[发明专利]陶瓷材料、层叠体、半导体制造装置用构件及溅射靶材

说明书

技术领域

本发明关于陶瓷材料、层叠体、半导体制造装置用构件及溅射靶材。

背景技术

半导体制造中干法工艺和等离子涂层等使用的半导体制造装置中，作为蚀刻用和清洗用，使用的是反应性高的F、Cl等的卤素系等离子体。因此，安装于此种半导体制造装置的构件，要求有高耐腐蚀性，一般使用经过氧化铝膜(alumite)处理的铝和耐蚀耐热镍基合金(Hastelloy)等的高耐腐蚀金属和陶瓷构件。特别是支撑固定Si晶圆的静电卡盘材料和加热器材料，由于必须有高耐腐蚀和低起尘性，使用的是氮化铝、氧化铝、蓝宝石等的高耐腐蚀陶瓷构件。由于这些材料会随着长时间使用而逐渐腐蚀，引起起尘，因此要求有更高耐腐蚀性的材料。为应对此种要求，有人研究了作为材料使用较氧化铝等更耐腐蚀的氧化镁、尖晶石(MgAl₂O₄)和它们的复合材料(例如专利文献1)。

此外，随着配线的微细化，要求静电卡盘和加热器等支撑固定Si晶圆的构件具有良好的均热性。要提升均热性，理想的是使用热传导率高的材料，例如可举出氮化铝、氧化铝、氧化钇。其中，已知氮化铝的热传导率特别良好，可得到高均热性，但较氧化铝、氧化钇的等离子耐腐蚀性低。

此外，氧化镁除了耐火物以外，也可用于各种添加剂和电子部件用途、荧光体原料、各种靶材原料、超导薄膜基底用原料、磁隧道结元件(MTJ元件)的隧道势垒、彩色等离子显示器(PDP)用保护膜，还有PDP用氧化镁晶体层的原料，作为具有极广范围用途的材料而备受瞩目。其中，作为溅射靶材，可用于利用了隧道磁阻效应的MTJ元件的隧道势垒的制作和PDP的电极与电介质的保护膜等。该隧道磁阻效应，是厚度数nm的非常薄的绝缘体被2个磁性层相夹的MTJ元件中，2个磁性层的磁化相对方向为平行时和反平行时出现的电阻变化现象，利用该磁化状态的电阻变化，应用于硬盘的磁头等。

现有技术文献

专利文献1：日本专利第3559426号公报

发明内容

但是，氧化镁在大气中会与水分和二氧化碳反应，生成氢氧化物和碳酸盐，因此氧化镁表面会逐渐变质(耐湿性的问题)。因此，用于半导体制造装置用构件时，存在氢氧化物和碳酸盐分解而生成气体、由此引起的氧化镁的颗粒化和起尘带来的半导体设备污染的担忧，因而没有进入实用。

另一方面，尖晶石的耐湿性虽然没有问题，但较之于氧化铝等，对于卤素系等离子体的耐腐蚀性虽然较高，但还不足够高。

此外，即使是氧化镁与尖晶石的复合材料，氧化镁较多时耐湿性有问题，较少时虽然耐湿性的问题程度较小，但由于耐腐蚀性接近尖晶石，因此相对于氧化铝等的优越性变小。

一般，作为对于卤素系等离子体的耐腐蚀性高的材料，可举出有氧化镁，其次有尖晶石、氧化铝、氮化铝。其中，氮化铝在热传导率上具有压倒性优势，是体现均热性的最理想材料。即，要同时实现耐腐蚀性和均热性，理想的是氮化铝与高耐腐蚀材料层叠的结构体，但由于氮化铝与高耐腐蚀材料之间的热膨胀差较大，因此将两者层叠后烧结时存在产生裂纹的问题。

本发明的目的是解决此种问题，目的之一是提供对于卤素系等离子体的耐腐蚀性与尖晶石同等或更高的陶瓷材料。此外，另一目的是提供具有与尖晶石同等的耐腐蚀性的同时线热膨胀系数低于尖晶石、接近于均热性高的氮化铝的陶瓷材料。

此外，近年来，有人研究利用了上述MTJ元件的磁阻式随机存取存储器(以下称为MRAM)。MRAM，例如，配置多个MTJ元件，以各磁化阵列为信息载体，具有不挥发、高速、高改写耐性等特征，因此作为凌驾传统半导体存储器(DRAM)的存储器而进行着开发。截至目前，已试作了记忆容量为数～数十兆比特(Mbit)的存储器，但例如，为取代DRAM还必须有吉比特(Gbit)级的更大容量。

目前作为MTJ元件的隧道势垒的材料，一般使用单晶或高纯度的氧化镁，一般用氧化镁的溅射靶材成膜为隧道势垒。但是，要更大容量化，需要MTJ元件的电阻低、为得到大输出信号而有高磁阻比。

本发明的目的是解决此种问题，目的之一是提供电阻低于氧化镁的溅射靶。通过使用该靶材制作磁隧道结元件，可期待其电阻下降。

本发明者们对将氧化镁、氧化铝和氮化铝的混合粉末成型后热压烧结而得到的陶瓷材料的耐腐蚀性进行了锐意研究后发现，主相为特定位置具有XRD波峰的镁-铝氮氧化物的陶瓷材料显示出非常高的耐腐蚀性，从而完成了本发明。