JP7562482B2 - Semiconductor manufacturing components and their manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体製造用部材及びその製造方法に関し、例えばプラズマ処理装置に用いられるフォーカスリングに好適な半導体製造用部材及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to semiconductor manufacturing components and their manufacturing methods, and more particularly to semiconductor manufacturing components suitable for focus rings used in plasma processing equipment, and their manufacturing methods.
半導体デバイス製造プロセスにおいて、プラズマエッチング装置、プラズマCVD装置等のプラズマ処理装置が用いられ、被処理基板にエッチング等の処理が行われる。その際、被処理基板のプラズマ処理を均一にするために、被処理基板の周囲を囲むように、半導体製造用部材としてフォーカスリングが配置される。
このフォーカスリングは、被処理基板の外側に設けられ、例えばその内周部に被処理基板を載置することにより、被処理基板の周囲にいわゆる擬似被処理基板(擬似ウエハ)を形成し、当該被処理基板(当該ウエハ)のプラズマ処理を均一になすものである。
In a semiconductor device manufacturing process, a plasma processing apparatus such as a plasma etching apparatus or a plasma CVD apparatus is used to perform processing such as etching on a substrate to be processed. In this case, in order to make the plasma processing of the substrate to be processed uniform, a focus ring is disposed as a semiconductor manufacturing component so as to surround the periphery of the substrate to be processed.
This focus ring is provided on the outside of the substrate to be processed. For example, by placing the substrate to be processed on its inner periphery, a so-called pseudo substrate to be processed (pseudo wafer) is formed around the substrate to be processed, thereby achieving uniform plasma processing of the substrate to be processed (the wafer).
前記フォーカスリングは一般にシリコンにより製作され、被処理基板よりも大きな外径を有するリング状に形成される。具体的には、前記フォーカスリングは例えば、単結晶シリコンのインゴットから、円板状部材を切り出し、更に前記円板状部材の中央部分を取り除くことにより、リング状のフォーカスリングを製作している。 The focus ring is generally made of silicon and is formed into a ring shape with an outer diameter larger than the substrate being processed. Specifically, the focus ring is manufactured, for example, by cutting a disk-shaped member from a single crystal silicon ingot and then removing the center portion of the disk-shaped member to produce a ring-shaped focus ring.
ところで、上記のようにフォーカスリングは、従来、シリコンインゴットをリング状に加工して製造されているが、今後、ライフの長い材料として炭化ホウ素(B4C)が期待されている。
炭化ホウ素は、酸素を含まないフッ素系、及び塩素系の腐食ガス、或いは酸素を含まないプラズマとは反応しにくいために耐食性に優れる。更には、例えフッ素や塩素と反応した場合においても、蒸気圧の高い反応物が生成されるので、そのためパーティクルを発生することなく、ガスとして系外に放出される。
Incidentally, as described above, focus rings have conventionally been manufactured by processing a silicon ingot into a ring shape, but boron carbide (B 4 C) is expected to become a material with a longer life in the future.
Boron carbide has excellent corrosion resistance because it does not easily react with oxygen-free fluorine-based and chlorine-based corrosive gases or oxygen-free plasma. Even if it reacts with fluorine or chlorine, a reactant with high vapor pressure is generated, so that it is released outside the system as a gas without generating particles.
特許文献1には、炭化ホウ素は、相対密度が98%以上の焼結体から構成されることが望ましいことが記載されている。これは、低密度で多量の気孔を有する場合は、それだけ腐食ガスやプラズマとの接触面積が増加し、消耗が速くなるためである。そのため、炭化ホウ素は、相対密度が98%以上、特に99%以上が好ましく、さらには開気孔率0.2
%以下の緻密体であることが必要であるとされている。
It is considered necessary for the material to be a dense body having a density of less than 50%.
また、特許文献1によれば、シリコンウエハの大口径化に伴い、製造装置や構成部品自体も大型化が進んでいるため、部品としての耐久性を維持するためには、300MPa以上の抗折強度を有することが望ましいとされる。
特許文献1に開示される製造方法によれば、例えば、平均粒径20μm以下の炭化硼素粉末を、モールド中に充填あるいは所望の形状に成形し、2100~2300℃の非酸化性雰囲気中でホットプレスすることにより得られる。
According to
According to the manufacturing method disclosed in
また特許文献1には、C(カーボン)やSiC、Si3N4等の焼結助剤を添加して、非酸化性雰囲気下あるいは真空中で、より低温で焼成することができること、さらに、成形体または焼結体を熱間静水圧焼成により1000気圧以上の不活性雰囲気中で加熱処理し、さらに緻密化できることが示されている。
ところで、近年のドライエッチング技術では、酸素プラズマエッチング、Arプラズマエッチング、或いはフッ素系プラズマエッチング等が使用されており、さらには非常に高い高周波のパワーが投入されている。 In recent dry etching techniques, oxygen plasma etching, Ar plasma etching, or fluorine-based plasma etching, etc., are used, and very high-frequency power is also used.
例えば、一般に被処理基板に対しドライエッチング技術で異方性加工を行う前には、リソグラフィ技術によりレジストパターンを形成することになる。193nmのArF液浸装置では解像度が38nmであるが、マルチパターニング技術によりその解像限界を超えて10~7nmのパターンが実現されている。 For example, before performing anisotropic processing on a substrate using dry etching technology, a resist pattern is generally formed using lithography technology. A 193 nm ArF immersion device has a resolution of 38 nm, but multi-patterning technology has exceeded this resolution limit to realize patterns of 10 to 7 nm.
また、ダブルパターニングの一般的な方法としては、ドライエッチング後に形成されるパターン側壁の残渣を利用するサイドウォールプロセスが採用されている。具体的に説明すると、最終的にラインパターンを形成したいSiN膜上に、アモルファスカーボン層、SiON層、反射防止膜層、ArF液浸露光によるレジストパターンを形成する。 A common method for double patterning is the sidewall process, which utilizes the residue on the pattern sidewalls formed after dry etching. Specifically, an amorphous carbon layer, a SiON layer, an anti-reflective film layer, and a resist pattern are formed by ArF immersion exposure on the SiN film on which the final line pattern is to be formed.
その後、酸素プラズマによる等方性エッチングによりレジストパターンをシュリンクし、反射防止膜、SiON膜、アモルファスカーボン層の順にドライエッチングを行い、カーボンパターンを形成する。カーボンパターンにALD(原子層デポジション)膜を堆積後、ドライエッチングを行うとカーボンパターンの側壁にエッチング残りであるサイドウォールが生じ、カーボンを除去するとサイドウォールだけが残る。このサイドウォールをマスクにSiN膜のドライエッチングを行い、マスクを除去すると極めて微細なラインパターンが形成される。 The resist pattern is then shrunk by isotropic etching using oxygen plasma, and the anti-reflective film, SiON film, and amorphous carbon layer are dry etched in that order to form a carbon pattern. When an ALD (atomic layer deposition) film is deposited on the carbon pattern and then dry etching is performed, sidewalls remain on the side walls of the carbon pattern as etching residues, and when the carbon is removed, only the sidewalls remain. Using these sidewalls as a mask, the SiN film is dry etched, and when the mask is removed, an extremely fine line pattern is formed.
また、DRAMのキャパシタ用や3次元NANDのメモリホール用には、非常に深い穴を加工する必要がある。これらの高アスペクト比の微細孔を形成するために、高精度の異方性形状とマスクおよび下地膜に対する高い選択比が要求される。
そのために、エッチャントガスにフルオロカーボン系のガスが用いられ、CFxラジカルによりマスクおよびSiO2膜の孔の側壁に重合膜を側壁保護膜として堆積させながら、RFバイアスによりCFx+やAr+等のイオンをSiO2膜の孔の中に垂直に引き込んで垂直エッチングを行う技法が採られている。
In addition, it is necessary to process very deep holes for DRAM capacitors and 3D NAND memory holes. In order to form these high aspect ratio microholes, a highly accurate anisotropic shape and a high selectivity to the mask and the underlayer film are required.
For this purpose, a fluorocarbon-based gas is used as the etchant gas, and a technique is adopted in which a polymer film is deposited as a sidewall protective film on the sidewalls of the holes in the SiO2 film and the mask using CFx radicals, while ions such as CFx + and Ar + are drawn vertically into the holes in the SiO2 film using an RF bias to perform vertical etching.
また、孔が深くなると反応生成物がうまく排気されず、孔底に溜まってしまいエッチストップが起きる場合があり、その際には、酸素プラズマエッチングにより反応生成物を除去する「O2フラッシュ」という方法が採られている。 Furthermore, if the hole becomes too deep, the reaction products cannot be exhausted properly and may accumulate at the bottom of the hole, causing the etch to stop. In such cases, a method known as " O2 flush" is used to remove the reaction products by oxygen plasma etching.
SiO2膜のエッチング速度を高くするためには、イオン入射量の増加、ラジカル中のF総量の増加、および十分なイオンエネルギーが必要である。そのために、プラズマ生成用高周波のパワー、フルオロカーボンガスの流量、イオン引き込み用高周波のパワー等の調整が行われている。 In order to increase the etching rate of the SiO2 film, it is necessary to increase the amount of ion incidence, increase the total amount of F in the radicals, and provide sufficient ion energy. To achieve this, the power of the high frequency for plasma generation, the flow rate of the fluorocarbon gas, the power of the high frequency for ion attraction, etc. are adjusted.
このように、近年のドライエッチング技術では、酸素プラズマエッチング、Arプラズマエッチング、或いはフッ素系プラズマエッチング等が使用されており、さらには非常に高い高周波のパワーが投入されている。 Thus, recent dry etching techniques use oxygen plasma etching, Ar plasma etching, or fluorine-based plasma etching, and also use very high-frequency power.
しかしながら、プラズマ処理装置のフォーカスリング(半導体製造用部材)を炭化ホウ素材料により形成した場合、酸素を含まないフッ素および塩素系腐食ガス或いはプラズマとは反応し難いが、酸素を含む場合(酸素プラズマの場合)は、耐食性が劣るという課題があった。また、炭化ホウ素はその硬さ故、加工が困難な素材であり、形状や表面性状を被処理基盤に適した状態まで加工することは非常に困難であり、コストもかかるという課題もあった。 However, when the focus ring (semiconductor manufacturing component) of a plasma processing device is made of boron carbide material, it is unlikely to react with fluorine or chlorine-based corrosive gases or plasma that do not contain oxygen, but when oxygen is contained (in the case of oxygen plasma), there is an issue that the corrosion resistance is poor. In addition, boron carbide is a difficult material to process due to its hardness, and it is very difficult and costly to process the shape and surface properties to a state suitable for the substrate to be processed.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、炭化ホウ素を材料とした半導体製造用部材において、加工形状を容易に得ることができ、特に酸素プラズマとの反応においても耐食性に優れる半導体製造用部材及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a semiconductor manufacturing component made of boron carbide that can be easily processed into a desired shape and has excellent corrosion resistance, particularly in reactions with oxygen plasma, and a method for manufacturing the same.
前記課題を解決するためになされた本発明に係る半導体製造用部材は、炭化ケイ素の含有率が、5wt%以上18wt%以下であり、残部が炭化ホウ素からなる炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜を少なくとも表面に有し、前記炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜の気孔率が3.9%以上5.0%以下であることに特徴を有する。
また、前記膜は、シリコンからなる基材表面に形成されていることが望ましい。
The semiconductor manufacturing member of the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, is characterized in that it has a silicon carbide-containing boron carbide film on at least a surface thereof, the silicon carbide content being 5 wt % or more and 18 wt % or less, with the remainder being boron carbide, and the silicon carbide-containing boron carbide film has a porosity of 3.9% or more and 5.0% or less .
Moreover , it is preferable that the film is formed on the surface of a substrate made of silicon.
このように半導体製造用部材は、少なくとも表面が炭化ホウ素中に5wt%以上18wt%以下の炭化ケイ素を含有するため、酸素プラズマやArプラズマに対する耐食性が向上する。また、気孔率を5%以下に小さくすることで、プラズマに晒される表面積を小さくし、ダメージをより減らすことができる。また、半導体製造用部材の基材をシリコンによって形成する場合には、既存のシリコン製造技術により基材を精密加工できるため、それを基材とすれば形状も表面性状も制御されているので後加工をあまりすることなく、例えばフォーカスリングなどの形状を容易に作ることができる。 In this way, at least the surface of the semiconductor manufacturing component contains 5 wt% to 18 wt% silicon carbide in boron carbide, improving corrosion resistance to oxygen plasma and Ar plasma. In addition, by reducing the porosity to 5% or less, the surface area exposed to the plasma is reduced, further reducing damage. Furthermore, when the base material of the semiconductor manufacturing component is made of silicon, the base material can be precisely machined using existing silicon manufacturing technology, and by using this as the base material, the shape and surface properties are controlled, so that it is possible to easily create shapes such as focus rings without much post-processing.
また、前記課題を解決するためになされた本発明に係る半導体製造用部材の製造方法は、炭化ケイ素と炭化ホウ素を含む原料を調整して、基材上に溶射し、炭化ケイ素を5wt%以上18wt%以下含む炭化ホウ素からなり、気孔率が3.9%以上5.0%以下の溶射膜を形成することを特徴とする。
尚、前記半導体製造用部材から基材を取り除き、膜だけの半導体製造用部材としても良い。
In addition, the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, provides a method for manufacturing semiconductor manufacturing members, which comprises preparing a raw material containing silicon carbide and boron carbide and spraying it onto a substrate, thereby forming a sprayed coating consisting of boron carbide containing 5 wt % or more and 18 wt % or less of silicon carbide and having a porosity of 3.9% or more and 5.0% or less .
The substrate may be removed from the semiconductor manufacturing member to provide only the film.
このように本発明の半導体製造用部材の表面は、炭化ホウ素中に5wt%以上18wt%以下の炭化ケイ素を含有するため、酸素プラズマやArプラズマに対する耐食性を向上することができる。また、半導体製造用部材の基材をシリコンによって形成する場合には、基材自体に既存のシリコン製造技術を用いることができるため、例えばフォーカスリングなどの精密に加工された形状を容易に作ることができる。 As described above, the surface of the semiconductor manufacturing member of the present invention contains 5 wt % to 18 wt % silicon carbide in boron carbide, which improves corrosion resistance against oxygen plasma and Ar plasma. Furthermore, when the substrate of the semiconductor manufacturing member is made of silicon, existing silicon manufacturing technology can be used for the substrate itself, making it easy to create precisely machined shapes such as focus rings.
本発明によれば、炭化ホウ素を材料とした半導体製造用部材において、加工形状を容易に得ることができ、特に酸素プラズマとの反応においても耐食性に優れる半導体製造用部材及びその製造方法を提供することができる。 The present invention provides a semiconductor manufacturing component made of boron carbide that can be easily processed to a desired shape and has excellent corrosion resistance, particularly in reaction with oxygen plasma, and a method for manufacturing the same.
以下、本発明にかかる実施形態を図1、図2に基づいて説明する。尚、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また図1は半導体製造用部材の構成を模式的に示した断面図であり、図2は、図1の半導体製造用部材の変形例を示したものであるため、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to Figures 1 and 2. Note that the present invention is not limited to the embodiment described below. Also, Figure 1 is a cross-sectional view that shows a schematic configuration of a semiconductor manufacturing component, and Figure 2 shows a modified example of the semiconductor manufacturing component of Figure 1, so the dimensional relationships between the elements, the ratios between the elements, etc. differ from the actual ones.
図示する半導体製造用部材100は、基材1と、前記基材1の表面を覆うように成膜された炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜2により形成されている。
The
基材1は、耐プラズマ性を有する材料であればよく、例えばシリコン、アルミナが好適である。特に基材1としてシリコンを用いる場合、半導体製造用部材100として例えばフォーカスリングを形成する場合に、既存の技術、装置を用い、その形状加工を容易に行うことができる。
The
炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜2は、例えば厚さ500μmに形成されている。この炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜2における炭化ケイ素(SiC)の含有率は5wt%以上18wt%以下である。炭化ケイ素は5wt%を超えて含まれることが望ましく、より好ましい炭化ケイ素の含有量は、6wt%以上10wt%以下である。
炭化ケイ素の含有率が5wt%未満であると、酸素プラズマに対する耐食性効果が低減するため好ましくない。
一方、炭化ケイ素の含有率が5wt%以上、18wt%までは酸素プラズマに対する耐食性が向上する。炭化ケイ素含有率が18wt%を超えると、それ以上の耐食性効果は期待できない。
The silicon carbide-containing
If the silicon carbide content is less than 5 wt %, the corrosion resistance effect against oxygen plasma decreases, which is undesirable.
On the other hand, when the silicon carbide content is 5 wt % or more and up to 18 wt %, the corrosion resistance against oxygen plasma is improved. When the silicon carbide content exceeds 18 wt %, no further corrosion resistance effect can be expected.
また、Arプラズマに対しては、物理腐食によるAr+イオンのスパッタとなるため、耐食性は原子結合の強さと関係する。
炭化ホウ素に比べ炭化ケイ素は原子結合が小さいため、相対的に添加量が増えるとスパッタ率が上がり耐食性は低下する方向に進む。炭化ケイ素の含有率が18wt%以下になると耐食性が上昇し、更に5wt%未満になると耐食性は略変化しない。
尚、フッ素プラズマに対しては、炭化ケイ素の含有量の影響は略無い。
Furthermore, with respect to Ar plasma, sputtering of Ar + ions occurs due to physical corrosion, so the corrosion resistance is related to the strength of atomic bonds.
Since silicon carbide has smaller atomic bonds than boron carbide, the sputtering rate increases and the corrosion resistance decreases as the amount of boron carbide added increases. When the silicon carbide content is 18 wt% or less, the corrosion resistance increases, and when it is further reduced to less than 5 wt%, the corrosion resistance remains almost unchanged.
The silicon carbide content has almost no effect on fluorine plasma.
また、半導体製造におけるドライエッチングプロセスにおいては、単ガスのプラズマ雰囲気で用いられるプロセスは限られ、多くは混合ガスのプラズマ雰囲気で相互作用が働く。さらに非常に高い高周波のパワーが投入される先端プロセスを考慮すると、安定した耐食性効果を得るための炭化ケイ素の含有率は、6wt%以上10wt%以下であることがより好ましい。 In addition, in the dry etching process used in semiconductor manufacturing, only a limited number of processes use a single gas plasma atmosphere, and most involve interactions in a mixed gas plasma atmosphere. Furthermore, considering advanced processes in which extremely high-frequency power is used, it is more preferable that the silicon carbide content be 6 wt% or more and 10 wt% or less to obtain a stable corrosion resistance effect.
また、炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜2は、溶射により形成することが好ましいが、炭化ホウ素と炭化ケイ素の組成割合を調整することで、CVD法で形成してもよい。あるいはまた、PVD法で形成してもよい。
CVD法は、高純度膜を容易に形成することができるのに対して、溶射膜は、種々の基材に容易に膜を形成できる特長がある。
Although the silicon carbide-containing
The CVD method can easily form a high-purity film, whereas the thermal spraying method has the advantage that it can easily form a film on a variety of substrates.
尚、図1に示す実施形態では基材1の表面に炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜2を形成した構成としたが、図2(a)に示すように基材1の上面に炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜2を厚く形成し、図2(b)に示すように基材1を取り除くことで炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜2のみからなる半導体製造用部材100としてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, the silicon carbide-containing
また、炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜2を溶射膜とした場合、溶射による成膜過程では基材1に堆積する原料粒子の温度と衝突速度が、被膜の緻密性や基材1との密着性を左右する重要な因子となる。
本発明において、原料粒子の温度や衝突速度は限定されないが、形成する際には、被膜材料の物性やその用途に応じた溶射方法を採用すればよい。例えば、炭化ホウ素は融点が2763℃と高く、酸素雰囲気中では酸化されてしまうため、減圧のプラズマ溶射や電磁加速プラズマ溶射法が好ましい。
Furthermore, when the silicon carbide-containing
In the present invention, the temperature and impact speed of the raw material particles are not limited, but a thermal spraying method may be adopted according to the physical properties of the coating material and its application. For example, boron carbide has a high melting point of 2763°C and is oxidized in an oxygen atmosphere, so reduced pressure plasma spraying and electromagnetic acceleration plasma spraying are preferred.
また、炭化ケイ素の昇華温度は2545℃~2730℃であり、炭化ホウ素の融点2763℃より低く、通常では溶射中に揮発してしまう。そのため、溶射方法によっては、炭化ケイ素の粒径や混合量の調整が必要となり、溶射膜中には炭化ケイ素は粒子として分散した構造となる。 In addition, silicon carbide has a sublimation temperature of 2545°C to 2730°C, which is lower than the melting point of boron carbide, 2763°C, and it usually evaporates during thermal spraying. Therefore, depending on the thermal spraying method, it may be necessary to adjust the particle size and mixing amount of silicon carbide, and the silicon carbide will have a structure dispersed as particles in the thermal sprayed film.
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、基材1上に炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜2が形成され、炭化ホウ素中に5wt%以上18wt%以下、より好ましくは、6wt%以上10wt%以下の炭化ケイ素を含有するため、酸素プラズマやArプラズマに対する耐食性を向上することができる。
また、基材1をシリコンにより形成する場合には、既存の製造技術を用いることができるため、例えばフォーカスリングなどの半導体製造用部材の形状加工を容易に行うことができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, a silicon carbide-containing
Furthermore, when the
本発明に係る半導体製造用部材及びその製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。 The semiconductor manufacturing components and manufacturing method thereof according to the present invention will be further explained based on examples.
(実施例1)
実施例1では、シリコン基板上に、厚さ500μmの炭化ケイ素含有炭化ホウ素(B4C)膜を溶射形成して試料とした。また、溶射後の炭化ホウ素膜中における炭化ケイ素(SiC)の含有率を5wt%とした。溶射後の表面は鏡面加工を施した。
また、光学顕微鏡で観察し画像編集ソフトにて気孔率を算出した炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜の気孔率は、3.9%であった。
この試料に対し、Arイオンに対するスパッタレートを測定した。この測定条件は、高エネルギーが発生可能なArイオンビームを用い、電圧3kV、ビーム電流25μA、照射時間を3時間とした。その後に、スパッタ消耗量を測定した。
Example 1
In Example 1, a silicon carbide-containing boron carbide (B 4 C) film having a thickness of 500 μm was formed on a silicon substrate by thermal spraying to prepare a sample. The silicon carbide (SiC) content in the boron carbide film after thermal spraying was set to 5 wt %. The surface after thermal spraying was mirror-finished.
The porosity of the silicon carbide-containing boron carbide film, which was observed with an optical microscope and calculated with image editing software, was 3.9%.
The sputtering rate of this sample with respect to Ar ions was measured. The measurement conditions were as follows: an Ar ion beam capable of generating high energy was used, the voltage was 3 kV, the beam current was 25 μA, and the irradiation time was 3 hours. After that, the amount of sputtering wear was measured.
(実施例2)
実施例2では、試料の炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜中における炭化ケイ素の含有率を7wt%とした。その他の条件は、実施例1と同じである。炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜の気孔率は、4.1%であった。この試料に対し、実施例1と同様に、Arイオンに対するスパッタレートを測定した。
Example 2
In Example 2, the content of silicon carbide in the silicon carbide-containing boron carbide film of the sample was set to 7 wt %. The other conditions were the same as those in Example 1. The porosity of the silicon carbide-containing boron carbide film was 4.1%. The sputtering rate of this sample with respect to Ar ions was measured in the same manner as in Example 1.
(実施例3)
実施例3では、試料の炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜中における炭化ケイ素の含有率を18wt%とした。その他の条件は、実施例1と同じである。炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜の気孔率は、5.0%であった。この試料に対し、実施例1と同様に、Arイオンに対するスパッタレートを測定した。
Example 3
In Example 3, the silicon carbide content in the silicon carbide-containing boron carbide film of the sample was set to 18 wt %. The other conditions were the same as those in Example 1. The porosity of the silicon carbide-containing boron carbide film was 5.0%. The sputtering rate of this sample with respect to Ar ions was measured in the same manner as in Example 1.
(比較例1)
比較例1では、試料の炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜中における炭化ケイ素の含有率を0wt%とした。その他の条件は、実施例1と同じである。炭化ホウ素膜の気孔率は、3.5%であった。この試料に対し、実施例1と同様に、Arイオンに対するスパッタレートを測定した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the content of silicon carbide in the silicon carbide-containing boron carbide film of the sample was set to 0 wt %. The other conditions were the same as those in Example 1. The porosity of the boron carbide film was 3.5%. The sputtering rate of this sample with respect to Ar ions was measured in the same manner as in Example 1.
(比較例2)
比較例2では、シリコン基板上に、厚さ500μmの炭化ケイ素膜(100%)をCVD法で形成して試料とした。その他の条件は、実施例1と同じである。炭化ケイ素膜の気孔率は、0%であった。この試料に対し、実施例1と同様に、Arイオンに対するスパッタレートを測定した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a silicon carbide film (100%) having a thickness of 500 μm was formed on a silicon substrate by a CVD method to prepare a sample. The other conditions were the same as those in Example 1. The porosity of the silicon carbide film was 0%. The sputtering rate of this sample with respect to Ar ions was measured in the same manner as in Example 1.
(比較例3)
比較例3では、表面に膜形成していないシリコン基板を試料とした。その他の条件は、実施例1と同じである。この試料に対し、実施例1と同様に、Arイオンに対するスパッタレートを測定した。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, a silicon substrate having no film formed on its surface was used as a sample. The other conditions were the same as in Example 1. The sputtering rate of this sample with respect to Ar ions was measured in the same manner as in Example 1.
図3のグラフに実施例1、2、3、比較例1、2、3の結果を示す。図3のグラフにおいて、縦軸はエッチング量(μm/h)である。
図3のグラフに示すように、シリコン表面に炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜を形成すること(比較例1、実施例1、2、3)によって、エッチング量が抑制されることがわかった。
The graph in Fig. 3 shows the results of Examples 1, 2, and 3 and Comparative Examples 1, 2, and 3. In the graph in Fig. 3, the vertical axis represents the etching amount (μm/h).
As shown in the graph of FIG. 3, it was found that the amount of etching was suppressed by forming a silicon carbide-containing boron carbide film on the silicon surface (Comparative Example 1, Examples 1, 2, and 3).
(実施例4)
実施例1と同じ方法で作製した試料に対し、酸素プラズマに対するエッチングレートを測定した。酸素プラズマに対するエッチングレートの測定は、ICPプラズマエッチング装置を用いて、2.66Paの減圧下、高周波パワー800W、O2=50sccm、200℃で30分間酸素プラズマに暴露した。その後、消耗量を測定した。
Example 4
The etching rate for oxygen plasma was measured for a sample prepared in the same manner as in Example 1. The etching rate for oxygen plasma was measured by exposing the sample to oxygen plasma for 30 minutes under reduced pressure of 2.66 Pa, high frequency power of 800 W, O2 = 50 sccm, and 200°C using an ICP plasma etching device. After that, the amount of wear was measured.
(実施例5)
実施例2と同じ方法で作製した試料に対し、実施例4と同じ実験をした。
Example 5
The same experiment as in Example 4 was carried out on a sample prepared in the same manner as in Example 2.
(実施例6)
実施例3と同じ方法で作製した試料に対し、実施例4と同じ実験をした。
Example 6
The same experiment as in Example 4 was carried out on a sample prepared in the same manner as in Example 3.
(比較例4)
比較例1と同じ方法で作製した試料に対し、実施例4の実験をした。
(Comparative Example 4)
The experiment of Example 4 was carried out on a sample prepared in the same manner as in Comparative Example 1.
(比較例5)
比較例2と同じ方法で作製した試料に対し、実施例4の実験をした。
(Comparative Example 5)
The experiment of Example 4 was carried out on a sample prepared in the same manner as in Comparative Example 2.
(比較例6)
比較例3と同じ方法で作製した試料に対し、実施例4の実験をした。
(Comparative Example 6)
The experiment of Example 4 was carried out on a sample prepared in the same manner as in Comparative Example 3.
図4のグラフに実施例4、5、6、比較例4、5、6の結果を示す。図4のグラフにおいて、縦軸はエッチング量(μm/h)である。
図4のグラフに示すように、シリコン表面に炭化ホウ素膜を形成した場合に、炭化ケイ素の含有率を5%(実施例4)、7%(実施例5)、18%(実施例6)とすることにより、エッチング量が抑制されることがわかった。
The graph in Fig. 4 shows the results of Examples 4, 5, and 6 and Comparative Examples 4, 5, and 6. In the graph in Fig. 4, the vertical axis represents the etching amount (μm/h).
As shown in the graph of FIG. 4, when a boron carbide film is formed on a silicon surface, it was found that the amount of etching was suppressed by setting the silicon carbide content to 5% (Example 4), 7% (Example 5), and 18% (Example 6).
(実施例7)
実施例1と同じ方法で作製した試料に対し、フッ素プラズマに対するエッチングレートを測定した。フッ素プラズマに対するエッチングレートの測定は、ICPプラズマエッチング装置を用いて、2.66Paの減圧下、高周波パワー500W/バイアスパワー40W、CF4=100sccm、常温で4時間フッ素プラズマに暴露した。その後、消耗量を測定した。
(Example 7)
The etching rate for fluorine plasma was measured for a sample prepared in the same manner as in Example 1. The etching rate for fluorine plasma was measured using an ICP plasma etching device, in which the sample was exposed to fluorine plasma for 4 hours at room temperature under a reduced pressure of 2.66 Pa, a high frequency power of 500 W/bias power of 40 W, and CF4 = 100 sccm. After that, the amount of wear was measured.
(実施例8)
実施例2と同じ方法で作製した試料に対して、実施例7の実験をした。
(Example 8)
The experiment of Example 7 was carried out on a sample prepared in the same manner as in Example 2.
(実施例9)
実施例3と同じ方法で作製した試料に対して、実施例7の実験をした。
Example 9
The experiment of Example 7 was carried out on a sample prepared in the same manner as in Example 3.
(比較例7)
比較例1と同じ方法で作製した試料に対して、実施例7の実験をした。
(Comparative Example 7)
The experiment of Example 7 was carried out on a sample prepared in the same manner as in Comparative Example 1.
(比較例8)
比較例2と同じ方法で作製した試料に対して、実施例7の実験をした。
(Comparative Example 8)
The experiment of Example 7 was carried out on a sample prepared in the same manner as in Comparative Example 2.
(比較例9)
比較例3と同じ方法で作製した試料に対して、実施例7の実験をした。
(Comparative Example 9)
The experiment of Example 7 was carried out on a sample prepared in the same manner as in Comparative Example 3.
図5のグラフに実施例7、8、9、比較例7、8、9の結果を示す。図5のグラフにおいて、縦軸はエッチング量(μm/h)である。
図5のグラフに示すように、シリコン表面に炭化ホウ素膜、炭化ケイ素膜および炭化ケイ素含有率を変化させた炭化ホウ素膜を形成した場合に有効性の違いは認められなかった。
The graph in Fig. 5 shows the results of Examples 7, 8, and 9 and Comparative Examples 7, 8, and 9. In the graph in Fig. 5, the vertical axis represents the etching amount (μm/h).
As shown in the graph of FIG. 5, no difference in effectiveness was observed when a boron carbide film, a silicon carbide film, or a boron carbide film with varying silicon carbide content was formed on a silicon surface.
(実施例10)
実施例1と同じ方法でシリコン製造用部材を製造した。ただし、溶射膜を2.0mmまで厚くし、その後シリコン基板を研磨し除去した。実施例1、4、7と同等の試験を実施したところ、各種プラズマに対する耐食性については、実施例1、4、7と同等であった。
Example 10
A silicon production member was manufactured in the same manner as in Example 1. However, the sprayed film was made thicker to 2.0 mm, and then the silicon substrate was polished and removed. Tests equivalent to those in Examples 1, 4, and 7 were carried out, and the corrosion resistance to various plasmas was equivalent to those in Examples 1, 4, and 7.
(比較例10)
実施例1と同じ方法でシリコン製造用部材を製造した。ただし、溶射膜の厚さを100μm、200μm、300μmと変化させた。その結果、100μmと200μmでは、少し溶射膜が不均一で気孔率10~20%ほどであった。300μmでは、ほぼ均一に溶射膜が形成され、気孔率も5%以下となった。
(Comparative Example 10)
A silicon production member was manufactured in the same manner as in Example 1. However, the thickness of the sprayed film was changed to 100 μm, 200 μm, and 300 μm. As a result, at 100 μm and 200 μm, the sprayed film was slightly non-uniform with a porosity of about 10 to 20%. At 300 μm, the sprayed film was formed almost uniformly, and the porosity was 5% or less.
以上の実施例1~10の結果、炭化ホウ素膜中の炭化ケイ素の含有率が5wt%以上18wt%以下であることによりArプラズマ及び酸素プラズマに対する耐食性を向上することができることを確認した。特に炭化ホウ素膜中の炭化ケイ素の含有率が6wt%以上10wt%以下で効果が大きいことが分かった。 The results of Examples 1 to 10 above confirmed that the corrosion resistance to Ar plasma and oxygen plasma can be improved by setting the silicon carbide content in the boron carbide film to 5 wt% or more and 18 wt% or less. It was found that the effect was particularly large when the silicon carbide content in the boron carbide film was 6 wt% or more and 10 wt% or less.
1 基材
2 炭化ケイ素含有炭化ホウ素膜
100 半導体製造用部材
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
A method for producing a member for use in semiconductor production, comprising removing a base material from the member for use in semiconductor production according to claim 3 .
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