KR100278904B1 - 질화 알루미늄기 복합체, 전자 기능 재료, 정전 척 및 질화알루미늄기 복합체의 제조 방법 - Google Patents

질화 알루미늄기 복합체, 전자 기능 재료, 정전 척 및 질화알루미늄기 복합체의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100278904B1
KR100278904B1 KR1019980020531A KR19980020531A KR100278904B1 KR 100278904 B1 KR100278904 B1 KR 100278904B1 KR 1019980020531 A KR1019980020531 A KR 1019980020531A KR 19980020531 A KR19980020531 A KR 19980020531A KR 100278904 B1 KR100278904 B1 KR 100278904B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
aluminum nitride
based composite
weight
spin
oxygen
Prior art date
Application number
KR1019980020531A
Other languages
English (en)
Other versions
KR19990006623A (ko
Inventor
유지 가츠다
기요시 아라키
츠네아키 오하시
Original Assignee
시바타 마사하루
니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 시바타 마사하루, 니뽄 가이시 가부시키가이샤 filed Critical 시바타 마사하루
Publication of KR19990006623A publication Critical patent/KR19990006623A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100278904B1 publication Critical patent/KR100278904B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/581—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on aluminium nitride
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H01L21/6833—Details of electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
    • H01L23/15—Ceramic or glass substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C04B2235/322—Transition aluminas, e.g. delta or gamma aluminas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C04B2235/723—Oxygen content
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Jigs For Machine Tools (AREA)

Abstract

본 발명은 질화 알루미늄질의 재료에 있어서, 종래 보다도 넓은 온도 범위에서 체적 저항률의 변화가 적은 새로운 재료를 제공한다.
본 발명은 질화 알루미늄 결정 입자와 γ-알루미나형 결정을 함유하는 질화 알루미늄기 복합체를 제공한다. 질화 알루미늄 결정 입자중의 산소 농도가 X선 마이크로 애널라이저에 의해 측정하였을 때에, 0.40중량% 이상, 0.60중량% 이하이고, 전자 스핀 공명법에 의한 스펙트럼으로부터 얻어진 알루미늄의 단위 mg당 스핀수가 1×1012spin/mg 이상, 1×1013spin/mg 이하이다. 캐소드 루미네센스에 의한 주요 피크가 350nm∼370nm에 있는 것이 바람직하고, X선 회절 측정에 의한 γ-알루미나형 결정의 회절 피크(2θ=44°∼45°)의 강도의 질화 알루미늄 결정의 회절 피크의 강도에 대한 비율이 0.025 이상인 것이 바람직하다.

Description

질화 알루미늄기 복합체, 전자 기능 재료, 정전 척 및 질화 알루미늄기 복합체의 제조 방법
본 발명은 질화 알루미늄 결정 입자를 주체로 하는 질화 알루미늄기 복합체, 이것을 이용한 전자 기능 재료 및 정전 척(electrostatic chuck), 및 질화 알루미늄기 복합체의 제조 방법에 관한 것이다.
현재, 반도체 웨이퍼의 반송, 노광, CVD, 스패터링 등의 성막 공정, 미세 가공, 세정, 에칭, 다이싱 등의 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼를 흡착하고 유지하기 위해서 정전 척이 사용되고 있다. 이러한 정전 척의 기판으로서, 치밀질(緻密質) 세라믹스가 주목받고 있다. 특히 반도체 제조 장치에 있어서는, 에칭 가스나 클리닝 가스로서, ClF3등의 할로겐계 부식성 가스를 다용한다. 치밀한 질화 알루미늄은 상기와 같은 할로겐계 부식성 가스에 대하여 높은 내식성을 구비하고 있다. 또한, 질화 알루미늄은 고열전도성 재료로서 알려져 있고, 또한, 내열충격성도 높다고 알려져 있다. 따라서, 반도체 제조 장치용의 정전 척의 기판을 질화 알루미늄 소결체에 의해 형성하는 것이 가장 바람직하다고 생각된다.
일반적으로, 질화 알루미늄을 정전 척의 기초 재료로서 사용한 경우, 동작 온도에 있어서의 체적 고유 저항률이 108∼1013Ω·cm의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 그렇지만, 질화 알루미늄의 체적 고유 저항률은 실온에서부터 600℃까지에서, 예컨대 1016Ω·cm에서부터 107Ω·cm 이하까지 현저하게 저하하기 때문에, 이러한 넓은 온도 범위에서는, 정전 척으로서의 안정된 동작이 불가능하였다. 이 때문에 사용 온도가 예컨대 200℃∼400℃의 범위 내로 제한되고 있었다.
본 발명의 과제는 질화 알루미늄질의 재료에 있어서, 종래 보다도 넓은 온도 범위에서 체적 저항률의 변화가 적은 새로운 재료를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 상기와 같은 체적 저항률의 온도 의존성이 작은 질화 알루미늄질의 재료로서, 소결법에 의해 제조 가능한 재료를 제공하는 것이다. 또, 금속 불순물의 함유량이 적고, 반도체 오염을 야기하지 않는 조성을 가지는 재료를 제공하는 것이다.
도 1은 캐소드 루미네센스의 원리를 설명하기 위한 원리도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 복합체의 캐소드 루미네센스를 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 복합체의 X선 회절 피크를 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 복합체 및 공지의 질화 알루미늄 소결체의 체적 저항률과 온도(T)(또는 1/T)와의 관계를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 복합체의 질소, 산소의 각 원소의 특성 X선의 강도 분포를 나타내는 이차원 매핑을 도시하는 도면 대용 사진.
도 6은 본 발명의 복합체의 알루미늄, 이트륨의 각 원소의 특성 X선의 강도 분포를 나타내는 이차원 매핑을 도시하는 도면 대용 사진.
본 발명은 질화 알루미늄 결정 입자와 γ-알루미나형 결정을 함유하는 질화 알루미늄기 복합체로서, 질화 알루미늄 결정 입자중 산소 농도가 X선 마이크로 애널라이저에 의해 측정하였을 때에 0.40중량% 이상, 0.60중량% 이하이고, 전자 스핀 공명법에 의한 스펙트럼으로부터 얻어진 알루미늄의 단위 mg당 스핀수가 1×1012spin/mg 이상, 1×1013spin/mg 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 질화 알루미늄 결정 입자와 γ-알루미나형 결정을 함유하는 질화 알루미늄기 복합체로서, 캐소드 루미네센스에 의한 주요 피크가 350nm∼370nm에 있고, 전자 스핀 공명법에 의한 스펙트럼으로부터 얻어진 알루미늄의 단위 mg당 스핀수가 1×1012spin/mg 이상, 1×1013spin/mg 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 질화 알루미늄기 복합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 기능 재료에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 반도체를 흡착하고, 유지하기 위한 흡착 면을 구비한 정전 척으로서, 상기 질화 알루미늄기 복합체로 이루어지는 기판과, 이 기판중에 매설된 면형의 전극과, 이 면형의 전극에 대하여 직류 전력을 공급하기 위한 전원을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 질화 알루미늄 결정 입자와 γ-알루미나형 결정을 함유하는 질화 알루미늄기 복합체를 제조하는 방법으로서, 질화 알루미늄기 복합체중의 전체 산소량과 희토류원소를 산화물로 환산한 경우의 환산 산소량과의 차가 1.0중량%∼10중량%가 되도록 질화 알루미늄 원료를 핫 프레싱하는 것을 특징으로 한다.
본 발명자는 후술하는 바와 같은 특정한 질화 알루미늄 결정 입자내의 산소량이 많은 소결체에 있어서, 더욱이 γ-알루미나형 결정을 질화 알루미늄 결정 입자 내에 복합화된 새로운 질화 알루미늄기 복합체가 넓은 온도 범위에서 체적 저항률의 온도 의존성이 작은 것을 발견하여, 본 발명에 도달하였다. 더구나, 이러한 질화 알루미늄기 복합체는 핫 프레스 소결법에 의해 제조할 수 있고, 또한 희토류원소 이외의 금속 불순물을 극히 소량으로 제어한 경우도, 핫 프레스법으로 제조할 수 있기 때문에, 반도체 오염도 현저하게 억제할 수 있는 것이다.
또, 복합체에 함유되는 γ-알루미나형 결정에 미량의 질소가 고용(固溶)되어 있는 것도 있지만, 이 경우에도 γ-알루미나형 결정상은 유지되고 있다.
본 발명의 질화 알루미늄기 복합체의 주결정상은 질화 알루미늄 결정이고, 이것이 10% 이상을 차지하고 있으며, 이것에 γ-알루미나형 결정이 복합화되어 있다.
여기서, 본 발명의 질화 알루미늄기 복합체의 전제로서, 질화 알루미늄 결정 입자 중에 적정량의 산소가 잔류하여 고용되어 있을 필요가 있다. 즉, 질화 알루미늄 결정 입자중의 산소 농도가 X선 마이크로 애널라이저에 의해 측정하였을 때에 0.40중량% 이상이고, 전자 스핀 공명법에 의한 스펙트럼으로부터 얻어진 알루미늄의 단위 mg당 스핀수가 1×1012spin/mg 이상, 1×1013spin/mg 이하일 필요가 있다. 또는, 캐소드 루미네센스에 의한 주요 피크가 350nm∼370nm에 있을 필요가 있다.
본 발명자는 순도가 높은 질화 알루미늄 원료를 핫 프레스 소결할 때에, 희토류원소 화합물의 배합량을 소량으로 조정하고, 또한 알루미늄을 적정량 첨가함으로써, 질화 알루미늄 결정 입자 중에 산소를 고용 상태로 잔류시켰다. 이 결정 입자중의 산소는 AlN의 질소 원자를 치환하고, 밴드 갭 내에 도너 준위를 형성하여, 입자내의 전자 전도성의 향상을 가져온다. 이와 같이, 질화 알루미늄 결정 입자 중에서의 산소의 고용이 각 결정 입자 내부의 저항을 감소시키기 위해서는 필수적이다.
본 발명자는 본 발명의 질화 알루미늄기 복합체에 대하여, 결정상 내부나 입계의 결함 구조의 구성을 알기 위해서, 각 시료에 대하여 전자 스핀 공명법(Electron spin resonance: ESR법)에 의한 스펙트럼을 취하였다. 이 원리를 간단히 설명한다. 비쌍전자는 자장 하에서는 제만 효과에 의해 에너지 준위가 분열된다. 이 에너지 준위에는 전자의 궤도 운동, 근방의 원자의 핵 자기 능률과의 상호 작용이 민감하게 반응한다. ESR법에서는 이 분열된 에너지 준위를 측정함으로써, 비쌍전자를 갖는 원자 근방의 원자 및 화학 결합 등에 관한 정보를 알 수 있다.
전자 스핀 공명법에 의한 스펙트럼으로부터 얻어진 알루미늄의 단위 mg당 스핀수는 1×112spin/mg 이상, 1×1013spin/mg 이하일 필요가 있다. 이 측정 방법은 「전자 스핀 공명」(오오야 히로아끼(大矢 博昭), 야마우치 쥰(山內 淳) 저자(講談社刊))에 기재된 방법에 따랐다. 본 발명자는 스핀수가 이미 알려진 TEMPOL(4-히드록시-2, 2, 6, 6-테트라메틸피페리딘-1-옥실) 용액을 사용하여 Mn2+/MgO의 1라인의 초미세선(超微細線)의 양을 정해 두고, 이것을 통해서 스핀수를 비교하여 피크의 면적비로부터 스핀수를 산출하였다.
또한, 본 발명자는 질화 알루미늄기 복합체의 전기적 특성에 영향을 미치는 밴드 갭내의 전자 상태를 평가하고, 본 발명의 복합체의 특징을 더욱 명백하게 하기 위해서, 캐소드 루미네센스 스텍트럼을 측정하였다.
캐소드 루미네센스는 일반적으로는 시료에 대하여 전자선을 조사하였을 때의 시료로부터의 반사파의 일종이다. 도 1에 모식도로서 도시하는 바와 같이, 여기 전자가 가전자대로부터 전도대로 여기되면, 가전자대에 정공이 생긴다. 가전자대와 정공사이의 밴드 갭에 대응하는 발광이 발생한다. 이것과 동시에, 결정 내에 포함되는 결함이나 불순물의 작용에 의해서, 전도대와는 별도로 국소(local) 전자 준위가 발생하고 있는 경우에는, 국소 전자 준위의 여기 전자와 가전자대의 정공과의 재결합에 의해 발광이 발생한다. 따라서, 캐소드 루미네센스의 스펙트럼으로부터는 에너지 밴드 구조, 결정성, 결정 중에 포함되는 결함이나 불순물에 대하여, 정보를 얻을 수 있다.
본 발명의 복합체에 대하여, 캐소드 루미네센스 스펙트럼을 측정한 결과, 예컨대 도 2에 예시하는 바와 같이, 350∼370nm의 파장 영역에 강한 주요 피크를 갖고 있다. 또한, 650∼750nm의 파장 영역에 이 주요 피크의 2배파라고 생각되는 약한 피크를 검출하였다.
또한, 본 발명자는 비교 대상으로서, 질화 알루미늄 분말에 5중량%의 이트륨 분말을 첨가하여 소성함으로써 얻어지는 고밀도의 소결체를 준비하고, 이 소결체에 대하여 캐소드 루미네센스를 측정하였다. 이 결과, 약 340nm, 500nm, 600nm에 각각 약한 피크가 관측되었다.
이러한 발광 파장의 차는 발광의 종류(밴드 갭내의 전자 준위)가 다름을 나타내고 있다. 또한, 발광 강도의 차는 불순물에 의한 전자 농도의 차를 나타내고 있다. 즉, 본 발명의 복합체의 경우에는, 350∼370nm의 파장 영역에 대단히 강한 샤프한 피크가 관측되었지만, 이것은 대단히 강한 새로운 전자 준위의 존재를 나타내고 있고, 특정한 불순물에 의한 전자 농도가 높음을 나타내고 있다.
이들 측정 결과를 근거로 하여, 본 발명의 복합체를 구성하는 질화 알루미늄 결정 입자내의 산소 농도를 X선 마이크로 애널라이저에 의해 측정한 바, 0.4중량% 이상, 0.6중량% 이하일 필요가 있음이 판명되었다.
본 발명의 복합체에 있어서는, 복합체를 구성하는 주결정상인 질화 알루미늄 결정 입자 중에 산소가 고용될 때에, 산소가 질소 격자점(사이트)에 들어가 질소와 치환하는 것이라고 생각된다. 이 때의 질소 N3-와 산소 O2-사이의 전하 보상에 의해, 전도(도너) 전자, 또는 알루미늄 공격자점(空格子点)이 생성된다. 산소의 질화 알루미늄 결정중의 고용량이 질화 알루미늄 입자내의 전기 전도에 크게 영향을 미친다라고 생각된다.
여기서, 본 발명의 복합체의 체적 저항률과 온도(T)(또는 1/T)사이에는 예컨대 도 4의 그래프에 나타내는 바와 같은 관계가 있음을 발견하였다. 여기서, 그래프 B(○을 그래프로 한 것)쪽은 질화 알루미늄 소결체의 특성을 나타내는 것이지만, 100℃∼600℃의 영역에서, 체적 저항률과 1/T과의 사이에서 상당히 높은 직선성이 보인다. 이것에 대하여, 그래프 A에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 복합체의 부피 저항률과 1/T과의 사이에서는, 실온에서부터 300℃의 사이에서는 체적 저항률의 변화가 놀랍게도 완만하고, 300℃∼600℃의 범위에서는 질화 알루미늄 소결체와 거의 유사한 특성을 나타내고 있다.
본 발명의 복합체에 있어서는, 더욱이, 부(副)결정상으로서 γ-알루미나형 결정이 존재한다. γ-알루미나형 결정에는 미량의 질소가 고용되어 있는 것도 있다. 전기 전도는 질화 알루미늄 결정과 γ-알루미나형 결정을 통해 발생하는 것이라고 생각된다. 그리고, 도 4에 도시하는 복합체에 있어서는, 실온에서부터 300℃까지 동안에, 체적 저항률의 온도 의존성의 활성화 에너지가 저하하고 있는 것은 γ-알루미나형 결정의 체적 저항률이 지배적으로 되어 있기 때문이라고 생각된다. 이것에 대하여, 300℃∼600℃에 있어서는, 질화 알루미늄 입자의 체적 저항률이 지배적으로 되어 있다고 생각된다.
본 발명에 있어서는, 질화 알루미늄 원료를 핫 프레스할 때에, 질화 알루미늄기 복합체중 전체 산소량과, 희토류원소를 산화물로 환산한 경우의 환산 산소량의 차가 1.0중량%∼10중량%가 되도록 소결시킨다.
즉, 복합체중 희토류원소의 함유량은 산화물로 환산하여 0.5중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이것이 0.5중량%를 넘으면, 소결 과정에 있어서 질화 알루미늄 결정 입자내의 산소가 이 입자의 외부로 확산되어 버린다. 이와 같이 산소가 배출되어 입자 내부가 순화되면, 산소의 감소에 의한 포논(phonon) 산란의 저감에 의해 열전도율은 향상하지만, 체적 저항률의 온도 의존성이 커진다.
이와 같은 관점에서, 희토류원소의 함유량을 0.4중량% 이하로 하는 것이 한층더 바람직하다.
또한, 복합체중 희토류원소의 함유량은 균질한 소결체를 얻기 위해서는, 0.05중량% 이상으로 하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 복합체를 반도체 공정에 사용하기 위해서는, 이 공정의 불순물이라고 생각되는 알칼리 금속, 천이(遷移) 금속을 복합체에 첨가하는 것은 바람직하지 못하다.
따라서, 본 발명에 있어서는, 고순도의 원료를 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 희토류원소를 제외한 금속 불순물량을 500ppm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 희토류원소를 제외한 금속 불순물량을 100ppm 이하로 하는 것이 한층더 바람직하고, 0ppm 내지 검출 한계 이하인 경우를 포함한다.
또한, 복합체중의 질화 알루미늄 결정 입자의 평균 크기는 10㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 5㎛ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하며, 이것에 의해 부피 저항률의 온도 의존성이 한층더 저하하는 경향이 보인다.
질화 알루미늄 결정 입자의 평균 크기의 하한은 특별히 없지만, 일반적으로는 1.0㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 복합체에 있어서, X선 회절 측정에 의한 서로 수직인 한쌍의 면에서의 각 회절 강도(I2/ΣI)의 상대 비율의 최대치가 1.3 이상인 것이 바람직하다. 즉, 복합체를 핫 프레스 소성한 후에 복합체의 각 방향에서 X선 회절 측정을 행하면, 각 방향에 대하여, 각각 002면의 각 회절 강도는 〔I2: 002면의 피크의 강도〕/〔ΣI: 모든 회절 강도의 합계치)〕로서 정의된다. 이때, 핫 프레스에 의해서, 각각의 질화 알루미늄 결정 입자의 결정 성장의 방향으로 이방성(異方性)이 있다.
그리고, 서로 수직인 한쌍의 면의 각 회절 강도(I2/ΣI)의 상대 비율을 모든 방향에 대하여 측정하였을 때에, 얻어진 상대 비율의 최대치를 1.3 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 상대 비율이 최대가 되는 한쌍의 면은 통상은 핫 프레스 방향에 대하여 평행한 면과 수직인 면이다.
질화 알루미늄 원료 분말로서는, 직접 질화법에 의한 분말을 사용할 수 있고, 환원 질화법에 의한 분말도 사용할 수 있다. 현상황에서는 금속 불순물 함유량이 적은 것이 공급되기 쉽다는 점에서, 환원 질화법에 의한 분말이 바람직하다. 그러나, 직접 질화법에 의해 제조된 분말이더라도, 원료인 알루미늄의 순도를 향상시킴과 동시에 각 공정에 있어서의 불순물의 혼입을 방지하면 문제없이 사용할 수 있다.
최종적으로 얻어지는 복합체중에 있어서, 질화 알루미늄 소결체중 전체 산소량과, 희토류원소의 산화물 중에 함유되어 있는 산소량과의 차를 0.5중량% 이상으로 하는 것이 바람직하기 때문에, 원료 분말중의 산소량이 중요하다. 원료중의 산소량이 적은 경우에는, 원료 분말 중에 산소를 도입하기 위한 후처리가 필요하게 된다. 예컨대, 원료 분말을 공기 등의 산화 분위기 속에서, 400∼800℃에서 가열하여 산화 처리함으로써, 원료 분말중의 산소량을 증대시킬 수 있다. 또한, 원료 분말 중에 알루미나 분말 및 알루미나 전구체(precursor)를 첨가함으로써 산소를 공급할 수 있다.
이때, 원료 중에 함유된 산소를 알루미나의 양으로 환산한 경우, 알루미나의 환산 함유량을 원료의 1.0∼10중량%로 하는 것이 바람직하다.
또한, 희토류원소는 상기 원료 분말에 대하여, 여러 가지 형태로 첨가할 수 있다. 예컨대, 질화 알루미늄 원료 분말 중에 희토류원소의 단체 또는 화합물의 분말을 첨가할 수 있다.
일반적으로는, 희토류원소의 산화물을 가장 입수하기 쉽다. 단, 희토류원소의 산화물을 사용한 경우에는, 본 발명에 있어서는, 희토류의 첨가량이 미량이기 때문에, 희토류원소의 산화물의 분산이 불충분하면, 소결체 전체에 희토류원소가 골고루 퍼지는 것이 곤란하게 된다. 이 때문에, 소결체의 각 부분의 체적 저항률 등의 제반 특성에 격차가 생기는 원인이 된다.
이 때문에, 본 발명에 있어서는, 희토류원소의 초산염, 황산염, 알콕시화물 등의 화합물을 이들 화합물이 가용성인 적당한 용제에 용해시켜 용액을 얻고, 이 용액을 질화 알루미늄 원료 분말에 첨가할 수 있다. 이렇게 함으로써, 희토류원소의 첨가량이 미량이더라도, 희토류원소가 소결체의 각 부분에 균일하게 분산된다. 더구나, 아마 각 입자의 표면에 대단히 얇은 층으로서 희토류원소가 분산되기 때문에, 고저항인 희토류원소 화합물이 편석하기 어렵게 된다. 분산이 불충분한 경우, 국부적으로 희토류 함유 결정을 석출할 수 있다.
건식 프레스 성형법을 사용하는 경우에는, 상기 원료 분말을 건조하는 방법으로서는, 스프레이 드라이법을 제안할 수 있다. 이것은 미량 첨가물인 희토류 화합물의 순간 건식법으로서 특히 적합하다.
또한, 테이프 성형법을 사용할 수 있다. 이 경우에는, 희토류원소의 초산염, 황산염, 알콕시화물 등의 화합물을 용해시켜 얻은 용액을 통상의 테이프 성형 공정 중에 첨가제로서 첨가하면 좋다. 첨가량도 미량이기 때문에, 성형성, 탈지성에는 영향을 주지 않는다.
조합 공정에 있어서는, 용제 중에 질화 알루미늄 원료 분말을 분산시키고, 이 속에 희토류원소 화합물을 상기한 산화물 분말이나 용액의 형태로 첨가할 수 있다. 혼합을 행할 때는 단순한 교반에 의해서도 가능하지만, 상기 원료 분말중의 응집물을 분쇄할 필요가 있는 경우에는, 포트밀, 트로멜(trommel), 어트리션밀(attrition mill) 등의 혼합 분쇄기를 사용할 수 있다. 첨가물로서, 분쇄용 용매에 대하여 가용성인 것을 사용한 경우에는, 혼합 분쇄 공정을 행하는 시간은 분말의 분쇄에 필요한 최소한의 단시간이어도 좋다. 또한, 폴리비닐알콜 등의 바인더 성분을 첨가할 수도 있다.
이 분쇄용 용제를 건조하는 공정은 스프레이 드라이법이 바람직하다. 또한, 진공 건조법을 실시한 후에, 건조 분말을 채에 통과시켜 그 입도를 조정하는 것이 바람직하다.
분말을 성형하는 공정에 있어서는, 원반 형상의 성형체를 제조하는 경우에는 금형 프레스법을 사용할 수 있다. 성형 압력은 100kgf/cm2이상으로 하는 것이 바람직하지만, 보형(保型)이 가능하다면 특별히 한정되지 않는다. 분말 상태로 핫 프레스 다이스중에 충전하는 것도 가능하다.
성형체중에 바인더를 첨가한 경우에는, 소성에 앞서 산화 분위기 속에서 200℃∼800℃의 온도로 탈지를 행할 수 있다.
희토류원소를 함유하는 첨가제를 초산염, 황산염, 탄산염의 형태로 첨가한 경우에는, 소성에 앞서 분말 상태의 원료 또는 분말의 성형체에 대하여, 탈초, 탈황, 탈탄산 처리할 수 있다. 이러한 탈가스 공정은 탈지 공정과 함께, 산화 분위기 속에서 상기 원료 분말 또는 성형체를 가열함으로써 실시할 수 있지만, 이때 발생하는 NOx가스, SOx 가스등에 의한 가마의 손상에 유의해야 한다.
또한, 탈초, 탈황, 탈탄산 처리 등의 탈가스 공정을 개별로 실시하지 않고, 소성 과정사이에 탈가스도 행하게 할 수 있다.
이어서 성형체를 핫 프레스법에 의해 소성한다. 핫 프레스시의 압력은 50kgf/cm2이상일 필요가 있고, 200kgf/cm2이상이 바람직하다. 이 상한은 특히 한정되지 않지만, 몰드 등의 가마 도구의 손상을 방지하기 위해서는, 실용상은 1000kgf/cm2이하가 바람직하고, 400kgf/cm2이하가 더욱 바람직하다.
압력을 상승시킬 때는, 최고 압력까지 단숨에 상승시키는 것도 가능하다. 그러나, 승온에 따라서 단계적으로 압력을 상승시키는 것이 소결체의 치수 정밀도를 향상시키는 데 특히 바람직하다.
원반 형상의 성형체를 핫 프레스법에 의해 소성할 때는, 이 성형체의 외경보다도 약간 큰 내경을 갖는 슬리브속에 성형체를 수용하는 것이 바람직하다.
온도 상승 시에 탈가스가 필요한 경우에는, 실온∼1600℃사이의 온도 범위에 있어서, 진공 가열을 행함에 따라서 기체의 발산을 촉진하는 것이 바람직하다.
또한, 소성시의 최고 온도까지, 50℃/시간 이상, 1500℃/시간 이하의 승온 속도로 온도를 상승시키는 것이 바람직하다. 최고 온도는 1700℃∼2300℃로 하는 것이 바람직하다. 최고 온도가 2300℃를 넘으면, 질화 알루미늄의 분해가 시작된다. 최고 온도가 1700℃ 미만이면, 입자의 효과적인 성장이 억제된다.
특히 소성시의 최고 온도를 1700℃∼1900℃로 함으로써, 체적 저항률의 온도 의존성이 한층더 감소되는 경향이 있었다.
핫 프레스법에 있어서, 성형체 또는 원료 분말과 카본 지그사이에 질화 붕소를 박리제로서 도포하는 방법이 현재 제안되어 있다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 붕소가 소결체 내에 혼입될 우려가 있기 때문에, 이 박리제를 사용하지 않는 편이 좋다.
본 발명의 복합체 속에 금속을 매설할 수 있고, 특히 불순물을 싫어하는 환경 하에서 사용되는 전극 매설품으로서 특히 적합하게 사용할 수 있다. 이러한 용도로서는, 예컨대, 세라믹 정전 척, 세라믹스 히터, 고주파 전극 장치를 예시할 수 있지만, 특히 정전 척에 대하여 극히 적합하게 사용할 수 있다.
본 발명의 복합체를 반도체 웨이퍼의 흡착용 정전 척으로서 사용하면, 실온 부근에서 600℃, 더욱 바람직하게는 100℃ 부근에서 500℃의 온도 범위에서, 정전 척으로서의 흡착 특성을 현저하게 향상시킬 수 있고, 또한, 전압 차단 직후에, 전하가 충분한 빠르기로 피산(避散)하기 때문에, 웨이퍼를 탈착할 때의 응답성도 좋다.
질화 알루미늄기 복합체 속에 매설되는 금속 부재는 면형의 금속 벌크(bulk)재인 것이 바람직하다. 이때, 금속 매설품이 정전 척인 경우에는, 금속 부재는 금속 벌크재로 이루어지는 면형의 전극이다.
금속 부재는 질화 알루미늄 분말과 동시에 소성하기 때문에, 고융점 금속으로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 고융점 금속으로서는, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 레늄, 하프늄 및 이들 합금을 예시할 수 있다. 반도체 오염 방지의 관점에서, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 백금 및 이들 합금이 더욱 바람직하다.
본 발명을 정전 척에 적용한 경우에는, 정전 척 전극에 대하여 고주파 전원을 접속하고, 이 전극에 대하여 직류 전압과 동시에 고주파 전압을 공급함으로써, 이 전극을 플라즈마 발생용 전극으로서도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 복합체는 반도체 웨이퍼를 설치하기 위한 서셉터, 더미 웨이퍼, 섀도링, 고주파 플라즈마를 발생시키기 위한 튜브, 고주파 플라즈마를 발생시키기 위한 돔, 고주파 투과창, 적외선 투과창, 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 리프트 핀, 섀도판 등의 각 반도체 제조용 장치의 기판으로서, 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 복합체를 적용할 수 있는 전자 기능 재료로서는, 유도 가열용 가열원(히터 재료)을 예시할 수 있다. 즉, 본 발명의 복합체는 고순도이고, 플라즈마에 대한 내식성이 높기 때문에, 플라즈마 분위기 속에서 사용하기 위한 유도가열용 가열원으로서 이용할 수 있다.
이하, 더욱 구체적인 실험 결과에 대하여 설명한다.
표 1∼표 4에 나타내는 각 실시예, 비교예의 각 복합체를 제조하였다.
원료 분말로서는, 환원 질화법에 의해 얻어진 질화 알루미늄 분말을 사용하였다. 이트륨의 초산염을 이소프로필알콜에 용해시켜 첨가제 용액을 제조하고, 이 첨가제 용액을 질화 알루미늄 원료 분말에 대하여, 포트밀을 사용하여 혼합하였다. Y2O3로 환산한 산화이트륨의 혼합 비율, 및 알루미나의 첨가량을 표 1, 표 3에 나타낸다.
이 원료 분말을 200kgf/cm2의 압력으로 일축(一軸) 가압 성형함으로써, 직경 200mm의 원반형 성형체를 제작하였다. 이 원반형 성형체를 핫 프레스형 속에 수용하여 밀봉하였다. 승온 속도 300℃/시간으로 온도를 상승시키고, 이때, 실온∼1000℃의 온도 범위에서 감압을 행하며, 1000℃에 도달한 후, 질소 가스를 2.5kgf/cm2로 도입함과 동시에, 압력을 200kgf/cm2로 단계적으로 상승시켰다. 최고 온도를 표 1, 표 3에 나타내는 바와 같이 변경하여, 4시간동안 각 최고 온도로 유지한 후, 300℃/시간의 냉각 속도로 1000℃까지 냉각한 후, 로냉(爐冷)하였다.
이렇게 해서 얻어진 각 복합체에 대하여, 결정상을 확인하였다. 또한, 복합체속의 이트륨의 함유량(Y: 중량%), 전체 산소량(O: 중량%), 및 전체 산소량과 Y2O3로 환산한 산소량과의 차(과잉 산소)를 표 1, 표 3에 나타낸다. 또한, 전체 산소량과 Y2O3로 환산한 산소량과의 차를 Al2O3로 환산한 경우의 중량 비율을 표 1, 표 3에 나타낸다. 또한, X선 마이크로 애널라이저에 의해 측정한 질화 알루미늄 결정 입자중의 산소 농도(입자내 산소량)를 표 1, 표 3에 나타낸다.
이어서, 각 예의 복합체에 대하여, 하기의 측정을 행하고, 그 측정 결과를 표 2, 표 4에 나타낸다.
(캐소드 루미네센스의 주요 피크)
상술한 바와 같이 캐소드 루미네센스를 측정하고, 그 주요 피크의 위치를 나타내었다.
(X선 회절 강도비)
X선 회절에 의해, AlON의 피크의 강도와 AlN의 피크의 강도를 측정하고, 그 강도비를 나타낸다.
(실온에 있어서의 부피 저항률)
「JIS C 2141」 기초한 절연물의 체적 저항률 측정법으로 측정하였다. 각 표에는 약기법(略記法)을 사용하여 표시하였다. 예컨대, 「1.0E+14」는 「1.0×1014」를 나타낸다.
직경 ψ100mm, 두께 0.8mm의 반원 형상의 시료를 준비하고, 3.14cm2의 면적에 은(銀) 페이스트를 도포하여, 인가 전계 강도 50V/mm로 측정하였다.
(겉보기의 활성화 에너지)
실온에서부터 300℃까지의 체적 저항률의 변화를 측정하고, 부피 저항률의 온도 의존성의 겉보기 활성화 에너지를 산출하였다.
(ESR 스핀수(spin/mg))
ESR의 공명 조건식으로부터, 전술과 같이 하여 산출하였다.
(평균 입경)
전자 현미경 사진을 촬영하고, 관찰된 입자의 장축 길이의 평균치를 산출하여 구하였다.
(회절 강도비 I2/ΣI)
X선 회절 측정에 의한 서로 수직인 한쌍의 면의 각 회절 강도(I2/ΣI)의 상대 비율의 최대치를 측정하였다.
Y2O3첨가량중량% Al2O3첨가량중량% 소성시의최고온도(℃) AlN을 제외한 결정상 Y(중량%) 전O량중량% 전O량과Y2O3환산O량과의 차 Al2O3환산량중량% 입자내산소량중량%
제1실시예 0.1 3 1800 γ알루미나형 0.076 2.02 2.00 4.25 0.53
제2실시예 0.1 4 1800 γ알루미나형 0.075 2.5 2.48 5.27 0.51
제3실시예 0.1 0.5 1800 γ알루미나형 0.082 0.93 0.91 1.93 0.50
제4실시예 0.1 2 1800 γ알루미나형 0.077 1.58 1.56 3.31 0.51
제5실시예 0.5 5 1800 γ알루미나형 0.078 2.91 2.89 6.14 0.54
제6실시예 0.1 5 2000 γ알루미나형 0.076 2.92 2.90 6.16 0.60
제7실시예 0.3 1 1800 γ알루미나형 0.23 1.21 1.15 2.44 0.45
제8실시예 0.3 3 1800 γ알루미나형 0.22 2.09 2.03 4.31 0.53
제9실시예 0.5 3 1800 γ알루미나형 0.36 2.12 2.02 4.30 0.52
제10실시예 0.5 1 1800 γ알루미나형 0.37 1.24 1.14 2.42 0.43
제11실시예 0.1 6 1800 γ알루미나형 0.075 3.7 3.68 7.82 0.52
제12실시예 0.1 7 1800 γ알루미나형 0.078 4.4 4.38 9.30 0.53
제13실시에 0.1 10 1800 γ알루미나형 0.077 5.9 5.88 12.49 0.52
캐소드루미네선스주요피크(nm) X선회절강도비AlON/AlN 체적저항율(Ω·cm,25℃) 겉보기활성화 에너지(eV) ESR스핀수(spin/mg) 평균입경㎛ 회절강도비I2/ΣI
제1실시예 350-370 0.028 1.0E+14 0.40 2.0E+12 3.0 1.42
제2실시예 350-370 0.027 1.3E+14 0.40 1.3E+12 2.9 1.41
제3실시예 350-370 0.013 8.8E+13 0.50 2.6E+12 3.2 1.45
제4실시예 350-370 0.025 8.1E+13 0.45 1.9E+12 3.1 1.39
제5실시예 350-370 0.033 2.2E+13 0.39 1.9E+12 3.1 1.48
제6실시예 350-370 0.035 7.3E+13 0.47 6.1E+12 9.2 1.46
제7실시예 350-370 0.015 1.8E+14 0.50 2.7E+12 3.3 1.51
제8실시예 350-370 0.026 1.5E+14 0.49 4.0E+12 3.1 1.56
제9실시예 350-370 0.025 1.2E+14 0.44 3.1E+12 3.5 1.41
제10실시예 350-370 0.012 1.1E+14 0.50 2.5E+12 3.8 1.39
제11실시예 350-370 0.047 2.2E+14 0.48 2.3E+12 2.8 1.52
제12실시예 350-370 0.052 3.2E+14 0.50 2.0E+12 2.8 1.42
제13실시예 350-370 0.071 6.1E+14 0.49 1.3E+12 2.7 1.57
Y2O3첨가량중량% Al2O3첨가량중량% 소성시의최고온도(℃) AlN을 제외한 결정상 Y(중량%) 전O량중량% 전O량과Y2O3환산O량과의 차 Al2O3환산량중량% 입자내산소량중량%
제1비교예 없음 없음 1800 - 0 0.71 0.71 1.51 0.49
제2비교예 없음 없음 1900 - 0 0.7 0.70 1.49 0.62
제3비교예 5 없음 1900 Y-Al-O 3.5 2.1 1.16 2.46 0.35
제4비교예 3 없음 1850 Y-Al-O 1.9 1.4 0.89 1.89 0.36
제5비교예 1 없음 1900 Y-Al-O 0.72 0.98 0.79 1.67 0.36
제6비교예 0.1 4 1900 γ알루미나형 0.068 2.01 1.99 4.23 0.56
제7비교예 0.1 3 2000 γ알루미나형 0.069 2.46 2.44 5.19 0.65
제8비교예 없음 4 2000 γ알루미나형 0 2.72 2.72 5.78 0.67
제9비교예 0.1 0.5 1900 γ알루미나형 0.067 0.91 0.89 1.89 0.61
제10비교예 0.1 3 1900 γ알루미나형 0.069 2.01 1.99 4.23 0.63
제11비교예 0.1 없음 2000 - 0.065 0.66 0.64 1.36 0.65
제12비교예 0.3 5 1900 γ알루미나형 0.22 2.9 2.84 6.03 0.51
제13비교에 0.3 없음 2000 - 0.065 0.52 0.50 1.07 0.66
캐소드루미네선스주요피크(nm) X선회절강도비 AlON/AlN 체적저항율(Ω·cm,25℃) 겉보기활성화에너지(eV) ESR스핀수(spin/mg) 평균입경㎛ 회절강도비I2/ΣI
제1비교예 350-370 0.000 3.0E+16 0.65 7.0E+11 2.3 1.65
제2비교예 350-370 0.000 2.2E+12 0.61 1.4E+13 4.4 1.48
제3비교예 600 0.000 5.1E+14 0.59 1.1E+12 6.2 1.38
제4비교예 600 0.000 3.3E+14 0.60 2.4E+12 5.2 1.46
제5비교예 600 0.000 9.4E+13 0.61 5.7E+12 6.0 1.48
제6비교예 350-370 0.022 2.0E+12 0.61 2.2E+13 5.6 1.56
제7비교예 350-370 0.019 1.1E+12 0.56 1.7E+13 10.6 1.41
제8비교예 350-370 0.022 1.1E+13 0.56 2.0E+13 9.7 1.45
제9비교예 350-370 0.010 2.4E+12 0.68 2.5E+13 5.8 1.56
제10비교예 350-370 0.021 6.3E+13 0.59 1.7E+13 5.3 1.51
제11비교예 350-370 0.000 3.4E+11 0.67 2.1E+13 10.4 1.47
제12비교예 350-370 0.019 1.8E+13 0.62 1.2E+13 3.1 1.39
제13비교예 350-370 0.000 2.5E+11 0.68 1.8E+13 11.3 1.42
표 1, 2에서 알 수 있는 바와 같이, 질화 알루미늄 결정 입자중의 산소 농도를 0.40중량% 이상, 0.60중량% 이하로 하고, 스핀수를 1×1012spin/mg 이상, 1×1013spin/mg 이하로 하면, 상기 활성화 에너지가 0.50eV 이하의 수준으로 감소하는 것이 판명되었다. 또한, Y2O3의 첨가량을 0.1∼0.5중량%로 하고, Al2O3의 첨가량을 0.5∼10중량%로 하는 것이 유효하였다. 또한, 캐소드 루미네센스에 의한 주요 피크가 350nm∼370nm에 있었다.
또한, 소성 온도에 대해서는, 1800℃로 하는 편이 온도 의존성의 겉보기 활성화 에너지가 저하하는 경향이 있었다.
또한, 이트륨의 함유량(산화물에의 환산량)은 0.05중량% 이상, 0.5중량% 이하이었다. 또한, 복합체중 전체 산소량과, 이트륨을 산화물로 환산한 경우의 환산 산소량과의 차가 1.0중량%∼10중량%인 편이 좋다. 질화 알루미늄 결정 입자의 평균 입경은 10㎛ 이하이다.
또, X선 회절 측정에 의한 서로 수직인 면의 다음 수학식에 의한 각 회절 강도(I2/ΣI)의 상대 비율의 최대치는 1.3 이상이고, 더욱이는 1.39∼1.57이었다.
또, 도 2는 표 1, 표 2의 제1 실시예의 복합체에 대한 캐소드 루미네센스를 도시하고, 도 3은 X선 회절 피크를 도시하는 그래프이다.
한편, 표 3, 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1, 2에서는 알루미나, 산화이트륨의 원료에의 첨가가 없고, 질화 알루미늄을 제외한 결정상이 실질적으로 존재하지 않는다. 이 때문에, 입자내 산소량은 0.40중량% 이상이지만, 상기 활성화 에너지는 0.6eV 이상이다. 비교예 3, 4, 5에서는 알루미나를 첨가하고 있지 않지만, 복합체중에는 AlN 이외에 Y-Al-O 결정상이 존재하고 있고, 또한 입자내 산소량이 0.40중량% 미만이다. 상기 활성화 에너지는 약 0.6 이상이다.
비교예 6, 7, 8, 9, 10에서는 이트륨의 첨가량이 비교적으로 적고, 알루미나의 첨가량이 많기 때문에, 입자내 산소량이 많다. 그러나, 상기 스핀수는 1013을 넘고 있어, 상기 활성화 에너지가 역시 크다. 비교예 11에서는 알루미나를 첨가하고 있지 않고, 이트륨의 첨가량도 적지만, AlN 이외의 결정상이 보이지 않아, 입자내 산소량이 많고, 스핀수도 1013Ω·cm를 넘고 있다. 비교예 12, 13도 스핀수가 1013Ω·cm를 넘고 있기 때문에, 상기 활성화 에너지의 증대를 가져오고 있었다. 또, 비교예 11, 13에서는 질화 알루미늄 결정 입자의 성장이 현저하여, 10㎛을 넘어서고 있었다.
이어서, 도 4는 표 1, 표 2의 제1 실시예의 복합체에 대하여, 부피 저항률(ρ)과 온도(T)(또는 1/T)와의 관계를 나타내는 그래프 A를 도시하는 것으로, 비교예 1의 질화 알루미늄 소결체에 대한 그래프 B도 동시에 도시하고 있다.
또한, 도 5 및 도 6은 표 1 및 표 2의 제1 실시예의 복합체에 대하여, 질소, 산소, 알루미늄, 이트륨의 각 원소의 특성 X선의 강도를 도시하는 이차원 매핑이다. 명도가 높은 부분일수록 그 원소의 특성 X선의 강도가 크고, 즉 원소의 량이 많음을 나타내고 있다.
질소의 분포량이 적은 영역에서는 역시 산소의 분포량이 많게 되어 있음을 알 수 있다. 이것은 질소의 분포량이 적은 영역에서 알루미나 Al2O3가 생성되어 있음을 나타내고 있다. 또한, 이 영역내에서는 알루미늄의 분포량이 주위보다도 조금 감소되어 있다. 질화 알루미늄(AlN)에서는 질소와 알루미늄과의 원자수의 비율이 1:1이지만, 알루미나(Al2O3)의 경우에는, 알루미늄 원자수의 비율이 질화 알루미늄 입자와 비교해서 적게 되기 때문에, 그 특성 X선의 강도가 약간 저하하는 것이라고 생각된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 질화 알루미늄질의 재료에 있어서, 종래보다도 넓은 온도 범위에서 체적 저항률의 변화가 적은 신규한 재료를 제공하는 것에 성공하였다.

Claims (15)

  1. 질화 알루미늄 결정 입자와 γ-알루미나형 결정을 함유하는 질화 알루미늄기 복합체로서, X선 마이크로 애널라이저에 의해 측정되는 상기 질화 알루미늄 결정 입자중 산소 농도가 0.40중량% 이상, 0.60중량% 이하이고, 전자 스핀 공명법에 의한 스펙트럼으로부터 얻어진 알루미늄의 단위 mg당 스핀수가 1×1012spin/mg 이상, 1×1013spin/mg 이하인 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄기 복합체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 질화 알루미늄 결정의 회절 피크(100면)의 강도에 대한 상기 γ-알루미나형 결정의 회절 피크(2θ=44°∼45°)의 강도의 비율이 X선 회절 측정에 의해 측정될 때 0.025 이상인 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄기 복합체.
  3. 제1항에 있어서, 캐소드 루미네센스에 의해 얻어지는 스펙트럼의 주요 피크가 350nm∼370nm 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄기 복합체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 질화 알루미늄기 복합체의 체적 저항률이 실온에서 1×1013Ω·cm 이상이고, 상기 체적 저항률의 온도 의존성의 겉보기 활성화 에너지가 실온 내지 300℃의 범위 이상에서 0.50eV 이하인 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄기 복합체.
  5. 제1항에 있어서, 희토류원소의 함유량(산화물로의 환산치)이 0.05~0.5중량% 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄기 복합체.
  6. 제1항에 있어서, X선 회절 측정에 의한 상호 수직인 한쌍의 면에서의 각 회절 강도의 상대 비율의 최대치가 1.3 이상인 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄기 복합체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 질화 알루미늄 결정 입자의 평균 크기가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄기 복합체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 질화 알루미늄기 복합체에 함유되는 희토류원소를 제외한 금속 불순물의 함유량이 500ppm 이하인 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄기 복합체.
  9. 제5항에 있어서, 상기 질화 알루미늄기 복합체중 전체 산소량과, 상기 희토류원소를 산화물로 환산한 경우의 환산 산소량의 차가 1.0중량%∼10중량%인 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄기 복합체.
  10. 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 기재된 질화 알루미늄기 복합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 기능 재료.
  11. 반도체 웨이퍼를 흡착하고 유지하기 위한 흡착면을 구비한 정전 척으로서, 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 기재된 질화 알루미늄기 복합체로 이루어지는 기판과, 이 기판에 매설된 면형의 전극과, 이 면형의 전극에 직류 전력을 공급하기 위한 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전 척.
  12. 질화 알루미늄 결정 입자와 γ-알루미나 결정 입자를 함유하는 질화 알루미늄기 복합체로서, 캐소드 루미네센스에 의해 얻어진 주요 피크가 350nm∼370nm에 있고, 전자 스핀 공명법에 의한 스펙트럼으로부터 얻어진 알루미늄의 단위 mg당 스핀수가 1×1012spin/mg 이상, 1×1013spin/mg 이하인 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄기 복합체.
  13. 제12항에 기재된 질화 알루미늄기 복합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 기능 재료.
  14. 반도체 웨이퍼를 흡착하고 유지하기 위한 흡착면을 구비한 정전 척으로서, 제12항에 기재된 질화 알루미늄기 복합체로 이루어진 기판과, 이 기판에 매설된 면형의 전극과, 이 면형의 전극에 직류 전력을 공급하기 위한 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전 척.
  15. 질화 알루미늄 결정 입자와 γ-알루미나형 결정을 함유하는 질화 알루미늄기 복합체를 제조하는 방법으로서, 질화 알루미늄기 복합체중 전체 산소량과 희토류원소를 산화물로 환산한 경우의 환산 산소량의 차가 1.0중량%∼10중량%가 되도록 질화 알루미늄 원료를 핫 프레싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화 알루미늄기 복합체 제조 방법.
KR1019980020531A 1997-06-06 1998-06-03 질화 알루미늄기 복합체, 전자 기능 재료, 정전 척 및 질화알루미늄기 복합체의 제조 방법 KR100278904B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16351197A JP3670444B2 (ja) 1997-06-06 1997-06-06 窒化アルミニウム基複合体、電子機能材料、静電チャックおよび窒化アルミニウム基複合体の製造方法
JP97-163511 1997-06-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990006623A KR19990006623A (ko) 1999-01-25
KR100278904B1 true KR100278904B1 (ko) 2001-01-15

Family

ID=15775261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980020531A KR100278904B1 (ko) 1997-06-06 1998-06-03 질화 알루미늄기 복합체, 전자 기능 재료, 정전 척 및 질화알루미늄기 복합체의 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5993699A (ko)
EP (1) EP0882689B1 (ko)
JP (1) JP3670444B2 (ko)
KR (1) KR100278904B1 (ko)
DE (1) DE69810699T2 (ko)
TW (1) TW536528B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2016059704A1 (ja) * 2014-10-16 2017-07-13 堺ディスプレイプロダクト株式会社 表示装置

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4013386B2 (ja) 1998-03-02 2007-11-28 住友電気工業株式会社 半導体製造用保持体およびその製造方法
JP4003907B2 (ja) * 1998-07-08 2007-11-07 コバレントマテリアル株式会社 窒化アルミニウム焼結体からなる半導体製造装置関連製品及びその製造方法並びに静電チャック、サセプタ、ダミーウエハ、クランプリング及びパーティクルキャッチャー
WO2001013423A1 (fr) * 1999-08-10 2001-02-22 Ibiden Co., Ltd. Plaque ceramique pour dispositif de production de semi-conducteurs
JP4447750B2 (ja) 1999-09-30 2010-04-07 日本碍子株式会社 窒化アルミニウム焼結体および半導体製造用部材
DE10085268T1 (de) 1999-12-09 2002-12-12 Saint Gobain Ceramics Elektrostatische Scheibenhalter mit Flachfilmelektrode
US6723274B1 (en) * 1999-12-09 2004-04-20 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. High-purity low-resistivity electrostatic chucks
US6603650B1 (en) 1999-12-09 2003-08-05 Saint-Gobain Ceramics And Plastics, Inc. Electrostatic chuck susceptor and method for fabrication
JP2005281046A (ja) 2004-03-29 2005-10-13 Ngk Insulators Ltd 窒化アルミニウム基板及びその製造方法
JP5062959B2 (ja) * 2005-03-25 2012-10-31 日本碍子株式会社 セラミックス部材及びその製造方法
WO2008018302A1 (fr) * 2006-08-07 2008-02-14 Tokuyama Corporation Corps fritté en nitrure d'aluminium et son procédé de production
JP5173702B2 (ja) * 2008-09-26 2013-04-03 京セラ株式会社 静電チャック
WO2010109960A1 (ja) * 2009-03-26 2010-09-30 株式会社東芝 窒化アルミニウム基板、窒化アルミニウム回路基板、半導体装置および窒化アルミニウム基板の製造方法
EP2581357B1 (en) * 2010-06-08 2018-02-21 Denka Company Limited Circuit board comprising an aluminium nitride substrate and production method thereof
JP2015501372A (ja) 2011-09-29 2015-01-15 ナイトライド ソリューションズ インコーポレイテッド 無機材料、それを作製する方法及び装置、並びにその使用

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5001089A (en) * 1985-06-28 1991-03-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Aluminum nitride sintered body
US5314850A (en) * 1985-10-31 1994-05-24 Kyocera Corporation Aluminum nitride sintered body and production thereof
JP3152847B2 (ja) * 1994-09-30 2001-04-03 京セラ株式会社 静電チャック
JP3181006B2 (ja) * 1994-08-11 2001-07-03 京セラ株式会社 静電チャック
JP3180998B2 (ja) * 1994-02-09 2001-07-03 京セラ株式会社 静電チャック
JP3145574B2 (ja) * 1994-08-09 2001-03-12 京セラ株式会社 セラミック抵抗体
JP3670416B2 (ja) * 1995-11-01 2005-07-13 日本碍子株式会社 金属包含材および静電チャック
JP3457495B2 (ja) * 1996-03-29 2003-10-20 日本碍子株式会社 窒化アルミニウム焼結体、金属埋設品、電子機能材料および静電チャック

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2016059704A1 (ja) * 2014-10-16 2017-07-13 堺ディスプレイプロダクト株式会社 表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP3670444B2 (ja) 2005-07-13
US5993699A (en) 1999-11-30
EP0882689B1 (en) 2003-01-15
DE69810699D1 (de) 2003-02-20
TW536528B (en) 2003-06-11
JPH10338574A (ja) 1998-12-22
EP0882689A3 (en) 1999-06-30
EP0882689A2 (en) 1998-12-09
KR19990006623A (ko) 1999-01-25
DE69810699T2 (de) 2003-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1128425B1 (en) Aluminium nitride sintered body, metal embedded article, electronic functional material and electrostatic chuck
KR100278904B1 (ko) 질화 알루미늄기 복합체, 전자 기능 재료, 정전 척 및 질화알루미늄기 복합체의 제조 방법
KR100345083B1 (ko) 질화 알루미늄 소결체, 전자 기능 재료 및 정전 척
KR101689054B1 (ko) 알루미나 소결체, 이것을 구비하는 부재 및 반도체 제조장치
JP4447750B2 (ja) 窒化アルミニウム焼結体および半導体製造用部材
JP2008239386A (ja) 窒化アルミニウム焼結体及び半導体製造装置用部材
US7763226B2 (en) Method of manufacturing an aluminum nitride powder
JP2008063187A (ja) 窒化珪素焼結体、放熱絶縁用セラミックス基板、放熱絶縁用回路基板、及び放熱絶縁用モジュール
US20040171474A1 (en) Aluminum nitride materials and members for use in the production of semiconductors
EP2189431B1 (en) Aluminum nitride sintered product, method for producing the same and electrostatic chuck including the same
JP4571728B2 (ja) 窒化珪素焼結体及びその製造方法
US20020110709A1 (en) Material of low volume resistivity, an aluminum nitride sintered body and a member used for the production of semiconductors
US20100227145A1 (en) Aluminum oxide sintered body, method for producing the same and member for semiconductor producing apparatus
JP2899893B2 (ja) 窒化アルミニウム質焼結体およびその製造方法
JP3605347B2 (ja) 電極内蔵セラミックスの製造方法、吸着装置及び半導体製造装置
KR100381589B1 (ko) 질화알루미늄 소결체 및 반도체 제조용 부재
JP2704194B2 (ja) 黒色窒化アルミニウム焼結体

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100930

Year of fee payment: 11

LAPS Lapse due to unpaid annual fee