JP2017199907A - 半導体処理チャンバコンポーネント用の保護コーティングの原子層堆積 - Google Patents

半導体処理チャンバコンポーネント用の保護コーティングの原子層堆積 Download PDF

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Abstract

【課題】原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して半導体処理チャンバコンポーネント用の保護コーティングを調製するための方法、多成分保護コーティング、及び多成分保護コーティングでコーティングされた半導体処理チャンバコンポーネントを提供する。【解決手段】半導体処理チャンバコンポーネントの表面用の多成分コーティング組成物であって、原子層堆積プロセスを使用して半導体処理チャンバコンポーネントの表面上にコーティングされた酸化イットリウム又はフッ化イットリウムの少なくとも１つの第１の膜層と、原子層堆積プロセスを使用して半導体処理チャンバコンポーネントの表面上にコーティングされた追加の酸化物又は追加のフッ化物の少なくとも１つの第２の膜層とを含み、多成分コーティング組成物は、ＹＯｘＦｙ、ＹＡｌｘＯｙ、ＹＺｒｘＯｙ、及びＹＺｒｘＡｌｙＯｚからなる群から選択される。【選択図】なし

Description

関連出願
本出願は、２０１６年４月２７日に出願された係属中の米国仮特許出願第６２／３２８，５８８号に基づく優先権を主張し、参照により本明細書に援用される。
本開示の実施形態は、原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して半導体処理チャンバコンポーネント用の保護コーティングを調製するための方法、多成分保護コーティング、及び多成分保護コーティングでコーティングされた半導体処理チャンバコンポーネントに関する。
背景
様々な製造プロセスは、高温、高エネルギープラズマ、腐食性ガスの混合物、高ストレス、及びそれらの組み合わせに半導体処理チャンバコンポーネントを曝露させる。これらの極端な条件は、チャンバコンポーネントを腐食させ、チャンバコンポーネントを浸食させ、チャンバコンポーネントの欠陥に対する感受性を増加させる可能性がある。このような極端な環境において、これらの欠陥を低減し、コンポーネントの耐腐食性及び／又は耐浸食性を改善することが望ましい。保護コーティングで半導体処理チャンバコンポーネントをコーティングすることは、欠陥を低減し、それらの耐久性を延ばすのに有効な方法である。
保護コーティング膜は、典型的には、様々な方法（例えば、熱溶射、スパッタリング、又は蒸発技術）によってチャンバコンポーネント上に堆積される。これらの技術では、蒸発源に直接曝露されない（例えば、材料源の視線内にない）チャンバコンポーネントの表面は、蒸発源に直接曝露される面よりも著しく薄い膜、低品質膜、低密度膜のいずれかでコーティングされるか、又は全くコーティングされない。
概要
本発明のいくつかの実施形態は、半導体処理チャンバコンポーネント上に多成分コーティング組成物を形成する方法を網羅する。本方法は、半導体処理チャンバコンポーネントの表面上に、酸化イットリウム又はフッ化イットリウムの第１の膜層を堆積させる工程を含み、第１の膜層は、原子層堆積プロセスを用いて少なくとも２つの前駆体から成長される。本方法は、追加の酸化物又は追加のフッ化物の第２の膜層を半導体処理チャンバコンポーネントの表面上に堆積させる工程を更に含み、第２の膜層は、原子層堆積プロセスを用いて少なくとも２つの追加の前駆体から成長される。本方法は、第１の膜層及び第２の膜層を含む多成分組成物を形成する工程を更に含む。いくつかの実施形態では、本方法は、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムを含む少なくとも１つの追加の膜層を堆積させる工程を更に含むことができ、少なくとも１つの追加の膜層は、原子層堆積プロセスを用いて少なくとも２つの追加の前駆体から成長される。
いくつかの実施形態では、本発明は、コーティングされた半導体処理チャンバコンポーネントを網羅する。コーティングされた半導体処理チャンバコンポーネントは、表面を有する半導体処理チャンバコンポーネントと、表面上にコーティングされた多成分コーティングとを含むことができる。特定の実施形態では、多成分コーティングは、原子層堆積プロセスを用いて表面上にコーティングされた酸化イットリウム又はフッ化イットリウムの少なくとも１つの第１の膜層と、原子層堆積プロセスを用いて表面上にコーティングされた追加の酸化物又は追加のフッ化物の少なくとも１つの第２の膜層とを含むことができる。いくつかの実施形態では、多成分コーティングは、原子層堆積プロセスを用いて表面上にコーティングされた酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムを含む少なくとも１つの追加の膜層を更に含むことができる。
いくつかの実施形態では、本発明は、半導体処理チャンバコンポーネントの表面用の多成分コーティング組成物を網羅する。多成分コーティング組成物は、原子層堆積プロセスを用いて半導体処理チャンバコンポーネントの表面上にコーティングされた酸化イットリウム又はフッ化イットリウムの少なくとも１つの第１の膜層と、原子層堆積プロセスを用いて半導体処理チャンバコンポーネントの表面上にコーティングされた追加の酸化物又は追加のフッ化物の少なくとも１つの第２の膜層とを含むことができる。多成分コーティング組成物は、ＹＯｘＦｙ、ＹＡｌｘＯｙ、ＹＺｒｘＯｙ、及びＹＺｒｘＡｌｙＯｚからなる群から選択することができる。
本開示は、同じ参照符号が同様の要素を示す添付図面の図において、限定としてではなく例として示されている。本開示における「１つの」又は「一」実施形態への異なる参照は、必ずしも同じ実施形態への参照ではなく、そのような参照は少なくとも１つを意味することが留意されるべきである。
処理チャンバの一実施形態の断面図を示す。 様々な原子層堆積技術に係る堆積プロセスを示す。 一実施形態に係る、半導体処理チャンバコンポーネント上に多成分コーティングを形成する方法を示す。 一実施形態に係る、半導体処理チャンバコンポーネント上に多成分コーティングを形成する方法を示す。 〜 異なる実施形態に係る多成分コーティング組成物の変形を示す。 一実施形態に係るコーティングされたチャンバコンポーネント（シャワーヘッド）を示す。 一実施形態に従ってコーティングされた大きなアスペクト比を有するガス導管の拡大図を示す。 コーティングされたまま及びアニーリング後のＡｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３の交互層のスタックのＸ線回折パターンを示すグラフである。
実施形態の詳細な説明
実施形態は、原子層堆積（単原子層堆積又はＡＬＤとも呼ばれる）を使用して堆積された複数の層を含む多成分コーティングを参照して本明細書に記載される。各成分は、コーティングの１以上の層に含まれる構成材料とすることができる。多成分コーティングの一例は、イットリウムの第１成分と酸素の第２成分とを含むコーティング（例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３））である。別の一例では、多成分コーティングは、Ｙ２Ｏ３の第１成分及びＹＦ３の第２成分を含むことができる。第１及び第２成分は、多成分コーティングの異なる層に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、処理（例えば、アニーリング）の後、多成分コーティングの複数の層が相互拡散して、異なる層の構成材料を含む均質な又はほぼ均質なコーティングを形成することができる。例えば、異なる層からの複数の成分は、第１の膜層及び第２の膜層の固体状態相を形成することができる。更なる一例では、Ｙ２Ｏ３層とＹＦ３層の交互スタックが相互拡散して、酸フッ化イットリウムの固体状態相を形成することができる。多成分コーティングは、複数の異なる酸化物、複数の異なるフッ化物、又は相互拡散している又は相互拡散していない１以上の酸化物と１以上のフッ化物との組み合わせを有するコーティングとすることができる。代替的に又は追加的に、多成分コーティングは、金属と酸素、金属とフッ素、金属と酸素とフッ素、又は酸素及びフッ素のうちの１以上を有する複数の金属の混合物を有するコーティングとすることができる。
図１は、本発明の実施形態に係る多成分コーティングでコーティングされた１以上のチャンバコンポーネントを有する半導体処理チャンバ１００の断面図である。処理チャンバ１００は、プラズマ処理条件を有する腐食性プラズマ環境が提供される処理に対して使用することができる。例えば、処理チャンバ１００は、プラズマエッチング装置又はプラズマエッチング反応器、プラズマ洗浄装置などのためのチャンバとすることができる。多成分コーティングを含むことができるチャンバコンポーネントの例には、複雑な形状及び大きなアスペクト比を有する孔を有するチャンバコンポーネントが含まれる。いくつかの例示的なチャンバコンポーネントは、基板支持アセンブリ１４８、静電チャック（ＥＳＣ）、リング（例えば、プロセスキットリング又は単一リング）、チャンバ壁、ベース、ガス分配板、シャワーヘッド１３０、ガスライン、ノズル、蓋、ライナー、ライナーキット、シールド、プラズマスクリーン、フローイコライザー、冷却ベース、チャンバビューポート、チャンバ蓋などを含む。以下でより詳細に説明される多成分コーティングは、ＡＬＤプロセスを用いて施される。図２を参照してより詳細に説明されるＡＬＤは、複雑な形状及び大きなアスペクト比を有する孔を有するコンポーネントを含む全てのタイプのコンポーネントに比較的均一な厚さのコンフォーマルなコーティングを施すことができる。
多成分コーティングは、酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、及び炭化物系セラミックスを含む様々なセラミックスでＡＬＤを使用して成長又は堆積させることができる。酸化物系セラミックスの例は、ＳｉＯ２（石英）、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２等を含む。炭化物系セラミックスの例は、ＳｉＣ、Ｓｉ−ＳｉＣ等を含む。窒化物系セラミックスの例は、ＡｌＮ、ＳｉＮ等を含む。
一実施形態では、処理チャンバ１００は、チャンバ本体１０２と、内部容積１０６を囲むシャワーヘッド１３０とを含む。シャワーヘッド１３０は、シャワーヘッドベース及びシャワーヘッドガス分配板を含むことができる。あるいはまた、いくつかの実施形態では、シャワーヘッド１３０は、蓋及びノズルで置き換えてもよい。チャンバ本体１０２は、アルミニウム、ステンレス鋼、又は他の適切な材料から製造することができる。チャンバ本体１０２は、一般的に、側壁１０８及び底部１１０を含む。シャワーヘッド１３０（又は蓋及び／又はノズル）、側壁１０８、及び／又は底部１１０のいずれも、多成分コーティングを含むことができる。
外側ライナー１１６は、側壁１０８に隣接して配置され、チャンバ本体１０２を保護することができる。外側ライナー１１６は、多成分コーティングで製造及び／又はコーティングすることができる。一実施形態では、外側ライナー１１６は、酸化アルミニウムから製造される。
排気ポート１２６は、チャンバ本体１０２内に画定されることができ、内部容積１０６をポンプシステム１２８に結合することができる。ポンプシステム１２８は、排気して処理チャンバ１００の内部容積１０６の圧力を調節するために使用される１以上のポンプ及びスロットルバルブを含むことができる。
シャワーヘッド１３０は、側壁１０８及び／又はチャンバ本体１０２の上部に支持されることができる。いくつかの実施形態では、シャワーヘッド１３０（又は蓋）は、処理チャンバ１００の内部容積１０６にアクセスできるように開けることができ、閉じた状態で処理チャンバ１００に対してシールを提供することができる。ガスパネル１５８は、処理チャンバ１００に結合され、シャワーヘッド１３０又は蓋及びノズルを介して内部容積１０６に処理ガス及び／又は洗浄ガスを提供することができる。シャワーヘッド１３０は、誘電体エッチング（誘電体材料のエッチング）用に使用される処理チャンバに対して使用される。シャワーヘッド１３０は、ＧＤＰ全体にわたって複数のガス供給孔１３２を有するガス分配板（ＧＤＰ）を含むことができる。シャワーヘッド１３０は、アルミニウムシャワーヘッドベース又は陽極酸化アルミニウムシャワーヘッドベースに結合されたＧＤＰを含むことができる。ＧＤＰ１３３は、Ｓｉ又はＳｉＣから作ることができる、又はセラミックス（例えば、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＹＡＧなど）とすることができる。シャワーヘッド１３０及び供給孔１３２は、図４Ａ及び図４Ｂに関して以下でより詳細に説明されるように、多成分コーティングでコーティングすることができる。図示されるように、シャワーヘッド１３０は、一実施形態によれば、シャワーヘッド１３０の表面（例えば、シャワーヘッドベースの表面及び／又はＧＤＰの表面）及びシャワーヘッド（例えば、シャワーヘッドベース及び／又はＧＤＰ）内のガス導管（孔とも呼ばれる）１３２の壁の両方に多成分コーティング１５２を有する。しかしながら、他のチャンバコンポーネント（例えば、ガスライン、静電チャック、ノズル、及びその他）のいずれも、多成分コーティングでコーティングすることができることを理解すべきである。
導体エッチング（導電性材料のエッチング）用に使用される処理チャンバでは、シャワーヘッドではなく蓋を使用する可能性がある。蓋は、蓋の中心穴に嵌合する中心ノズルを含むことができる。蓋は、セラミックス（例えば、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＹＡＧ）、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物とすることができる。ノズルもまた、セラミックス（例えば、Ｙ２Ｏ３、ＹＡＧ）、又はＹ４Ａｌ２Ｏ９とＹ２Ｏ３−ＺｒＯ２の固溶体とを含むセラミックス化合物とすることができる。蓋、シャワーヘッド１３０（例えば、シャワーヘッドベース、ＧＤＰ、及び／又はガス供給導管／孔を含む）、及び／又はノズルは、一実施形態に係る多成分コーティングですべてコーティングされてもよい。
処理チャンバ１００内で基板を処理するために使用することができる処理ガスの例は、ハロゲン含有ガス（例えば、とりわけ、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ３、Ｆ、ＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＢＣｌ３、及びＳｉＦ４）、及び他のガス（例えば、Ｏ２又はＮ２Ｏ）を含む。キャリアガスの例は、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、及び処理ガスに対して不活性な他のガス（例えば、非反応性ガス）を含む。基板支持アセンブリ１４８は、シャワーヘッド１３０又は蓋の下方の処理チャンバ１００の内部容積１０６内に配置される。基板支持アセンブリ１４８は、処理中に基板１４４を保持し、冷却板に結合された静電チャックを含むことができる。
内側ライナーは、基板支持アセンブリ１４８の周囲にコーティングされてもよい。内側ライナーは、ハロゲン含有ガス耐性材料（例えば、外側ライナー１１６を参照して論じられたもの）とすることができる。一実施形態では、内側ライナー１１８は、外側ライナー１１６と同じ材料から製造されてもよい。更に、内側ライナー１１８はまた、多成分コーティングでコーティングされてもよい。
図２は、様々なＡＬＤ技術による堆積プロセスを示す。様々なタイプのＡＬＤプロセスが存在し、特定のタイプは、いくつかの要因（例えば、コーティングされる表面、コーティング材料、表面とコーティング材料との間の化学的相互作用など）に基づいて選択することができる。様々なＡＬＤプロセスの一般的な原理は、自己限定的に一度に１つずつ表面と化学的に反応するガス状化学前駆体の連続した交互パルスにコーティングされる表面を繰り返し曝露させることによって薄膜層を成長させることを含む。
図２は、表面２０５を有する物品２１０を示す。物品２１０は、基板支持アセンブリ、静電チャック（ＥＳＣ）、リング（例えば、プロセスキットリング又は単一リング）、チャンバ壁、ベース、ガス分配板、ガスライン、シャワーヘッド、ノズル、蓋、ライナー、ライナーキット、シールド、プラズマスクリーン、フローイコライザー、冷却ベース、チャンバビューポート、チャンバ蓋などを含むがこれらに限定されない様々な半導体処理チャンバコンポーネントを表すことができる。物品２１０及び表面２０５は、金属（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼）、セラミックス、金属セラミックス複合材料、ポリマー、ポリマーセラミックス複合材料、又は他の適切な材料から作製することができ、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の材料を更に含んでもよい。
前駆体と表面との間のそれぞれ個々の化学反応は、「半反応」として知られている。各半反応の間、前駆体は、前駆体が表面と完全に反応できるのに十分な時間の間、表面上にパルス供給される。この反応は、前駆体が表面上の有限数の利用可能な反応部位とのみ反応し、表面上に均一な連続吸着層を形成するので、自己限定的である。前駆体と既に反応した任意の部位は、反応した部位が均一な連続コーティング上に新たな反応部位を形成する処理に付されない限り、及び／又は反応した部位が均一な連続コーティング上に新たな反応部位を形成する処理に付されるまで、同じ前駆体との更なる反応は利用できなくなる。例示的な処理は、プラズマ処理、均一な連続吸着層をラジカルに曝露させることによる処理、又は表面に吸着された直近の均一な連続膜層と反応することができる異なる前駆体の導入とすることができる。
図２において、表面２０５を有する物品２１０は、第１の前駆体２６０の表面２０５との第１の半反応が、吸着層２１４を形成することによって部分的に層２１５を形成するまで、第１の期間の間、第１の前駆体２６０を導入されることができる。その後、物品２１０は、（反応剤とも呼ばれる）第２の前駆体２６５に導入され、吸着層２１４と反応して層２１５を完全に形成する第２の反反応を引き起こすことができる。第１の前駆体２６０は、例えば、アルミニウム又は他の金属のための前駆体とすることができる。第２の前駆体２６５は、層２１５が酸化物であるならば、酸素前駆体とすることができ、又は層２１５がフッ化物であるならば、フッ素前駆体とすることができる。層２１５は、均一で、連続的で、コンフォーマルであってもよい。物品２１０は、第１の前駆体２６０及び第２の前駆体２６５に交互にｘ回まで曝露して、層２１５の目標厚さを達成することができる。ｘは、例えば、１〜１００の整数とすることができる。
続いて、表面２０５及び層２１５を有する物品２１０は、層２１５と反応する第３の前駆体２７０に導入され、第２の吸着層２１８を形成することによって第２の層２２０を部分的に形成することができる。続いて、物品２１０は、（反応剤とも呼ばれる）別の前駆体２７５に導入され、第２の半反応が層２２０を完全に形成させることができる。第２の膜層２２０は、均一で、連続的で、コンフォーマルであってもよい。物品２１０は、第３の前駆体２７０及び第４の前駆体２７５に交互にｙ回まで曝露され、層２２０の目標厚さを達成することができる。ｙは、例えば、１〜１００の整数とすることができる。
その後、物品２１０を前駆体２６０及び２６５にｘ回導入し、次いで前駆体２７０及び２７５にｙ回導入するシーケンスを繰り返してｎ回行うことができる。ｎは、例えば、１〜１００の整数とすることができる。シーケンスの結果は、追加の交互の層２２５、２３０、２３５、２４０、２４５及び２５０を成長させることとすることができる。層の数及び厚さは、目標とするコーティングの厚さ及び特性に基づいて選択することができる。様々な層はインタクト（完全）なままとすることができ、又はいくつかの実施形態では、相互拡散されてもよい。
表面反応（例えば、半反応）は順次行われる。新しい前駆体を導入する前に、ＡＬＤプロセスが行われるチャンバは、不活性キャリアガス（例えば、窒素又は空気）でパージされ、未反応の前駆体及び／又は表面前駆体反応副生成物を除去することができる。少なくとも２つの前駆体が使用される。いくつかの実施形態では、３以上の前駆体を使用して、同じ組成を有する膜層を成長させる（例えば、互いの上にＹ２Ｏ３の多層を成長させる）ことができる。他の実施形態では、異なる前駆体を使用して、異なる組成を有する異なる膜層を成長させることができる。
ＡＬＤプロセスは、ＡＬＤプロセスのタイプに応じて様々な温度で行うことができる。特定のＡＬＤプロセスの最適な温度範囲は、「ＡＬＤ温度ウィンドウ」と呼ばれる。ＡＬＤ温度ウィンドウを下回る温度は、不良な成長速度と非ＡＬＤタイプの堆積をもたらす可能性がある。ＡＬＤ温度ウィンドウを上回る温度は、物品の熱分解又は前駆体の迅速な脱離をもたらす可能性がある。ＡＬＤ温度ウィンドウは、約２０℃〜約４００℃の範囲とすることができる。いくつかの実施形態では、ＡＬＤ温度ウィンドウは、約１５０℃〜３５０℃の間である。
ＡＬＤプロセスは、複雑な幾何学的形状、大きなアスペクト比を有する孔、及び三次元構造を有する物品及び表面上に均一な膜厚を有するコンフォーマルな膜層を可能にする。前駆体の表面への十分な曝露時間は、前駆体がその三次元の複雑な構造の全てを含むその表面全体に分散して完全に反応することを可能にする。高アスペクト比の構造内にコンフォーマルなＡＬＤを得るために利用される曝露時間は、アスペクト比の２乗に比例し、モデリング技術を使用して予測することができる。また、ＡＬＤ技術は、原材料（例えば、粉末原料及び焼結されたターゲット）の長期にわたる困難な製造を必要とせずに、特定の組成物又は配合物のインサイチューオンデマンドの材料合成を可能にするので、他の一般的に使用されるコーティング技術よりも有利である。
ＡＬＤ技術では、（例えば、以下の例において詳細に示されるように、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＹＦ３、及びＺｒＯ２を成長させるために使用される前駆体の適切なシーケンシングによって、）多成分膜（例えば、ＹＯｘＦｙ、ＹＡｌｘＯｙ、ＹＺｒｘＯｙ、及びＹＺｒｘＡｌｙＯｚ）を成長させることができる。
図３Ａは、一実施形態に係る、半導体処理チャンバコンポーネント上に多成分コーティングを形成する方法３００を示す。本方法は、オプションとして、多成分コーティング用の組成物を選択することによって開始することができる。組成物の選択及び形成方法は、同じエンティティによって、又は複数のエンティティによって実行することができる。ブロック３０５によれば、本方法は、半導体処理チャンバコンポーネントの表面上に、酸化イットリウム又はフッ化イットリウムの第１の膜層を堆積させる工程を含み、第１の膜層は、ＡＬＤプロセスを用いて少なくとも２つの前駆体から成長される。ブロック３１０によれば、本方法は、半導体処理チャンバコンポーネントの表面上に追加の酸化物又は追加のフッ化物の第２の膜層を堆積させる工程を更に含み、第２の膜層は、ＡＬＤプロセスを用いて少なくとも２つの追加の前駆体から成長される。第１の膜は、第２の膜が堆積される前又は後に堆積させることができることに留意すべきである。したがって、第１の膜を第２の膜の上に堆積させることができるか、又は第２の膜を第１の膜の上に堆積させることができる。いくつかの実施形態では、ブロック３１５によれば、本方法は、オプションとして少なくとも１つの追加の膜層を堆積させる工程を更に含み、少なくとも１つの追加の膜層は、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムを含み、少なくとも１つの追加の膜層は、ＡＬＤプロセスを使用して追加の前駆体から成長される。
いくつかの実施形態では、第１の膜層が酸化イットリウムを含む場合、層は、以下の処理シーケンスによって形成することができる。
１）前駆体の基板表面との反応。前駆体は、トリス（Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、又はトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）を含むことができる。
２）ＡＬＤ処理チャンバからの未反応前駆体のパージ。
３）第２の前駆体の表面との反応。第２の前駆体は、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３を含むことができる。
４）ＡＬＤ処理チャンバからの第２の未反応前駆体のパージ。
いくつかの実施形態では、第１の膜層がフッ化イットリウムを含む場合、使用される２つの前駆体は、トリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）及びＴｉＦ４とすることができる。
いくつかの実施形態では、第２の膜層が酸化アルミニウムを含む場合、１つの前駆体は、ジエチルアルミニウムエトキシド、トリス（エチルメチルアミド）アルミニウム、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド、アルミニウムトリブロミド、アルミニウムトリクロリド、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、又はトリス（ジエチルアミド）アルミニウムを含むことができる。第２の前駆体は、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３を含むことができる。いくつかの実施形態では、第２の膜層が酸化ジルコニウムを含む場合、１つの前駆体は、臭化ジルコニウム（ＩＶ）、塩化ジルコニウム（ＩＶ）、ジルコニウム（ＩＶ）ｔｅｒｔ−ブトキシド、テトラキス（ジエチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、テトラキス（ジメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、又はテトラキス（エチルメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）を含むことができる。第２の前駆体は、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３を含むことができる。
上記の前駆体又は他の適切な前駆体は、酸化イットリウム層、フッ化イットリウム層、酸化アルミニウム層、又は酸化ジルコニウム層が、第１層、第２層、又は第Ｎ層であるかどうかにかかわらず、ＡＬＤを使用して成長されるたびに使用することができ、第Ｎ層は、半導体処理チャンバコンポーネントの表面上に成長され、目標とされる保護コーティングの厚さ及び特性に基づいて選択された有限数の層を表す。
ブロック３２５によると、本方法は、最終的に、第１の膜層、第２の膜層、及び任意の追加の膜層の多成分組成物を形成する工程を含む。いくつかの実施形態では、ブロック３２０によると、多成分組成物を形成する工程は、半導体処理チャンバコンポーネント上に堆積された、第１の膜層、第２の膜層、及び追加の膜層を含む半導体処理チャンバコンポーネントをアニーリングする工程を含む。いくつかの実施形態では、アニーリングは、少なくとも１つの第１の膜層と少なくとも１つの第２の膜層と少なくとも１つの追加の膜層（存在する場合）のいずれかとの相互拡散した固体状態相を含む多成分組成物をもたらすことができる。アニーリングは、約８００℃〜約１８００℃、約８００℃〜約１５００℃、又は約８００℃〜約１０００℃の範囲の温度で行うことができる。アニーリング温度は、物品、表面、及び膜層の構成材料に基づいて選択され、それらの完全性を維持し、これらの成分の一部又は全部を変形、分解、又は溶融させないようにすることができる。
図３Ｂは、一実施形態に係る、半導体処理チャンバコンポーネント上に多成分コーティングを形成する方法３５０を示す。本方法は、オプションとして多成分コーティング用の組成物を選択することによって開始することができる。組成物の選択及び形成方法は、同じエンティティによって、又は複数のエンティティによって実行されてもよい。
ブロック３５５によると、本方法は、ＡＬＤを介して物品の表面上に第１の酸化物又は第１のフッ化物の膜層を堆積させる工程を含む。ブロック３６０によると、本方法は、ＡＬＤを介して物品の表面上に第２の酸化物又は第２のフッ化物の膜層を堆積させる工程を更に含む。第１の酸化物又は第１のフッ化物の膜層は、第２の酸化物又は第２のフッ化物の膜層が堆積される前又は後に堆積させることができることに留意すべきである。したがって、いくつかの実施形態では、第１の酸化物又は第１のフッ化物の膜層を、第２の酸化物又は第２のフッ化物の膜層の上に堆積させることができる。他の実施形態では、第２の酸化物又は第２のフッ化物の膜層を、第１の酸化物又は第１のフッ化物の膜層の上に堆積させることができる。いくつかの実施形態では、ブロック３６５によると、本方法は、オプションとして、ＡＬＤを介して物品の表面上に第３の酸化物又は第３のフッ化物の追加の膜層を堆積させる工程を更に含むことができる。
いくつかの実施形態では、ブロック３７０によると、本方法は、追加の層が追加されるべきかどうかを決定する工程を更に含むことができる。追加の層及び／又はいくつの層を追加すべきかを決定することは、インサイチューで、又は堆積を開始する前に（例えば、オプションの多成分組成物選択プロセスにおいて）行うことができる。追加の層を追加すべきである場合には、ブロック３５５、３６０、及びオプションで３６５を繰り返すことができる。追加の層を追加すべきでない場合には、本方法は先に進み、物品の表面上に堆積された全ての膜層を含む多成分組成物を形成する。
いくつかの実施形態では、いずれかの膜層の第１の酸化物、第２の酸化物、又は第３の酸化物が酸化イットリウムを含む場合、ＡＬＤによって酸化イットリウムを形成するために使用される１つの前駆体は、トリス（Ｎ、Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、又はトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）から選択することができ、第２の前駆体は、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択することができる。いくつかの実施形態では、いずれかの膜層の第１のフッ化物、第２のフッ化物、又は第３のフッ化物がフッ化イットリウムを含む場合、この膜を形成するために使用される２つの前駆体は、トリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）及びＴｉＦ４とすることができる。
いくつかの実施形態では、いずれかの膜層の第１の酸化物、第２の酸化物、又は第３の酸化物が酸化アルミニウムを含む場合、ＡＬＤによって酸化アルミニウムを形成するために使用される１つの前駆体は、ジエチルアルミニウムエトキシド、トリス（エチルメチルアミド）アルミニウム、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド、アルミニウムトリブロミド、アルミニウムトリクロリド、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、又はトリス（ジエチルアミド）アルミニウムから選択することができ、第２の前駆体は、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択することができる。いくつかの実施形態では、いずれかの膜層の第１の酸化物、第２の酸化物、又は第３の酸化物が酸化ジルコニウムを含む場合、１つの酸化ジルコニウム前駆体は、臭化ジルコニウム（ＩＶ）、塩化ジルコニウム（ＩＶ）、ジルコニウム（ＩＶ）ｔｅｒｔ−ブトキシド、テトラキス（ジエチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、テトラキス（ジメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、又はテトラキス（エチルメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）から選択することができ、第２の前駆体は、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択することができる。
上記の前駆体又は他の適切な前駆体は、酸化イットリウム層、フッ化イットリウム層、酸化アルミニウム層、又は酸化ジルコニウム層が、第１膜層、第２膜層、又は第Ｎ膜層であるかどうかにかかわらず、ＡＬＤを使用して成長されるたびに使用することができ、第Ｎ膜層は、物品の表面上に成長され、目標とされる保護コーティングの厚さ及び特性に基づいて選択された有限数の膜層を表す。
いくつかの実施形態では、本方法はオプションのブロック３７５に進み、物品の表面上に堆積された全ての膜層の多成分組成物をアニーリングすることができる。いくつかの実施形態では、アニーリングは、物品の表面上に堆積された全ての膜層の相互拡散した固体状態相を含む多成分組成物をもたらすことができる。アニーリングは、約８００℃〜約１８００℃、約８００℃〜約１５００℃、又は約８００℃〜約１０００℃の範囲の温度で行うことができる。アニーリング温度は、物品、表面、及び膜層の構成材料に基づいて選択され、それらの完全性を維持し、これらの成分の一部又は全部を変形、分解、又は溶融させないようにすることができる。
図４Ａ〜図４Ｄは、異なる実施形態による多成分コーティング組成物の変形を示す。図４Ａは、一実施形態に係る物品４１０の表面４０５用の多成分コーティング組成物を示す。表面４０５は、様々な物品４１０の表面とすることができる。例えば、物品４１０は、基板支持アセンブリ、静電チャック（ＥＳＣ）、リング（例えば、プロセスキットリング又は単一リング）、チャンバ壁、ベース、ガス分配板、ガスライン、シャワーヘッド、ノズル、蓋、ライナー、ライナーキット、シールド、プラズマスクリーン、フローイコライザー、冷却ベース、チャンバビューポート、チャンバ蓋などを含むが、これらに限定されない様々な半導体処理チャンバコンポーネントを含むことができる。半導体処理チャンバコンポーネントは、金属（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼）、セラミックス、金属セラミックス複合材料、ポリマー、ポリマーセラミックス複合材料、又は他の適切な材料から作製することができ、例えば、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の材料を更に含んでもよい。
図４Ａにおいて、多成分コーティング組成物は、ＡＬＤプロセスを使用して物品４１０の表面４０５上にコーティングされた酸化イットリウム又はフッ化イットリウムの少なくとも１つの第１の膜層４１５と、ＡＬＤプロセスを使用して物品４１０の表面４０５上にコーティングされた追加の酸化物又はフッ化物の少なくとも１つの第２の膜層４２５とを含む。
図４Ａは、多成分コーティング組成物が第１の層４１５と第２の層４２５との交互の層のスタックを含み、層はインタクトであり相互拡散されておらず、各層は等しい数（４つの４１５層と、４つの４２５層）であり、すべての層が均一な厚さの層である一実施形態を示す。いくつかの実施形態では、第１の膜層は第２の膜層の堆積前に堆積され、第２の膜層は第１の膜層の上に堆積される。いくつかの実施形態では、順序は逆にされてもよい。
図４Ｂは、物品４１０の表面４０５上に堆積された多成分コーティング組成物（例えば、上記のような半導体処理チャンバコンポーネント）が、第１の層４１５と第２の層４２５と少なくとも１つの追加の層４３５の交互の層のスタックを含み、層は完全なままであり、所定の順序で均一な厚さで堆積及び／又は成長された一実施形態を示す。しかしながら、層の数は等しくなくてもよく、ある層は他の層よりも優勢であってもよい（例えば、３つの４１５層と、３つの４２５層と、２つの４３５層）。
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの第１の膜層は第１の連続単層を含み、少なくとも１つの第２の膜層は第２の連続単層を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの追加の層は、少なくとも１つの追加の単層を含むことができる。
他の実施形態では、少なくとも１つの第１の膜層は、均一な厚さを有する第１の厚い層を含み、均一な厚さは２つの単層の厚さから約１マイクロメートルまでの範囲であり、少なくとも１つの第２の膜層は、第１の膜層の均一な厚さを有する第２の厚い層を含む。更に他の一実施形態では、少なくとも１つの追加の膜層は、他の２つの厚い層の均一な厚さを有する少なくとも１つの追加の厚い層を含むことができる。
いくつかの実施形態では、多成分コーティング組成物は、少なくとも１つの第１の膜層と、少なくとも１つの第２の膜層と、オプションとして１以上の追加の膜層を含むことができ、層の厚さは変わってもよい。例えば、いくつかの層は単層とすることができ、いくつかの層は厚い層とすることができる。
図４Ｃは、物品４１０の表面４０５上に堆積された多成分コーティングが、一定の順序又は一定の厚さではないインタクトな（完全なままの）均一な膜層のスタックを含む一実施形態を示す。多成分コーティングは、第１の厚さを有する第１の厚い層４２０と、第１の厚さとは異なる第２の厚さを有する第２の厚い層４３０と、第１及び第２の厚さとは異なる第３の厚さを有する少なくとも１つの追加の厚い層４４０を含む。いくつかの層は、他よりも優勢であることができ（例えば、第１の厚い層４２０が２つと、第２の厚い層４３０が１つと、追加の厚い層４４０が１つ）、多成分コーティングの特定の特性（例えば、耐腐食性／耐浸食性）を達成する。
いくつかの実施形態では、図４Ａ〜図４Ｃに示される様々な膜層は、同じ組成を有していてもよい。他の実施形態では、層の組成は異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、様々な膜層は、同様の特性（例えば、厚さ、空孔率、耐プラズマ性、ＣＴＥ）を有していてもよい。他の実施形態では、各膜層は異なる特性を有していてもよい。図４Ａ〜図４Ｃは特定の数の膜層を示しているが、図は限定することを意図しておらず、特定の実施形態では、より多くの又はより少ない膜層を表面上に堆積させることができることを理解すべきである。いくつかの実施形態では、半導体処理チャンバコンポーネントの全表面をコーティングすることができる。他の実施形態では、半導体処理チャンバコンポーネントの表面の少なくとも一部をコーティングすることができる。
図４Ｄは、物品４１０の表面４０５上に堆積された多成分コーティング組成物４５０が、少なくとも１つの第１の膜層と、少なくとも１つの第２の膜層と、オプションとして少なくとも１つの追加の膜層との相互拡散した固体状態相を含む一実施形態を示す。
いくつかの実施形態では、多成分コーティング組成物は、インタクトな層又は相互拡散した固体状態相を含むかどうかに関わらず、ＹＯｘＦｙ、ＹＡｌｘＯｙ、ＹＺｒｘＯｙ、及びＹＺｒｘＡｌｙＯｚからなる群から選択される。これらの種々の多成分コーティング組成物を製造するプロセスは、以下の実施例に例示されている。
図５Ａは、シャワーヘッド５００の底面図を示す。以下に提供されるシャワーヘッドの例は、本明細書の実施形態に記載されたような多成分コーティングの使用によって性能を改善することができる１つの例示的なチャンバコンポーネントに過ぎない。他のチャンバコンポーネントの性能もまた、本明細書に開示された多成分コーティングでコーティングされた場合にも改善可能であることを理解すべきである。シャワーヘッド５００は、本明細書に示されるように、複雑な幾何学的形状及び大きなアスペクト比を有する孔を有する表面を有する半導体処理チャンバコンポーネントの１つの例示として選択された。
下面５０５の複雑な幾何学的形状は、多成分コーティングを受けるように構成される。シャワーヘッド５００の下面５０５は、均一に分布した同心円状のリング内に配置されたガス導管５１０を画定する。他の実施形態では、ガス導管５１０は、代わりの幾何学的構成で構成されてもよく、利用される反応器及び／又は処理のタイプに応じて、必要に応じて多くのガス導管又は少ないガス導管を有してもよい。多成分コーティングは、複雑な幾何学的形状及び孔の大きなアスペクト比にもかかわらず、表面上ならびにガス導管の孔内に比較的均一な厚さのコンフォーマルなコーティングを可能にするＡＬＤ技術を用いて、表面５０５上及びガス導管孔５１０内で成長される。
シャワーヘッド５００は、腐食性化学物質（例えば、フッ素）に曝露される可能性があり、シャワーヘッドとのプラズマ相互作用のために浸食する可能性がある。多成分コーティング層は、そのようなプラズマ相互作用を低減し、シャワーヘッドの耐久性を改善することができる。ＡＬＤで堆積された多成分コーティング層は、シャワーヘッドの機能を妨害しないように、下面５０５及びガス導管５１０の相対的な形状及び幾何学的形状を維持する。同様に、他のチャンバコンポーネントに適用される場合、多成分コーティングは、表面の形状及び幾何学的構成を維持することができ、コンポーネントの機能を妨げず、プラズマ耐性を提供し、全表面にわたって耐腐食性及び／又は耐浸食性を改善するようにコーティングされることが意図される。
コーティング材料のプラズマに対する耐性は、「エッチング速度」（ＥＲ）によって測定され、コーティングされたコンポーネントの動作及びプラズマへの曝露の持続時間全体にわたって、オングストローム／分（Å／分）の単位を有することができる。耐プラズマ性は、ナノメートル／高周波時間（ｎｍ／ＲＦ時間）の単位を有する浸食速度によって測定することもでき、ここで、１ＲＦ時間は、プラズマ処理条件における１時間の処理を表す。異なる処理時間の後に測定を行うことができる。例えば、測定は、処理前、５０処理時間後、１５０処理時間後、２００処理時間後などに行うことができる。約１００ｎｍ／ＲＦ時間より低い浸食速度は、多成分耐プラズマコーティング材料にとって典型的である。シャワーヘッド上又は任意の他の半導体処理チャンバコンポーネント上に成長された多成分コーティングの組成の変更は、複数の異なるプラズマ耐性又は浸食速度値をもたらす可能性がある。更に、様々なプラズマに曝露された単一組成物を有する多成分コーティングは、複数の異なるプラズマ耐性又は浸食速度値を有する可能性がある。例えば、ある耐プラズマ材料は、第１のタイプのプラズマに関連する第１のプラズマ耐性又は浸食速度と、第２のタイプのプラズマに関連する第２のプラズマ耐性又は浸食速度とを有する可能性がある。
図５Ｂは、一実施形態に従ってコーティングされた大きなアスペクト比を有するガス導管５１０の拡大図を示す。ガス導管５１０は、長さＬ及び直径Ｄを有することができる。ガス導管５１０は、Ｌ：Ｄとして定義される大きなアスペクト比を有することができ、アスペクト比は、約５０：１から約１００：１の範囲とすることができる。いくつかの実施形態では、アスペクト比は、５０：１未満又は１００：１を超えてもよい。
ガス導管５１０は、多成分コーティングでコーティングすることができる内面５５５を有することができる。多成分コーティングは、少なくとも１つの第１の層５６０と、少なくとも１つの第２の層５６５と、オプションとして少なくとも１つの追加の層（図示せず）とを含むことができる。第１の膜層は、酸化イットリウム又はフッ化イットリウムを含むことができる。第２の膜層は、追加の酸化物又は追加のフッ化物を含むことができる。オプションの少なくとも１つの追加の層は、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムを含むことができる。すべての層は、ＡＬＤプロセスを用いてコーティングすることができる。ＡＬＤプロセスは、アスペクト比が大きいにもかかわらず、ガス導管５１０の内面全体にわたって均一な厚さのコンフォーマルなコーティング層を成長させることができると同時に、最終多成分コーティングはまた、シャワーヘッド内のガス導管を塞がないほど十分に薄くすることができる。
いくつかの実施形態では、多成分コーティングは、少なくとも１つの第１の層と、少なくとも１つの第２の層と、オプションとして少なくとも１つの追加の層とのインタクトな層を含むことができる。一実施形態では、第１の層、第２の層、及び任意のオプションの追加の層は、所定の順序で交互に配置されてもよい。別の一実施形態では、第１の層、第２の層、及び任意のオプションの追加の層は、任意の順序で存在してもよい。いくつかの実施形態では、第１の層、第２の層、及び任意のオプションの追加の層の各層の数は等しくてもよい。他の実施形態では、層のうちのいくつかは、他の層よりも優勢であり、多層コーティングの特定の特性を達成することができる。特定の特性は、コーティングされた半導体処理チャンバコンポーネントの耐久性を改善する耐プラズマ性及び耐腐食性／耐浸食性とすることができる。
いくつかの実施形態では、インタクトな層は均一な厚さの単層を含むことができる。他の実施形態では、インタクトな層は、均一な厚さのより厚い層を含むことができる。各々のより厚い層は、２つの単層の厚さから約１マイクロメートルまでの範囲の厚さを有することができる。更に他の実施形態では、インタクトな層は、単層と厚い層との組み合わせを含むことができる。
他の実施形態では、多成分コーティングは、少なくとも１つの第１の層と、少なくとも１つの第２の層と、オプションとして少なくとも１つの追加の層との相互拡散された固体状態相を含むことができる。一実施形態では、様々な層の相互拡散された固体状態相が、アニーリングによって得ることができる。層の組成、層の数、各層の頻度（周期）、及び層の厚さはすべて、多成分コーティング層の最終特性に寄与する。
以下の実施例は、本明細書に記載の実施形態の理解を助けるために記載されており、本明細書に記載され請求される実施形態を具体的に限定するものとして解釈されるべきではない。当業者の知識の範囲内にある、現在知られているか又は後に開発される全ての均等物の置換を含むそのような変形、及び実験設計における処方（設計）の変更又は軽微な変更は、本明細書に組み込まれた実施形態の範囲内にあるとみなされるべきである。これらの例は、上述の方法３００又は方法３５０を実行することによって達成することができる。
（実施例１−酸化イットリウム及びフッ化イットリウムの単分子膜からのＹＯｘＦｙコーティングの形成）
第１の層は、トリス（Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、又はトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）から選択される前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される第２の前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化イットリウム単層とすることができる。第２の層は、前駆体のトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）とＴｉＦ４との単一の組み合わせからＡＬＤを用いて成長させたフッ化イットリウム単層とすることができる。得られた多成分コーティングは、ＹＯｘＦｙを含むことができ、Ｘ及びＹは、第１及び第２の層の繰り返し数に依存する。
（実施例２−酸化イットリウム及び酸化アルミニウムの単層からのＹＡｌｘＯｙコーティングの形成）
第１の層は、トリス（Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、又はトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）から選択される前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される第２の前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化イットリウム単層とすることができる。第２の層は、ジエチルアルミニウムエトキシド、トリス（エチルメチルアミド）アルミニウム、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド、アルミニウムトリブロミド、アルミニウムトリクロリド、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、又はトリス（ジエチルアミド）アルミニウムから選択される前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される第２の前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化アルミニウム単層とすることができる。得られた多成分コーティングは、ＹＡｌｘＯｙを含むことができ、Ｘ及びＹは、第１及び第２の層の繰り返し数に依存する。
いくつかの実験では、Ｙ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の交互層のスタックを、ＡＬＤを介して堆積させ、各層は５ｎｍの厚さを有していた。個々の層に対して、他の厚さ（例えば、数オングストロームから約１０ｎｍ又はそれ以上の厚さ）を使用することもできる。実験における総コーティング厚さは、約２００ｎｍであった。試料は、５００℃、７５０℃、８００℃、９００℃、及び／又は１０００℃の温度で１２時間アニーリングされた。アニーリングされた試料及びコーティングされたままの試料を斜入射Ｘ線回折によって分析して、各々の試料に対してコーティングの微細構造を決定した。試験は、８００℃以上の温度でアニーリングした結果、非晶質構造から主に立方晶系のＹ３Ａｌ５Ｏ１２又はＹ３Ａｌ５Ｏ１３（すなわち、イットリウムアルミニウムガーネット）相からなる大部分が結晶質の構造に転移することを示した。５００℃と７５０℃の温度では、Ｙ２Ｏ３の結晶化は起きたが、イットリウムアルミニウムガーネット相は形成されなかった。例えば、５００℃でアニーリングした後、非晶質相と結晶質のＹ２Ｏ３相が形成された。非晶質相は、結晶化していないＹ２Ｏ３を含んでいる可能性がある。以下の表１は、堆積されたままと、種々の温度でアニーリングされたＡｌ２Ｏ３／Ｙ２Ｏ３の交互層膜のスタックの相同定を示す。
表１：堆積されたまま及び種々の温度でアニーリングされたＡｌ２Ｏ３／Ｙ２Ｏ３交互層膜の相同定
図６は、コーティングされたまま６０５と１０００℃の温度で１２時間のアニーリング後６１０のＡｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３の交互層のスタックのＸ線回折パターンを示すグラフである。図示されるように、交互層のスタックは、アニーリング後に互いに拡散してＹ３Ａｌ５Ｏ１２を形成した。
（実施例３−酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムの単層からのＹＺｒｘＯｙコーティングの形成）
第１の層は、トリス（Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、又はトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）から選択される前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される第２の前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化イットリウム単層とすることができる。第２の層は、臭化ジルコニウム（ＩＶ）、塩化ジルコニウム（ＩＶ）、ジルコニウム（ＩＶ）ｔｅｒｔ−ブトキシド、テトラキス（ジエチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、テトラキス（ジメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、又はテトラキス（エチルメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）から選択される前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される第２の前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化ジルコニウム単層とすることができる。得られた多成分コーティングは、ＹＺｒｘＯｙを含むことができ、Ｘ及びＹは、第１及び第２の層の繰り返し数に依存する。
（実施例４−酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、及び酸化アルミニウムの単層からのＹＺｒｘＡｌｙＯｚコーティングの形成）
第１の層は、トリス（Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、又はトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）から選択される前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される第２の前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化イットリウム単層とすることができる。第２の層は、臭化ジルコニウム（ＩＶ）、塩化ジルコニウム（ＩＶ）、ジルコニウム（ＩＶ）ｔｅｒｔ−ブトキシド、テトラキス（ジエチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、テトラキス（ジメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、又はテトラキス（エチルメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）から選択される前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される第２の前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化ジルコニウム単層とすることができる。少なくとも１つの追加の層は、ジエチルアルミニウムエトキシド、トリス（エチルメチルアミド）アルミニウム、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド、アルミニウムトリブロミド、アルミニウムトリクロリド、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、又はトリス（ジエチルアミド）アルミニウムから選択される前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される第２の前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化アルミニウム単層とすることができる。得られた多成分コーティングは、ＹＺｒｘＡｌｙＯｚを含むことができ、Ｘ、Ｙ、及びＺは、第１、第２、及び少なくとも１つの追加の層の繰り返し数に依存する。
（実施例５−酸化イットリウム及びフッ化イットリウムの厚い層からのＹＯｘＦｙコーティングの形成）
第１の層は、トリス（Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、又はトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）から選択される少なくとも１つの前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される少なくとも１つの前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化イットリウムの厚い層とすることができる。第２の層は、前駆体のトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）及びＴｉＦ４からＡＬＤを用いて成長させたフッ化イットリウムの厚い層とすることができる。得られた多成分コーティングは、ＹＯｘＦｙを含むことができ、Ｘ及びＹは、第１及び第２の層の繰り返し数に依存する。
（実施例６−酸化イットリウム及び酸化アルミニウムの厚い層からのＹＡｌｘＯｙコーティングの形成）
第１の層は、トリス（Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、又はトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）から選択される少なくとも１つの前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される少なくとも１つの前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化イットリウムの厚い層とすることができる。第２の層は、ジエチルアルミニウムエトキシド、トリス（エチルメチルアミド）アルミニウム、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド、アルミニウムトリブロミド、アルミニウムトリクロリド、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、又はトリス（ジエチルアミド）アルミニウムから選択される少なくとも１つの前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される少なくとも１つの前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化アルミニウムの厚い層とすることができる。得られた多成分コーティングは、ＹＡｌｘＯｙを含むことができ、Ｘ及びＹは、第１及び第２の層の繰り返し数に依存する。
（実施例７−酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムの厚い層からのＹＺｒｘＯｙコーティングの形成）
第１の層は、トリス（Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、又はトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）から選択される少なくとも１つの前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される少なくとも１つの前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化イットリウムの厚い層とすることができる。第２の層は、臭化ジルコニウム（ＩＶ）、塩化ジルコニウム（ＩＶ）、ジルコニウム（ＩＶ）ｔｅｒｔ−ブトキシド、テトラキス（ジエチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、テトラキス（ジメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、又はテトラキス（エチルメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）から選択される少なくとも１つの前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される少なくとも１つの前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化ジルコニウムの厚い層とすることができる。得られた多成分コーティングは、ＹＺｒｘＯｙを含むことができ、Ｘ及びＹは、第１及び第２の層の繰り返し数に依存する。
（実施例８−酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、及び酸化アルミニウムの厚い層からのＹＺｒｘＡｌｙＯｚコーティングの形成）
第１の層は、トリス（Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、又はトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）から選択される少なくとも１つの前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される少なくとも１つの前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化イットリウムの厚い層とすることができる。第２の層は、臭化ジルコニウム（ＩＶ）、塩化ジルコニウム（ＩＶ）、ジルコニウム（ＩＶ）ｔｅｒｔ−ブトキシド、テトラキス（ジエチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、テトラキス（ジメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、又はテトラキス（エチルメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）から選択される少なくとも１つの前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される少なくとも１つの前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化ジルコニウムの厚い層とすることができる。少なくとも１つの追加の層は、ジエチルアルミニウムエトキシド、トリス（エチルメチルアミド）アルミニウム、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド、アルミニウムトリブロミド、アルミニウムトリクロリド、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、又はトリス（ジエチルアミド）アルミニウムから選択される少なくとも１つの前駆体と、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３から選択される少なくとも１つの前駆体とからＡＬＤを用いて成長させた酸化アルミニウムの厚い層とすることができる。得られた多成分コーティングは、ＹＺｒｘＡｌｙＯｚを含むことができ、Ｘ、Ｙ、及びＺは、第１、第２、及び少なくとも１つの追加の層の繰り返し数に依存する。
前述の説明は、本発明のいくつかの実施形態の良好な理解を提供するために、具体的なシステム、コンポーネント、方法等の例などの多数の具体的な詳細を説明している。しかしながら、本発明の少なくともいくつかの実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実施することができることが当業者には明らかであろう。他の例において、周知のコンポーネント又は方法は、本発明を不必要に不明瞭にしないために、詳細には説明しないか、単純なブロック図形式で提示されている。したがって、説明された具体的な詳細は、単なる例示である。特定の実装では、これらの例示的な詳細とは異なる場合があるが、依然として本発明の範囲内にあることが理解される。
本明細書全体を通して「１つの実施形態」又は「一実施形態」への参照は、その実施形態に関連して記載された特定の構成、構造、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味している。したがって、本明細書を通じて様々な場所における「１つの実施形態では」又は「一実施形態では」という語句の出現は、必ずしも全て同じ実施形態を指すものではない。また、用語「又は」は、排他的な「又は」ではなく包含的な「又は」を意味することを意図している。「約」又は「ほぼ」という用語が本明細書で使用される場合、これは提示される公称値が±１０％以内で正確であることを意味することを意図している。
本明細書内の本方法の操作は、特定の順序で図示され説明されているが、特定の操作を逆の順序で行うように、又は特定の操作を少なくとも部分的に他の操作と同時に実行するように、各方法の操作の順序を変更することができる。別の一実施形態では、異なる操作の命令又は副操作は、断続的及び／又は交互の方法とすることができる。
なお、上記の説明は例示であり、限定的ではないことを意図していることが理解されるべきである。上記の説明を読み理解することにより、多くの他の実施形態が当業者にとって明らかとなるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を、そのような特許請求の範囲が権利を与える均等物の全範囲と共に参照して決定されるべきである。

Claims (15)

  1. 半導体処理チャンバコンポーネントの表面上に酸化イットリウム又はフッ化イットリウムの第１の膜層を堆積させる工程であって、第１の膜層は、原子層堆積プロセスを使用して少なくとも２つの前駆体から成長される工程と、
    半導体処理チャンバコンポーネントの表面上に追加の酸化物又は追加のフッ化物の第２の膜層を堆積させる工程であって、第２の膜層は、原子層堆積プロセスを使用して少なくとも２つの追加の前駆体から成長される工程と、
    第１の膜層及び第２の膜層を含む多成分組成物を形成する工程とを含む方法。
  2. 多成分組成物を形成する工程は、第１の膜層及び第２の膜層を含む半導体処理チャンバコンポーネントをアニーリングする工程を含む、請求項１記載の方法。
  3. 多成分組成物は、少なくとも１つの第１の膜層及び少なくとも１つの第２の膜層の相互拡散した固体状態相を含む、請求項２記載の方法。
  4. 少なくとも１つの追加の膜層を堆積させる工程を含み、少なくとも１つの追加の膜層は、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムを含み、少なくとも１つの追加の膜層は、原子層堆積プロセスを用いて少なくとも１つの追加の前駆体から成長される、請求項１記載の方法。
  5. 第１の膜層は、第２の膜層の堆積前に堆積され、第２の膜層は、第１の膜層の上に堆積される、請求項１記載の方法。
  6. 第１の膜層は、酸化イットリウムを含み、２つの前駆体のうちの第１の前駆体は、トリス（Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）アミド）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、トリス（ブチルシクロペンタジエニル）イットリウム（ＩＩＩ）、又はトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）のうちの少なくとも１つを含み、２つの前駆体のうちの第２の前駆体は、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の方法。
  7. 第１の膜層は、フッ化イットリウムを含み、２つの前駆体は、トリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）イットリウム（ＩＩＩ）及びＴｉＦ４を含む、請求項１記載の方法。
  8. 第２の膜層は、酸化アルミニウムを含み、２つの追加の前駆体のうちの第１の前駆体は、ジエチルアルミニウムエトキシド、トリス（エチルメチルアミド）アルミニウム、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド、アルミニウムトリブロミド、アルミニウムトリクロリド、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、又はトリス（ジエチルアミド）アルミニウムのうちの少なくとも１つを含み、２つの追加の前駆体のうちの第２の前駆体は、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の方法。
  9. 第２の膜層は、酸化ジルコニウムを含み、２つの追加の前駆体のうちの第１の前駆体は、臭化ジルコニウム（ＩＶ）、塩化ジルコニウム（ＩＶ）、ジルコニウム（ＩＶ）ｔｅｒｔ−ブトキシド、テトラキス（ジエチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、テトラキス（ジメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）、又はテトラキス（エチルメチルアミド）ジルコニウム（ＩＶ）のうちの少なくとも１つを含み、２つの追加の前駆体のうちの第２の前駆体は、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、又はＯ３のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の方法。
  10. 多成分組成物は、少なくとも１つの第１の膜層と少なくとも１つの第２の膜層との交互のインタクトな層を含む、請求項１記載の方法。
  11. 第１の膜層は、第２の膜層とは異なる厚さを有する、請求項１記載の方法。
  12. 第１の膜層は、均一な厚さを有する第１の厚い層であり、均一な厚さは、２つの単層の厚さから約１マイクロメートルまでの範囲であり、第２の膜層は、均一な厚さを有する第２の厚い層である、請求項１記載の方法。
  13. 多成分組成物は、ＹＯｘＦｙ、ＹＡｌｘＯｙ、ＹＺｒｘＯｙ、及びＹＺｒｘＡｌｙＯｚからなる群から選択される、請求項１記載の方法。
  14. 半導体処理チャンバコンポーネントの表面用の多成分コーティング組成物であって、
    原子層堆積プロセスを使用して半導体処理チャンバコンポーネントの表面上にコーティングされた酸化イットリウム又はフッ化イットリウムの少なくとも１つの第１の膜層と、
    原子層堆積プロセスを使用して半導体処理チャンバコンポーネントの表面上にコーティングされた追加の酸化物又は追加のフッ化物の少なくとも１つの第２の膜層とを含み、
    多成分コーティング組成物は、ＹＯｘＦｙ、ＹＡｌｘＯｙ、ＹＺｒｘＯｙ、及びＹＺｒｘＡｌｙＯｚからなる群から選択される多成分コーティング組成物。
  15. 少なくとも１つの第１の膜層は第１の連続単層を含み、少なくとも１つの第２の膜層は第２の連続単層を含むか、又は
    少なくとも１つの第１の膜層は、均一な厚さを有する第１の厚い層を含み、均一な厚さは、２つの単層の厚さから約１マイクロメートルまでの範囲であり、少なくとも１つの第２の膜層は、均一な厚さを有する第２の厚い層を含む、請求項１４記載の多成分コーティング組成物。
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