疊層結構體、半導體製造裝置用構件及疊層結構體的製造方法

2023-06-01 23:02:37

疊層結構體、半導體製造裝置用構件及疊層結構體的製造方法
【專利摘要】一種疊層結構體(10)，具備：以氮氧化鋁鎂為主相的第1結構體(12)，以氮化鋁為主相、含有具有石榴石型晶體結構的稀土類鋁複合氧化物晶界相的第2結構體(14)，存在於第1結構體(12)和第2結構體(14)之間的反應層(15)，所述反應層(15)是稀土類鋁複合氧化物晶界相(18)稀薄的氮化鋁層。該疊層結構體(10)的反應層(15)的厚度在150μm以下。此外，疊層結構體(10)的第1結構體(12)與第2結構體(14)的線性熱膨脹係數差在0.3ppm/K以下。疊層結構體(10)在第2結構體(14)燒成時，通過晶界相(18)向第1結構體(12)一側擴散，由該晶界相(18)變得稀薄的擴散界面(17)形成反應層(15)。
【專利說明】疊層結構體、半導體製造裝置用構件及疊層結構體的製造方法
【技術領域】
[0001]本發明關於疊層結構體、半導體製造裝置用構件及疊層結構體的製造方法。
【背景技術】
[0002]半導體製造中乾燥工序和等離子體塗布等使用的半導體製造裝置中，作為蝕刻用和清洗用，使用的是反應性高的F、Cl等滷素系等離子體。因此，安裝於此種半導體製造裝置的構件，要求有高耐腐蝕性，一般使用經過氧化鋁膜處理的鋁和耐蝕耐熱鎳基合金等高耐腐蝕金屬和陶瓷構件。特別是支撐固定Si晶圓的靜電卡盤材料和加熱材料，由於必須有高耐腐蝕和低起塵性，使用的是氮化鋁、氧化鋁、藍寶石等高耐腐蝕陶瓷構件。即使使用此種陶瓷材料，由於會隨著長時間使用而逐漸腐蝕，成為起塵的原因，因此要求有更高耐腐蝕材料。為應對此種要求，作為材料，有研究使用較氧化鋁等更高耐腐蝕的氧化釔和更高耐腐蝕的氧化鎂和尖晶石(MgAl2O4)、它們的複合材料(例如專利文獻I)。
[0003]此外，隨著配線的微細化，要求靜電卡盤和加熱器等支撐固定Si晶圓的構件具有良好的均熱性。要提升均熱性，理想的是使用熱導率高的材料，上述的陶瓷材料中，氮化鋁的熱導率特別良好，可以得到較高的均熱性。但是，由於等離子體耐腐蝕性低於氧化釔等，會出現起塵造成配線汙染的問題。在這裡，有提案提出，將以耐腐蝕性高的氮氧化鋁鎂為主相的第I結構體(耐腐蝕層)和以熱導率高的氮化鋁為主相的第2結構體(基材層)層疊的疊層結構體(例如，參照專利文獻2)。該疊層結構體中，通過耐腐蝕性高的第I結構體和具有與第I結構體不同特性(例如導熱性和機械強度等)的第2結構體，除了耐腐蝕性以外，可進一步提高其他的特性。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]【專利文獻I】專利第3559426號公報
[0007]【專利文獻2】W02012/056875號公報

【發明內容】

[0008]但是，該專利文獻2記載的層疊體中，例如，在耐腐蝕材料層與基材層的厚度有很大差異等情況下，會產生裂紋等問題。由此，希望製作進一步降低問題發生的第I結構體與第2結構體層疊的疊層結構體。
[0009]本發明鑑於此種課題而作，主要目的是提供可以進一步降低任意厚度的多個結構體層疊時產生問題的疊層結構體、半導體製造裝置用構件及疊層結構體的製造方法。
[0010]為了達成上述主要目的而進行了銳意研究後，本
【發明者】們發現，在儘可能減小第I結構體與第2結構體的線性熱膨脹係數差的基礎上，在以氮氧化鋁鎂為主相的第I結構體上，層疊含有具有石榴石型晶體結構的稀土類鋁複合氧化物(RE3Al5O12, RE:表示稀土類金屬元素)晶界相的第2結構體後燒成的話，可以進一步抑制第I結構體及第2結構體之間生成的、晶界相稀薄的反應層，可以進一步降低問題的發生，從而完成了本發明。
[0011]即，本發明的疊層結構體，包括:
[0012]以氮氧化鋁鎂為主相的第I結構體、
[0013]以氮化鋁為主相、含有具有石榴石型晶體結構的稀土類鋁複合氧化物相的第2結構體、
[0014]存在於所述第I結構體和所述第2結構體之間的、稀土類鋁複合氧化物晶粒含量低於所述第2結構體的氮化鋁層反應層，
[0015]所述反應層的厚度在150 ii m以下，
[0016]所述第I結構體與所述第2結構體的線性熱膨脹係數差在0.3ppm/K以下。
[0017]本發明的半導體製造裝置用構件具有上述的疊層結構體。
[0018]本發明的疊層結構體的製造方法，
[0019]是第I結構體與第2結構體層疊的疊層結構體的製造方法，[0020]所述第I結構體與所述第2結構體的線性熱膨脹係數差在0.3ppm/K以下，包括將以氮化鋁為主相、具有石榴石型晶體結構的稀土類鋁複合氧化物為晶界相的所述第2結構體的原料粉體形成在作為含有氮氧化鋁鎂的燒結體的所述第I結構體上，進行熱壓燒成的第2結構體製作工序。
[0021]本發明的疊層結構體、半導體製造裝置用構件及疊層結構體的製造方法，可以降低任意厚度的多個結構體層疊時問題的產生。其理由雖不確定，但可推測如下。例如，第I結構體與第2結構體的線性熱膨脹係數差在0.3ppm/K以下的話，由於第I結構體與第2結構體的線性熱膨脹係數差較小，因此將兩個結構體高溫接合(例如通過燒結接合)時和將該疊層結構體在高溫-低溫下重複使用時，不會有產生裂紋和剝離的擔憂。此外據推測，例如，將含有氮氧化鋁鎂的第I結構體和作為晶界相含有單斜晶型稀土類鋁複合氧化物(RE4Al2O9, RE:表示稀土類金屬元素)的第2結構體層疊、燒成的話，第2結構體的晶界相容易擴散至第I結構體，會生成更厚的稀土類鋁複合氧化物晶界相稀薄的反應層。此時，據推測，此時第I結構體的厚度與第2結構體的厚度差越大，燒成時的應力越大，容易產生裂紋等問題。另一方面，使用作為晶界相含有石榴石型稀土類鋁複合氧化物的第2結構體時，可以進一步抑制第2結構體的晶界相向第I結構體擴散，可以進一步抑制反應層的生成。因此，據推測，可以進一步抑制疊層結構體產生裂紋等問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]【圖1】顯示疊層結構體10的構成概略的構成圖。
[0023]【圖2】實施例1、15的第I結構體的截面的SEM照片。
[0024]【圖3】實施例3、4的含有反應層的截面的SEM照片。
[0025]【圖4】比較例I的第2結構體的X射線衍射測定結果。
[0026]【圖5】比較例2的第2結構體的X射線衍射測定結果。
[0027]【圖6】實施例1的第2結構體的X射線衍射測定結果。
[0028]【圖7】實施例4的第2結構體的X射線衍射測定結果。
[0029]【圖8】實施例1的第I結構體的X射線衍射測定結果。
[0030]【圖9】實施例15的第I結構體的X射線衍射測定結果。【具體實施方式】
[0031]本發明的疊層結構體具備:以氮氧化鋁鎂為主相的第I結構體，以氮化鋁為主相、含有具有石榴石型晶體結構的稀土類鋁複合氧化物晶界相的第2結構體，存在於第I結構體和第2結構體之間的、稀土類鋁複合氧化物晶界相稀薄的氮化鋁層反應層。
[0032]本發明的第I結構體以氮氧化鋁鎂為主相。氮氧化鋁鎂以鎂、鋁、氧及氮為主成分，使用CuK a線時的XRD波峰至少出現在2 0 = 47?50°。該氮氧化鎂鋁相對於滷素系等離子體的耐腐蝕性與尖晶石同等或更高，因此可認為主相為該氮氧化物的本發明的第I結構體的耐腐蝕性也變高。此外，該氮氧化鎂鋁也可在具有與尖晶石同等的耐腐蝕性的同時，線性熱膨脹係數低於尖晶石。
[0033]本發明的第I結構體作為副相可含有氧化鎂中固溶了氮化鋁的MgO-AlN固溶體的結晶相。由於該MgO-AlN固溶體的耐腐蝕性也較高，因此作為副相也沒有問題。該MgO-AlN固溶體使用CuKa線時的(200)面及(220)面的XRD波峰可各自出現在氧化鎂的立方晶波峰與氮化鋁的立方晶波峰之間的2 0 = 42.9?44.8°、62.3?65.2°，此外，(111)面的XRD波峰也可出現在氧化鎂的立方晶波峰與氮化鋁的立方晶波峰之間的2 0 = 36.9?39°。由於(111)面的波峰有時難以與其他結晶相的波峰區別，因此也可以是僅(200)面及(220)面的XRD波峰出現在上述範圍。
[0034]本發明的第I結構體可含有少量尖晶石。這是由於尖晶石的耐腐蝕性高於氧化鋁和AlN結晶。但是，由於尖晶石較本發明的氮氧化鎂鋁相及MgO-AlN固溶體的耐腐蝕性差，因此優選更少。此外，優選AlN結晶相較少。這是由於，作為副相含有AlN結晶相的話，耐腐蝕性出現下降趨勢。為了在保持與尖晶石同等的耐腐蝕性的同時降低線性熱膨脹係數，也可少量含有尖晶石和AlN結晶相。
[0035]本發明的第I結構體的原料組成優選為，氮化鋁在50mol%以上、95mol%以下，氧化鎂在lmol%以上、40mol%以下，氧化鋁在Imol %以上、25mol %以下。在此範圍的話，容易以氮氧化鋁鎂為主相。該氮化鋁的原料組成更優選51m0l%以上、90mOl%以下，進一步優選53mol %以上、89mol %以下。此外，氧化鎂的原料組成更優選3mol %以上、35mol %以下，進一步優選5mol %以上、32mol %以下。此外，氧化招的原料組成更優選2mol %以上、2011101%以下,進一步優選311101%以上、1511101%以下。原料粉體中的鎂/招的摩爾比優選在
0.05以上、1.50以下，更優選0.10以上、1.0以下。在此範圍的話，可以在具有與尖晶石同等的耐腐蝕性的同時降低線性熱膨脹係數。
[0036]本發明的第I結構體中，構成主相的氮氧化鋁鎂的40?1000°C的線性熱膨脹係數為5.5?7ppm/K。因此，通過變更副相成分的MgO-AlN固溶體(12?14ppm/K)、尖晶石(8?9ppm/K)或氮化招(5?6ppm/K)的比率,可以在維持高耐腐蝕性的同時,將線性熱膨脹係數控制為5.5?7ppm/K。但是，基於耐腐蝕性的角度，由於尖晶石和氮化鋁的耐腐蝕性低於氮氧化鋁鎂和MgO-AlN固溶體，因此優選更少。通過此種基於副相成分的熱膨脹調整，可以與第2結構體的熱膨脹相符或減小熱膨脹差。這樣的話，僅表面(第I結構體)為具有高耐腐蝕性的陶瓷材料、下部基材(第2結構體)使用熱傳導性高的陶瓷材料等情況下，多個結構體的層疊或貼合變得容易。特別是一體燒結中，此種層疊構造及熱膨脹調整大體是有效的。其中，通過第2結構體的基材使用以氮化鋁為主相的材料，可以維持高熱傳導，容易保持高耐腐蝕的第I結構體的表面溫度的均勻。此種構成特別在加熱器內置型的半導體製造裝置中是有效的。
[0037]本發明的第I結構體中，開口孔隙率優選在5%以下。在這裡，開口孔隙率是根據以純水為介質的阿基米德方法測定的值。開口孔隙率超過5%的話，可能出現強度下降和材料自身脫粒而容易起塵的擔憂，另外材料加工時等容易出現氣孔內起塵成分堆積，因此不理想。此外，開口孔隙率優選儘可能接近零。因此，不存在特別的下限值。
[0038]本發明的第2結構體，以氮化鋁為主相，含有具有石榴石型晶體結構的稀土類鋁複合氧化物晶界相。該第2結構體也可進一步含有具有鈣鈦礦型晶體結構的稀土類鋁複合氧化物(REAlO3, RE:表示稀土類金屬元素)。此時，優選石榴石型稀土類鋁複合氧化物的含量多於鈣鈦礦型稀土類鋁複合氧化物。這樣的話，可以進一步降低後述的反應層的厚度。此夕卜，本發明的第2結構體優選不含具有單斜晶型晶體結構的稀土類鋁複合氧化物晶界相。這樣的話，可以進一步降低反應層的厚度。這是由於單斜晶型稀土類鋁複合氧化物較石榴石型容易擴散至第I結構體的氮氧化鋁鎂中。
[0039]本發明的第2結構體在以氮化鋁、稀土類鋁複合氧化物和稀土類氧化物為100質量％的XRD定量值中，優選氮化鋁的含量在50質量％以上、95質量％以下，更優選60質量％以上、90質量％以下,進一步優選70質量％以上、85質量％以下。此外,第2結構體的該XRD定量值中，優選石榴石型稀土類鋁複合氧化物的含量在4.0質量％以上、36.2質量％以下，更優選10質量％以上，進一步優選15質量％以上。此外，第2結構體的該XRD定量值中，優選鈣鈦礦型稀土類鋁複合氧化物在5質量％以下，更優選4質量％以下，進一步優選3質量％以下。第2結構體的氮化鋁的含量越多，熱傳導性越高，較為理想。此外，根據稀土類鋁複合氧化物的量，可以將與第I結構體的線性熱膨脹係數的差調整為較小。該XRD定量中，利用Bruker AXS公司的粉末衍射數據解析用軟體「EVA」的簡易峰形擬合功能(FPM Eval.)。本功能是使用定性的結晶相的ICDD PDF卡(國際衍射數據中心粉末衍射卡片)的I/Icor(相對於金剛砂的衍射強度的強度比)算出構成相的量比。通過本功能，在2 0 =10 ?60。的範圍，各構成相的 ICDD PDF卡編號使用 AlN:00-025-1133、M(Y4A1209):
00-055-1088、G (Y3A15012):01-070_7794、P (YA103):01-070-1677 進行解析。
[0040]本發明的第2結構體的原料組成優選為，氮化鋁在84mol%以上、99mol%以下，氧化鋁在0.5mol %以上、13mol %以下，稀土類氧化物在0.5mol %以上、IOmol %以下。在此範圍的話，容易以氮化鋁為主相。該氮化鋁的原料組成更優選85mol %以上、98mol %以下，進一步優選8611101%以上、97mol %以下。此外，氧化招的原料組成更優選Imol %以上、
以下,進一步優選以上、911101%以下。此外,稀土類氧化物的原料組成更優選Imol %以上、8mol %以下,進一步優選Imol %以上、6mol %以下。
[0041]本發明的第2結構體由氮化鋁、稀土類氧化物及氧化鋁製作，其原料組成優選為，以稀土類氧化物的摩爾量為R、氧化鋁的摩爾量為A時，相對於稀土類氧化物及氧化鋁的摩爾總量(R+A)的稀土類氧化物的摩爾量R的比(R/(R+A))在0.70以下的範圍。在此範圍的話，晶界相中，鈣鈦礦型稀土類鋁複合氧化物相對於石榴石型稀土類鋁複合氧化物的比率低，可以進一步降低反應層的厚度，較為理想。該比(R/(R+A))更優選在0.38以上、0.60以下的範圍，進一步優選0.39以上、0.55以下的範圍。
[0042]本發明的第2結構體中，稀土類鋁複合氧化物所含的稀土類RE優選為Y、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的I個以上，其中，更優選Y。這是由於這些稀土類RE容易製造石榴石型的稀土類鋁複合氧化物。
[0043]本發明的反應層是存在於第I結構體和第2結構體之間的、稀土類鋁複合氧化物晶界相稀薄的氮化鋁層。疊層結構體在第2結構體燒成時，通過第2結構體的含有稀土類鋁複合氧化物的晶界相向第I結構體一側擴散，形成其晶界相變得稀薄的二次界面。反應層指的是，第I結構體及第2結構體的初期界面與該二次界面之間的晶界相稀薄的層。該反應層通過電子顯微鏡(SEM)的截面觀察及元素分析等決定。該反應層只要是以氮化鋁為主的層即可，也可含有氮化鋁以外的(以晶界相為標準)結晶相。本發明的反應層的厚度在150 u m以下,更優選100 u m以下,進一步優選75 y m以下。厚度在150 u m以下的話,第I結構體與第2結構體的層疊中，可以進一步抑制問題(例如裂紋和剝離等)的發生。另外，雖然不是僅靠該反應層的厚度即可防止問題的發生，但該反應層的厚度更薄的話可以抑制問題的發生，較為理想。
[0044]本發明的疊層結構體的第I結構體與第2結構體的線性熱膨脹係數差在0.3ppm/K以下。該線性熱膨脹係數差在0.3ppm/K以下的話，第I結構體與第2結構體的層疊中，可以進一步抑制問題(例如裂紋和剝離等)的發生。另外，雖然不是僅靠該線性熱膨脹係數差的值即可防止問題的發生，但該線性熱膨脹係數差更接近「0」的話可以抑制問題的發生，較為理想，最優選為O。
[0045]本發明的疊層結構體中，優選相對於第I結構體的厚度Tl，第2結構體的厚度T2較厚。通過本發明的構成，與第I結構體和第2結構體的厚度無關，可以抑制產生於疊層結構體的問題(例如裂紋和剝離等)的發生。因此，可以自由設定第I結構體和第2結構體的厚度。本發明的疊層結構體中，第2結構體的厚度T2相對於第I結構體厚度Tl的比(T2/Tl)優選I以上，更優選2以上，進一步優選3以上。T2/T1在I以上的話，層疊了多個結構體的疊層結構體容易發生問題，適用本發明的意義高。
[0046]本發明的疊層結構體可用於半導體製造裝置用構件。即，本發明的半導體製造裝置用構件可以具有上述任意一個的疊層結構體。作為半導體製造裝置用構件，可舉出例如，半導體製造裝置所使用的靜電卡盤、承受器(Susceptor)、加熱器、極板、內壁材料、觀察窗、微波導入窗、微波結合用天線等。由於它們必須對於包含滷素元素的腐食性氣體的等離子體具有良好的耐腐食性，因此適宜使用本發明的疊層結構體。由於本發明的耐腐蝕性及導熱性提高，因此特別適宜用於加熱器。
[0047]接著，使用【專利附圖】

【附圖說明】本發明的疊層結構體。圖1是顯示本發明的疊層結構體10的構成概略的構成圖。該圖1中，下部顯示了疊層結構體10的截面放大圖。疊層結構體10具備:以氮氧化鋁鎂為主相的第I結構體12，以氮化鋁為主相、含有具有石榴石型晶體結構的稀土類鋁複合氧化物晶界相18的第2結構體14，存在於第I結構體12和第2結構體14之間的反應層15，該反應層15是稀土類鋁複合氧化物晶界相18稀薄的以氮化鋁為主的層。疊層結構體10在第2結構體14燒成時，通過第2結構體14的含有稀土類鋁複合氧化物的晶界相18向第I結構體12 —側擴散，形成該晶界相18變得稀薄的二次界面17 (參照圖1的放大圖)。反應層15指的是初期界面16與二次界面17之間的晶界相18稀薄的層。該疊層結構體10中，反應層15的厚度在150 iim以下，更優選IOOiim以下，進一步優選75 ii m以下。此外，疊層結構體10的第I結構體12與第2結構體14的線性熱膨脹係數差在0.3ppm/K以下。
[0048]接著，說明本發明的疊層結構體的製造方法。該製造方法可包括例如，製作第I結構體的第I結構體製作工序和在製作的第I結構體上形成第2結構體的第2結構體製作工序。
[0049]第I結構體製作工序中，將成為氮氧化鋁鎂的第I結構體的原料粉體成形，對成形的成形體進行熱壓燒成處理。該工序中，作為原料，可使用氮化鋁、氧化鎂及氧化鋁。原料組成優選例如，氮化招在50mol %以上、95mol %以下，氧化鎂在Imol %以上、40mol %以下，氧化鋁在Imol^以上、25m0l%以下。在此範圍的話，容易令氮氧化鋁鎂為主相。該氮化鋁的原料組成更優選51mol %以上、90mol %以下,進一步優選53mol %以上、89mol %以下。此外，氧化鎂的原料組成更優選3mol %以上、35mol %以下,進一步優選5mol %以上、32mol %以下。此外，氧化招的原料組成更優選211101%以上、2011101%以下,進一步優選311101%以上、15mol%以下。原料粉體中的鎂/鋁的摩爾比優選在0.05以上、1.50以下，更優選0.10以上、1.0以下。在此範圍的話，可以在具有與尖晶石同等的耐腐蝕性的同時降低線性熱膨脹係數。
[0050]第I結構體製作工序中，將第I結構體的原料粉體以周知的方法成形。例如，可以將原料粉體通過單軸加壓成形，也可在單軸加壓後CIP成形。此外，也可製作原料粉體的懸浮液，通過澆鑄製作成形體。加入成形體的粘合劑優選具有熱分解性。成形時的壓力並無特別限制，例如，適當設定為具有機械強度且可保持形狀的壓力即可。熱壓燒成優選在例如，1850°C以上、2000°C以下的溫度範圍內進行。燒成溫度在1850°C以上的話，可以得到緻密(開口孔隙率0.5%以下)的目標氮氧化鋁鎂結晶相，因此較為理想。熱壓燒成時的加壓壓力優選設定為50~300kgf/c m2。燒成時的氣氛優選為不會影響氧化物原料燒成的氣氛,優選例如氮氣氛和氬氣氛等惰性氣氛。如此，製作第I結構體的燒結體。
[0051]第2結構體製作工序中，在作為含有氮氧化鋁鎂的燒結體的第I結構體上，形成以氮化鋁為主相、具有石榴石型晶體結構的稀土類鋁複合氧化物為晶界相的第2結構體的原料粉體，進行熱壓燒成。此時，添加第2結構體的原料使得燒成後的第I結構體與第2結構體的線性熱膨脹係數差在0.3ppm/K以下。該工序中，作為原料，可使用氮化鋁、稀土類氧化物及氧化鋁。此外，氧化物成分也可以是燒成時通過加熱可以形成氧化物的前驅體原料。原料組成優選例如，氮化招在84mol %以上、99mol %以下，氧化招在0.5mol %以上、13mol %以下，稀土類氧化物在0.5m0l%以上、10mOl%以下。在此範圍的話，容易使氮化鋁為主相。該氮化招的原料組成更優選85mol %以上、98mol %以下,進一步優選86mol %以上、9711101%以下。此外,氧化招的原料組成更優選Imol%以上、IImol進一步優選Imol%以上、911101%以下。此外,稀土類氧化物的原料組成更優選Imol %以上、811101%以下,進一步優選Imol %以上、611101%以下。第2結構體的原料所含的稀土類優選含有Y、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的I個以上，其中，更優選Y。
[0052]此外，第2結構體的原料組成優選為，當稀土類氧化物的摩爾量為R、氧化鋁的摩爾量為A時，相對於稀土類氧化物及氧化鋁的摩爾總量(R+A)的稀土類氧化物的摩爾量R的比(R/(R+A))在0.70以下的範圍。在此範圍的話，晶界相中，鈣鈦礦型稀土類鋁複合氧化物相對於石榴石型稀土類鋁複合氧化物的比率變低，可以進一步降低反應層的厚度，較為理想。該比(R/(R+A))更優選0.38以上、0.60以下的範圍，進一步優選0.39以上、0.55以下的範圍。
[0053]第2結構體製作工序中，在作為燒結體的第I結構體上形成第2結構體的原料粉體。作為其方法，例如，可以在第2結構體的原料粉體成形後，粘合在第I結構體的燒結體上，也可以在第I結構體的燒結體上直接放置第2結構體的原料粉體進行衝壓成形。第2結構體的成形可以與第I結構體相同，將原料粉體通過單軸加壓成形，也可以在單軸加壓後CIP成形。此外，也可以製作原料粉體的懸浮液，通過澆鑄製作成形體。也可以對第I結構體按壓而層疊第I結構體和第2結構體。成形時的壓力並無特別限制，例如，可以適當設定為具有機械強度且可以保持形狀的壓力。
[0054]第2結構體製作工序中，熱壓燒成優選例如在超過1650°C、不足1850°C的溫度範圍內進行。燒成溫度超過1650°C的話，可以得到目標的含有稀土類鋁複合氧化物的緻密第2結構體的同時，可與第I結構體一體化，因此較為理想。此外，燒成溫度不足1850°C的話，可以進一步降低第I結構體與第2結構體界面的反應層的厚度，較為理想。為了得到緻密(開口孔隙率0.5%以下)的第2結構體，燒成溫度更優選1675°C以上，進一步優選1700°C以上。此外，為了抑制界面反應層的生成，燒成溫度優選1825°C以下，進一步優選1800°C以下。熱壓燒成時的衝壓壓力優選設定為50~300kgf/cm2。燒成時的氣氛優選為不會影響氧化物原料燒成的氣氛，優選例如氮氣氛和氬氣氛等惰性氣氛。如此，可以製作第I結構體與第2結構體層疊的疊層結構體的燒結體。
[0055]根據以上說明的實施形態的疊層結構體、半導體製造裝置用構件及疊層結構體的製造方法，可以進一步降低任意厚度的多個結構體層疊時的問題的發生。其原因為，例如，第I結構體與第2結構體的線性熱膨脹係數差在0.3ppm/K以下的話，由於第I結構體與第2結構體的線性熱膨脹係數差小，在兩個結構體高溫接合(例如通過燒結接合)時和該疊層結構體在高溫-低溫下重複使用時，不會有產生裂紋和剝離的擔憂。此外，例如，將含有氮氧化鋁鎂的第I結構體和作為晶界相含有石榴石型稀土類鋁複合氧化物的第2結構體層疊燒成的話，可以進一步抑制第2結構體的晶界相向第I結構體擴散，可以進一步抑制反應層的生成。因此，可以進一步抑制裂紋和剝離等疊層結構體中會產生的問題。
[0056]另外，本發明不限定於任何上述的實施形態，當然可以在屬於本發明的技術範圍內以各種形態實施。
[0057]例如，上述的實施形態中，疊層結構體的製造方法包含第I結構體製作工序，但不特別限定於此，另行準備第I結構體的燒結體的話，也可省略該第I結構體製作工序。
[0058]上述的實施形態中，是第I結構體與第2結構體層疊的疊層結構體，但不特別限定於此，也可以是3層以上層疊。即便如此，只要具備上述的第I結構體和第2結構體，則可以進一步降低任意厚度的多個結構體層疊之物中的問題的發生。
[0059]【實施例】
[0060]以下將具體製作疊層結構體的例子作為實施例進行說明。
[0061 ](第I結構體製作工序)
[0062] 稱量表1所示m0l%的AlN原料、MgO原料及Al2O3原料，以異丙醇為溶劑，使用尼龍罐、直徑20mm的有鐵芯的尼龍球進行4小時溼式混合。在這裡，AlN原料、MgO原料及Al2O3原料使用純度99.9質量％以上、平均粒徑Iiim以下的市售品。另外，對於AlN原料，由於不可避免地含有I質量％左右的氧，因此是雜質元素中不包括氧的純度。接著，取出混合後的懸浮液，在氮氣流中以110°c乾燥。然後通過30目的篩網，製成第I結構體的調和粉體。將該調和粉體以lOOkgf/cm2的壓力單軸加壓成形，製作圓盤狀成形體，裝入燒成用石墨鑄模。將圓盤狀成形體熱壓燒成後，通過加工得到直徑50mm、厚度IOmm的圓盤狀的第I結構體。熱壓燒成中，加壓壓力為200kgf/cm2，以表1所示的燒成溫度(最高溫度)燒成,燒成結束為止為氮氣氛。燒成溫度下的保持時間為4小時。
[0063](第2結構體製作工序)
[0064]稱量表1所示m0l%的AlN原料、Y2O3原料及Al2O3原料，以異丙醇為溶劑，使用尼龍罐、直徑20mm的有鐵芯的尼龍球進行4小時溼式混合。在這裡，AlN原料及Al2O3原料使用與第I結構體相同的，Y2O3原料使用純度99.9%以上、平均粒徑I y m以下的市售品。接著，取出混合後的懸浮液，在氮氣流中以110°C乾燥。然後通過30目的篩網，製成第2結構體的調和粉體。在圓筒型的模具內填充第2結構體的調和粉體，通過以200kgf/cm2的壓力單軸加壓成形，製作第2結構體的圓盤狀成形體。然後，將上述製作的第I結構體上重疊了第2結構體成形體而成的層疊體裝入燒成用石墨鑄模，通過熱壓燒成，得到一體燒結的疊層結構體。熱壓燒成中，加壓壓力為200kgf/cm2，以表1所示的層疊燒成溫度燒成，燒成結束為止為氮氣氛。層疊燒成溫度下的保持時間為4小時。如此得到的燒結體，可以使上部是以氮氧化鋁鎂為主相的高耐腐蝕表面，下部是以氮化鋁為主相的含有稀土類鋁複合氧化物的高熱導基材。另外，第2結構體的厚度為17mm。
[0065](比較例1、2)
[0066]比較例I的疊層結構體為，對於第I結構體，以AlN原料80.3mol %、MgO原料10.9mol % ,Al2O3原料8.8mol %的組成比混合，燒成溫度為1950°C，對於第2結構體，以AlN原料97.8mol%, Y2O3原料2. 2mol%, Al2O3原料Omol %的組成比混合，燒成溫度為1800°C而製作而成的。此外，除了對於第2結構體，以AlN原料89.9mol%、Y2O3原料10.1mol%、Al2O3原料Omol%的組成比混合以外，與比較例I以同樣工序製作疊層結構體，以此作為比較例2。該比較例1、2中，相對於稀土類氧化物及氧化鋁的摩爾總量(R+A)的稀土類氧化物的摩爾量R的比(R/(R+A))為1.00。製作的各疊層結構體的製作條件如表1所示。
[0067]【表1】
[0068]
【權利要求】
1.一種疊層結構體，包括第I結構體、第2結構體以及存在於所述第I結構體和所述第2結構體之間的反應層， 所述第I結構體以氮氧化鋁鎂為主相， 所述第2結構體以氮化鋁為主相，含有具有石榴石型晶體結構的稀土類鋁複合氧化物相， 所述反應層是稀土類鋁複合氧化物晶粒含量低於所述第2結構體的氮化鋁層， 所述反應層的厚度在150 u m以下， 所述第I結構體與所述第2結構體的線性熱膨脹係數差在0.3ppm/K以下。
2.根據權利要求1所述的疊層結構體，其中，所述反應層的厚度在IOOym以下。
3.根據權利要求1或2所述的疊層結構體，其中，所述第2結構體還含有具有鈣鈦礦型晶體結構的稀土類鋁複合氧化物。
4.根據權利要求1~3的任意一項所述的疊層結構體，其中，作為所述第I結構體的主相的氮氧化鋁鎂相在使用CuKa線時的XRD波峰至少出現在2 0 = 47~50°。
5.根據權利要求1~4的任意一項所述的疊層結構體，其中，所述第I結構體的原料組成為:氮化鋁在50mol %以上、95mol %以下，氧化鎂在Imol %以上、40mol %以下，氧化鋁在Imol % 以上、25mol 以下。
6.根據權利要求1~5的任意一項所述的疊層結構體，其中，所述第2結構體的原料組成為:氣化招在84mol %以`上、99mol 以下，氧化招在0.5mol 以上、15mol 以下，稀土類氧化物在0.5mol %以上、IOmol %以下。
7.根據權利要求1~6的任意一項所述的疊層結構體，其中，所述稀土類鋁複合氧化物中含有的稀土類是Y、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的I種以上。
8.一種半導體製造裝置用構件，具有權利要求1~7的任意一項所述的疊層結構體。
9.一種疊層結構體的製造方法，將線性熱膨脹係數相差0.3ppm/K以下的第I結構體與第2結構體層疊來製造疊層結構體， 所述疊層結構體的製造方法包括如下工序: 準備第I結構體，所述第I結構體是含有氮氧化鋁鎂的燒結體， 將所述第2結構體的原料粉體形成在所述第I結構體上，進行熱壓燒成，所述第2結構體的原料粉體以氮化鋁為主相，具有石榴石型晶體結構的稀土類鋁複合氧化物為晶界相。
10.根據權利要求9所述的疊層結構體的製造方法，其中，所述第2結構體製作工序中，所述第2結構體的原料粉體的組成為:氮化鋁在84mol%以上、99mol%以下，氧化鋁在0.5mol %以上、15mol %以下，稀土類氧化物在0.5mol %以上、IOmol %以下的範圍。
11.根據權利要求9或10所述的疊層結構體的製造方法，其中，所述稀土類包括Y、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及Lu中的I種以上。
12.根據權利要求9~11的任意一項所述的疊層結構體的製造方法，其中，所述第2結構體製作工序中，所述第2結構體的原料組成為，稀土類氧化物的摩爾量相對於稀土類氧化物及氧化鋁的摩爾總量之比在0.7以下的範圍。
13.根據權利要求9~12的任意一項所述的疊層結構體的製造方法，其中，所述第2結構體製作工序中，所述熱壓燒成溫度為超過1650°C、不足1850°C。
14.根據權利要求9~13的任意一項所述的疊層結構體的製造方法，其中，所述第I結構體的原料組成為:氮化鋁在50mol%以上、95mol%以下，氧化鎂在1mol %以上、40mol %以下，氧化鋁在1mol %以上、25mol%以下。
15.根據權利要求9~14的任意一項所述的疊層結構體的製造方法,其中,所述第1結構體是在1850°C以上、2000°C以下的溫度範圍進行熱壓燒成的。
16.根據權利要求9~15的任意一項所述的疊層結構體的製造方法，包括將成為氮氧化鋁鎂的所述第1結構體的原料粉體成形、熱壓燒成的第I結構體製作工序。
【文檔編號】C04B35/00GK103681793SQ201310410613
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月10日 優先權日:2012年9月14日
【發明者】神藤明日美, 井上勝弘, 勝田祐司 申請人:日本礙子株式會社