KR102216815B1 - Semiconductor manufacturing parts including boron carbide resistant plasma members - Google Patents

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KR102216815B1
KR102216815B1 KR1020200081410A KR20200081410A KR102216815B1 KR 102216815 B1 KR102216815 B1 KR 102216815B1 KR 1020200081410 A KR1020200081410 A KR 1020200081410A KR 20200081410 A KR20200081410 A KR 20200081410A KR 102216815 B1 KR102216815 B1 KR 102216815B1
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Abstract

The present invention relates to a component for manufacturing a semiconductor including a boron carbide-resistant plasma member. According to one aspect of the present invention, the component includes boron carbide formed by a chemical vapor deposition (CVD) method. In X-ray diffraction analysis, a preferential growth peak is a plane (021).

Description

탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품 {SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PARTS INCLUDING BORON CARBIDE RESISTANT PLASMA MEMBERS}Components for semiconductor manufacturing including a plasma member for boron carbide resistance {SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PARTS INCLUDING BORON CARBIDE RESISTANT PLASMA MEMBERS}

본 발명은 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 탄화붕소를 포함하는 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품에 관한 것이다.The present invention relates to a component for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member, and more particularly, to a component for semiconductor manufacturing including a boron carbide-resistant plasma member including boron carbide formed by a chemical vapor deposition (CVD) method. .

최근 반도체 칩의 집적화가 높아지면서 스택하는 층의 개수가 증가하고 3차원적인 구조를 가지게 되어, 한번에 식각해야 하는 층의 개수가 증가함과 동시에 정밀한 식각이 요구되고 있다. 이에 따라, 반도체 공정에서 높은 RF 전력이 요구되고 있으며, 10,000 W 이상, 최근에는 20,000 W 까지의 RF 전력 사용을 목표로 한 장비들이 개발되고 있다.In recent years, as the integration of semiconductor chips increases, the number of layers to be stacked increases and a three-dimensional structure is formed. Accordingly, the number of layers to be etched at one time increases, and at the same time, precise etching is required. Accordingly, high RF power is required in a semiconductor process, and equipment aimed at using RF power of 10,000 W or more, and recently up to 20,000 W, has been developed.

현재, 반도체 제조장비에 사용되는 내플라즈마 소재로는, 실리콘(Si)이나 화학기상증착 방법으로 형성된 실리콘 카바이드(CVD SiC) 등이 있으나, 이러한 소재들은 높은 전력에서 요구되는 충분한 내구성을 나타내고 있지 않으며, 반도체 공정 중 소재 표면에서 결정립 탈락에 의한 파티클 발생 및 결정 방향에 따른 결정립의 부분적인 식각도 차이에 의한 피팅(pitting) 발생에 따른 문제점들이 존재한다. Currently, as plasma-resistant materials used in semiconductor manufacturing equipment, there are silicon (Si) or silicon carbide (CVD SiC) formed by chemical vapor deposition, but these materials do not exhibit sufficient durability required at high power. During the semiconductor process, there are problems due to generation of particles due to dropping of crystal grains from the surface of a material and occurrence of pitting due to a difference in partial etching degree of crystal grains according to crystal directions.

특히, 기존 CVD SiC 소재의 경우, 초기 사용에서 가공 중 발생한 마이크로 크랙(micro crack)에 의해 부분적인 과식각이 나타나고, 이러한 과정에서 결정립이 이탈하여 발생하는 파티클을 제어하기 위해 프리 스퍼터링을 진행하여 챔버의 안정화를 이룬 뒤 공정을 진행하는데, 이는 생산성을 저해하는 요소로 작용하게 된다.In particular, in the case of the existing CVD SiC material, partial overetching occurs due to micro cracks generated during processing in the initial use, and in this process, pre-sputtering is performed to control the particles generated by separation of crystal grains. The process proceeds after the stabilization is achieved, which acts as a factor that hinders productivity.

따라서, 높은 RF 전력에서 충분한 내구성을 가지면서, 파티클 발생과 부분적인 식각도 차이로 인한 피팅 발생을 방지할 수 있는 신규한 내플라즈마 부재의 개발이 필요하다.Accordingly, there is a need to develop a novel plasma-resistant member that has sufficient durability at high RF power and can prevent the occurrence of fittings due to differences in particle generation and partial etching.

전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The above-described background technology is possessed or acquired by the inventor in the process of deriving the disclosure content of the present application, and is not necessarily known as a known technology disclosed to the general public before the present application.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 높은 RF 전력에도 충분한 내구성을 가지면서, 식각 표면의 균일성을 확보할 수 있는 탄화붕소 내플라즈마 부재, 이를 포함하는 반도체 제조용 부품 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is a boron carbide-resistant plasma member capable of securing uniformity of an etched surface while having sufficient durability even at high RF power, and a semiconductor manufacturing component including the same And it is to provide a manufacturing method thereof.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면은, 화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 탄화붕소를 포함하고, X-선 회절 분석에서 우선성장 피크가 (021)면인 것인, 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품을 제공한다.One aspect of the present invention includes a boron carbide formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, and the preferential growth peak is (021) plane in X-ray diffraction analysis, a semiconductor manufacturing component comprising a boron carbide-resistant plasma member Provides.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 결정립의 크기가 1 nm 내지 55 nm인 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may have a crystal grain size of 1 nm to 55 nm.

일 실시형태에 따르면, 상기 결정립의 크기는, X선 회절 분석에서 우선성장 피크의 반치폭(FWHM)을 기준으로 쉘러 식(Scherrer equation)을 사용하여 측정된 것이고, 상기 우선성장 피크의 반치폭(deg)은 0.2 이상인 것일 수 있다.According to an embodiment, the size of the crystal grains is measured using the Scherrer equation based on the half width (FWHM) of the preferential growth peak in X-ray diffraction analysis, and the half width (deg) of the preferential growth peak May be 0.2 or more.

일 실시형태에 따르면, 상기 결정립은, 붕소 및 탄소의 원자 비율이 4 : 1인 것일 수 있다.According to an embodiment, the crystal grains may have an atomic ratio of boron and carbon of 4:1.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 1,000 ℃내지 1,700 ℃의 온도에서 형성되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may be formed at a temperature of 1,000 °C to 1,700 °C.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, B4C, B2C, B3C, B5C, B13C2, B13C3 및 B50C2 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide is any one or more selected from the group consisting of B 4 C, B 2 C, B 3 C, B 5 C, B 13 C 2 , B 13 C 3 and B 50 C 2 It may be included.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 순도가 99% 이상인 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may have a purity of 99% or more.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 불순물의 함량이 0.01 ppm 내지 30 ppm인 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may have an impurity content of 0.01 ppm to 30 ppm.

일 실시형태에 따르면, 상기 불순물은, Al, Ca, Cr, Co, Cu, Fe, Li, Mg, Mn, Mo, Ni, K, Na, Ti, Zn 및 Si로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the impurity is any one or more selected from the group consisting of Al, Ca, Cr, Co, Cu, Fe, Li, Mg, Mn, Mo, Ni, K, Na, Ti, Zn, and Si. It may be included.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 기공-프리 결정구조를 갖는 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may have a pore-free crystal structure.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 99% 이상의 상대밀도를 갖는 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may have a relative density of 99% or more.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, CF4 가스 10 sccm 내지 50 sccm 및 Ar 가스 1 sccm 내지 30 sccm를 공급하고, 진공압력을 1 mtorr 내지 20 mtorr로 유지하며, RF 전력을 300 W 내지 1,000 W로 인가한 플라즈마 식각조건에서, 실리콘 식각량 대비 20 % 내지 40 %의 플라즈마 식각량을 나타내는 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide supplies 10 sccm to 50 sccm of CF 4 gas and 1 sccm to 30 sccm of Ar gas, maintains a vacuum pressure of 1 mtorr to 20 mtorr, and maintains an RF power of 300 W to 1,000. In the plasma etching condition applied with W, the plasma etching amount may be 20% to 40% compared to the silicon etching amount.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, CF4 가스 10 sccm 내지 50 sccm 및 Ar 가스 1 sccm 내지 30 sccm를 공급하고, 진공압력을 1 mtorr 내지 20 mtorr로 유지하며, RF 전력을 300 W 내지 1,000 W로 인가한 플라즈마 식각조건에서, 화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 탄화규소(SiC) 식각량 대비 60 % 내지 70 %의 플라즈마 식각량을 나타내는 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide supplies 10 sccm to 50 sccm of CF 4 gas and 1 sccm to 30 sccm of Ar gas, maintains a vacuum pressure of 1 mtorr to 20 mtorr, and maintains an RF power of 300 W to 1,000. In the plasma etching condition applied to W, the plasma etching amount may be 60% to 70% compared to the silicon carbide (SiC) etching amount formed by chemical vapor deposition (CVD) method.

일 실시형태에 따르면, 상기 부품은, 엣지 링, 서셉터 및 샤워헤드 중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the component may include any one of an edge ring, a susceptor, and a showerhead.

본 발명의 다른 측면은, 모재를 준비하는 단계; 및 상기 모재 상에 화학기상증착(CVD) 방식으로 탄화붕소 층을 형성하는 단계;를 포함하는, 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the invention, the step of preparing a base material; And forming a boron carbide layer on the base material by a chemical vapor deposition (CVD) method. It provides a method of manufacturing a semiconductor manufacturing component including a plasma member for boron carbide resistance.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소 층을 형성하는 단계는, 1,000 ℃내지 1,700 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the step of forming the boron carbide layer may be performed at a temperature of 1,000° C. to 1,700° C.

본 발명에 따른 탄화붕소 내플라즈마 부재는, 화학기상증착 방식으로 형성된 탄화붕소를 포함함으로써, 내플라즈마 특성이 향상되고 균일 식각이 이루어지는 효과가 있다.The boron carbide-resistant plasma member according to the present invention includes boron carbide formed by a chemical vapor deposition method, thereby improving plasma resistance and uniform etching.

또한, 본 발명에 따른 반도체 제조용 부품은, 화학기상증착 방식으로 형성된 탄화붕소를 포함하는 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함함으로써, 반도체 식각 공정에서 결정립의 이탈이나 부분 식각으로 발생되는 파티클 생성 및 피팅 현상을 방지할 수 있으며, 궁극적으로 반도체 공정의 집적도 향상 및 생산성에 기여할 수 있다.In addition, the semiconductor manufacturing component according to the present invention includes a boron carbide-resistant plasma member including boron carbide formed by a chemical vapor deposition method, thereby preventing particle generation and fitting phenomena caused by particle separation or partial etching in a semiconductor etching process. Can be prevented, and ultimately contribute to the improvement of integration and productivity of the semiconductor process.

나아가, 본 발명에 따른 반도체 제조용 부품의 제조방법은, 온도를 제어하여 화학기상증착 방식으로 탄화붕소를 형성시킴으로써, 탄화붕소의 기공-프리 결정구조, 고순도 및 고밀도를 구현할 수 있는 효과가 있다.Further, the method of manufacturing a component for semiconductor manufacturing according to the present invention has an effect of implementing a pore-free crystal structure, high purity, and high density of boron carbide by forming boron carbide by chemical vapor deposition by controlling the temperature.

또한, 화학기상증착 방식으로 탄화붕소를 형성시킴으로써, 공정조건을 조절하여 붕소 및 탄소의 비율을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이를 통해 탄화붕소의 미세조직, 경도, 내플라즈마 특성 등을 최적화할 수 있다.In addition, by forming boron carbide in a chemical vapor deposition method, the ratio of boron and carbon can be precisely controlled by controlling the process conditions, and through this, the microstructure, hardness, and plasma resistance properties of boron carbide can be optimized. .

도 1은, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 표면 미세구조를 보여주는 SEM 이미지이다.
도 2는, 소결 탄화붕소(B4C) 표면 미세구조를 보여주는 SEM 이미지이다.
도 3은, CVD로 형성된 탄화규소(SiC)의 표면 미세구조를 보여주는 SEM 이미지이다.
도 4는, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 B/C 비율을 보여주는 AES 분석결과이다.
도 5는, CVD로 형성된 탄화규소(SiC) 및 실리콘(Si) 대비 본 발명 일 실시형태에 따른 CVD 탄화붕소의 식각율을 나타낸 그래프이다.
도 6은, 본 발명 일 실시형태에 따른 반치폭(deg)이 0.2 이상인 탄화붕소의 플라즈마 식각 후 표면의 SEM 이미지이다.
도 7은, 본 발명 일 실시형태에 따른 반치폭(deg)이 0.2 미만인 탄화붕소의 플라즈마 식각 후 표면의 SEM 이미지이다
도 8은, 상용 소재인 실리콘의 플라즈마 식각 후 표면의 SEM 이미지이다.
도 9는, 상용 소재인 소결 탄화붕소(B4C)의 플라즈마 식각 후 표면의 SEM 이미지이다.
도 10은, CVD 탄화규소(SiC) 소재의 플라즈마 식각 후 표면의 SEM 이미지이다.
도 11은, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 XRD 그래프다.
도 12는, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 XRD 분석에서, 우선성장 피크의 반치폭(deg) 변화에 따른 결정립 크기 변화를 나타낸 그래프이다.
도 13은, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 단면 미세조직 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 내플라즈마 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 15는, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 경도 변화를 나타낸 그래프이다.
1 is a SEM image showing a microstructure of a surface of boron carbide according to an embodiment of the present invention.
2 is a SEM image showing the microstructure of the surface of sintered boron carbide (B 4 C).
3 is an SEM image showing the microstructure of the surface of silicon carbide (SiC) formed by CVD.
4 is an AES analysis result showing the B/C ratio of boron carbide according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the etch rate of CVD boron carbide according to an embodiment of the present invention compared to silicon carbide (SiC) and silicon (Si) formed by CVD.
6 is a SEM image of a surface of boron carbide having a half width (deg) of 0.2 or more according to an embodiment of the present invention after plasma etching.
7 is a SEM image of a surface of boron carbide having a half width (deg) of less than 0.2 according to an embodiment of the present invention after plasma etching
8 is a SEM image of a surface of silicon, a commercial material, after plasma etching.
9 is a SEM image of the surface of sintered boron carbide (B4C), which is a commercial material, after plasma etching.
10 is a SEM image of a surface of a CVD silicon carbide (SiC) material after plasma etching.
11 is an XRD graph of boron carbide according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing a change in grain size according to a change in half width (deg) of a preferred growth peak in the XRD analysis of boron carbide according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing the change in the cross-sectional microstructure of boron carbide according to the B/C composition change.
14 is a graph showing changes in plasma resistance characteristics of boron carbide according to a change in B/C composition.
15 is a graph showing a change in hardness of boron carbide according to a change in B/C composition.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the rights of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents, or substitutes to the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for illustrative purposes only and should not be interpreted as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same components regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, when it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the embodiments, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the constituent elements of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a) and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but another component between each component It should be understood that may be “connected”, “coupled” or “connected”.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components including common functions will be described using the same name in other embodiments. Unless otherwise stated, descriptions in one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed descriptions in the overlapping range will be omitted.

본 발명의 일 측면은, 화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 탄화붕소를 포함하고, X-선 회절 분석에서 우선성장 피크가 (021)면인 것인, 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품을 제공한다.One aspect of the present invention includes a boron carbide formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, and the preferential growth peak is (021) plane in X-ray diffraction analysis, a semiconductor manufacturing component comprising a boron carbide-resistant plasma member Provides.

본 발명에 따른 화학기상증착 방식으로 형성된 탄화붕소는, 증착 시 온도 조절을 통해 형성되는 탄화붕소 결정립의 크기를 제어할 수 있으며, 기공-프리의 치밀한 결정 구조를 갖는 특징이 있다.The boron carbide formed by the chemical vapor deposition method according to the present invention can control the size of the boron carbide crystal grains formed through temperature control during deposition, and has a pore-free and dense crystal structure.

또한, 본 발명의 CVD 방식에 의한 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품은, 그 제조과정에서 소결과정을 포함하지 않아 소결과정에 따른 기공이 발생되지 않으며, 소결 조제 첨가에 따른 불순물을 포함하지 않아 고밀도 및 고순도 특성을 갖는 특징이 있다.In addition, the components for semiconductor manufacturing including the plasma member for boron carbide-resistant by the CVD method of the present invention do not include the sintering process in the manufacturing process, so that pores due to the sintering process are not generated, and impurities due to the addition of a sintering aid It does not have high density and high purity characteristics.

상기 화학기상증착 방식은, 기체상의 화합물을 가열된 모재 표면에서 반응시켜 생성물을 모재 표면에 증착시키는 것을 의미할 수 있다.The chemical vapor deposition method may mean depositing a product on the surface of the base material by reacting a gaseous compound on the surface of the heated base material.

일례로, 모재 상에 기체 상의 탄소 전구체와 붕소 전구체를 각각 또는 혼합하여 분사하여, 모재 상에서 열화학 반응에 의해 탄화붕소를 형성하는 것일 수 있다.For example, by spraying a gaseous carbon precursor and a boron precursor on the base material, respectively or by mixing, it may be to form boron carbide by a thermochemical reaction on the base material.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 벌크 형태 또는 모재 상에 형성된 코팅층 형태를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may include a bulk form or a coating layer form formed on a base material.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 결정립의 크기가 1 nm 내지 55 nm인 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may have a crystal grain size of 1 nm to 55 nm.

바람직하게는, 상기 탄화붕소는, 결정립의 크기가 1 nm 내지 50 nm 또는 19 nm 내지 55 nm 일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 20 nm 내지 50 nm일 수 있으며, 더욱 더 바람직하게는, 30 nm 내지 50 nm일 수 있다.Preferably, the boron carbide may have a grain size of 1 nm to 50 nm or 19 nm to 55 nm, more preferably, 20 nm to 50 nm, and even more preferably, 30 nm To 50 nm.

만일, 상기 탄화붕소의 결정립의 크기가 상기 범위를 초과할 경우, 균일식각이 이루어지지 않으며, 반도체 식각 공정 진행 시 강한 플라즈마에 의한 결정립의 이탈이나 부분식각으로 인해 파티클이 발생하거나, 피팅 현상이 발생할 수 있다.If the size of the boron carbide grains exceeds the above range, uniform etching is not performed, and during the semiconductor etching process, particles are generated due to separation of grains or partial etching due to strong plasma, or pitting phenomenon occurs. I can.

또한, 상기 탄화붕소의 결정립의 크기가 상기 범위 미만일 경우, 플라즈마 노출 시 결정립이 이탈하거나 식각되어 소재 내부로 파고 들어가는 형태의 식각이 나타날 수 있다.In addition, when the size of the boron carbide crystal grains is less than the above range, the crystal grains may be separated or etched when the plasma is exposed to etch into the material.

본 발명에 따른 탄화붕소는, 결정립의 크기가 55 nm 이하로 제어됨에 따라 플라즈마 식각과정에서 부분식각이나 결정립의 이탈을 제어하여 단결정 실리콘과 유사한 수준의 균일식각이 이루어질 수 있다.In the boron carbide according to the present invention, since the size of the grains is controlled to be 55 nm or less, uniform etching at a level similar to that of single crystal silicon can be achieved by controlling partial etching or separation of grains during plasma etching.

일 실시형태에 따르면, 상기 결정립의 크기는, X선 회절 분석에서 우선성장 피크의 반치폭(FWHM)을 기준으로 쉘러 식(Scherrer equation)을 사용하여 측정된 것일 수 있다.According to an embodiment, the size of the crystal grains may be measured using the Scherrer equation based on the half width (FWHM) of the preferential growth peak in X-ray diffraction analysis.

상기 반치폭은, X선 회절 분석에서 나타난 우선성장 피크의 반값 폭을 의미할 수 있으며, 상기 쉘러 식(Scherrer equation)은 반응식 1로 표시되는 식을 의미할 수 있다.The half width may mean the half width of the preferential growth peak shown in X-ray diffraction analysis, and the Scherrer equation may mean an equation represented by Reaction Formula 1.

[반응식 1] [Scheme 1]

Scherrer equation : 결정립 크기 (nm) = 0.9 x ( λ/ ( B x cosθ))Scherrer equation: grain size (nm) = 0.9 x (λ/ (B x cosθ))

여기서, λ는 X선 회절분석의 측정 파장이고, B는 우선성장 피크의 반치폭(rad)이며, θ는 우선성장 피크의 angle 값(rad)을 의미한다.Here, λ is the measurement wavelength of the X-ray diffraction analysis, B is the half width (rad) of the priority growth peak, and θ is the angle value (rad) of the priority growth peak.

일 실시형태에 따르면, 상기 우선성장 피크는 (021)면인 것일 수 있다.According to an embodiment, the preferential growth peak may be a (021) plane.

상기 결정립의 크기는, X선 회절분석 및 쉘러식을 이용하여 명확하고 정밀하게 제어될 수 있으며, 이를 통해 공정 생산성을 높이고 비용을 절감할 수 있다.The size of the crystal grains can be clearly and precisely controlled using X-ray diffraction analysis and Scheller's method, thereby increasing process productivity and reducing cost.

일 실시형태에 따르면, 상기 우선성장 피크의 반치폭(deg)은 0.2 이상인 것일 수 있다.According to an embodiment, the half width (deg) of the preferential growth peak may be 0.2 or more.

바람직하게는, 상기 우선성장 피크의 반치폭(deg)은, 0.2 내지 0.5일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 0.2 내지 0.4일 수 있다.Preferably, the half width (deg) of the preferential growth peak may be 0.2 to 0.5, more preferably 0.2 to 0.4.

상기 우선성장 피크의 반치폭(deg)이 증가하면 결정립의 크기는 작아지고, 상기 우선성장 피크의 반치폭(deg)이 감소하면 결정립의 크기는 커진다.When the half value width (deg) of the preferential growth peak increases, the size of the crystal grains decreases, and when the half value width (deg) of the priority growth peak decreases, the size of the crystal grain increases.

만일, 상기 우성성장 피크의 반치폭(deg)이 상기 범위 미만일 경우, 상기 탄화붕소에 거대 결정립이 형성되어 반도체 식각 공정 진행 시 강한 플라즈마에 의한 결정립의 이탈이나 부분식각으로 인해 파티클이 발생하거나, 피팅 현상이 발생할 수 있다.If the half-width (deg) of the dominant growth peak is less than the above range, large crystal grains are formed in the boron carbide and particles are generated due to separation of grains or partial etching due to strong plasma during the semiconductor etching process, or a fitting phenomenon. This can happen.

또한, 상기 범위를 초과할 경우 미세한 결정립이 형성되어 플라즈마 노출 시 결정립이 이탈하거나 식각되어 소재 내부로 파고 들어가는 형태의 식각이 나타날 수 있다.In addition, when the above range is exceeded, fine grains are formed, and thus, when exposed to plasma, the grains may be separated or etched to penetrate into the material.

일 실시형태에 따르면, 상기 결정립은, 붕소 및 탄소의 원자 비율이 4 : 1인 것일 수 있다.According to an embodiment, the crystal grains may have an atomic ratio of boron and carbon of 4:1.

일 실시형태에 따르면, 상기 붕소 및 탄소의 원자 비율은, CVD 공정 조건을 제어하여 조절할 수 있다.According to an embodiment, the atomic ratio of boron and carbon may be controlled by controlling the CVD process conditions.

상기 CVD 공정 조건은, 탄소 소스 및 붕소 소스의 함량비, 온도, 시간 등을 포함한다.The CVD process conditions include the content ratio, temperature, time, etc. of the carbon source and the boron source.

탄화붕소 B4C는 화학양론적으로 B : C의 비율이 4: 1이어야 하나, B4C의 원자구조가 chain 구조를 가지기 때문에 B 위치에 C 가 존재하거나 C 위치에 B 가 존재하는 경우가 다수 존재하여 정확한 화학양론으로 결정구조를 갖지 않는다. 이러한 B4C의 특성 ‹š문에 boron-rich 탄화붕소, carbon-rich 탄화붕소가 존재하게 되며, B와 C의 조성비에 따라 탄화붕소의 미세조직, 내플라즈마 특성, 경도가 변화하게 된다.Boron carbide B 4 C stoichiometrically, the ratio of B:C should be 4: 1, but since the atomic structure of B 4 C has a chain structure, there is a case where C exists at the B position or B exists at the C position. There are many, so it does not have a crystal structure with accurate stoichiometry. Due to the characteristics of B 4 C, boron-rich boron carbide and carbon-rich boron carbide exist, and the microstructure, plasma resistance, and hardness of boron carbide change according to the composition ratio of B and C.

일반적으로, 소결에 의해 형성된 탄화붕소는, 소결과정에서 첨가제를 사용하여 탄소 및 붕소의 함량을 부분적으로 조절할 수 있으나, 결정단계에서 조성변화는 불가하다. 이는, 초기 사용 파우더의 조성이 결정되어 있기 때문에 B/C의 조성이 초기에 결정되어 공정 중 변화가 불가능하기 때문이다.In general, the boron carbide formed by sintering can partially control the content of carbon and boron by using an additive in the sintering process, but the composition cannot be changed in the crystallization step. This is because the composition of the powder to be used in the initial stage is determined, so that the composition of the B/C is determined at an early stage, so that change during the process is impossible.

이와 비교하여, 본 발명에 따른 탄화붕소는, 화학기상증착 방식으로 형성되기 때문에, CVD 공정에서 탄소 소스 및 붕소 소스의 비율 및 공정 조건을 조절하여 탄화붕소 결정구조의 조성을 제어할 수 있다.In comparison, since the boron carbide according to the present invention is formed by chemical vapor deposition, the composition of the boron carbide crystal structure can be controlled by adjusting the ratio and process conditions of the carbon source and the boron source in the CVD process.

즉, CVD 공정 조건을 조절하여 치밀한 벌크 조직을 갖는 서로 다른 결정구조의 탄화붕소를 형성할 수 있고, 붕소 및 탄소의 원자 비율을 4 : 1로 제어할 수 있으며, 탄화붕소 소재의 미세조직, 내플라즈마 특성, 경도를 최적화할 수 있다.That is, by controlling the CVD process conditions, boron carbide having different crystal structures having a dense bulk structure can be formed, the atomic ratio of boron and carbon can be controlled to be 4:1, and the microstructure of the boron carbide material can be controlled. Plasma characteristics and hardness can be optimized.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 1,000 ℃내지 1,700 ℃의 온도에서 형성되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may be formed at a temperature of 1,000 °C to 1,700 °C.

만일, 상기 탄화붕소가 상기 온도범위를 초과한 온도에서 형성될 경우 결정립의 크기가 커져 거대 결정립이 형성되고 결정립계면에 간극이 발생하여 식각 공정에서 파티클이 발생하거나 피팅 현상이 나타날 수 있다. If the boron carbide is formed at a temperature exceeding the temperature range, the size of the crystal grains increases to form a large grain, and a gap may occur at the grain boundary, so that particles may be generated in the etching process or a pitting phenomenon may occur.

또한, 상기 온도범위 미만의 온도에서 형성될 경우 탄화붕소의 형성 속도가 저하되고, 조직 내 다수의 기공이 발생하며, 플라즈마에 의한 식각 공정에서 미세한 결정립의 이탈로 인한 파티클이 발생할 수 있다.In addition, when formed at a temperature less than the above temperature range, the formation rate of boron carbide is lowered, a number of pores are generated in the tissue, and particles may be generated due to separation of fine grains in the etching process by plasma.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는 B와 C로 이루어진 화합물을 의미할 수 있다.According to one embodiment, the boron carbide may mean a compound consisting of B and C.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, B4C, B2C, B3C, B5C, B13C2, B13C3 및 B50C2 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는, B4C를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide is any one or more selected from the group consisting of B 4 C, B 2 C, B 3 C, B 5 C, B 13 C 2 , B 13 C 3 and B 50 C 2 It may include, and preferably, may include B 4 C.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, B4C일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may be B 4 C.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 순도가 99% 이상인 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may have a purity of 99% or more.

바람직하게는, 상기 탄화붕소는, 순도가 99.99% 이상인 것일 수 있다.Preferably, the boron carbide may have a purity of 99.99% or more.

본 발명에 따른 탄화붕소 내플라즈마 부재는, 고순도의 탄화붕소를 포함하여, 반도체 공정 중 발생할 수 있는 반응성 파티클 생성을 억제할 수 있다.The boron carbide-resistant plasma member according to the present invention may contain high-purity boron carbide and suppress generation of reactive particles that may occur during a semiconductor process.

상기 탄화붕소의 순도는, 글로우 방전 질량분석(GDMS)을 통해 측정될 수 있다. The purity of the boron carbide may be measured through glow discharge mass spectrometry (GDMS).

본 발명에 따른 탄화붕소는, 소결 탄화붕소의 경우 98% 이하의 순도를 갖는 것과 비교하여 고순도 특성을 가짐으로써, 반도체 공정 중 발생할 수 있는 반응성 파티클의 생성을 억제할 수 있다.The boron carbide according to the present invention has high purity characteristics compared to that of sintered boron carbide having a purity of 98% or less, thereby suppressing the generation of reactive particles that may occur during a semiconductor process.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 불순물의 함량이 0.1 ppm 내지 30 ppm인 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may have an impurity content of 0.1 ppm to 30 ppm.

바람직하게는, 상기 탄화붕소는, 불순물의 함량이 0.1 ppm 내지 26 ppm인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 불순물의 함량이 0.1 ppm 내지 25.5 ppm인 것일 수 있다.Preferably, the boron carbide may have an impurity content of 0.1 ppm to 26 ppm, and more preferably, an impurity content of 0.1 ppm to 25.5 ppm.

상기 불순물은, 탄소와 붕소를 제외한 모든 화합물을 의미할 수 있다.The impurities may mean all compounds except carbon and boron.

일 실시형태에 따르면, 상기 불순물은, Al, Ca, Cr, Co, Cu, Fe, Li, Mg, Mn, Mo, Ni, K, Na, Ti, Zn 및 Si로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the impurity is any one or more selected from the group consisting of Al, Ca, Cr, Co, Cu, Fe, Li, Mg, Mn, Mo, Ni, K, Na, Ti, Zn, and Si. It may be included.

본 발명에 따른 탄화붕소는, 화학기상증착 방식으로 형성되어 소결 조제와 같은 별도의 물질이 첨가되지 않아 불순물의 함량이 매우 낮은 고순도의 특성을 갖는다. 이러한 고순도 특성은 반도체 공정 상에서 반응성 파티클 생성을 억제할 뿐만 아니라, 균일 식각이 이루어지도록 한다.The boron carbide according to the present invention is formed by a chemical vapor deposition method so that a separate material such as a sintering aid is not added, and thus has a high purity characteristic with a very low content of impurities. This high purity characteristic not only suppresses generation of reactive particles in the semiconductor process, but also enables uniform etching.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 기공-프리 결정구조를 갖는 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may have a pore-free crystal structure.

상기 탄화붕소는, 기공-프리 결정구조 즉, 조직 내 기공이 없는 치밀한 구조를 가지며 결정립계면 사이에 간극이 존재하지 않아 내플라즈마 특성이 향상된 특징이 있다.The boron carbide has a pore-free crystal structure, that is, a dense structure without pores in the structure, and has improved plasma resistance because there is no gap between crystal grain boundaries.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 99% 이상의 상대밀도를 갖는 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide may have a relative density of 99% or more.

상기 상대밀도는, 탄화붕소 표준밀도를 기준으로 하여 나타낸 밀도 값을 의미할 수 있다.The relative density may mean a density value expressed based on the standard boron carbide density.

상기 탄화붕소는, 99% 이상의 상대밀도를 가짐으로써, 조직 내에 기공이 거의 존재하지 않는 치밀한 구조로 인해 기계적 물성 및 내플라즈마 특성이 향상된 특징이 있다.Since the boron carbide has a relative density of 99% or more, mechanical properties and plasma resistance are improved due to a compact structure in which almost no pores exist in the structure.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, CF4 가스 10 sccm 내지 50 sccm 및 Ar 가스 1 sccm 내지 30 sccm를 공급하고, 진공압력을 1 mtorr 내지 20 mtorr로 유지하며, RF 전력을 300 W 내지 1,000 W로 인가한 플라즈마 식각조건에서, 실리콘 대비 20 % 내지 40 %의 플라즈마 식각량을 나타내는 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide supplies 10 sccm to 50 sccm of CF 4 gas and 1 sccm to 30 sccm of Ar gas, maintains a vacuum pressure of 1 mtorr to 20 mtorr, and maintains an RF power of 300 W to 1,000. In the plasma etching condition applied to W, the plasma etching amount may be 20% to 40% compared to silicon.

즉, 상기 조건에서, 상기 탄화붕소의 식각량은, 실리콘 식각량의 20 % 내지 40 %인 것일 수 있으며, 바람직하게는, 25 % 내지 35 %의 플라즈마 식각량을 나타내는 것일 수 있다.That is, under the above conditions, the etching amount of the boron carbide may be 20% to 40% of the silicon etching amount, and preferably, the plasma etching amount may be 25% to 35%.

상기 플라즈마 식각량은, 상기 조건에서 5시간 동안 식각 공정을 수행한 후에 측정된 것일 수 있다.The plasma etching amount may be measured after performing the etching process for 5 hours under the above conditions.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, CF4 가스 10 sccm 내지 50 sccm 및 Ar 가스 1 sccm 내지 30 sccm를 공급하고, 진공압력을 1 mtorr 내지 20 mtorr로 유지하며, RF 전력을 300 W 내지 1,000 W로 인가한 플라즈마 식각조건에서, 화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 탄화규소(SiC) 대비 60 % 내지 70 %의 플라즈마 식각량을 나타내는 것일 수 있다.According to an embodiment, the boron carbide supplies 10 sccm to 50 sccm of CF 4 gas and 1 sccm to 30 sccm of Ar gas, maintains a vacuum pressure of 1 mtorr to 20 mtorr, and maintains an RF power of 300 W to 1,000. In the plasma etching condition applied with W, the plasma etching amount may be 60% to 70% compared to silicon carbide (SiC) formed by a chemical vapor deposition (CVD) method.

즉, 상기 조건에서, 상기 탄화붕소의 식각량은, 화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 탄화규소(SiC) 식각량의 60 % 내지 70 %인 것일 수 있고, 바람직하게는, 64 % 내지 68 %의 플라즈마 식각량을 나타내는 것일 수 있다.That is, under the above conditions, the etching amount of the boron carbide may be 60% to 70% of the etching amount of silicon carbide (SiC) formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, and preferably, 64% to 68% It may represent a plasma etching amount of.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는 플라즈마에 의해 표면이 균일하게 식각되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the surface of the boron carbide may be uniformly etched by plasma.

상기 탄화붕소는, 실리콘과 같이 균일 식각이 이루어지면서, 실리콘 식각량 대비 20 % 내지 40 %의 식각량을 나타냄으로써, 실리콘 대비 현저히 향상된 내플라즈마 특성을 갖는 특징이 있다.The boron carbide is uniformly etched like silicon and exhibits an etching amount of 20% to 40% compared to the silicon etching amount, and thus has significantly improved plasma resistance compared to silicon.

또한, 거대 결정립으로 인한 파티클 발생이나 피팅 현상이 발생하지 않아, 높은 RF 전력조건 즉, 가혹한 식각환경에서 내플라즈마 소재로 사용하기에 적합한 장점이 있다.In addition, there is no particle generation or fitting phenomenon due to large grains, and thus, it is suitable for use as a plasma-resistant material in a high RF power condition, that is, a harsh etching environment.

일 실시형태에 따르면, 상기 부품은, 챔버 내부에서 플라즈마에 노출되도록 이용되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the component may be used to be exposed to plasma inside the chamber.

일 실시형태에 따르면, 상기 부품은, 엣지 링, 서셉터 및 샤워헤드 중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the component may include any one of an edge ring, a susceptor, and a showerhead.

본 발명의 다른 측면은, 모재를 준비하는 단계; 및 상기 모재 상에 화학기상증착(CVD) 방식으로 탄화붕소 층을 형성하는 단계;를 포함하는, 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the invention, the step of preparing a base material; And forming a boron carbide layer on the base material by a chemical vapor deposition (CVD) method. It provides a method of manufacturing a semiconductor manufacturing component including a plasma member for boron carbide resistance.

상기 모재는, 금속, 세라믹 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.The base material may include metal, ceramic, or a mixture thereof.

일 실시형태에 따르면, 상기 모재는 탄화규소(SiC) 코팅층을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the base material may further include a silicon carbide (SiC) coating layer.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소 층을 형성하는 단계는, 상기 모재 상에 기상의 탄소 전구체 및 붕소 전구체를 반응시켜 화학기상증착(CVD) 방식으로 탄화붕소 층을 형성하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the step of forming the boron carbide layer may include forming a boron carbide layer by a chemical vapor deposition (CVD) method by reacting a gaseous carbon precursor and a boron precursor on the base material.

일 실시형태에 따르면, 상기 탄소 전구체는, CH4, C2H6 및 C3H8로 이루어진 군에서 선택되는 어느하나 이상을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the carbon precursor may include any one or more selected from the group consisting of CH 4 , C 2 H 6 and C 3 H 8 .

일 실시형태에 따르면, 상기 붕소 전구체는, BCl3, B2H6 및 BF3 로 이루어진 군에서 선택되는 어느하나 이상을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the boron precursor may include any one or more selected from the group consisting of BCl 3 , B 2 H 6 and BF 3 .

일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소 층을 형성하는 단계는, 1,000 ℃내지 1,700 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the step of forming the boron carbide layer may be performed at a temperature of 1,000° C. to 1,700° C.

상기 온도범위에서 형성된 탄화붕소 층의 결정립 크기가 제어되어, 탄화붕소 층의 기공-프리 결정구조, 고밀도, 고순도 특성이 구현될 수 있다.The crystal grain size of the boron carbide layer formed in the above temperature range is controlled, so that the pore-free crystal structure, high density, and high purity characteristics of the boron carbide layer can be realized.

일 실시형태에 따르면, 상기 모재 상에 화학기상증착(CVD) 방식으로 탄화붕소 층을 형성하는 단계;에서, 탄소 소스 및 붕소 소스의 함량비를 제어하여 탄화붕소 결정의 탄소 및 붕소의 원자비를 조절하는 것일 수 있다.According to an embodiment, in the step of forming a boron carbide layer on the base material by a chemical vapor deposition (CVD) method; in the atomic ratio of carbon and boron in the boron carbide crystal by controlling the content ratio of the carbon source and the boron source It may be to control.

즉, 화학기상증착 방식으로 탄화붕소를 형성시킴으로써, 붕소 및 탄소의 비율을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이를 통해 탄화붕소의 미세조직, 경도, 내플라즈마 특성 등을 최적화할 수 있다.That is, by forming boron carbide by a chemical vapor deposition method, the ratio of boron and carbon can be precisely controlled, thereby optimizing the microstructure, hardness, and plasma resistance of boron carbide.

이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples and comparative examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are for illustrative purposes only, and the contents of the present invention are not limited to the following examples.

<실시예> 화학기상증착 방식에 의한 탄화붕소의 형성<Example> Formation of boron carbide by chemical vapor deposition method

1,000 ℃ ~ 1,700 ℃의 온도에서, 기상의 탄소 전구체 CH4, C2H6, C3H8 및 붕소 전구체 BCl3, B2H6, BF3을 반응시켜 화학기상증착(CVD) 방식으로 탄화붕소(B4C)를 형성시켰다.Carbonization by chemical vapor deposition (CVD) method by reacting gaseous carbon precursors CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 and boron precursors BCl 3 , B 2 H 6 and BF 3 at a temperature of 1,000 ℃ to 1,700 ℃ Boron (B 4 C) was formed.

<실험예 1> 탄화붕소의 구조 분석<Experimental Example 1> Structure analysis of boron carbide

실시예에서 제조된 탄화붕소의 표면 미세구조를 주사전자현미경을 사용하여 관찰하였다. The microstructure of the surface of the boron carbide prepared in Examples was observed using a scanning electron microscope.

또한, 표면 구조의 차이를 명확하게 파악하기 위해, 상용소재인 소결 탄화붕소(B4C)와 CVD로 형성된 탄화규소(SiC)의 표면을 관찰하였다.In addition, in order to clearly grasp the difference in surface structure, the surfaces of sintered boron carbide (B 4 C) and silicon carbide (SiC) formed by CVD were observed.

도 1은, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 표면 미세구조를 보여주는 SEM 이미지이다.1 is a SEM image showing a microstructure of a surface of boron carbide according to an embodiment of the present invention.

도 2는, 소결 탄화붕소(B4C) 표면 미세구조를 보여주는 SEM 이미지이다.2 is a SEM image showing the microstructure of the surface of sintered boron carbide (B 4 C).

도 3은, CVD로 형성된 탄화규소(SiC)의 표면 미세구조를 보여주는 SEM 이미지이다.3 is an SEM image showing the microstructure of the surface of silicon carbide (SiC) formed by CVD.

도 1을 참조하면, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소는 기공이 없는 치밀한 구조를 갖는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 1, it can be seen that the boron carbide according to an embodiment of the present invention has a dense structure without pores.

반면, 도 2 및 도 3을 참조하면, 소결 탄화붕소(B4C) 표면에는 다수의 기공이 존재하며, 소결 조제로서 사용된 Fe, Ti 등의 불순물 성분(흰색부분)이 발견되는 것을 확인할 수 있고, CVD로 형성된 탄화규소(SiC)의 표면에는 거대 결정립과 결정계면이 존재하는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to FIGS. 2 and 3, it can be seen that a number of pores exist on the surface of sintered boron carbide (B 4 C), and impurities (white portions) such as Fe and Ti used as sintering aids are found. In addition, it can be seen that large crystal grains and crystal interfaces exist on the surface of silicon carbide (SiC) formed by CVD.

표 1은, 실제 상용되는 소결 탄화붕소의 밀도값을 측정한 값이고, 표 2는, 본 발명의 CVD 탄화붕소의 밀도값을 측정한 값이다.Table 1 is a value obtained by measuring the density value of sintered boron carbide which is actually used in practice, and Table 2 is a value obtained by measuring the density value of the CVD boron carbide of the present invention.

Figure 112020068779283-pat00001
Figure 112020068779283-pat00001

Figure 112020068779283-pat00002
Figure 112020068779283-pat00002

표 1 및 표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 탄화붕소의 평균 부피 밀도는 2.5031 g/cc로 99.2 %의 상대밀도를 나타냈으나, 소결 탄화붕소(B4C)의 평균 부피 밀도는 2.4787 g/cc로 98.4 %의 상대밀도를 나타내어, 소결 탄화붕소(B4C)의 경우 다수의 기공이 소결과정에서 제거되지 않고 존재함을 알 수 있다.Referring to Tables 1 and 2, the average bulk density of boron carbide according to the present invention was 2.5031 g/cc, showing a relative density of 99.2%, but the average bulk density of sintered boron carbide (B 4 C) was 2.4787 g. It shows a relative density of 98.4% in /cc, so it can be seen that in the case of sintered boron carbide (B 4 C), a number of pores are not removed during the sintering process.

소재 내에 포함된 불순물은 반도체 공정에서 반응성 파티클을 발생시키며, 거대 결정립의 경우 RF 전력 증가 시 거대 결정립의 결정방향에 따른 표면의 부분식각 또는 급격한 식각에 의해 파티클을 발생시킨다. 또한, 소재 내 존재하는 다수의 기공은 기계적 물성을 약화시켜 플라즈마 내식성을 저하시킨다.Impurities contained in the material generate reactive particles in the semiconductor process, and in the case of large crystal grains, when the RF power is increased, particles are generated by partial etching or rapid etching of the surface according to the crystal direction of the large crystal grains. In addition, the large number of pores present in the material weakens the mechanical properties, thereby lowering the plasma corrosion resistance.

이를 고려해 볼 때, 본 발명에 따른 탄화붕소는, 소결 조제 로 인한 불순물이 존재하지 않고, 거대 결정립이나 기공이 없는 치밀한 구조를 가짐으로써, 플라즈마 내식성이 향상되고 반도체 공정에서 파티클 발생을 방지할 수 있음을 알 수 있다.Considering this, the boron carbide according to the present invention does not contain impurities due to sintering aids, and has a dense structure without large crystal grains or pores, thereby improving plasma corrosion resistance and preventing the generation of particles in the semiconductor process. Can be seen.

<실험예 2> 탄화붕소의 조성 분석<Experimental Example 2> Analysis of the composition of boron carbide

실시예에서 생성된 탄화붕소의 조성을 확인하기 위해, B/C 비율을 AES(Auger Electron Spectroscope)로 depth profile을 분석하였으며, B, C의 정량 값이 일정하게 되도록 30분간 스퍼터링함과 동시에 Electron beam을 주사하여 상기 탄화붕소의 depth profile을 분석하였다.In order to confirm the composition of the boron carbide generated in the examples, the depth profile was analyzed with an Auger Electron Spectroscope (AES) for the B/C ratio, and the electron beam was sputtered for 30 minutes so that the quantitative values of B and C were constant. By scanning, the depth profile of the boron carbide was analyzed.

AES 분석 장비로는 ULVAC-PHI 사의 AES Nanoprobe(PHI 700)를 사용하였다.AES Nanoprobe (PHI 700) manufactured by ULVAC-PHI was used as the AES analysis equipment.

AES 분석은 Ion beam으로 스퍼터링하여 시편의 표면을 식각함과 동시에 Electron beam을 상기 시편에 주사하여 발생하는 Auger 전자 에너지를 분석하는 장비로 각 원소들의 정량, 정성분석을 진행할 수 있다.The AES analysis is an equipment that analyzes the Auger electron energy generated by sputtering with an ion beam to etch the surface of the specimen and at the same time scanning the electron beam to the specimen, and quantitative and qualitative analysis of each element can be performed.

도 4는, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 B/C 비율을 보여주는 AES 분석결과이다.4 is an AES analysis result showing the B/C ratio of boron carbide according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소 B : C의 비율이 4 : 1로 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 형성된 탄화붕소가 B4C임을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the ratio of boron carbide B:C according to an embodiment of the present invention is 4:1, and it can be seen that the boron carbide formed through this is B 4 C.

<실험예 3> 탄화붕소의 순도 측정<Experimental Example 3> Purity measurement of boron carbide

실시예에서 생성된 탄화붕소의 순도를 측정하기 위해, 탄화붕소는 총 16종 원소를 기준으로, GDMS (Glow Discharge Mass Spectrometry) 분석을 수행하였다.In order to measure the purity of the boron carbide produced in the examples, boron carbide was subjected to GDMS (Glow Discharge Mass Spectrometry) analysis based on a total of 16 elements.

표 3은, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 GDMS 분석결과이다.Table 3 is a GDMS analysis result of boron carbide according to an embodiment of the present invention.

wt. ppmwt. ppm wt. ppmwt. ppm AlAl 0.0240.024 MnMn 0.0030.003 CaCa 0.040.04 MoMo 1One CrCr 0.690.69 NiNi 1.31.3 CoCo 0.0250.025 KK 0.030.03 CuCu 0.010.01 NaNa 0.0030.003 FeFe 0.550.55 TiTi 0.650.65 LiLi 0.0030.003 ZnZn 0.0550.055 MgMg 0.020.02 SiSi 20.720.7 합계Sum 25.10325.103

표 3을 참조하면, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 불순물 함량은 총 25.1 ppm으로 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 순도로 전환 시 99.9975 %의 고순도를 갖는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the impurity content of boron carbide according to an embodiment of the present invention is 25.1 ppm in total, and when converted to purity, it can be confirmed that it has a high purity of 99.9975%.

특히, 상용 소재인 소결 탄화붕소(B4C)가 소결 첨가제 등으로 인해 98 % 이하의 순도를 갖는 것과 비교하여 매우 높은 순도를 나타내는 것을 알 수 있다.In particular, it can be seen that sintered boron carbide (B 4 C), which is a commercial material, exhibits a very high purity compared to having a purity of 98% or less due to a sintering additive or the like.

이를 통해, 본 발명에 따른 탄화붕소는, 고순도 특성을 가짐으로써, 반도체 공정 중 발생할 수 있는 반응성 파티클의 생성을 억제할 수 있음을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the boron carbide according to the present invention has a high purity characteristic, so that the generation of reactive particles that may occur during a semiconductor process can be suppressed.

<실험예 4> 플라즈마에 의한 식각량 측정<Experimental Example 4> Measurement of etching amount by plasma

실시예에서 제조된 탄화붕소와 상용 소재인 소결 탄화붕소(B4C), CVD로 형성된 탄화규소(SiC) 및 실리콘(Si)을 준비하여, RF Power 500 W, 가스는 CF4 30 sccm, Ar 10 sccm, 진공압력은 10 mtorr의 식각조건에서 에칭 테스트를 5 시간 동안 진행하여 식각량을 분석하였다.Prepare the boron carbide prepared in the example and the commercially available sintered boron carbide (B 4 C), silicon carbide (SiC) and silicon (Si) formed by CVD, RF Power 500 W, gas is CF 4 30 sccm, Ar Etching amount was analyzed by performing an etching test for 5 hours under the etching condition of 10 sccm and 10 mtorr of vacuum pressure.

도 5는, CVD로 형성된 탄화규소(SiC) 및 실리콘(Si) 대비 본 발명 일 실시형태에 따른 CVD 탄화붕소의 식각율을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the etch rate of CVD boron carbide according to an embodiment of the present invention compared to silicon carbide (SiC) and silicon (Si) formed by CVD.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 탄화붕소는, 실리콘 식각량 대비 31.1%의 식각량 및 CVD SiC 식각량 대비 66.0 %의 식각량을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the boron carbide according to the present invention exhibits an etching amount of 31.1% compared to the etching amount of silicon and 66.0% of the etching amount of CVD SiC.

즉, 본 발명에 따른 탄화붕소는, 실리콘 식각량 대비 69 %의 식각 개선율 및 CVD SiC 식각량 대비 34 %의 식각 개선율을 보임을 확인할 수 있다.That is, it can be seen that the boron carbide according to the present invention exhibits an etching improvement rate of 69% compared to the amount of silicon etching and 34% compared to the amount of CVD SiC etching.

또한, 소결 탄화붕소(B4C) 보다 향상된 식각 개선율을 보이는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the etch improvement rate improved than that of sintered boron carbide (B 4 C).

이를 통해, 본 발명에 따른 탄화붕소는, 상용소재인 실리콘, 탄화규소(SiC), 소결 탄화붕소(B4C) 보다 우수한 내플라즈마 특성을 가짐을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the boron carbide according to the present invention has superior plasma resistance properties than commercial materials such as silicon, silicon carbide (SiC), and sintered boron carbide (B 4 C).

<실험예 5> 플라즈마에 의한 식각 후 표면 분석<Experimental Example 5> Surface analysis after etching by plasma

상기 실험예 4에서 플라즈마 식각된 실시예에서 제조된 탄화붕소, 소결 탄화붕소(B4C), 실리콘의 식각 후 표면을 주사전자현미경을 사용하여 관찰하였다.After etching of the boron carbide, sintered boron carbide (B 4 C), and silicon prepared in the plasma-etched example in Experimental Example 4, the surfaces were observed using a scanning electron microscope.

도 6은, 본 발명 일 실시형태에 따른 반치폭(deg)이 0.2 이상인 탄화붕소의 플라즈마 식각 후 표면의 SEM 이미지이다.6 is a SEM image of a surface of boron carbide having a half width (deg) of 0.2 or more according to an embodiment of the present invention after plasma etching.

도 7은, 본 발명 일 실시형태에 따른 반치폭(deg)이 0.2 미만인 탄화붕소의 플라즈마 식각 후 표면의 SEM 이미지이다.7 is a SEM image of a surface of boron carbide having a half width (deg) of less than 0.2 according to an embodiment of the present invention after plasma etching.

도 8은, 상용 소재인 실리콘의 플라즈마 식각 후 표면의 SEM 이미지이다.8 is a SEM image of the surface of silicon, a commercial material, after plasma etching.

도 9는, 상용 소재인 소결 탄화붕소(B4C)의 플라즈마 식각 후 표면의 SEM 이미지이다.9 is a SEM image of the surface of sintered boron carbide (B 4 C), which is a commercial material, after plasma etching.

도 10은, CVD 탄화규소(SiC) 소재의 플라즈마 식각 후 표면의 SEM 이미지이다.10 is an SEM image of a surface of a CVD silicon carbide (SiC) material after plasma etching.

도 6 내지 10을 참조하면, 본 발명에 따른 탄화붕소는, 균일한 식각이 이루어져 실리콘과 거의 동일한 식각 표면을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 6 to 10, it can be seen that the boron carbide according to the present invention is uniformly etched to exhibit an etching surface substantially the same as that of silicon.

반면, 상용 소재인 소결 탄화붕소(B4C)의 경우 결정계면의 식각으로 다수의 결정립이 탈락된 것을 확인할 수 있다. On the other hand, in the case of sintered boron carbide (B 4 C), which is a commercial material, it can be confirmed that a number of crystal grains are eliminated by etching of the crystal interface.

즉, 소결 탄화붕소(B4C)의 경우 본 발명에 따른 탄화붕소와 플라즈마에 의한 식각량은 유사하였으나, 식각 과정에서 결정립의 탈락 및 소결 조제에 의한 파티클이 발생되어 균일 식각이 이루어 지지 않음을 확인할 수 있다.That is, in the case of sintered boron carbide (B 4 C), the amount of etching by the plasma and the boron carbide according to the present invention were similar, but during the etching process, grains were eliminated and particles were generated by the sintering aid, so uniform etching was not performed I can confirm.

또한, CVD 탄화규소(SiC)의 경우 거대 결정립에 의한 부분 식각 현상이 발생한 것을 확인할 수 있다.In addition, in the case of CVD silicon carbide (SiC), it can be confirmed that a partial etching phenomenon occurred due to large grains.

따라서, 본 발명에 따른 탄화붕소는, 상용 소재인 실리콘, 소결 탄화붕소, CVD 방식으로 형성된 탄화규소와 비교하여, 우수한 내플라즈마 특성을 가짐을 알 수 있으며, 보다 가혹한 식각환경에서도 내플라즈마 소재로 사용될 수 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the boron carbide according to the present invention has excellent plasma resistance compared to commercial materials such as silicon, sintered boron carbide, and silicon carbide formed by the CVD method, and can be used as a plasma material even in a harsher etching environment. You can see that you can.

<실험예 6> 탄화붕소의 결정립 크기 측정<Experimental Example 6> Measurement of grain size of boron carbide

측정범위 10 ~ 80°, power 40kV, 40mA, scan speed 10, scan step 0.05조건으로, 실시예에서 제조된 탄화붕소의 XRD(X-RAY DIFFRACTION) 분석을 수행하였다.XRD (X-RAY DIFFRACTION) analysis of the boron carbide prepared in the Example was performed under the conditions of a measurement range of 10 to 80°, power 40kV, 40mA, scan speed 10, and scan step 0.05.

이어서, XRD 분석에서 우선성장 피크의 반치폭을 기준으로 하기 쉘러 식(Scherrer equation)을 활용하여, 실시예에서 제조된 탄화붕소의 결정립 크기를 측정하였다.Subsequently, in XRD analysis, the grain size of the boron carbide prepared in Example was measured using the following Scherrer equation based on the half width of the preferential growth peak.

Scherrer equation, grian size[nm] = 0.9 x ( λ/ ( B x cosθ))Scherrer equation, grian size[nm] = 0.9 x (λ/ (B x cosθ))

여기서, λ는 XRD 측정 파장이고(Cu target 사용으로 1.54), B는 우선성장 피크(021)의 반치폭(rad)이며, θ는 우선성장 피크의 angle 값(rad)이다.Here, λ is the XRD measurement wavelength (1.54 using Cu target), B is the half width (rad) of the priority growth peak 021, and θ is the angle value (rad) of the priority growth peak.

도 11은, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 XRD 그래프다.11 is an XRD graph of boron carbide according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 X-선 회절 분석에서 우선성장 피크가 (021)면임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11, it can be seen that the preferential growth peak is the (021) plane in the X-ray diffraction analysis of boron carbide according to an embodiment of the present invention.

도 12는, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 XRD 분석에서, 우선성장 피크의 반치폭(deg) 변화에 따른 결정립 크기 변화를 나타낸 그래프이다.12 is a graph showing a change in grain size according to a change in half width (deg) of a preferred growth peak in the XRD analysis of boron carbide according to an embodiment of the present invention.

도 12에서, T1 내지 T5는 상이한 온도 조건을 의미하며, 온도는 T1 < T2 < T3 < T4 < T5 순으로 T1이 가장 낮은 온도이고, T5가 가장 높은 온도이다.In FIG. 12, T1 to T5 refer to different temperature conditions, and T1 is the lowest temperature and T5 is the highest temperature in the order of T1 <T2 <T3 <T4 <T5.

도 12를 참조하면, 반치폭(deg)이 커지면 결정립의 크기는 작아지게 되는데, 본 발명에 따른 탄화붕소는 반치폭(deg)이 0.2 이상일 때 결정립의 크기가 50 nm 이하로 나타나는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12, when the half-value width (deg) increases, the size of the crystal grains decreases.In the boron carbide according to the present invention, when the half-value width (deg) is 0.2 or more, the size of the crystal grains is 50 nm or less.

결정립의 크기가 55 nm 이하일 때 실리콘과 동일한 균일식각이 나타나기 때문에, 반치폭(deg)은 0.2 이상이어야 하며 바람직하게는 0.25 ~ 0.4 범위가 되어야 함을 알 수 있다.When the size of the crystal grains is less than 55 nm, the same uniform etching as that of silicon is exhibited, so it can be seen that the half-value width (deg) should be 0.2 or more and preferably in the range of 0.25 to 0.4.

<실험예 7> B/C 조성 변화에 따른 특성 변화<Experimental Example 7> Characteristics change according to B/C composition change

B/C 조성을 변화시키면서 단면 미세조직, 내플라즈마 특성 및 경도 변화를 관찰하였다.While changing the B/C composition, changes in cross-sectional microstructure, plasma resistance and hardness were observed.

사용된 탄화붕소의 탄소 함량(at%)을 표 4에 나타내었다.Table 4 shows the carbon content (at%) of the boron carbide used.

Carbon contentCarbon content B #1B #1 17 at%17 at% N #1 (B4C)N #1 (B 4 C) 20 at%20 at% C #1C#1 33 at%33 at% C #2C#2 35 at%35 at% C #3C#3 37 at%37 at% C #4C#4 49 at%49 at% C #5C#5 63 at%63 at%

도 13은, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 단면 미세조직 변화를 나타낸 그래프이다.13 is a graph showing a change in cross-sectional microstructure of boron carbide according to a change in B/C composition.

도 13을 참조하면, Boron-rich 탄화붕소와 normal 탄화붕소(B4C)는 유사한 단면조직은 가지며, carbon-rich 탄화붕소에서 탄소 함량이 33 at% 이하에서 동일한 작은 결정립으로 균일한 조직을 보이는 것을 확인할 수 있다. 그러나 탄소 함량이 34 at% 이상에서는 carbon-rich 영역이 나타나기 시작하면서 부분별로 밝은 영역이 확대되는 현상이 나타나게 되며, 최종적으로 카본 함량 60 at% 이상에서는 bulk의 치밀한 조직을 형성하기 못하고 수지상으로 형성되어 박막이나 bulk 제조가 불가능하게 되는 것을 확인할 수 있다.13, Boron-rich boron carbide and normal boron carbide (B 4 C) have a similar cross-sectional structure, and in carbon-rich boron carbide, when the carbon content is 33 at% or less, the same small crystal grains show a uniform structure. Can be confirmed. However, when the carbon content is more than 34 at%, the carbon-rich area begins to appear, and the bright area is enlarged. Finally, when the carbon content is more than 60 at%, it is not possible to form a dense structure of bulk but is formed into a dendritic form. It can be seen that thin film or bulk production becomes impossible.

도 14는, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 내플라즈마 특성 변화를 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing changes in plasma resistance characteristics of boron carbide according to a change in B/C composition.

도 14를 참조하면, 탄소 함량이 20~50 at%까지 증가하는 범위에서는 기존 normal 탄화붕소(B4C)보다 실리콘 식각량 기준 대비 1% 증가된 식각개선롤을 보였고, 60 at% 이상에서는 실리콘 식각량 기준 대비 5% 이상 식각개선률이 감소하였다. 다만, 탄소 함량이 20~50 at%에서 탄소 함량이 증가함에따라 식각 표면상에서 부분식각들이 나타나 불균일한 표면이 형성되었다.Referring to FIG. 14, in the range in which the carbon content increases from 20 to 50 at%, the etching improvement roll was increased by 1% compared to the silicon etch amount compared to the conventional normal boron carbide (B 4 C). The etch improvement rate decreased by more than 5% compared to the etch amount standard. However, when the carbon content was 20-50 at%, as the carbon content increased, partial etchings appeared on the etched surface, forming an uneven surface.

또한, boron-rich 탄화붕소는 실리콘 식각량 기준으로 Normal 탄화붕소(B4C)에 비해 2% 정도 식각개선률이 감소한 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that boron-rich boron carbide decreases the etching improvement rate by 2% compared to normal boron carbide (B 4 C) based on the amount of silicon etching.

결과적으로, 탄소 함량이 증가한 carbon-rich 탄화붕소에서 탄소 함량이 20~50 at%까지는 약간의 내플라즈마 특성의 개선이 이루어지지지만 탄소의 함량이 증가함에 따라 표면 상에 부분식각이 발생하고, 그 이상의 탄소 함량이나 붕소 함량의 증가는 탄화붕소의 내플라즈마 특성을 저하시키는 요인으로 나타나게 되는 것을 알 수 있다.As a result, in carbon-rich boron carbide with an increased carbon content, a slight improvement in plasma resistance is achieved until the carbon content is 20 to 50 at%, but partial etching occurs on the surface as the carbon content increases. It can be seen that an increase in the above carbon content or boron content appears as a factor that lowers the plasma resistance of boron carbide.

도 15는, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 경도 변화를 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing a change in hardness of boron carbide according to a change in B/C composition.

도 15를 참조하면, 경도의 경우, 탄소 함량의 변화에 따라 거의 변화가 없다가 60 at% 이상에서 급격하게 경도가 저하되는 특성이 나타나는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 15, in the case of hardness, it can be seen that there is almost no change according to the change of carbon content, and then the hardness decreases rapidly at 60 at% or more.

또한, boron-rich 탄화붕소가 가장 큰 경도값을 보였으며, normal 탄화붕소(B4C), 50 at%이내의 탄소 함량 내에서 경도가 점진적으로 감소하는 경향을 나타내는 것을 확인할 수 있다.In addition, boron-rich boron carbide showed the largest hardness value, and it can be seen that the hardness gradually decreases within the carbon content within 50 at% of normal boron carbide (B 4 C).

이는, 미세구조상의 carbon-rich 조직에 의해 나타나는 현상으로, 50 at% 이내에서의 내플라즈마 특성과는 반대의 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.This is a phenomenon caused by the carbon-rich structure on the microstructure, and it can be seen that the characteristic opposite to the plasma resistance within 50 at% is exhibited.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited drawings, a person of ordinary skill in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments and claims and equivalents fall within the scope of the following claims.

Claims (16)

화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 탄화붕소를 포함하고,
X-선 회절 분석에서 우선성장 피크가 (021)면인 것이고,
상기 탄화붕소는, 결정립의 크기가 1 nm 내지 55 nm인 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
Including boron carbide formed by chemical vapor deposition (CVD) method,
In X-ray diffraction analysis, the preferential growth peak is the (021) plane,
The boron carbide has a crystal grain size of 1 nm to 55 nm,
Components for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 결정립의 크기는,
X선 회절 분석에서 우선성장 피크의 반치폭(FWHM)을 기준으로 쉘러 식(Scherrer equation)을 사용하여 측정된 것이고,
상기 우선성장 피크의 반치폭(deg)은 0.2 이상인 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
The method of claim 1,
The size of the crystal grains,
It was measured using the Scherrer equation based on the half width (FWHM) of the preferential growth peak in X-ray diffraction analysis,
The half value width (deg) of the preferential growth peak is 0.2 or more,
Components for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
제1항에 있어서,
상기 결정립은,
붕소 및 탄소의 원자 비율이 4 : 1인 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
The method of claim 1,
The crystal grains,
The atomic ratio of boron and carbon is 4:1,
Components for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
제1항에 있어서,
상기 탄화붕소는, 1,000 ℃내지 1,700 ℃의 온도에서 형성되는 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
The method of claim 1,
The boron carbide is formed at a temperature of 1,000 ℃ to 1,700 ℃,
Components for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
제1항에 있어서,
상기 탄화붕소는, B4C, B2C, B3C, B5C, B13C2, B13C3 및 B50C2 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
The method of claim 1,
The boron carbide includes any one or more selected from the group consisting of B 4 C, B 2 C, B 3 C, B 5 C, B 13 C 2 , B 13 C 3 and B 50 C 2 ,
Components for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
제1항에 있어서,
상기 탄화붕소는, 순도가 99% 이상인 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
The method of claim 1,
The boron carbide has a purity of 99% or more,
Components for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
제1항에 있어서,
상기 탄화붕소는, 불순물의 함량이 0.1 ppm 내지 30 ppm인 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
The method of claim 1,
The boron carbide, the content of impurities is 0.1 ppm to 30 ppm,
Components for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
제8항에 있어서,
상기 불순물은, Al, Ca, Cr, Co, Cu, Fe, Li, Mg, Mn, Mo, Ni, K, Na, Ti, Zn 및 Si로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
The method of claim 8,
The impurities include any one or more selected from the group consisting of Al, Ca, Cr, Co, Cu, Fe, Li, Mg, Mn, Mo, Ni, K, Na, Ti, Zn and Si,
Components for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
제1항에 있어서,
상기 탄화붕소는, 기공-프리 결정구조를 갖는 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
The method of claim 1,
The boron carbide has a pore-free crystal structure,
Components for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
제1항에 있어서,
상기 탄화붕소는, 99% 이상의 상대밀도를 갖는 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
The method of claim 1,
The boron carbide has a relative density of 99% or more,
Components for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
제1항에 있어서,
상기 탄화붕소는,
CF4 가스 10 sccm 내지 50 sccm 및 Ar 가스 1 sccm 내지 30 sccm를 공급하고, 진공압력을 1 mtorr 내지 20 mtorr로 유지하며, RF 전력을 300 W 내지 1,000 W로 인가한 플라즈마 식각조건에서,
실리콘 식강량 대비 20 % 내지 40 %의 플라즈마 식각량을 나타내는 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
The method of claim 1,
The boron carbide,
In plasma etching conditions in which 10 sccm to 50 sccm of CF 4 gas and 1 sccm to 30 sccm of Ar gas were supplied, the vacuum pressure was maintained at 1 mtorr to 20 mtorr, and the RF power was applied at 300 W to 1,000 W,
It represents a plasma etching amount of 20% to 40% compared to the silicon etching amount,
Components for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
제1항에 있어서,
상기 탄화붕소는,
CF4 가스 10 sccm 내지 50 sccm 및 Ar 가스 1 sccm 내지 30 sccm를 공급하고, 진공압력을 1 mtorr 내지 20 mtorr로 유지하며, RF 전력을 300 W 내지 1,000 W로 인가한 플라즈마 식각조건에서,
화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 탄화규소(SiC) 식강량 대비 60 % 내지 70 %의 플라즈마 식각량을 나타내는 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
The method of claim 1,
The boron carbide,
In plasma etching conditions in which 10 sccm to 50 sccm of CF 4 gas and 1 sccm to 30 sccm of Ar gas were supplied, the vacuum pressure was maintained at 1 mtorr to 20 mtorr, and the RF power was applied at 300 W to 1,000 W,
It represents the plasma etching amount of 60% to 70% compared to the silicon carbide (SiC) etching amount formed by chemical vapor deposition (CVD) method,
Components for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
제1항에 있어서,
상기 부품은, 엣지 링, 서셉터 및 샤워헤드 중 어느 하나를 포함하는 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
The method of claim 1,
The part, which includes any one of an edge ring, a susceptor and a showerhead,
Components for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
모재를 준비하는 단계; 및
상기 모재 상에 화학기상증착(CVD) 방식으로 탄화붕소 층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 탄화붕소는, 결정립의 크기가 1 nm 내지 55 nm인 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품의 제조방법.
Preparing a base material; And
Including; forming a boron carbide layer on the base material by a chemical vapor deposition (CVD) method; and
The boron carbide has a crystal grain size of 1 nm to 55 nm,
A method of manufacturing a component for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
제15항에 있어서,
상기 탄화붕소 층을 형성하는 단계는, 1,000 ℃내지 1,700 ℃의 온도에서 수행되는 것인,
탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품의 제조방법.
The method of claim 15,
The step of forming the boron carbide layer is performed at a temperature of 1,000 °C to 1,700 °C,
A method of manufacturing a component for semiconductor manufacturing comprising a boron carbide-resistant plasma member.
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