。バリア層の腐食は、処理チャンバ内で望ましくない粒子を形成して、バリア層の下の設備または部品の表面を望ましくなく露出させる。上述の微量金属のように、上記の粒子は、基板表面に移動する可能性があり、基板上に形成される装置を、それらの装置の意図された目的に適合しなくする場合がある。

【0005】

したがって、処理チャンバ表面および処理チャンバ部品のための改善された保護用コーティング、および、その保護用コーティングを形成する方法が当該技術分野において必要である。

【発明の概要】

【0006】

本開示は、一般に、処理チャンバ表面および処理チャンバ部品のための保護用コーティング、および、その保護用コーティングを形成する方法に関する。

【0007】

１つの実施形態においては、プラズマ処理チャンバに用いられるチャンバ部品が提供される。チャンバ部品は、金属合金またはセラミックによって形成される表面、および、その表面上に堆積されたコーティングを含む。更に、コーティングは、金属窒化物層、および、この金属窒化物層上に堆積された酸化物層を含む。

【0008】

１つの実施形態においては、処理部品が設けられている。この処理部品は、金属合金またはセラミックにより形成される基材、基材に堆積された金属窒化物層、金属窒化物層上に堆積されている酸素窒化物層、および、この酸素窒化物中間層上に堆積されている酸化物層を含む。

【0009】

１つの実施形態においては、チャンバ部品上にコーティングを形成する方法が提供される。この方法は、チャンバ部品の表面上に金属窒化物層を堆積させること、および、酸化物層を金属窒化物層上に堆積させることを含む。

【0010】

本開示の前述の特徴が詳細に理解され得るように、（上に簡潔に要約された）本開示のより詳細な説明が複数の実施形態を参照して為され得る。実施形態の幾つかは添付の図面に図示される。しかしながら、添付の図面は代表的な実施形態のみを例示する。したがって、添付の図面は本開示の技術範囲の限定であるとみなされるべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態にも通じ得るものであることに留意されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本明細書において記述されている１つの実施形態による、代表的な処理チャンバの概略断面図である。

【図2A】本明細書において記述されている１つの実施形態による、保護用多層コーティングの概略断面図である。

【図2B】本明細書において記述されている１つの実施形態による、保護用多層コーティングの概略断面図である。

【図3】本明細書において記述されている１つの実施形態による、保護用多層コーティングを基材上に堆積させる方法のフローダイアグラムである。

【図4】本明細書において記述されている１つの実施形態による、保護用多層コーティングを基材上に堆積させる方法のフローダイアグラムである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

理解を容易にするべく、複数の図面に共通である同じ要素を示すために、可能な所では、同じ参照符号が使われている。１つの実施形態の要素および特徴は、更なる記述無しで他の実施形態に有益に組み入れられ得ると考えられる。

【0013】

本開示は、処理チャンバおよび処理チャンバ部品のための保護用多層コーティングに関する。１つの実施形態においては、多層保護用コーティングは、金属窒化物層、および、金属窒化物層の上に堆積された酸化物層を含む。１つの実施形態においては、多層保護用コーティングは、酸素窒化物中間層および／またはオキシフッ化物層を更に含む。多層保護用コーティングは、例えば、電子デバイス製造（例えば、半導体装置製造）の分野で用いられる処理チャンバまたは処理チャンバ部品のような、金属合金またはセラミックの基材上に形成され得る。１つの実施形態においては、金属窒化物層および酸化物層は、原子層堆積によって基材上に堆積される。

【0014】

図１は、１つの実施形態による、代表的な処理チャンバ、および、処理チャンバと共に利用され得る処理部品の例の概略断面図である。図１は、例えば、プラズマエンハンスト堆積チャンバ（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）およびプラズマエンハンストエッチングチャンバ（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｅｔｃｈ ｃｈａｍｂｅｒ）のような、高温処理チャンバによって利用される様々の処理部品を有する処理チャンバ１００を示す。しかしながら、本明細書において記述されている保護用多層コーティングが、熱抵抗の増加および拡散の減少が要求される、任意の処理チャンバ、処理部品、または、基材表面のために利用され得ることも更に考えられる。

【0015】

処理チャンバ１００は、少なくとも部分的に処理容積１１０を定める、チャンバリッド１０４、１つまたは複数の側壁１０６、および、チャンバ底部１０８を有するチャンバ本体１０２を含む。１つの実施形態においては、チャンバリッド１０４を通して配置された１つまたは複数の入口１１２を通して、あるいは、１つまたは複数の側壁１０６を貫通して配置された１つまたは複数のガス注入ポート１１４を通して、あるいは、それら両方を通して、処理ガスが処理容積１１０に放出される。幾つかの実施形態においては、チャンバリッド１０４はシャワーヘッド１１６に結合される。処理ガスを処理容積１１０内に一様に分散させるために、シャワーヘッド１１６は、シャワーヘッド１１６を貫通して配置された複数の開口１１８を有する。

【0016】

図１にて図示するように、処理チャンバ１００は、チャンバリッド１０４に近接して配置された誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）コイルアセンブリ１２０を含む。ＩＣＰコイルアセンブリ１２０は、ＲＦ出力ジェネレータ１２４によって駆動される１つまたは複数の誘導コイルアンテナ１２２を含む。ＩＣＰコイルアセンブリ１２０は、誘導コイルアンテナ１２２によって発生された電磁場を用いて、処理容積１１０に流れ込んだ処理ガスからプラズマ１２６を発生させ、維持させるために使用される。他の実施形態においては、処理チャンバ１００は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）アセンブリまたはマイクロ波プラズマジェネレータを含む。例えば、処理容積１１０内で容量結合プラズマを生成するために、ＲＦ出力ジェネレータ１２４はシャワーヘッド１１６に直接連結され得る。更に別の実施形態においては、処理容積１１０に放出される前に処理容積１１０から遠隔でプラズマを生成するために、処理チャンバ１００は遠隔プラズマ源（図示せず）を含む。

【0017】

１つの実施形態においては、処理容積１１０は、排気口１２８を通して真空源１６２（例えば、真空ポンプ）に連結される。真空源１６２は、処理容積１１０から（他のガスと共に）処理ガスを排出し、処理容積１１０を大気圧より低い圧力状態に維持するように設定される。基板支持体１３０は、処理容積１１０内に可動に配置され、更にチャンバ底部１０８の開口１３４を密封貫通して延長される支持シャフト１３２に連結される。１つの実施形態においては、支持シャフト１３２は、チャンバ底部１０８の下の領域においてベローズ（図示せず）によって囲まれている。更に、支持シャフト１３２は、処理容積１１０を通して支持シャフト１３２を、したがって、基板支持体１３０を駆動させるために、リフトサーボ１３６に連結される。１つの実施形態においては、１つまたは複数の側壁１０６のスリットバルブ１３８を通しての基板支持体１３０への／からの基板Ｗの移動を容易にするために、基板支持体１３０は、処理容積１１０内において第１の位置から第２の位置まで移動可能である。

【0018】

処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２の１つまたは複数の内表面１４２に沿って動径方向内側に配置された１つまたは複数の着脱可能なライナ１４０を含む。幾つかの実施形態においては、処理チャンバ１００は更に、１つまたは複数のシールド（例えば、第１のシールド１４４および第２のシールド１４６）を含む。図１に示されるように、第１のシールド１４４は、基板支持体１３０および支持シャフト１３２を取り囲み、第２のシールド１４６は、第１のシールド１４４の上方に、１つまたは複数の側壁１０６の動径方向内側に配置される。シールド１４４、１４６は、プラズマ１２６を処理容積１１０の所望領域に限定するために、または、処理容積１１０内の処理ガスのためのフロー経路を定めるために、または、それらの組み合わせのために利用され得る。幾つかの実施形態においては、上述の１つまたは複数の部品（例えば、チャンバ本体１０２、および、チャンバ本体１０２内に配置された、または、チャンバ本体１０２と共に利用される処理部品）は、金属合金またはセラミックにより形成され、（例えば、図２Ａおよび図２Ｂを参照して記述されるような）保護用多層コーティングを含む。

【0019】

図２Ａは、１つの実施形態により基材２０２の上に形成された保護用多層コーティング２００を例示する。保護用多層コーティング２００は、処理チャンバ（例えば、処理チャンバ１００）内に定期的に発生する反応性または腐食性の環境による攻撃に対する抵抗性を高めると共に、基材２０２からの微量金属の浸出を防ぐ。したがって、コーティングの下にある設備または部品の劣化、および、その設備または部品からの微量金属の浸出は、減らされ得るか、または、回避され得る。典型的に、基材２０２またはその表面は、セラミックまたは金属合金から形成される。例えば、基材２０２は、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、パイロリティックボロンナイトライド（ＰＢＮ）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等を含むことができる。他の例では、基材２０２は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、スズ（Ｓｎ）、および、亜鉛（Ｚｎ）を含むことができる。基材２０２は、任意のタイプの処理チャンバ設備またはその部品であり得る。基材２０２は、（リフトピン、ヒータ、静電チャック、エッジリング、ドーム、または、他の処理チャンバ部品と同様に）図１に記載されているものを含むが、これらに限定されるものではない。

【0020】

図２Ａに示されるように、保護用多層コーティング２００は、基材２０２上に堆積された金属窒化物層２１０、および、金属窒化物層２１０を覆って堆積された酸化物層２３０を含む。幾つかの実施形態においては、金属窒化物層２１０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等のうちの１つまたは複数を含む。幾つかの実施形態においては、酸化物層２３０は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）等のうちの１つまたは複数を含む。更なる実施形態においては、保護用多層コーティング２００は、金属窒化物層２１０と酸化物層２３０との間に形成される酸素窒化物中間層２２０を含む。酸素窒化物中間層２２０は、酸化物層２３０の形成の後に保護用多層コーティング２００をアニーリングすることによって形成され得、したがって、酸化物層２３０と金属窒化物層２１０との間に界面層を作る。

【0021】

保護用多層コーティング２００の個々の層は、一般に、約１ｎｍと約１５００ｎｍとの間の厚さを有する。例えば、金属窒化物層２１０は、約２５０ｎｍより小さい（例えば、約１ｎｍと約２２５ｎｍとの間の）第１の厚さＴ（１）を有する。幾つかの実施形態においては、金属窒化物層２１０の厚さＴ（１）は、約１０ｎｍと約２００ｎｍとの間にある。例えば、約２５ｎｍと約１７５ｎｍとの間、約４０ｎｍと約１６０ｎｍとの間、約５０ｎｍと約１５０ｎｍとの間、約７５ｎｍと約１２５ｎｍとの間、または、約９０ｎｍと約１１０ｎｍとの間にある。例えば、金属窒化物層２１０の厚さＴ（１）は約１００ｎｍである。１つの例においては、酸化物層２３０は、約１ｎｍと約１２５０ｎｍとの間（例えば、約１０ｎｍと約１０００ｎｍとの間）の第２の厚さＴ（２）を有する。幾つかの実施形態においては、酸化物層２３０の厚さＴ（２）は約２０ｎｍと約９００ｎｍとの間にある。例えば、約５０ｎｍと約８００ｎｍとの間、約１００ｎｍと約７００ｎｍとの間、約２００ｎｍと約６００ｎｍとの間、または、約３００ｎｍと約５００ｎｍとの間にある。例えば、酸化物層２３０の厚さＴ（２）は約４００ｎｍである。更なる１つの実施形態においては、酸素窒化物中間層２２０は、約０．５ｎｍと約１０ｎｍとの間（例えば、約１ｎｍと約８ｎｍとの間）の第３の厚さＴ（３）を有する。例えば、酸素窒化物中間層２２０は、約２ｎｍと約６ｎｍとの間（例えば、約４ｎｍ）の第３の厚さＴ（３）を有する。

【0022】

図２Ｂは、基材２０２（例えば、上の図１に記載されている処理部品）上に１つの実施形態により形成される保護用多層コーティング２０１を示す。ここで、保護用多層コーティング２０１は、図２Ａに記載されている金属窒化物層２１０および酸化物層２３０を含む。保護用多層コーティング２０１は、酸化物層２３０上に堆積されたオプションのオキシフッ化物層２４０を更に含み、保護用多層コーティング２０１の耐食性を改善する。オキシフッ化物層２４０は、酸化物層２３０の形成の後で酸化物層２３０をフッ素化させることによって形成される。例えば、オキシフッ化物層２４０は、一定の時間の間、高温で、堆積された酸化物層２３０の表面をフッ素含有ガス（例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）、三フッ化窒素（ＮＦ_３）、フッ素（Ｆ_２）、ＮＦ_３プラズマ、Ｆラジカル等）に曝すことによって形成される。上記一定の時間は、幾つかの実施形態では、約０．１から２４時間でもよい。１つの例においては、オキシフッ化物層２４０は、約１ｎｍと約１００ｎｍとの間（例えば、約１０ｎｍと約８０ｎｍとの間）の第４の厚さＴ（４）を有する。例えば、酸素窒化物中間層２２０は、約２０ｎｍと約７０ｎｍとの間（例えば、約３０ｎｍと約６０ｎｍとの間、例えば、約４０ｎｍと約５０ｎｍとの間）の第３の厚さＴ（３）を有する。

【0023】

図３は、１つの実施形態により処理チャンバ内で保護用多層コーティングを基材上に堆積させる方法３００を記載するフローダイアグラムである。方法３００は、複数の処理部品（例えば、図１に記載されているような、チャンバ本体１０２、および、チャンバ本体１０２と共に利用される処理部品）のうちの任意の１つ、または、任意の組み合わせの上に、図２Ａおよび図２Ｂに記載した保護用多層コーティングのうちの任意の１つ、または、任意の組み合わせを形成するために用いられ得る。

【0024】

オペレーション３１０において、方法３００は、金属窒化物層を基材上に堆積させることを含む。金属窒化物層は金属窒化物層２１０でもよく、基材は基材２０２でもよい。１つの例においては、金属窒化物層は、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化タンタル等のうちの１つまたは複数を含むことができる。幾つかの実施形態においては、金属窒化物層２１０は、高温の蒸着およびスパッタリングを含むコーティングプロセス（原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、プラズマＰＶＤ（ＰＥＰＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、ハイブリッドＣＶＤ、電子ビーム蒸着、または、処理設備、または、その処理部品上にコーティングを堆積させるための他の適切な方法）を用いて堆積される。

【0025】

１つの実施形態においては、金属窒化物層は、上記基材を、第１の前駆体および第２の前駆体に交互に曝すことを含むＡＬＤプロセスを使用して堆積される。例えば、第１の前駆体は金属含有前駆体で、第２の前駆体は窒素含有前駆体である。基材が非平面状の表面形状を呈する場合、ＡＬＤプロセスの共形性の結果としてＡＬＤプロセスは有利に実行され得る。ＡＬＤプロセスは、実質的に平面状の表面上の堆積にも適している。

【0026】

１つの実施形態においては、第１の前駆体は、（例えば、アルミニウム、チタン、タンタル等の）金属の窒化物フィルムを形成するための任意の適切な金属含有前駆体を含む。幾つかの実施形態においては、第１の金属含有前駆体は、（ｔｅｒｔ－ブチルイミド）トリス（ジエチルアミド）タンタル（ＴＢＴＤＥＴ）、テトラキス（ジエチルアミド）チタン（ＴＤＥＡＴ）、テトラキス（ジメチルアミノ）チタン（ＴＤＭＡＴ）、テトラキス(エチルメチルアミド)チタン（ＴＥＭＡＴ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ペンタキス（ジメチルアミノ）タンタル（Ｖ）（ＰＤＭＡＴ）、および、それらの組み合わせを含むグループから選択される。幾つかの実施形態においては、金属含有前駆体はフッ素を含有しない。適切な第２の前駆体の例は、窒素含有前駆体（例えば、アンモニア（ＮＨ_３）、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）、メチルヒドラジン（ＣＨ_３（ＮＨ）ＮＨ_２）、ジメチルヒドラジン（Ｃ_２Ｈ_８Ｎ_２）、T-ブチルヒドラジン（Ｃ_４Ｈ_１２Ｎ_２）、フェニルヒドラジン（Ｃ_６Ｈ_８Ｎ_２）、アゾイソブタン（Ｃ_４Ｈ_８Ｎ_２）、アジ化エチル（ＣＨ_３Ｎ_３）、および、それらの組み合わせ）を含む。

【0027】

ＡＬＤプロセスによって金属窒化物層２１０が堆積される幾つかの実施形態において、金属窒化物層２１０の堆積の前に基材２０２は加熱される。例えば、基材２０２は、約１００℃から約４００℃までの範囲内（例えば、約２００℃と約３００℃との間）の温度（例えば、約２５０℃）まで加熱される。金属窒化物層２１０の堆積の間、処理チャンバは、約２００℃から約３５０℃までの範囲内（例えば、約２２５℃と約３２５℃との間）の温度（例えば、約２７５℃）まで加熱される。熱式ＡＬＤプロセスのためには、処理チャンバは、約３００℃と約３５０℃との間の温度（例えば、約３２５℃）に維持され得る。プラズマＡＬＤプロセスのためには、処理チャンバは、約２００℃と約２７５℃との間の温度（例えば、約２５０℃）に維持され得る。

【0028】

金属窒化物層のための第１の前駆体は、約２００ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍまでの範囲内の流量（例えば、約４００ｓｃｃｍと約８００ｓｃｃｍとの間の流量）で処理チャンバ内に流し込まれる。幾つかの実施形態においては、第１の前駆体は、キャリアガス（例えば、窒素のような不活性ガス）によって処理チャンバ内へ導入される。更に、第１の前駆体は、処理チャンバ内に間欠的に導入され得る。本明細書において用いられる「間欠的」という用語は、断続的に、または、非連続的に処理チャンバの反応ゾーンに導入される特定の化合物の量に関するものであることを意図する。第１の前駆体の間欠的導入の結果として、基材上には、第１の前駆体の単層が形成され得る。幾つかの実施形態においては、第１の前駆体は、約１００ｍｓから約１０ｓまでの範囲内（例えば、約１５０ｍｓと約８００ｍｓとの間、例えば、約２００ｍｓと約２５０ｍｓとの間）の持続時間の間、処理チャンバ内に間欠的に導入される。第１の前駆体は、処理チャンバ内へ流し込まれる前に、約２５℃と約１２５℃との間の温度まで加熱され得る。例えば、第１の前駆体は、約４０℃と約８０℃との間の温度（例えば、約６５℃）まで加熱され得る。

【0029】

処理チャンバ内へ第１の前駆体を流し込んだ後に、処理チャンバ内に残留する全ての第１の前駆体を除去するために第１のパージプロセスが実行され得る。第１のパージプロセスは、約５００ｍｓと約１０ｓとの間（例えば、約１ｓと約５ｓとの間）の持続時間（例えば、約３ｓ）の間に処理チャンバ内へパージガス（例えば、アルゴンまたは窒素ガス）を間欠的に導入することを含むことができる。

【0030】

それから、第２の前駆体（例えば、窒素含有前駆体）が、約１５０ｍｓと約３０ｓとの間（例えば、約２ｓと約２５ｓとの間）の持続時間（例えば、約１０ｓ）の間に処理チャンバ内へ間欠的に導入される。第２の前駆体は、約５０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍまでの範囲内（例えば、約２００ｓｃｃｍと約８００ｓｃｃｍとの間）の流量で処理チャンバ内へ流し込まれる。第２の前駆体は、処理チャンバ内へ流し込まれる前に、略室温まで加熱され得る。例えば、第２の前駆体は、約２０℃と約２５℃との間の温度まで加熱され得る。幾つかの実施形態においては、窒素含有の第２の前駆体が処理チャンバ内に流されている間に、処理チャンバ内でプラズマが発生される。プラズマは、プラズマジェネレータ（例えば、図１を参照して記載されているＩＣＰコイルアセンブリ１２０またはＣＣＰアセンブリ）にＲＦ電力を印加することによって発生し得る。例えば、ＮＨ_３プラズマＲＦジェネレータは、１３．５６ＭＨｚとの間の周波数で約１００Ｗから約３００Ｗまでの間（例えば、約２００Ｗ）のＲＦ電力をＩＣＰコイルアセンブリまたはＣＣＰアセンブリに印加し得る。

【0031】

第２の前駆体の間欠的導入の後に第２のパージプロセスが実行され得る。第２のパージプロセスは、処理チャンバ内に残留する全ての第２の前駆体を除去するために実行され得る。第１のパージプロセスと同様に、第２のパージプロセスは、約５００ｍｓと約６０ｓとの間（例えば、約１ｓと約３０ｓとの間）の持続時間（例えば、約１５ｓ）の間に処理チャンバ内へパージガス（例えば、アルゴン）を間欠的に導入することを含むことができる。

【0032】

第１の前駆体および第２の前駆体の処理チャンバ内への間欠的導入は、１つのサイクルであり得、このサイクルは、処理チャンバ内へ第１の前駆体を流し込んだ後に、そして、処理チャンバ内へ第２の前駆体を流し込んだ後に、第１および第２のパージプロセスを含むことができる。上記サイクルは、金属窒化物層を成長させるために繰り返される。サイクルの数は、最終的な金属窒化物層の所望の厚さに基づく。金属窒化物層の成長速度は、１サイクルにつき約０．２Ａから約２Ａの範囲であり得る。例えば、金属窒化物層の成長速度は、利用される前駆体物質により、１サイクルにつき約１Ａである場合もある。金属窒化物層の最終厚さは、約５ｎｍと約２５０ｎｍとの間（例えば、約１０ｎｍと約２００ｎｍとの間）であり得る。金属窒化物層の最終厚さは、例えば、約２５ｎｍと約１７５ｎｍとの間（例えば、約５０ｎｍと約１５０ｎｍとの間、約７５ｎｍと約１２５ｎｍとの間、約９０ｎｍと約１１０ｎｍとの間）であり、例えば、約１００ｎｍである。

【0033】

オペレーション３２０において、方法３００は、酸化物層を金属窒化物層上に堆積させることを含む。酸化物層は、図２Ａまたは図２Ｂにおいて示される酸化物層２３０でもよい。１つの例においては、酸化物層２３０は、酸化アルミニウム、酸化ランタン、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム等のうちの１つまたは複数を含むことができる。幾つかの実施形態においては、酸化物層２３０は、高温の蒸着およびスパッタリングを含む金属窒化物層２１０の方法と同様の方法を利用して堆積させる。例えば、酸化物層２３０は、ＡＬＤ、ＰＥＡＬＤ、ＰＶＤ、ＰＥＰＶＤ、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ハイブリッドＣＶＤ、電子ビーム蒸着、または、処理設備またはその処理部品上にコーティングを堆積させるための他の適切な方法によって堆積され得る。

【0034】

１つの実施形態においては、酸化物層は、前述のように金属窒化物を形成するために利用されるＡＬＤプロセスと同様に、基材を第３の前駆体および第４の前駆体に交互に曝すことを含むＡＬＤプロセスを使用して堆積される。例えば、第３の前駆体は金属またはセラミック含有前駆体であり、第４の前駆体は酸素含有前駆体である。第３の前駆体は、上記酸化皮膜を形成するための任意の適切な金属前駆体（例えば、ＴＭＡ、ＴＤＥＡＴ、ＴＤＭＡＴ、テトラキス（ジメチルアミド）ハフニウム（Ｈｆ（ＮＭｅ２）４）（ＴＤＭＡＨ）、テトラキス（ジメチルアミド）ジルコニウム（Ｚｒ（ＮＭｅ２）４）（ＴＤＭＡＺ）、［Ｃｅ（ｔｈｄ）_４］、［Ｃｅ（ｔｈｄ）_３ｐｈｅｎ］、［Ｃｅ（Ｃｐ）３］、［Ｃｅ（ＣｐＭｅ）３］、［Ｃｅ（ｉｐｒＣｐ）３］、および、それらの組み合わせ）を含む。適切な第４の前駆体の例は、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、酸素（Ｏ_２）、オゾン（Ｏ_３）、蒸気（Ｈ_２Ｏ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）等のような酸素含有前駆体を含む。

【0035】

その上に堆積された金属窒化物層を既に有する基材は、酸化物層の堆積の前に加熱され得る。例えば、その上に形成された金属窒化物層２１０を有する基材２０２は、約１００℃と約４００℃との間（例えば、約１５０℃と約３５０℃との間、例えば、約２００℃と約３００℃との間）の温度まで加熱される。酸化物層２３０の堆積の間に、処理チャンバは、約１５０℃から約３００℃までの範囲内（例えば、約１７５℃と約２７５℃との間）の温度（例えば、２００℃）まで加熱される。

【0036】

第３の前駆体は、約２００ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲の流量（例えば、約４００ｓｃｃｍと約８００ｓｃｃｍとの間の流量）で処理チャンバ内へ流し込まれる。幾つかの実施形態においては、第３の前駆体は、キャリアガス（例えば、窒素のような不活性ガス）によって処理チャンバ内へ導入される。幾つかの実施形態においては、酸化物層の形成のために利用される第３の前駆体は、約１００ｍｓから約１０ｓまでの範囲内（例えば、約１５０ｍｓと約８００ｍｓとの間、例えば、約２００ｍｓと約２５０ｍｓとの間）の持続時間の間、処理チャンバ内に間欠的に導入され得る。第３の前駆体は、処理チャンバ内へ流し込まれる前に、約２５℃と約１２５℃との間の温度まで加熱され得る。例えば、第３の前駆体は、約４０℃と約８０℃との間の温度（例えば、約６５℃）まで加熱され得る。

【0037】

処理チャンバ内へ第３の前駆体を流し込んだ後に、処理チャンバ内に残留する全ての第３の前駆体を除去するために第３のパージプロセスが実行され得る。第１および第２のパージプロセスと同様に、第３のパージプロセスは、約５００ｍｓと約１０ｓとの間（例えば、約１ｓと約５ｓとの間）の持続時間（例えば、約３ｓ）の間に処理チャンバ内へパージガスを間欠的に導入することを含むことができる。

【0038】

それから、第４の前駆体（例えば、酸素含有前駆体）が、約１５０ｍｓと約３０ｓとの間（例えば、約２ｓと約２５ｓとの間）の持続時間（例えば、約１０ｓ）の間に処理チャンバ内へ間欠的に導入される。第４の前駆体は、約５０ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍとの間（例えば、約２００ｓｃｃｍと約８００ｓｃｃｍとの間）の流量で処理チャンバ内へ流し込まれる。第２の窒素含有前駆体と同様に、第４の酸素含有前駆体は、処理チャンバ内へ流し込まれる前に、略室温（例えば、約２０℃と約２５℃との間）の温度まで加熱され得る。

【0039】

第４の前駆体の間欠的導入の後に、処理チャンバ内に残留する全ての第４の前駆体を除去するために、第４のパージプロセスが実行され得る。先のパージプロセスと同様に、第４のパージプロセスは、約５００ｍｓと約６０ｓとの間（例えば、約１ｓと約３０ｓとの間）の持続時間（例えば、約１５ｓ）の間に処理チャンバ内へパージガスを間欠的に導入することを含むことができる。

【0040】

第３の前駆体および第４の前駆体の処理チャンバ内への間欠的導入は、１つのサイクルであり得、このサイクルは、処理チャンバ内へ第３の前駆体を流し込んだ後に、そして、処理チャンバ内へ第４の前駆体を流し込んだ後に、第３および第４のパージプロセスを含むことができる。上記サイクルは、酸化物層を成長させるために繰り返される。サイクルの数は、最終的な酸化物層の所望の厚さに基づく。サイクル当たりの成長速度は、第３および第４の前駆体のために用いられる材料により、１サイクルにつき約０．２Ａから約２Ａの範囲であり得る。酸化物層の最終厚さは、約１０ｎｍと約１μｍとの間（例えば、約１００ｎｍと約７５０ｎｍとの間）であり得る。金属窒化物層の最終厚さは、例えば、約１５０ｎｍと約７００ｎｍとの間（例えば、約２００ｎｍと約６００ｎｍとの間、約３００ｎｍと約５００ｎｍとの間、約３５０ｎｍと約４５０ｎｍとの間）であり、例えば、約４００ｎｍである。

【0041】

オペレーション３３０において、方法３００は、金属窒化物層およびその上に形成された酸化物層を有する基材（例えば、金属窒化物層２１０およびその上に形成された酸化物層２３０を有する基材２０２）をアニーリングすることをオプションとして含む。１つの実施形態においては、基材２０２は、約２００℃を超える温度を有する加熱プロセスに曝される。例えば、基材２０２は、約２７５℃から約３７５℃の範囲内（例えば、約３００℃と約３５０℃との間）の温度（例えば、約３２５℃）に加熱される。オペレーション３３０の基材２０２のアニーリングは、金属窒化物層と酸化物層との間に酸素窒化物中間層（例えば、酸素窒化物中間層２２０）を形成する。これにより、保護用多層コーティングの性能および抵抗が更に改善される。

【0042】

図４は、１つの実施形態により処理チャンバ内で保護用多層コーティングを基材上に堆積させる方法４００を記載するフローダイアグラムである。方法４００は、複数の処理部品（例えば、図１に記載されているような、チャンバ本体１０２、および、チャンバ本体１０２と共に利用される処理部品）のうちの任意の１つ、または、任意の組み合わせの上に、図２Ａおよび図２Ｂに記載した保護用多層コーティングのうちの任意の１つ、または、任意の組み合わせを形成するために用いられ得る。

【0043】

オペレーション４１０および４２０は、オペレーション３１０および３２０と実質的に同様であり、したがって、更に詳細に記述はしない。しかしながら、オペレーション４３０においては、方法３００とは異なり、方法４００は、金属窒化物層およびその上に形成された酸化物層を有する基材（例えば、金属窒化物層２１０およびその上に形成された酸化物層２３０を有する基材２０２）をフッ素化することをオプションとして含む。１つの実施形態においては、オキシフッ化物層（例えば、オキシフッ化物層２４０）は、酸化物層２３０をフッ化物処理用ガスまたはプラズマに曝して酸化物層２３０の上部を変化させることによって形成される。他の実施形態においては、オキシフッ化物層２４０は、基材２０２をフッ化物ＡＬＤプロセスに曝すことによって形成され、したがって、共形オキシフッ化物フィルムを酸化物層２３０上に堆積させる。オペレーション４３０のオキシフッ化物層２４０の形成は、保護用多層コーティングのパフォーマンスおよび耐食性を更に改善する。

【0044】

以上まとめると、本開示の保護用多層コーティングは、微量金属の浸出に抵抗し、かつ、半導体チャンバの処理環境における反応種による攻撃に（化学的にまたは物理的に）抵抗する。これにより、コーティング下の材料の劣化および腐食を減少させる。したがって、本明細書において開示される金属窒化物層および酸化物層は、熱バリアおよび拡散バリアとして機能することによって、処理チャンバ設備およびその部品の保護を改善する。

【0045】

以上の説明は本開示の実施形態に向けられたものであるが、本開示の他のそして更なる実施形態は、本開示の基本的な技術範囲を逸脱しない範囲で考案されることができ、本開示の技術範囲は以下に続く請求項によって決定される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】