KR20220114929A - 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품 - Google Patents

탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면은, 화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 탄화붕소를 포함하고, X-선 회절 분석에서 우선성장 피크가 (021)면인 것이고, 상기 탄화붕소는, 탄소(C)를 20 원자% 내지 60 원자% 포함하는 것인, 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품을 제공한다.

Description

탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품 {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.
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.
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 있다.
그러나 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.
따라서, 높은 RF 전력에서 충분한 내구성을 가지면서, 파티클 발생과 부분적인 식각도 차이로 인한 피팅 발생을 방지할 수 있는 신규한 내플라즈마 부재의 개발이 필요하다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
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.
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.
본 발명의 일 측면은, 화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 탄화붕소를 포함하고, X-선 회절 분석에서 우선성장 피크가 (021)면인 것이고, 상기 탄화붕소는, 탄소(C)를 20 원자% 내지 60 원자% 포함하는 것인, 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 결정립의 크기는, 1 nm 내지 55 nm인 것일 수 있다.
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.
일 실시형태에 따르면, 상기 결정립은, 붕소 및 탄소의 원자 비율이 4 : 1인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 1,000 ℃내지 1,700 ℃의 온도에서 형성되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 순도가 99% 이상인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 불순물의 함량이 0.01ppm 내지 30 ppm인 것일 수 있다.
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.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 기공-프리 결정구조를 갖는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 99% 이상의 상대밀도를 갖는 것일 수 있다.
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.
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.
일 실시형태에 따르면, 상기 부품은, 엣지 링, 서셉터 및 샤워헤드 중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
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.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소 층을 형성하는 단계는, 1,000 ℃내지 1,700 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 탄화붕소 내플라즈마 부재는, 화학기상증착 방식으로 형성된 탄화붕소를 포함함으로써, 내플라즈마 특성이 향상되고 균일 식각이 이루어지는 효과가 있다.
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.
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.
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.
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 B/C 비율을 보여주는 AES 분석결과이다.
도 14는, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 XRD peak 변화를 나타낸 것이다.
도 15는, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 단면 미세조직 변화(단면 SEM 이미지)를 나타낸 그래프이다.
도 16은, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 내플라즈마 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 17은, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 플라즈마 에칭 테스트 후 식각면의 SEM 이미지이다.
도 18은, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 경도 변화를 나타낸 그래프이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명의 일 측면은, 화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 탄화붕소를 포함하고, X-선 회절 분석에서 우선성장 피크가 (021)면인 것이고, 상기 탄화붕소의 결정립은, 탄소(C)를 20 원자% 내지 60 원자% 포함하는 것인, 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품을 제공한다.
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.
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.
상기 화학기상증착 방식은, 기체상의 화합물을 가열된 모재 표면에서 반응시켜 생성물을 모재 표면에 증착시키는 것을 의미할 수 있다.
일례로, 모재 상에 기체 상의 탄소 전구체와 붕소 전구체를 각각 또는 혼합하여 분사하여, 모재 상에서 열화학 반응에 의해 탄화붕소를 형성하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 벌크 형태 또는 모재 상에 형성된 코팅층 형태를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품에 있어서, 상기 탄화붕소는, 탄소(C)를 20 원자% 내지 60 원자% 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 탄화붕소는, 탄소(C)를 20 원자% 내지 50 원자% 포함할 수 있다.
상기 탄화붕소에 포함된 탄소원자의 함량 범위는, 탄화붕소가 벌크 조직으로서 결정상을 가지고, 플라즈마 내식성을 확보하며, 플라즈마 식각 시 균일 식각이 이루어지기 위한 최적 범위일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 결정립의 크기가 1 nm 내지 55 nm인 것일 수 있다.
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.
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.
또한, 상기 탄화붕소의 결정립의 크기가 상기 범위 미만일 경우, 플라즈마 노출 시 결정립이 이탈하거나 식각되어 소재 내부로 파고 들어가는 형태의 식각이 나타날 수 있다.
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.
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.
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.
[반응식 1]
Scherrer equation : 결정립 크기 (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.
일 실시형태에 따르면, 상기 우선성장 피크는 (021)면인 것일 수 있다.
상기 결정립의 크기는, X선 회절분석 및 쉘러식을 이용하여 명확하고 정밀하게 제어될 수 있으며, 이를 통해 공정 생산성을 높이고 비용을 절감할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 우선성장 피크의 반치폭(deg)은 0.2 이상인 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 우선성장 피크의 반치폭(deg)은, 0.2 내지 0.5일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 0.2 내지 0.4일 수 있다.
상기 우선성장 피크의 반치폭(deg)이 증가하면 결정립의 크기는 작아지고, 상기 우선성장 피크의 반치폭(deg)이 감소하면 결정립의 크기는 커진다.
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.
또한, 상기 범위를 초과할 경우 미세한 결정립이 형성되어 플라즈마 노출 시 결정립이 이탈하거나 식각되어 소재 내부로 파고 들어가는 형태의 식각이 나타날 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 결정립은, 붕소 및 탄소의 원자 비율이 4 : 1인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 붕소 및 탄소의 원자 비율은, CVD 공정 조건을 제어하여 조절할 수 있다.
상기 CVD 공정 조건은, 탄소 소스 및 붕소 소스의 함량비, 온도, 시간 등을 포함한다.
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.
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.
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.
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.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 1,000 ℃내지 1,700 ℃의 온도에서 형성되는 것일 수 있다.
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.
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.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는 B와 C로 이루어진 화합물을 의미할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 순도가 99% 이상인 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 탄화붕소는, 순도가 99.99% 이상인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 탄화붕소 내플라즈마 부재는, 고순도의 탄화붕소를 포함하여, 반도체 공정 중 발생할 수 있는 반응성 파티클 생성을 억제할 수 있다.
상기 탄화붕소의 순도는, 글로우 방전 질량분석(GDMS)을 통해 측정될 수 있다.
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.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 불순물의 함량이 0.1 ppm 내지 30 ppm인 것일 수 있다.
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.
상기 불순물은, 탄소와 붕소를 제외한 모든 화합물을 의미할 수 있다.
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.
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.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 기공-프리 결정구조를 갖는 것일 수 있다.
상기 탄화붕소는, 기공-프리 결정구조 즉, 조직 내 기공이 없는 치밀한 구조를 가지며 결정립계면 사이에 간극이 존재하지 않아 내플라즈마 특성이 향상된 특징이 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는, 99 % 이상의 상대밀도를 갖는 것일 수 있다.
상기 상대밀도는, 탄화붕소 표준밀도를 기준으로 하여 나타낸 밀도 값을 의미할 수 있다.
상기 탄화붕소는, 99 % 이상의 상대밀도를 가짐으로써, 조직 내에 기공이 거의 존재하지 않는 치밀한 구조로 인해 기계적 물성 및 내플라즈마 특성이 향상된 특징이 있다.
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.
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.
상기 플라즈마 식각량은, 상기 조건에서 5시간 동안 식각 공정을 수행한 후에 측정된 것일 수 있다.
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.
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.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소는 플라즈마에 의해 표면이 균일하게 식각되는 것일 수 있다.
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.
또한, 거대 결정립으로 인한 파티클 발생이나 피팅 현상이 발생하지 않아, 높은 RF 전력조건 즉, 가혹한 식각환경에서 내플라즈마 소재로 사용하기에 적합한 장점이 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 부품은, 챔버 내부에서 플라즈마에 노출되도록 이용되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 부품은, 엣지 링, 서셉터 및 샤워헤드 중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
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.
상기 모재는, 금속, 세라믹 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 모재는 탄화규소(SiC) 코팅층을 더 포함할 수 있다.
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.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄소 전구체는, CH4, C2H6 및 C3H8로 이루어진 군에서 선택되는 어느하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 붕소 전구체는, BCl3, B2H6 및 BF3 로 이루어진 군에서 선택되는 어느하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 탄화붕소 층을 형성하는 단계는, 1,000 ℃내지 1,700 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.
상기 온도범위에서 형성된 탄화붕소 층의 결정립 크기가 제어되어, 탄화붕소 층의 기공-프리 결정구조, 고밀도, 고순도 특성이 구현될 수 있다.
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.
즉, 화학기상증착 방식으로 탄화붕소를 형성시킴으로써, 붕소 및 탄소의 비율을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이를 통해 탄화붕소의 미세조직, 경도, 내플라즈마 특성 등을 최적화할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예> 화학기상증착 방식에 의한 탄화붕소의 형성
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.
<실험예 1> 탄화붕소의 구조 분석
실시예에서 제조된 탄화붕소의 표면 미세구조를 주사전자현미경을 사용하여 관찰하였다.
또한, 표면 구조의 차이를 명확하게 파악하기 위해, 상용소재인 소결 탄화붕소(B4C)와 CVD로 형성된 탄화규소(SiC)의 표면을 관찰하였다.
도 1은, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 표면 미세구조를 보여주는 SEM 이미지이다.
도 1의 탄화붕소의 표면 미세구조는 TESCAN사의 TESCAN S8000G를 사용하였으며 accelerating voltage는 15~20kV, WD는 10~15mm로 설정하여 500~1,000배의 배율로 관찰하였다.
도 2는, 소결 탄화붕소(B4C) 표면 미세구조를 보여주는 SEM 이미지이다.
도 3은, CVD로 형성된 탄화규소(SiC)의 표면 미세구조를 보여주는 SEM 이미지이다.
도 2 및 도 3의 SEM 이미지는 JEOL사의 JSM-IT500을 사용하였으며 accelerating voltage는 15~20kV, WD는 10~15mm로 설정하여 500~1,000배의 배율로 관찰하였다.
도 1을 참조하면, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소는 기공이 없는 치밀한 구조를 갖는 것을 확인할 수 있다.
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.
표 1은, 실제 상용되는 소결 탄화붕소의 밀도값을 측정한 값이고, 표 2는, 본 발명의 CVD 탄화붕소의 밀도값을 측정한 값이다.
Figure pat00001
Figure 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.
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.
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.
<실험예 2> 탄화붕소의 조성 분석
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.
AES 분석 장비로는 ULVAC-PHI 사의 AES Nanoprobe(PHI 700)를 사용하였다.
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.
도 4는, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 B/C 비율을 보여주는 AES 분석결과이다.
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.
<실험예 3> 탄화붕소의 순도 측정
실시예에서 생성된 탄화붕소의 순도를 측정하기 위해, 탄화붕소는 총 16종 원소를 기준으로, GDMS (Glow Discharge Mass Spectrometry) 분석을 수행하였다.
표 3은, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 GDMS 분석결과이다.
wt. ppm wt. ppm
Al 0.024 Mn 0.003
Ca 0.04 Mo 1
Cr 0.69 Ni 1.3
Co 0.025 K 0.03
Cu 0.01 Na 0.003
Fe 0.55 Ti 0.65
Li 0.003 Zn 0.055
Mg 0.02 Si 20.7
합계 25.103
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.
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.
이를 통해, 본 발명에 따른 탄화붕소는, 고순도 특성을 가짐으로써, 반도체 공정 중 발생할 수 있는 반응성 파티클의 생성을 억제할 수 있음을 알 수 있다.
<실험예 4> 플라즈마에 의한 식각량 측정
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.
도 5는, CVD로 형성된 탄화규소(SiC) 및 실리콘(Si) 대비 본 발명 일 실시형태에 따른 CVD 탄화붕소의 식각율을 나타낸 그래프이다.
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.
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.
또한, 소결 탄화붕소(B4C) 보다 향상된 식각 개선율을 보이는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따른 탄화붕소는, 상용소재인 실리콘, 탄화규소(SiC), 소결 탄화붕소(B4C) 보다 우수한 내플라즈마 특성을 가짐을 알 수 있다.
<실험예 5> 플라즈마에 의한 식각 후 표면 분석
상기 실험예 4에서 플라즈마 식각된 실시예에서 제조된 탄화붕소, 소결 탄화붕소(B4C), 실리콘의 식각 후 표면을 주사전자현미경을 사용하여 관찰하였다.
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 6 및 도 8의 SEM 이미지는 JEOL사의 JSM-IT500를 사용하였으며, accelerating voltage는 15~20kV, WD는 10~15mm로 설정하여 500~1,000배의 배율로 관찰하였다.
도 7 및 도 9의 SEM 이미지는 TESCAN사의 TESCAN S8000G를 사용하였으며, accelerating voltage는 15~20 kV, WD는 10~15 mm로 설정하여 500~1,000 배의 배율로 관찰하였다.
도 10의 SEM 이미지는 JEOL사의 JSM-6390를 사용하였으며, accelerating voltage는 15~20 kV, WD는 10~15 mm로 설정하여 100 배의 배율로 관찰하였다.
도 6 내지 10을 참조하면, 본 발명에 따른 탄화붕소는, 균일한 식각이 이루어져 실리콘과 거의 동일한 식각 표면을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
반면, 상용 소재인 소결 탄화붕소(B4C)의 경우 결정계면의 식각으로 다수의 결정립이 탈락된 것을 확인할 수 있다.
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.
또한, CVD 탄화규소(SiC)의 경우 거대 결정립에 의한 부분 식각 현상이 발생한 것을 확인할 수 있다.
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.
<실험예 6> 탄화붕소의 결정립 크기 측정
측정범위 10 ~ 80°, power 40 kV, 40 mA, scan speed 10, scan step 0.05조건으로, 실시예에서 제조된 탄화붕소의 XRD(X-RAY DIFFRACTION) 분석을 수행하였다.
이어서, XRD 분석에서 우선성장 피크의 반치폭을 기준으로 하기 쉘러 식(Scherrer equation)을 활용하여, 실시예에서 제조된 탄화붕소의 결정립 크기를 측정하였다.
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, θ(는 우선성장 피크의 angle 값(rad)이다.
도 11은, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 XRD 그래프다.
도 11을 참조하면, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 X-선 회절 분석에서 우선성장 피크가 (021)면임을 확인할 수 있다.
도 12는, 본 발명 일 실시형태에 따른 탄화붕소의 XRD 분석에서, 우선성장 피크의 반치폭(deg) 변화에 따른 결정립 크기 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12에서, T1 내지 T5는 상이한 온도 조건을 의미하며, 온도는 T1 < T2 < T3 < T4 < T5 순으로 T1이 가장 낮은 온도이고, T5가 가장 높은 온도이다.
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.
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.
<실험예 7> B/C 조성 변화에 따른 특성 변화
B/C 조성을 변화시키면서 단면 미세조직, 내플라즈마 특성 및 경도 변화를 관찰하였다.
RF Power 500W, gas는 CF4 30sccm, Ar 10 sccm, 진공압력은 10 mtorr의 조건에서 플라즈마 에칭 테스트를 5시간 동안 진행한 후, 식각량 및 식각면을 분석하였다.
사용된 탄화붕소의 탄소 함량(원자%) 및 붕소(B) : 탄소(C)의 함량비(원자 함량)를 표 4에 나타내었다. AES(Auger Electron Spectroscope)로 depth profile을 분석하였으며, B, C의 정량 값이 일정하게 되도록 30분간 스퍼터링함과 동시에 Electron beam을 주사하여 탄화붕소의 depth profile을 분석하였다.
탄소 함량 B : C 함량비
B #1 17 원자% 84 : 16
N #1 (B4C) 20 원자% 80 : 20
C #1 33 원자% 67 : 33
C #2 35 원자% 65 : 35
C #3 37 원자% 63 : 37
C #4 49 원자% 51 : 49
C #5 63 원자% 37 : 63
도 13은, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 B/C 비율을 보여주는 AES 분석결과이다.
도 14는, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 XRD peak 변화를 나타낸 것이다.
도 15는, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 단면 미세조직 변화(단면 SEM 이미지)를 나타낸 그래프이다.
도 15를 참조하면, Boron-rich 탄화붕소(B #1)와 normal 탄화붕소(B4C, N # 1)는 유사한 단면조직을 가지며, carbon-rich 탄화붕소에서 탄소 함량이 33 원자% 이하에서 동일한 작은 결정립으로 균일한 조직을 보이는 것을 확인할 수 있다. 그러나 탄소 함량이 34 원자% 이상에서는 carbon-rich 영역이 나타나기 시작하면서 부분별로 밝은 영역이 확대되는 현상이 나타나게 되며, 최종적으로 카본 함량 60 원자% 이상에서는 bulk의 치밀한 조직을 형성하기 못하고 수지상으로 형성되어 박막이나 bulk 제조가 불가능하게 되는 것을 확인할 수 있다.
결과적으로, 붕소 대피 탄소의 함량이 20 원자% 내지 60 원자%(더 바람직하게는, 20 원자% 내지 50 원자%)여야 bulk 조직으로서의 결정상을 가지게됨을 알 수 있다.
도 16은, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 내플라즈마 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 16을 참조하면, 탄소 함량이 20~50 원자%까지 증가하는 범위에서는 기존 normal 탄화붕소(B4C)보다 실리콘 식각량 기준 대비 1% 증가된 식각개선률을 보였고, 60 원자% 이상에서는 실리콘 식각량 기준 대비 5% 이상 식각개선률이 감소하였다. 다만, 탄소 함량이 20~50 원자%에서 탄소 함량이 증가함에따라 식각 표면상에서 부분식각들이 나타나 불균일한 표면이 형성되었다.
또한, boron-rich 탄화붕소는 실리콘 식각량 기준으로 Normal 탄화붕소(B4C)에 비해 2% 정도 식각개선률이 감소한 것을 확인할 수 있다.
결과적으로, 탄소 함량이 증가한 carbon-rich 탄화붕소에서 탄소 함량이 20~50 원자%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.
도 17은, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 플라즈마 에칭 테스트 후 식각면의 SEM 이미지이다.
도 17의 SEM 이미지는 JEOL사의 JSM-IT500를 사용하였으며, accelerating voltage는 15~20kV, WD는 10~15mm로 설정하여 500배의 배율로 관찰하였다.
도 17을 참조하면, 탄소 비율이 20~37 원자% 범위일 경우 균일한 식각면을 갖는 것으로 확인되었으나, 20 원자% 미만 또는 50 원자% 이상으로 증가할수록 식각면이 고르지 못한 것을 확인할 수 있다.
구체적으로는, Boron-rich인 B #1은 구멍이 있는 것처럼 식각된 것을 확인할 수 있고, 탄소 함량이 37 원자%인 C #3에서는 균일한 식각이 이루어진 것을 확인할 수 있다.
또한, 탄소 함량이 49 원자%인 경우(C #4) 부분 식각이 일어나 약간의 단차가 발생한 것을 확인할 수 있으며, 탄소 함량이 63 원자%인 경우(C #5) 식각면이 파여진 형태의 불균일한 식각면이 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 18은, B/C 조성 변화에 따른 탄화붕소의 경도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 18를 참조하면, 경도의 경우, 탄소 함량의 변화에 따라 거의 변화가 없다가 60 원자% 이상에서 급격하게 경도가 저하되는 특성이 나타나는 것을 확인할 수 있다.
또한, boron-rich 탄화붕소가 가장 큰 경도값을 보였으며, normal 탄화붕소(B4C), 50 원자%이내의 탄소 함량 내에서 경도가 점진적으로 감소하는 경향을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이는, 미세구조상의 carbon-rich 조직에 의해 나타나는 현상으로, 50 원자% 이내에서의 내플라즈마 특성과는 반대의 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 탄화붕소를 포함하고,
    X-선 회절 분석에서 우선성장 피크가 (021)면인 것이고,
    상기 탄화붕소는, 탄소(C)를 20 원자% 내지 60 원자% 포함하는 것인,
    탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄화붕소는, 결정립의 크기가 1 nm 내지 55 nm인 것인,
    탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
  3. 제2항에 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.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 결정립은,
    붕소 및 탄소의 원자 비율이 4 : 1인 것인,
    탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄화붕소는, 1,000 ℃내지 1,700 ℃의 온도에서 형성되는 것인,
    탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄화붕소는, 순도가 99% 이상인 것인,
    탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄화붕소는, 불순물의 함량이 0.1 ppm 내지 30 ppm인 것인,
    탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
  8. 제7항에 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.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탄화붕소는, 기공-프리 결정구조를 갖는 것인,
    탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 탄화붕소는, 99% 이상의 상대밀도를 갖는 것인,
    탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
  11. 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 식각량 대비 20 % 내지 40 %의 플라즈마 식각량을 나타내는 것인,
    탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
  12. 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) 식각량 대비 60 % 내지 70 %의 플라즈마 식각량을 나타내는 것인,
    탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 부품은, 엣지 링, 서셉터 및 샤워헤드 중 어느 하나를 포함하는 것인,
    탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품.
  14. 모재를 준비하는 단계; 및
    상기 모재 상에 화학기상증착(CVD) 방식으로 탄화붕소 층을 형성하는 단계;를 포함하는,
    탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품의 제조방법.
  15. 제14에 있어서,
    상기 탄화붕소 층을 형성하는 단계는, 1,000 ℃내지 1,700 ℃의 온도에서 수행되는 것인,
    탄화붕소 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품의 제조방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05246761A (ja) * 1991-12-20 1993-09-24 Toyo Tanso Kk 炭素−炭化硼素焼結体、その製造方法およびこの焼結体を用いた材料
JP2000154062A (ja) * 1998-11-17 2000-06-06 Kyocera Corp 炭化ホウ素焼結体およびその製造方法
JP2001261457A (ja) * 2000-03-16 2001-09-26 Kyocera Corp 炭化硼素接合体及びその製造方法及び耐プラズマ部材
KR20200032060A (ko) * 2018-08-13 2020-03-25 에스케이씨솔믹스 주식회사 탄화붕소 소결체 및 이를 포함하는 식각장치
KR102201523B1 (ko) * 2020-07-02 2021-01-13 주식회사 티씨케이 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품 및 이의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05246761A (ja) * 1991-12-20 1993-09-24 Toyo Tanso Kk 炭素−炭化硼素焼結体、その製造方法およびこの焼結体を用いた材料
JP2000154062A (ja) * 1998-11-17 2000-06-06 Kyocera Corp 炭化ホウ素焼結体およびその製造方法
JP2001261457A (ja) * 2000-03-16 2001-09-26 Kyocera Corp 炭化硼素接合体及びその製造方法及び耐プラズマ部材
KR20200032060A (ko) * 2018-08-13 2020-03-25 에스케이씨솔믹스 주식회사 탄화붕소 소결체 및 이를 포함하는 식각장치
KR102201523B1 (ko) * 2020-07-02 2021-01-13 주식회사 티씨케이 내플라즈마 부재를 포함하는 반도체 제조용 부품 및 이의 제조방법

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