粗糙化陶瓷表面的方法技術

本發(fā)明專利技術揭示了一種通過在陶瓷表面形成機械聯(lián)鎖而使陶瓷表面粗糙化的方法，其中機械聯(lián)鎖是通過化學蝕刻、熱蝕刻、或使用激光顯微機械加工法形成的。本發(fā)明專利技術還揭示了在半導體處理室中使用的部件（尤其是在ＰＶＤ室中使用的沉積環(huán)），這些部件具有至少一個已經在其上通過化學蝕刻、熱蝕刻、和激光顯微機械加工形成機械聯(lián)鎖的陶瓷表面。按照本發(fā)明專利技術的化學蝕刻法、熱蝕刻法、和激光顯微機械加工法粗糙化的陶瓷表面，與使用傳統(tǒng)噴砂技術粗糙化的陶瓷表面相比，脆性和損壞降低。本發(fā)明專利技術的方法產生了一種對上方犧牲層（例如鋁）有良好粘合性的粗糙化的陶瓷表面。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

技術介紹
1.專利
本專利技術涉及使陶瓷表面粗糙化以提高施加在陶瓷上的材料的粘附性的方法。本專利技術還涉及在半導體處理設備中使用的包括粗糙陶瓷表面的部件。2.
技術介紹
簡述在半導體設備制造中，物理氣相沉積法(PVD)是一種經常用來將一層材料沉積到襯底上的方法。附圖說明圖1表示一個PVD處理室100的截面示意圖。在PVD法中，使用一種等離子體(例如一種氬氣等離子體)將材料(例如銅或鉭)從靶102濺射到位于靜電夾盤106上方的半導體襯底104(通常是硅片)的表面上。夾盤106的長度超出半導體襯底104的外部邊緣，在夾盤106暴露的上表面上方設置有一個沉積環(huán)108以防止在夾盤上沉積材料。沉積環(huán)108通常由陶瓷材料(例如氧化鋁)制成，因而沉積環(huán)的線性熱膨脹要與靜電夾盤106的氧化鋁表面相同。蓋環(huán)110將沉積環(huán)108的外部邊緣包圍。蓋環(huán)110通常由一種金屬，例如鈦制成。在銅噴鍍工藝中，在襯底104上通常沉積一層鉭作為潤濕層以促進隨后的銅沉積。在鉭沉積過程中(同樣也在處理室加熱操作的過程中，這時鉭靶在處理室中)，將鉭濺射到沉積環(huán)108和襯底104上。使沉積環(huán)108的陶瓷表面粗糙化，從而使沉積的鉭粘附在沉積環(huán)108表面，且不會剝落并污染處理室。沉積環(huán)陶瓷表面的糙化通常是通過使用碳化硅粒子噴砂進行的。在沉積量變得過大而使鉭跨過緊鄰沉積環(huán)108的表面并在金屬蓋環(huán)110和半導體襯底102之間形成電路之前的某個時刻，必須從沉積環(huán)108中除去鉭沉積。然而，鉭對化學浸蝕具有很高的抵抗力，且不容易通過傳統(tǒng)方法去除。參照圖2A，一種用來去除鉭的方法包括在陶瓷沉積環(huán)202的粗糙化表面203上涂覆一層鋁204犧牲層。圖2B表示當在鋁犧牲層204上開始形成鉭層206時的陶瓷沉積環(huán)202的表面203。鋁層204可以輕易地溶解掉(例如，通過浸在酸浴中)，同時將覆在上面的沉積的鉭206與其一起除去(未表示出)。然而，如圖2C所示，當鉭層206在半導體處理過程中形成時，它會拉起下方的鋁犧牲層204，導致鋁層204與陶瓷沉積環(huán)202的表面203分離。這通常會導致鉭206和鋁204雙層的剝落。盡管目前還沒有充分理解這種破壞的本質，但初期觀察表明這種破壞是在鋁犧牲層204和陶瓷沉積環(huán)202之間的界面203附近而不是在鋁層的深處產生的。因此，相信在觀察到的破壞中，陶瓷的表面性能是起作用的主要因素。鋁層204與下方的陶瓷表面203的粘附力主要是由陶瓷基體的拉伸強度(它影響粘結強度)和陶瓷的表面形態(tài)(它影響表面粘附)決定的。通過金剛石工具研磨使陶瓷表面203粗糙化，被認為在陶瓷表面的最初幾微米處形成微裂紋205，由此降低陶瓷基體的拉伸強度，并增加陶瓷的脆性，當覆在上方的鋁犧牲層204在陶瓷沉積環(huán)202的表面上施加應力時，使陶瓷材料經受內聚力而斷裂。碳化硅噴砂被認為對陶瓷具有與金剛石工具研磨相似的效果，因為粗粒沖擊并且甚至嵌入陶瓷表面。因此，如圖2C所示，當鉭層206和鋁層204與陶瓷202分離時，由于鉭層206和鋁層204的牽引施加的拉力而在陶瓷沉積環(huán)202中產生的應力被認為進一步增加了微裂紋205的深度和廣度。需要一種使陶瓷表面糙化的方法，它能提高鋁犧牲層204在陶瓷沉積環(huán)202的表面203上的粘附性，同時使引發(fā)陶瓷表面裂紋或提高裂紋數(shù)量的破壞的種類減至最少。普遍認可的是，在一種脆性材料的表面或外層的尖銳凹角可能是應力條件下裂紋開始的部位。專利技術概述我們已經發(fā)現(xiàn)了一種使陶瓷表面糙化的方法，在該方法中，通過化學蝕刻、熱蝕刻、或使用激光顯微機械加工法在陶瓷表面(例如氧化鋁表面)形成機械聯(lián)鎖。本專利技術的方法形成有效糙化的陶瓷表面，它對上方的犧牲層(例如鋁)提供了良好的粘附性，同時使陶瓷表面的微裂紋和其它破壞減至最低。由于在陶瓷和上方的、通常為犧牲金屬保護層之間基本上沒有化學成鍵，本專利技術的方法通過擴大陶瓷表面和犧牲層之間的接觸面積并將犧牲層機械連結在陶瓷表面上來發(fā)揮作用。在陶瓷表面的機械聯(lián)鎖通常，但不限于通過以下方法形成1)使用一種化學蝕刻劑通過掩模對陶瓷表面進行圖形蝕刻，或2)熱蝕刻法，或3)使用包括制造圖形光束的光學裝置的激光系統(tǒng)。當需要提高施用在陶瓷表面的材料層的粘附性時，形成機械聯(lián)鎖的陶瓷表面可以用于半導體處理設備中的許多不同的應用。本專利技術的一個具體的應用是在物理氣相沉積室中使用的沉積環(huán)，在此沉積環(huán)的上表面具有通過化學蝕刻、熱蝕刻、或激光顯微機械加工形成的機械聯(lián)鎖。附圖的簡要說明圖1表示一個物理氣相沉積法(PVD)處理室100的截面示意圖。圖2A-2C表示鉭層206在鋁犧牲層204上的形成和隨后鉭層206和鋁層204與粗糙化的陶瓷表面202的分離，這增加了陶瓷表面的微裂紋205。圖3A-3C是表示本專利技術中使用一種化學蝕刻法在陶瓷表面形成機械聯(lián)鎖的典型方法的截面示意圖。圖4是結構400的截面示意圖，它顯示如本專利技術所述的使用一種熱蝕刻法在陶瓷表面401形成的溝槽402。圖5是結構500的截面示意圖，它顯示出包括四個空腔的激光鉆孔的四凸角空腔(four lobes cavity)501中的兩個凸角502、504。這四個分開的空腔每個都有一面壁與陶瓷表面以非90°角相交。這四個空腔互相呈90°排列，并在中間相交形成一個四凸角空腔。圖6是結構600的截面示意圖，在該結構中，犧牲材料層608沉積在陶瓷表面602上，并含有機械聯(lián)鎖605。圖7是結構700的截面示意圖，在該結構中，粘合涂層707沉積在陶瓷表面702上，并含有機械聯(lián)鎖705。一層犧牲材料層708沉積在粘合涂層707上。優(yōu)選實施方案的詳細描述本專利技術揭示的是一種通過化學蝕刻、熱蝕刻、或使用激光顯微機械加工法在陶瓷表面形成機械聯(lián)鎖，從而使陶瓷表面粗糙化的方法。該方法可用來提高用于半導體處理室中的上層與下層的陶瓷表面的粘附性。為了舉例說明本專利技術，申請人以在物理氣相沉積(PVD)室中的使用為例描述本專利技術。陶瓷表面具有通過化學蝕刻、熱蝕刻、或激光顯微機械加工形成的機械聯(lián)鎖。進行本專利技術的方法的示范性處理條件列在下文中。作為詳細描述的引語，應當注意的是，在本說明書及所附權利要求中使用的單數(shù)形式“a”、“an”、和“the”包括所指的復數(shù)對象，除非本文清楚地另有說明。I.使陶瓷表面粗糙化的方法本專利技術是一種通過在陶瓷表面形成機械聯(lián)鎖使陶瓷表面粗糙化的方法。該陶瓷可以是本領域內已知的任何陶瓷材料，這取決于粗糙化的陶瓷表面特定的最終用途。在半導體處理室中使用的優(yōu)選陶瓷材料，作為例子而非限制性地包括氧化鋁、石英、氧化鋁/石英混合物(例如富鋁紅柱石)、氮化鋁、碳化硅、四氮化三硅、和碳化硼。在陶瓷表面的機械聯(lián)鎖可以使用化學蝕刻法、熱蝕刻法或激光顯微機械加工法形成。圖3A-3C說明了使用化學蝕刻法在陶瓷表面形成機械聯(lián)鎖的本專利技術的一個具體實施方案。該方法的第一步是如圖3A所示，在陶瓷表面302中形成圖形掩模304。圖形掩模304可以采用多種形式。幾種可選擇的形式包括一種粘合劑粘合或夾在陶瓷表面302上的共形彈性體掩模；一種緊密裝配在陶瓷表面302上的剛性金屬掩模；或一種通過金屬切削法(例如蝕刻)圖案化的有孔結構的薄金屬涂層。作為例子而非限制性的，掩模304中的孔可以使用等離子蝕刻法、激光顯微機械加工法、傳統(tǒng)機加工、或光刻技術形成。參照圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種使陶瓷表面粗糙化的方法，包括使用一種化學蝕刻劑通過掩模對所述陶瓷表面進行圖形浸蝕，從而在所述陶瓷表面形成機械聯(lián)鎖。

【技術特征摘要】
US 2001-12-21 10/027,6831.一種使陶瓷表面粗糙化的方法，包括使用一種化學蝕刻劑通過掩模對所述陶瓷表面進行圖形浸蝕，從而在所述陶瓷表面形成機械聯(lián)鎖。2.如權利要求1所述的方法，其中所述陶瓷選自氧化鋁、石英、氮化鋁、碳化硅、四氮化三硅、碳化硼、及其混合物。3.如權利要求1所述的方法，其中所述機械聯(lián)鎖的直徑在大約30微米至大約300微米的范圍內。4.如權利要求1所述的方法，其中所述機械聯(lián)鎖的深度在大約1微米至大約40微米的范圍內。5.如權利要求1所述的方法，其中所述機械聯(lián)鎖的直徑/深度比在大約5∶1至大約50∶1的范圍內。6.如權利要求1所述的方法，其相鄰機械聯(lián)鎖的間距在大約200微米至大約700微米的范圍內。7.如權利要求1所述的方法，其中所述機械聯(lián)鎖是底切。8.如權利要求1所述的方法，其中通過在所述陶瓷表面上形成圖形掩模對所述陶瓷表面進行圖形蝕刻，然后將所述有掩模的陶瓷表面浸在一種酸溶液中，所述酸選自H2SO4、H3PO4、HF、K2S2O4、V2O5、Na2B4O7、KOH，及其混合物。9.一種使陶瓷表面粗糙化的方法，包括使用一種熱蝕刻法在所述陶瓷表面形成機械聯(lián)鎖。10.如權利要求9所述的方法，其中所述陶瓷選自氧化鋁、石英、氮化鋁、碳化硅、四氮化三硅、碳化硼、及其混合物。11.如權利要求9所述的方法，其中使所述陶瓷表面暴露在低于所述陶瓷燒結溫度的溫度下，從而將所述陶瓷表面熱蝕刻。12.如權利要求11所述的方法，其中使所述陶瓷表面暴露在比所述陶瓷燒結溫度低大約200℃至500℃的溫度下，從而將所述陶瓷表面熱蝕刻。13.如權利要求12所述的方法，其中所述陶瓷表面暴露在比所述陶瓷燒結溫度低大約200℃至500℃的溫度下的時間為大約20分鐘至大約6小時。14.如權利要求11所述的方法，其中所述陶瓷表面含氧化鋁，且將所述氧化鋁暴露在大約1250℃至大約1500℃大約30分鐘至大約4.5小時，從而將所述氧化鋁熱蝕刻。15.一種使陶瓷表面粗糙化的方法，包括使用一種激光系統(tǒng)在所述陶瓷表面形成機械聯(lián)鎖，所述激光系統(tǒng)包括產生圖形光束的光學裝置。16.如權利要求15所述的方法，其中所述陶瓷選自氧化鋁、石英、氮化鋁、碳化硅、四氮化三硅、碳化硼、及其混合物。17.如權利要求15所述的方法，其中所述機械聯(lián)鎖的直徑在大約30微米至大約300微米的范圍內。18.如權利要求15所述的方法，其中所述機械聯(lián)鎖的深度在大約10微米至大約50微米的范圍內。19.如權利要求15所述的方法，其中所述機械聯(lián)鎖的直徑/深度比在大約2∶1至大約3∶1的范圍內。20.如權利要求15所述的方法，其中所述機械聯(lián)鎖是底切。21.如...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：EC韋爾登，Y何，H王，CC斯托，
申請(專利權)人：應用材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]