[发明专利]α型SiC-β型SiC结合型反应烧结SiC材料和其制备方法及使用该材料的二体型等离子室阴极

说明书

技术领域

最近，SiC材料作为一种半导体工程中的元件越来越被广泛使用，其中，本发明涉及的是一种具有电学特性的SiC材料的制备方法，尤其是将碳粉末和α型SiC粉末混合在一起得到碳-α型SiC成形体，将已调节好电阻的熔融硅与该碳-α型SiC成形体反应，并渗入到成形体内，从而使所述α型SiC-β型SiC结合型反应烧结SiC材料具有优异的机械性能、高纯度、高强度等特点，同时，还具有半导体工程所必需的电学特性、制造费用低廉、能够加快烧结过程等特点的α型SiC-β型SiC硅结合型反应烧结SiC材料、其制造方法以及利用其反应烧结的硅-SiC结构的、呈平坦或一定角度的外廓漏斗状且具有落差的等离子室阴极。

背景技术

近年来，石墨、石英、Al₂O₃、SiC、AlN、BN等的陶瓷制品作为治具或元件应用于超大规模集成电路的半导体制造，而在高温环境下的半导体制造工程及蚀刻工程中，石英、玻璃、Si、及SiC作为主要材料而被使用。

其中，作为半导体工程用的高温陶瓷元件，以前使用石英的占多大数，但随着最近半导体工程的集成化及所使用的硅晶片的大型化，SiC(碳化硅)的使用呈现出上升的趋势。因为SiC弥补了石英玻璃的不足，具有优异的热学特性、机械性能、耐火性、电学特性、耐久性及耐粒子污染特性等。

制造上述SiC材料的常用方法为热分解CVD法及等离子CVD法，具体地讲，含有硅与碳的气体在高温下反应生成SiC，然后在活性化的环境中，通过气相物质间的化学反应或分解，制造出稳定的SiC。该方法虽然能够制造出具有高纯度、高密度、性能良好的SiC材料，但是在实际过程中，由于难以制造出厚的产品、且价格高等缺点，很难适用于半导体工程的元件。参见图7。

此外，对于利用常压及加压烧结法制造的α型SiC材料，虽然具有优异的热学特性、机械性能、耐火性等特点，但由于烧结后的收缩率较高，因此难以制造出大型产品，且在制造时，由于使用了大量的烧结助剂，因此难以控制SiC材料中的不纯物含量，尤其是，难以调节其电学特性，只能用于部分半导体工程的简单元件的形态，不适用于应具有电学特性的元件，从而限制了其用途。

另一方面，上述半导体工程元件中，用于晶片蚀刻工序的等离子室阴极当中的等离子体是通过在腔室内注入反应气体，然后通电流后形成的。以前常用的具有呈平坦或一定角度的外廓漏斗状且具有落差的二体型等离子室阴极的多种结构已经在很多文献中公开，是通过粘结剂或螺栓，使碳系列的材料、铝等，与具有多个气体注入口的单一硅材料或硅结合，从而形成多种结构的阴极。

例如，韩国专利申请10-0708321号“等离子体蚀刻装置的阴极电极结合构造”中公开了一种具有将硅电极与石墨电极作为结束基材(Tyingtool)插入到腔室内并固定的技术方案，从而要解决粘结时，由松解引起的结合力低下的问题。但是在高温高压的腔室内，石墨易发生变形，从而损伤结束基材及结合部位，导致面对硅电极的那一面性能不稳定，从而导致因摩擦而产生颗粒的情况。

此外，为了解决上述问题，韩国公开申请文件10-2007-0077048号公开了一种等离子体发生用电极及等离子处理装置，即，将硅含浸于碳化硅形成CVD-碳化硅材料，阴极由所述CVD-碳化硅材料制成，从而获得优异的机械性能并能够达到面内均一性较高的接合状态。不过，制造所述CVD-碳化硅时，需要很多高价的烧结助剂，因而不仅提高了阴极的制造费用，而且随着添加大量烧结助剂，也增加了碳化硅烧结体中的不纯物含量，从而很难适用于晶片工程。

发明内容

发明要解决的问题

为了弥补上述不足，本发明目的是，提供一种α型SiC-β型SiC结合型反应烧结SiC材料和其制造方法，其特征在于：能够维持良好的机械性能、具有优异的电学特性，适用于半导体工程用元件，且能够减少制造费用。本发明还要提供一种硅-SiC结构的、呈平坦或一定角度的外廓漏斗状且具有落差的二体型等离子室阴极，其特征在于：制作用于半导体工程用元件的呈平坦或一定角度的外廓漏斗状且具有落差的二体型等离子室阴极时，使用所述α型SiC-β型SiC结合反应烧结SiC材料，从而能够维持良好的电学特性，即使在高温高压环境下的半导体工程中，也能够提高机械性能和经济性。

解决课题的手段