由多种阻障材料制得的扩散阻障和其相关物品与方法与流程

由多种阻障材料制得的扩散阻障和其相关物品与方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年12月9日提交的美国临时申请第62/945,602号的权益和优先权，且其针对所有目的通过全文引用的方式结合在此。
技术领域
3.本说明书关于抑制固体材料中存在或来自固体材料的表面的杂质扩散的扩散阻障，以及表面上具有扩散阻障的物品，制备表面上包括扩散阻障的物品、包括表面上具有扩散阻障的物品的设备的方法，和使用所述物品和设备的方法。


背景技术：

4.半导体和微电子装置制造工艺需要高度纯净处理环境，其中含有用于处理的工件。半导体处理步骤的实例涉及将一定量的高度纯净材料添加至由具有高度精确化学组成的高纯材料制成的半导体晶片。
5.常见半导体工艺步骤的一个实例为沉积工艺，通过所述沉积工艺通过化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积或类似方法将精确量的所要(高度纯净)材料沉积至半导体衬底上。处理环境，也就是说其中沉积发生的环境，是必须高度不含污染物、杂质、微粒等的真空环境，因为这些不合需要的材料中的任一者可能作为不合需要的杂质而变得沉积至衬底上。处理环境由处理腔室含有，所述处理腔室除含有半导体衬底、进行沉积所必需的气态(包括等离子、离子)处理材料和最少的任何其它材料或结构之外被抽成真空。
6.半导体制造工艺的不同实例为离子植入工艺，通过所述离子植入工艺使得离子穿透半导体衬底的表面以将离子添加至半导体衬底的材料。通过用离子轰击衬底(例如，通过离子束或通过离子浸没技术)，将精确量的经植入离子(有时被称作“掺杂剂”)添加至半导体衬底材料。衬底再次具有精确且纯净(关于其预期组分)的化学组成，且添加至衬底表面的离子(掺杂剂)必须也是高度纯净的。处理环境由处理腔室(例如，离子植入腔室或表面改性腔室)含有，所述处理腔室除含有半导体衬底、用于植入的离子、进行植入所必需的任何其它处理流体和最少的被视为杂质或污染物的任何其它材料之外被抽成真空。
7.在尽可能不含杂质的高度纯化处理环境内进行的半导体制造步骤的另外其它实例为：退火工艺、蚀刻工艺(例如等离子蚀刻)、清洁步骤以及其它。
8.界定且含有半导体制造工具的处理环境的结构可以被称作处理腔室(特定实例为退火腔室、沉积腔室、离子植入腔室、蚀刻腔室)。处理腔室界定含有处理环境的内部空间，且另外含有用于进行特定半导体制造工艺的附加结构和装置。处理腔室由以下每一个构成且含有：界定处理环境(例如，侧壁)的组件(还称为“处理腔室组件”)；和允许处理腔室和含有所述处理腔室的半导体处理工具进行所要半导体制造工艺的组件。除了侧壁之外，处理腔室组件包括装置、设备和部件以含有或支撑工件(例如半导体晶片)，以将处理材料递送至腔室，或监视正在腔室内进行的工艺。实例包括腔室壁、流动管道(例如，流动管线、流动管头等)、紧固件、塔盘、支撑件(例如，用以支撑工件的压板或“夹盘”)、端口、电子装置、监
视装置，以及用以支撑工件、用以相对于处理腔室传递或含有处理材料或用以另外进行或监视处理腔室内正进行的工艺的各种其它结构。
9.为了减少处理环境内的杂质的量，处理腔室组件不应在使用之前、期间或之后将杂质引入至处理环境上。处理腔室组件应不含表面杂质。此外，就处理腔室组件的材料含有可随时间推移自材料释放(例如，排气)的杂质(例如，吸附于材料的固体结构内的杂质)来说，不应允许这些杂质释放至处理环境中。
10.已使用各种固体材料形成用于半导体制造工具的处理腔室组件。适用材料通常可以包括金属和金属合金(例如，铝(包括铝合金)、不锈钢)；例如石英的矿物质；陶瓷；玻璃；硅材料；和各种聚合物。尽管这些固体材料可以制备成高纯度水平(杂质水平低)，但即使具有最高纯度水平的那些固体材料也将具有一定量的杂质含量。已知杂质的常见实例为金属，有时被称作“痕量金属杂质”，其包括fe、co、ni、zn、mg、mn、cu、na、ca、k等。已知这些痕量金属杂质经由含有痕量金属杂质的固体材料扩散，且随时间推移，尤其在高温下自材料表面释放。在半导体制造环境中，即使这类微小量的这些释放杂质可对工件有害。半导体处理对例如痕量金属的杂质高度敏感，因为这些材料影响装置和制造工艺的效能和产率。
11.因此，为防止痕量金属杂质自处理腔室组件的固体材料释放至半导体处理环境中，处理腔室组件已制备为在表面处包括通常由金属氧化物制成的扩散阻障。扩散阻障阻止痕量金属杂质自固体材料的表面进入邻近真空或直接到达半导体工件上。扩散阻障实际上被设计成覆盖或“囊封”处理腔室组件以试图将所有杂质限制至散装材料中。用于这些扩散阻障的材料的两个实例为氧化铝(al2o3)和氧化钽(ta2o5)。


技术实现要素：

12.近年来，半导体处理工具和半导体处理方法的发展已使得对防止杂质(例如痕量金属杂质)自半导体处理工具的处理腔室组件释放至处理环境中的需求增加。
13.作为一个因素，在较高温度下进行一些类型的半导体处理方法。离子植入方法例如新近在愈来愈高的温度(包括显著高于室温，例如高于300、400或500摄氏度的温度)下进行。仍可在未来工艺中使用较高离子植入处理温度，例如高达或超过600或700摄氏度的温度。类似地，沉积方法(例如，化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积)和退火步骤可在处于或高于400、500或600摄氏度的温度下进行。在这些高工艺温度下，存在于处理腔室组件的材料中的杂质将在材料内具有较高扩散率，且具有自材料的表面释放的较高速率。
14.此外，在持续且递增的方式中，半导体装置对痕量金属杂质的敏感性水平已增加。在较高速度和减少的误差方面，较小尺寸的微电子装置特征和较高效能期望降低最终装置中的杂质的耐受性水平。
15.本发明关于抑制杂质自含有杂质的固体材料的表面释放的扩散阻障。本发明还关于：表面上包括扩散阻障的固体主体；制备固体主体的方法，所述固体主体的表面上包括扩散阻障；处理腔室组件和包括处理腔室组件的处理设备，所述处理腔室组件包括具有扩散阻障的固体主体；和使用这类处理腔室组件和处理设备的方法。扩散阻障含有至少两种不同阻障材料，且可呈多层扩散阻障、层压物或复合物的形式。阻障材料中的一者或多者可以是钇的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者或多者可以是铝的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者或多者可以是钛的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者或
多者可以是锆的氧化物、氮化物或氟化物；和阻障材料中的一者或多者可以是钽的氧化物、氮化物或氟化物。当提到作为金属中的一者的“氧化物”、“氮化物”、或“氟化物”的阻障材料时，这些术语特定地包括阻障材料可包括金属中的一者的氮化物-氧化物、氮化物-氟化物或氧化物-氟化物，例如m
xox
ny、mof(m为所列金属中的一者)，例如，y
xox
ny或yof等。
16.一方面，本发明关于含有至少两种阻障材料的扩散阻障。阻障材料选自：选自钇的氧化物、氮化物或氟化物的钇化合物；选自铝的氧化物、氮化物或氟化物的铝化合物；选自钛的氧化物、氮化物或氟化物的钛化合物；选自锆的氧化物、氮化物或氟化物的锆化合物；和选自钽的氧化物、氮化物或氟化物的钽化合物。
17.另一方面，本发明关于一种包括具有扩散阻障的衬底的物品。扩散阻障包括选自以下的至少两种阻障材料：选自钇的氧化物、氮化物或氟化物的钇化合物；选自铝的氧化物、氮化物或氟化物的铝化合物；选自钛的氧化物、氮化物或氟化物的钛化合物；选自锆的氧化物、氮化物或氟化物的锆化合物；和选自钽的氧化物、氮化物或氟化物的钽化合物。
附图说明
18.结合随附图式，考虑到各种说明性实施例的以下描述，可较完全地理解本发明。
19.图1说明具有扩散阻障的现有技术实心主体的实例。
20.图2说明具有如所描述的扩散阻障的固体主体的实例。
21.图3a、3b和3c说明具有如所描述的扩散阻障的固体主体的特定实例实施例。
22.图4说明具有如所描述的扩散阻障的静电夹盘的实例。
23.尽管本发明容许各种修改和替代性形式，但其细节已借助于实例在图式中显示且将详细地描述。然而，应理解，并不打算将本发明的方面限制于所描述的特定说明性实施例。相反，打算是涵盖属于本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代方案。
具体实施方式
24.如在本说明书和所附权利要求书中所使用，除非文中另外明确指示，否则单数形式“一(a/an)”、“所述(the)”包括复数个指示物。如在本说明书和所附权利要求书中所使用，除非文中另外明确指示，否则术语“或”一般以其包括“和/或”的意义采用。
25.术语“约”通常是指被认为等效于所述值的数字范围(例如具有相同功能或结果)。在许多情况中，术语“约”可包括经四舍五入至最接近的有效数字的数字。
26.使用端点表示的数值范围包括所述范围内包涵的所有数字(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。
27.应参看图式阅读以下具体实施方式，其中不同图式中的类似组件编号相同。具体实施方式和图式(其未必按比例绘制)描绘说明性实施例且不打算限制本发明的范围。所描绘的说明性实施例仅打算作为例示性的。除非明确陈述相反，否则任何说明性实施例的所选特征可并入至额外实施例中。
28.以下描述涉及有效抑制杂质自含有杂质的固体主体的表面，或自表面上包括扩散阻障的固体主体释放的扩散阻障；制备表面上包括扩散阻障的固体主体的方法；处理腔室组件和包括处理腔室组件的处理设备，所述处理腔室组件包括具有扩散阻障的固体主体；和使用这类处理腔室组件和处理设备的方法。
29.扩散阻障可以适用作需要或希望防止存在于固体主体中的杂质(例如，痕量金属杂质)自固体主体释放至其中杂质或其它材料的存在是不想要的、不利或可能有害的邻近或连接环境中的结构、物品、装置或处理设备或装置的组件的一部分。扩散阻障位于固体主体的界面或表面处，且具有用以有效地抑制或防止固体主体内作为吸附杂质存在的杂质通过扩散和排气自固体主体进入邻近环境的组成和结构。
30.在实例应用中，扩散阻障可以适用于半导体处理工具和半导体处理方法以防止存在于半导体处理工具的处理腔室组件中的杂质自处理腔室组件的表面释放至处理环境中。杂质的释放会将杂质置放于处理工具所含有的高度纯净处理环境中。一旦存在于处理环境中，杂质由于杂质可能接触且并入至使用半导体处理工具处理的工件(例如，半导体晶片)中的可能而为不想要的。
31.用作半导体处理工具的处理腔室组件的固体主体的固体材料的实例包括金属(包括例如不锈钢和铝合金的合金)、陶瓷、玻璃、聚合物和石英。这些固体材料视其具体组成而定含有不同类型的痕量金属杂质，例如以下中的一者或多者：铁、钴、镍、锌、铜、镁、锰、钠、钙、钾、硼、铍、铝、钛、钒、硒、锶、砷、钼、镉、锡、钨、汞、铅、钡、锑以及其它。这些杂质有可能自固体材料扩散且自固体材料的表面释放(例如，“除气”)至邻近环境中或直接至半导体工件上。此在有时用于某些半导体处理方法的高温和高真空条件下尤其成立。
32.如所描述，扩散阻障包括两种或更多种不同阻障材料，所述阻障材料一起抑制两种或更多种不同类型的杂质自固体主体扩散和释放。根据实例扩散阻障，两种阻障材料中的一者可以有效地充当针对第一杂质的阻障，且所述两种阻障材料中的第二者可以有效地充当针对不同于所述第一杂质的至少一种额外杂质(称作为“第二杂质”)的阻障，且其中例如在透过阻障材料的扩散率方面，第一阻障材料是不那么有效的阻障。
33.扩散阻障由至少两种不同阻障材料制成，所述阻障材料中的每一个为钇、铝、钛、锆或钽的氧化物、氮化物或氟化物(这些材料特定地包括金属中的任一者的氮氧化物、氮氟化物和氧氟化物化合物)。更详细来说，实例扩散阻障可由至少两种不同阻障材料制成，各阻障材料为含金属化合物，其中金属为钇、铝、钛、锆或钽，例如扩散阻障可由选自钇化合物、铝化合物、钛化合物、锆化合物和钽化合物的两种不同化合物制成，其中各化合物为金属的氧化物、氟化物或氮化物。阻障材料中的一者可以是钇的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者可以是铝的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者可以是钛的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者可以是锆的氧化物、氮化物或氟化物；和阻障材料中的一者可以是钽的氧化物、氮化物或氟化物。在所有情况下，术语金属氧化物、金属氟化物和金属氮化物包括金属氮氧化物、金属氮氟化物或金属氧氟化物，例如y
xox
ny或yof，和铝、钛、锆和钽的类似化合物。
34.扩散阻障的两种不同阻障材料可基于两种不同金属(钇、铝、钛、锆或钽)，例如，扩散阻障可以是含铝化合物与含钇化合物(例如，氧化铝和氧化钇)的组合，或含铝化合物与含锆化合物(例如氧化铝和氧化锆)的组合等。或者，两种不同阻障材料可各自含有相同金属，例如，阻障材料可包括两者都基于选自钇、铝、钛、锆或钽的相同金属的两种不同含金属化合物。举例来说，扩散阻障可以是氧化铝与氟化铝的组合，或氧化钇与氟化钇，或二氧化钛与氟化钛的组合等。
35.可选择两种或更多种不同阻障材料以提供扩散阻障，其对存在于固体主体的固体
材料中的多种不同杂质具有有效阻障特性。不同类型的固体材料(例如，铝、不锈钢、玻璃或陶瓷)含有不同组合的痕量金属杂质；实例金属合金、玻璃或陶瓷可包括以下中的两者或更多者：铁、钴、镍、锌、铜、镁、锰、钠、钙、钾以及其它。不同阻障材料可作为阻障以有效防止这些阻障材料中的一者或多者通过，但对于防止其它杂质(来自或不来自陈述清单)通过可以是不那么有效的或低效的。本说明书的扩散阻障可包括第一阻障材料，其有效地充当阻障材料以防止第一杂质通过，但对于充当阻障材料以防止不同(第二)杂质通过是不那么有效的或低效的；扩散阻障可以包括有效(例如，比第一阻障材料更有效)地防止第二杂质通过的不同(第二)阻障材料。
36.仅作为一个实例，一些固体材料可包括来自以下每一个的群组的第一杂质：铁、钴、镍或铜；和来自以下每一个的群组的第二杂质：镁、钠、钙或钾。某些阻障材料作为针对第一组的一种或多种杂质的阻障是有效的，但针对第二组的无一种杂质是有效的。其它阻障材料作为针对第二组的一种或多种杂质的阻障是有效的。本说明书的有用扩散阻障可以包括作为对铁、钴、镍或铜的有效阻障的第一阻障材料，和有效地作为对镁、钠、钙或钾的阻障的第二阻障材料。在更具特异性的情况下，氧化铝可以有效地作为对铁、钴、镍或铜的阻障材料，但并不有效地作为对镁、钠、钙或钾的阻障。有效扩散阻障可包括作为第一阻障材料以抑制铁、钴、镍或铜流动的氧化铝，和有效地作为针对镁、钠、钙或钾的阻障的第二阻障材料(例如钛化合物、锆化合物、钇化合物或钽化合物)。
37.当第一阻障材料适合地有效作为第一杂质的阻障材料，但并不适合地有效作为第二杂质的阻障材料时，第二阻障材料可以是更有效地作为第二杂质的阻障的一种材料。与第一阻障材料相比，第二阻障材料作为第二杂质的阻障材料的有效性可以是至少两倍，优选地5倍或10倍。就杂质通过阻障材料的扩散率来说，第二杂质通过第二阻障材料的扩散率可以是第二杂质通过第一阻障材料的扩散率的二分之一、五分之一(20％)或十分之一(10％)。
38.扩散阻障还可以包括用以改良含有第一阻障材料和第二阻障材料的扩散阻障的一般或总体阻障性质的第三阻障材料。第三阻障材料可在与前两个阻障特性组合使用时减小一种或多种杂质的扩散率。在特定实例中，与仅包括第一阻障材料和第二阻障材料的可比扩散阻障相比，第三阻障材料可以是扩散阻障对至少一种杂质的有效性增加的材料。与仅包括第一阻障材料和第二阻障材料的可比扩散阻障相比，添加至由第一阻障材料和第二阻障材料制成的扩散阻障的第三阻障材料可将杂质的扩散率减小至少10％、20％或50％。
39.如所描述的扩散阻障或扩散阻障材料在特定环境、应用或杂质中进行扩散阻障所需的至少适用的效能标准。为了用于半导体处理工具中，如所描述的扩散阻障或扩散材料可以优选地呈现基于跨越扩散阻障层的元素杂质浓度梯度的作为扩散阻障的有效性。举例来说，在半导体处理工具的有效操作温度下(例如，如本文中所识别)，扩散阻障将产生跨越扩散阻障层而测量的浓度梯度；浓度梯度可以定义为扩散阻障的一侧上的元素杂质的浓度与扩散阻障的第二侧上的相同元素杂质的浓度相比的差，特别是在半导体处理工具的情形下：具有扩散阻障的固体主体中的杂质的浓度与在邻近气态气氛(例如，半导体处理工具的处理腔室)的扩散阻障层表面处的相同元素杂质的浓度相比的差。根据实例扩散阻障，在实例半导体处理工具中，当浓度梯度被视为杂质在处理腔室的扩散阻障层表面处的浓度相对于固体主体中的杂质的浓度时，浓度梯度可在1/10、1/100或1/1000范围内。特定来说，有用
或优选阻障可在处理腔室中产生杂质浓度为在操作温度下处理腔室上的相同杂质的浓度的1/10、1/100或1/1000。
40.当用于各种类型的处理腔室组件且使用(例如)作为用于特定处理方法中的处理腔室组件的涂层时，扩散阻障还可以合乎需要地呈现一种或多种额外物理特性，例如：耐化学性或化学惰性、所要电学特性和在高操作温度(例如，本文中所描述的半导体处理工具的操作温度)下随时间推移的稳定性。
41.对于某些用途，对于在等离子蚀刻工具中、在离子植入工具中或在尤其在高温下使用例如等离子、离子材料、碱或酸或另外反应性蒸气的反应性处理材料的另一种类型的半导体处理工具的处理腔室内所使用的处理腔室组件，可期望高度耐化学降解，也就是说化学惰性。出于此目的，包括安置于固体主体上的如所描述的扩散阻障的处理腔室组件可任选地包括邻近于固体主体表面或扩散阻障的耐化学材料的额外层。耐化学材料的实例为已知的，包括适用于半导体处理工具的耐化学性层，其中某些特定实例包括(但不限于)金属氧化物和金属氟化物，例如由阳极化形成的氧化铝；氧化钇；氧化铝与氧化钇的多层组合；以及其它。
42.如所描述的扩散阻障可以优选地呈现高度非晶形形态。举例来说，如通过使用x射线绕射技术所测定，本说明书的适用或优选扩散阻障可以在大致上非晶形扩散阻障层中具有明显减小的杂质扩散率，其中扩散阻障的xrd峰值的半高宽(fwhm)通过x射线绕射宽于2.5度2θ。
43.当在将增加痕量金属杂质的扩散率的相对较高处理温度下使用时，如所描述的扩散阻障可尤其适用或有利。在相对较高处理温度(例如高于300或400摄氏度的温度)下进行各种半导体处理方法。可在超过300、400或500，或甚至高达或超过600或700摄氏度的温度下进行离子植入方法。可在处于或高于300、400、500或600摄氏度的温度下进行沉积方法(例如原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积和类似方法)以及退火工艺。在这些相对较高处理温度下，存在于处理腔室组件的固体材料中的痕量金属杂质的扩散率将增加。随着扩散率增加，较大量的杂质将扩散通过固体材料的表面且自固体材料的表面释放，且将进入半导体处理工具的处理环境。因此，在这些相对较高处理温度下，有效扩散阻障具有高值。
44.如所描述的扩散阻障可以具有由如所描述的两种或更多种阻障材料制成的经沉积涂层的形式，所述经沉积涂层设置于固体主体的表面上。阻障材料可以任何形式存在，其中实例为：“多层”形式，其包括不同阻障材料的两个至若干(例如，2至10个)离散和可识别层；“层压”形式，其包括不同阻障材料的较高数目个离散和可识别层，例如数十、数百或数千范围内的数目；和“复合”材料，其含有两种或更多种不同类型的阻障材料，其中所述不同阻障材料未形成为完整或连续层(例如，沉积材料的岛状物)。
45.一般来说，作为非限制性实例，扩散阻障的单个可识别层的厚度可在小于1纳米的范围内，例如约0.1、0.5、1、2、5或10纳米，至多100、500、800或900纳米(0.9微米)。扩散阻障的总厚度可在10纳米至1000纳米(1微米)的范围内。
46.对于包括不同阻障材料的离散层(例如，多层扩散阻障或层压扩散阻障)的扩散阻障，各独立层可以呈现将例如在温度循环的寿命内允许多层扩散的稳定性的热膨胀系数(cte)。理想地，各层的热膨胀系数可以类似于邻近层的热膨胀系数，例如在100％、75％、
50％、20％或10％或更小的范围内。对于多层扩散阻障或层压扩散阻障，扩散阻障的每一层可以优选地具有在任何邻近层(也就是说，所有内部层的两个邻近层和顶部层和底部层的单一邻近层)的热膨胀系数的100％、75％、50％、20％或10％或更小内的热膨胀系数。通过这些选择，多层扩散阻障的层是以考虑将在使用期间被赋予在扩散阻障上的潜在高热应力的方式而配置和排序。
47.在本文中被称作“多层”扩散阻障的实例扩散阻障包括由两个或更多个(例如，2个、3个、5个或至多10个、20个或30个)独立层组成的扩散阻障，各层由单一阻障材料组成，其中所述扩散阻障含有由至少两种不同阻障材料组成的层。各层为连续的，具有可辨别厚度，且由具有相对较高纯度水平(例如，至少90重量％、95重量％、98重量％或99重量％的如本文中所描述的单一阻障材料)的单一阻障材料制成。扩散阻障的层可以具有任何适用的厚度，例如在1、2、5或10纳米至高达10、100、500、800或900纳米范围内的厚度；例如，2至5层各自具有在2至10纳米范围内的厚度。这类型的扩散阻障的总厚度可以是任何适用的厚度，实例厚度在5或10至高达500、750或1000纳米的范围内。
48.多层扩散阻障的各层的厚度可相同的、大致相同的或可以是不同的。多层扩散阻障的实例可包括呈现不同厚度型的阻障材料层，例如三个重复层a、b和c，各自具有不同厚度，例如：(5纳米a、20纳米b和2纳米c)
×
n的厚度，重复次数(n)(n可以是1至10)。其它实例可以是三层a、b和c，包括厚度为50nm的单一阻障材料层a与b和c的多个重复阻障材料层的组合：(5nm b和3nm c)
×
n，重复次数(n)((n)可以是1至10)。
49.含有2至10个独立层的实例多层扩散阻障可以由具有高纯度水平的两种或更多种不同阻障材料制成，所述阻障材料选自：钇的氧化物、氮化物或氟化物；铝的氧化物、氮化物或氟化物；钛的氧化物、氮化物或氟化物；锆的氧化物、氮化物或氟化物；和钽的氧化物、氮化物或氟化物。多层扩散阻障可通过将多个层(例如个别地)沉积至固体材料上(例如，通过物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积、这种沉积方法的任何衍生方法或其它已知涂覆和沉积技术)的任何方法来制备。
50.含有多层(例如，例如数十或数百层的许多层)的扩散阻障的其它实例可以称作层压物。层压物可含有至少两种不同阻障材料的层，且可总共具有8至1000个层，其中各层的厚度例如在0.1至10纳米范围内。
51.参考图1，所说明的是典型处理腔室组件100，其包括安置于由固体材料(例如，金属、金属合金、玻璃、石英、陶瓷等)制成的固体主体102的表面处的扩散阻障104。固体主体102的固体材料包括例如痕量金属杂质的杂质。扩散阻障104为由防止自固体主体102释放痕量金属杂质的单一氧化物化合物(例如氧化铝)制成的层。
52.图2展示由固体主体102和扩散阻障114制成的例示性处理腔室组件101(或另一种类型的装置或物品)，所述扩散阻障包括根据各种实施例的如本文中所描述的两种或更多种不同阻障材料。
53.如图3a处更详细地展示，根据一些实施例，处理腔室组件101可由固体主体102和扩散阻障114制成，所述扩散阻障由形成为多个(如所说明的三个)层的两种或三种不同阻障材料制成。层124、126和128可以由至少两种不同阻障材料制成，其中不同层中的每一者由单一阻障材料制成。举例来说，层124、126和128中的每一者可以由不同阻障材料制成：所述阻障材料中的一者或多者可以是钇的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者或多
者可以是铝的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者或多者可以是钛的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者或多者可以是锆的氧化物、氮化物或氟化物；和阻障材料中的一者或多者可以是钽的氧化物、氮化物或氟化物。各层可以优选地具有高纯度，例如阻障材料的至少90重量％、95重量％、98重量％或99重量％的纯度。阻障材料的各层可在固体主体102的表面上为连续的，且可具有在小于1纳米(例如，约1、2、5或10纳米)，至多10、100、500、800或900纳米(0.9微米)范围内的厚度。
54.不同类型的阻障材料或非阻障材料的其它层未经排除且可存在但并非为必需或优选的。
55.图3b展示根据本发明的一个实施例设置的另一个实例处理腔室组件101。腔室组件101包括固体主体102和由两种或更多种不同阻障材料制成的扩散阻障114，所述两种或更多种不同阻障材料形成许多(例如数十、数百或数千个)个别层，每个层为单一阻障材料。层134、136和138可以由至少两种不同阻障材料制成，其中各层由单一阻障材料制成。举例来说，层134、136和138中的每一个可以由不同阻障材料制成，其中不同层中的每一个由单一阻障材料制成。阻障材料中的一者或多者可以是钇的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者或多者可以是铝的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者或多者可以是钛的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者或多者可以是锆的氧化物、氮化物或氟化物；和阻障材料中的一者或多者可以是钽的氧化物、氮化物或氟化物。各层可以优选地具有高纯度，例如至少90重量％、95重量％、98重量％或99重量％阻障材料的纯度。阻障的各层可在固体主体102的表面上是连续的，且可具有在小于1纳米(例如，约0.1、0.5、1、2、5或10纳米)，至多10、15或20纳米范围内的厚度。
56.不同类型的阻障材料或非阻障材料的其它层并非必需排除且可存在但并非为必需或优选的。
57.图3b的含有数十、数百或数千层的扩散阻障114可称为“层压”扩散阻障。可通过一系列原子层沉积步骤，通过使表面暴露于一连串气态前驱材料来将层压扩散阻障涂覆至固体主体102的表面，所述气态前驱材料将依序形成由单一阻障材料制成的个别层中的每一个。各连续量的沉积的阻障材料认为是“层”。举例来说，可进行一系列原子层沉积步骤，各步骤使用单一前驱材料以形成单一阻障层。所述系列包括沉积至少两个不同类型的阻障材料层以形成不同层压物层的步骤。由于多步骤工艺，层压扩散阻障包括离散“层”，通过所述多步骤工艺，沉积阻障材料(例如)以图案化顺序沉积。
58.认为层压物由不同层制成，一个层由各原子层沉积步骤产生，即使不同沉积材料的离散“层”通过使用已知技术识别起来具有挑战性。在一些层压涂层中，离散层可使用穿隧式电子显微镜进行检测。可认为各层构成“单层”，如所述术语用于化学沉积技术，且其是指沉积在衬底表面上或沉积至先前ald层的沉积材料的量，使得所沉积的材料使衬底或先前ald层上的反应部位饱和。单层具有仅少量原子的厚度，也就是说，通过与表面处有限数目的反应部位结合以产生厚度不超过约2、3或5个原子的单层而覆盖表面的原子或分子的单层的厚度。
59.图3c展示根据本发明的一个实施例设置的另一个处理腔室组件101的实例。腔室组件101包括实心体102和扩散阻障114，其中所述扩散阻障114呈由形成为不完整层的“复合”形式的两种或更多种不同阻障材料制成的复合物(144)形式。所述复合物还可以通过原
子层沉积形成，如对于“层压”扩散阻障，通过一系列原子层沉积步骤形成，但在所述系列的各步骤期间沉积的各材料的量为不会产生所沉积的阻障材料的均匀沉积连续层的量。举例来说，可通过原子层沉积步骤来沉积阻障材料，所述原子层沉积步骤沉积一定量的阻障材料，所述阻障材料的厚度小于上面沉积阻障材料的表面的粗糙度。当依次沉积时，不同阻障材料的沉积量形成由不同沉积材料制成但不形成离散或连续层的“复合”材料，例如甚至不形成厚度为1至5个原子厚的单层。
60.呈复合物144形式的扩散阻障114可以由两种或更多种如所描述的阻障材料制成。阻障材料中的一者或多者可以是钇的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者或多者可以是铝的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者或多者可以是钛的氧化物、氮化物或氟化物；阻障材料中的一者或多者可以是锆的氧化物、氮化物或氟化物；和阻障材料中的一者或多者可以是钽的氧化物、氮化物或氟化物。复合物可以优选地具有高纯度，例如通过含有至少90重量％、95重量％、98重量％或99重量％的用来形成扩散阻障的两种或更多种阻障材料。扩散阻障的总厚度还可以具有任何适用的厚度，例如在10至1000纳米范围内的厚度。
61.由两种(在这种情况下，仅两种)不同阻障材料制成的当前优选扩散阻障的实例可具有两层，多层(例如，3至10层)，或可以是两种阻障材料的层压物或复合物。多层扩散阻障或层压物的每一个别层可由选自氧化铝、氧化钇、氧化锆和二氧化钛的阻障材料制成。举例来说，使用仅两种阻障材料制成的多层或层压扩散阻障可由以下的交替层制成：氧化铝和氧化钇、氧化铝和氧化锆、氧化铝和二氧化钛、钇和氧化锆、或氧化钇和二氧化钛。对于仅含有总共两层(一个层由各阻障材料制成)的扩散阻障，各层可以是约50纳米，例如40至60纳米。对于含有3至10层的扩散阻障，各层可以是1、5或10至20至40纳米，例如10至30纳米。这些或一个复合扩散阻障的总厚度可以是50至150纳米，例如80至120纳米。两种阻障材料中的每一个的层数的比率可以是大约1:1，例如，40:60至60:40，或45:55至55:45。
62.由三种(在此情况下，仅三种)不同阻障材料制成的当前优选扩散阻障的实例可具有三层，多层(例如，4至10)，或可以是三种不同阻障材料的层压物或复合物。多层扩散阻障或层压物的每一个别层可由选自氧化铝、氧化钇、氧化锆和二氧化钛的阻障材料制成。举例来说，仅使用三种阻障材料制成的多层、层压或复合扩散阻障可由以下的图案化层制成：氧化铝、氧化锆和氧化钇；氧化铝、二氧化钛和氧化钇、氧化锆、二氧化钛和氧化钇；氧化锆、氧化铝和二氧化钛。对于仅含有总共三层(一个层由各阻障材料制成)的扩散阻障，各层可以是约25至70纳米，例如，30至60纳米。对于含有4至10层的扩散阻障，各层可以是20至45纳米，例如15至40纳米。这些或一个复合扩散阻障的总厚度可以是50至200纳米，例如80至160纳米。扩散阻障中的不同阻障材料的量可以是大约33重量％的各阻障材料，例如，30至40重量％的扩散阻障中的各阻障材料。
63.当安置于含有理想地防止自物品扩散出的杂质的任何物品或表面上时，本说明书的扩散阻障可以是有用的。如所描述的扩散阻障可以特别适用作用于防止杂质自物品、装置或组件(例如，“处理腔室组件”)的固体主体逃逸的阻障，所述阻障为半导体处理工具的部分，所述半导体处理工具为例如离子植入工具或一种类型的沉积工具，例如化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积等。
64.在不限制本说明书的范围的情况下，半导体处理工具可以是包括在真空下操作的
处理腔室的任何类型，在所述处理腔室内处理半导体衬底。在高水平的真空下操作处理腔室以含有和允许通过将装置暴露于将施加至半导体衬底的高度纯处理材料(例如等离子、离子或呈气体或蒸气形式的分子化合物)来处理半导体装置。处理腔室必须含有适用于将衬底输送、固持、紧固、支撑或移动至处理腔室中、移出处理腔室和在处理腔室内移动的组件和表面。处理腔室还必须含有有效地用以将处理材料(例如，等离子、离子、气态沉积材料等)流动、递送至处理腔室所含有的真空和自处理腔室所含有的真空移除的结构的系统。这些不同类型的处理腔室组件的实例包括界定处理腔室的内部表面的侧壁或衬垫，以及流动管头(莲蓬头)、护罩、塔盘、支撑件、喷嘴、阀、管道、用于处置或固持衬底的载物台、晶片处置夹具、腔室衬垫(也就是说，侧壁)、陶瓷晶片载具、晶片固持器、基座、转轴、夹盘、环、挡板和各种类型的紧固件(螺钉、螺帽、螺栓、钳夹、铆钉等)。这些或其它类型的处理腔室组件中的任一者可以经调适以包括如本文中所描述的扩散阻障，以抑制或防止杂质自形成处理腔室组件的固体材料进入处理腔室的真空环境中。
65.处理腔室组件可具有任何形状或任何形式的表面，例如平坦和平面表面(对于衬垫或侧壁)，或可另外地或替代地具有实体形状或形式，所述实体形状或形式包括开口、孔口、通道、隧道、螺纹螺钉、螺纹螺帽、多孔膜、过滤器、三维网络、孔洞等，包括被认为具有高纵横比的这类特征。用于提供如所描述的某些实例扩散阻障的原子层沉积技术可以有效地为这类结构提供均匀且高质量扩散阻障，包括具有纵横比为至少20:1、50:1、100:1、200:1或甚至500:1的结构的物品。
66.如所描述的扩散阻障可适用于任何类型的半导体处理工具的处理腔室组件，且适用于在任何温度和其它处理条件下操作的处理工具。当安置于在例如温度显著高于室温的高温下操作的半导体处理工具的处理腔室组件上时，如所描述的扩散阻障可以是尤其有用的。作为一个实例，在愈来愈高的温度(包括超过300、400、500、600或700摄氏度的温度)下进行较新离子植入方法。可在处于或高于400、500或600摄氏度的温度下进行各种沉积技术(例如，化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积)和退火步骤。对于使用半导体处理工具进行的这些方法，工具的处理腔室组件暴露于相同高温，其导致处理腔室组件的固体材料中的痕量金属杂质的扩散率增加。如当前所描述，有效阻障材料可尤其适用于这些处理工具和处理方法。
67.处理腔室组件可以由固体材料制成，所述固体材料还称为“固体主体”或有时被称为“真空兼容性衬底”的类型的“衬底”。一般来说，适用作真空兼容性衬底的固体材料的实例可以包括陶瓷材料、金属(包括例如铝合金和固体钢的合金)、玻璃、石英和聚合物材料。可以适用作真空兼容性衬底的陶瓷材料的实例包括氧化铝、碳化硅和氮化铝。金属和金属合金的实例包括不锈钢和铝。真空兼容性衬底还可以是石英、蓝宝石、介电材料、导电材料、二氧化硅、熔融二氧化硅、熔融石英、硅、阳极氧化铝、氧化锆以及塑料，例如半导体工业中所用的某些塑料，例如聚醚醚酮(peek)和聚酰亚胺。
68.作为一个单一实例，如所描述的扩散阻障在包括于离子植入装置的静电夹盘的表面处或附近时可以是有效的，所述离子植入装置可以是光束型离子植入装置或等离子离子浸没植入装置。如所已知，静电夹盘可以包含于离子植入装置的处理腔室中以在离子植入工艺期间支撑并维持半导体晶片的位置。
69.静电夹盘的各种一般和特定设计是已知的。参考图4，典型的静电夹盘(200)可以
由多层形成，所述多层包括固态介电质(例如，陶瓷)材料的基础层210、黏着接合层和第二介电层214。顶表面220可以包括任选的凸起230，其还可以由介电材料制成。还可以存在各种其它结构和装置，包括例如导电层(例如，接地层、电荷耗散层)的电气装置。
70.根据一个特定实例，如图4处所说明的呈静电夹盘形式的处理腔室组件可以包括在静电夹盘的上部部分处(例如，在第二介电层214的上表面处或附近)的扩散阻障240。扩散阻障240可以有效地防止杂质自介电层214进入含有静电夹盘200的离子植入装置的气氛中。
71.扩散阻障240可以具有如本文中所描述的任何组成和形式，例如多层扩散阻障、层压物或复合物。
72.虽然本说明书常常是指在半导体制造工艺(例如，离子植入、沉积步骤)、半导体处理工具和相关处理腔室组件中使用扩散阻障，但所描述的扩散阻障并不限于这些项目和应用。用于其它环境中(例如，在高真空环境下)的各种其它固体主体还可能受益于如所描述的扩散阻障以防止杂质自固体主体进入真空环境中。