专利名称：半导体制造装置用部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造装置用部件。
背景技术：
半导体制造装置领域中，采用致密质陶瓷的氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)等作为静电吸盘的基体。陶瓷基体中，埋设、制造用于产生半导体工艺处理的等离子的高频电极。此处，埋设于陶瓷基体的电极需要和电力提供用端子电连接。该电力提供用端子适合采用导电性良好的金属材料，但一般来说，相比于陶瓷金属材料的热膨胀系数更大，为了与陶瓷基体接合成为制品，需要使得在接合时不产生由陶瓷/金属间的热膨胀系数差引起的裂纹，为进一步的提高作为制品的可靠性还要求高的接合强度。作为这样的接合材料，例如，在专利文献1、2中使用铟。这样，陶瓷基体和电力提供用端子可以充分高的接合强度接合。又，由于 铟为软质，可抑制陶瓷基体中产生裂纹。
现有技术文献 专利文献
专利文献I日本专利特开2002-293655号公报 专利文献2日本专利特开2009-60103号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，静电吸盘的使用温度为室温到80°C左右的话，则如专利文献1，2那样采用铟作为接合材料没有问题，但是，近年来，为了刻蚀新材料，静电吸盘的使用温度的高温化需要正在提高。这样，使用温度为150 200°C时，由于铟的熔点较低，因此存在有可能无法得到充分的接合强度的问题。又，作为与陶瓷基体的接合用钎料，通常有Ag系、Al系合金，这些的接合温度都有500°C以上那么高，会有接合时的残留应力变高的问题。又，为了完全抑制近年薄型化的陶瓷介电层中产生的裂纹，因此需要残留应力低的接合技术，进一步地需要获得200°C下接合强度高的接合体。
本发明用于解决上述课题，其主要目的在于提供，降低接合时的残留应力、不使得陶瓷基体中产生裂纹、即使使用温度为200°C也可获得充分的接合强度的半导体制造装置用部件。
解决问题的手段
本发明提供一种半导体制造装置用部件，包括具有晶片载置面的陶瓷基体；埋设于该陶瓷基体内部的电极；作为所述电极的一部分的、从与所述陶瓷基体的所述晶片载置面相反侧的面露出的电极露出部；用于向所述电极供电的供电部件；和介于所述陶瓷基体和所述供电部件之间、与所述供电部件和所述陶瓷基体接合的同时将所述供电部件和所述电极露出部电连接的接合层，所述接合层采用作为接合材料的AuGe系合金、AuSn系合金、或AuSi系合金形成，对于所述陶瓷基体和所述供电部件，从所述供电部件的热膨胀系数减去所述陶瓷基体的热膨胀系数后的热膨胀系数差D选择满足如下范围-2.6，其单位
是ppm/K，200°C下接合强度为3. 5MPa以上。
根据该半导体制造装置用部件，可降低接合时的残留应力，薄型化后的陶瓷基体也不会产生裂纹，即使使用温度为200°C也可获得充分的接合强度。即、本发明的半导体制造装置用部件可在室温 200°C下使用，因此可充分适应于近年的静电吸盘等所要求的高温化需要。
此处，热膨胀系数差D大于上限值6时，由于热膨胀系数差引起的应力恐怕会导致接合端部产生界面剥离，接合强度降低，因此不理想。又，热膨胀系数差D小于下限值-2. 2时，由于热膨胀系数差引起的应力恐怕会导致陶瓷基体中产生裂纹，因此不理想。陶瓷基体和供电部件最好选择热膨胀系数差D为-2. 2 < D < O的。又，虽然在优先权申请中，认为_1. 5 ^ D ^ 6是合适的范围，但是之后进行进一步的研究，认为_2. 2 ^ D ^ 6也是合适的范围。
本发明的半导体制造装置用部件中，所述接合层最好包括金属化层所含的金属和所述接合材料中的Au以外的元素反应生成的金属间化合物相，该金属化层将包括接合前所述电极露出部的规定区域覆盖，进一步的，最好包括所述接合材料中的Au以外的元素与所述金属化层所含的金属反应消耗而生成的富Au相。该富Au相具有以下优点，由于电阻低供电时的电力损失少、由于为软质接合时的残留应力容易缓和，接合时由于反应导致的Au浓度越闻、溶点越是提闻、耐热性得到提闻。
本发明的半导体制造装置用部件中，当所述接合层含有所述金属间化合物层和所述富Au相时，所述陶瓷基体和所述富Au相之间最好存在所述金属间化合物相。这样，不容易导致界面剥离造成的强度下降。又，以金属间化合物相为主体的层最好与金属化层或陶瓷基体相接。又，所述接合层中，从所述陶瓷基体侧开始，最好层叠有所述金属化层、以所述金属间化合物相为主体的层和以所述富Au相为主体的层。这样，更加不容易导致界面剥离造成的强度降低。此时，接合层中供电部件和陶瓷基体接合的部分最好是，陶瓷基体与金属化层相接，金属化层与以金属间化合物相为主体的层相接，以金属间化合物相为主体的层与以富Au相为主体的层相接。
本发明的半导体制造装置用部件中，所述陶瓷基体可以以Al2O3, AIN, MgO, Y2O3和SiC组成的群中选出的I种为主成分，所述供电部件可以是从Ti，Cu，Ni，Mo，CuW，W和它们的合金以及FeNiCo系合金(例如Kovar (注册商标))所构成的群中选出的。可以从中选择陶瓷基体和供电部件，使得从供电部件的热膨胀系数减去陶瓷基体的热膨胀系数的热膨胀系数差D为-2. 2彡D彡6 (单位ppm/K)。
在本发明的半导体制作装置用部件中，假设从所述陶瓷基体的孔穴的直径减去所述供电部件的直径得到的值、即空隙值为C时，与所述陶瓷基体的孔穴的直径R的比例C/R最好满足C/R彡O. 15。此时，陶瓷基体和供电部件只要满足C/R≤O. 15即与C/R在此范围之外的情况相比接合强度要高，最好热膨胀系数差D选择为-2. 2 < D < O (单位ppm/K)，更好的是，选择-2. 2彡D彡-I. 0(单位ppm/K)。这样，由于陶瓷基体可介由接合层热嵌合供电部件，接合强度提高。又，在满足C/RS O. 15的情况下，C/R的值大的话，供电部件难以很顺利地设置到陶瓷基体的孔穴的中心，从而容易产生强度不均。因此，为了得到更高强度且不均较少可靠性较高的接合体，最好满足C/R ( O. 09。
本发明的半导体制造装置用部件中，所述供电部件，在与所述陶瓷基体接合面相反侧的面接合有连结部件，从连结部件的热膨胀系数减去所述陶瓷基体的热膨胀系数的热膨胀系数差D’可超过6ppm/K。这样的结构，适用于电阻低需要将大电流提供至电极时，例如在需要采用纯Cu和该合金时。另，连结部件不介由供电部件而连接于陶瓷基体的话，由于热膨胀系数差D’大，接合界面产生剥离，但由于此处通过供电部件接合，因此不会产生上述问题。
本发明的半导体制造装置用部件的制法包括
(a)准备陶瓷基体的工序，该陶瓷基体具有晶片载置面，内部埋设有电极、电极的一部分的电极露出部从与所述晶片载置面相反侧的面露出、与所述晶片载置面相反侧的面中包括所述电极露出部的规定区域被金属化层覆盖；
(b)选择向所述电极供电的供电部件的工序，从该供电部件的热膨胀系数减去所述陶瓷基体的热膨胀系数的热膨胀系数差D为-2. 2彡D彡6 (单位ppm/K)；
(c)将所述供电部件以介由作为接合材料的AuGe系合金、AuSn系合金、或AuSi系合金被固定在被所述金属化层覆盖区域的状态加热后冷却的工序。
根据本发明的半导体制造装置用部件的制法，可容易地制造上述的本发明的半导体制造装置用部件。又，工序(C)中加热时的温度，根据热膨胀系数差D可适当地设定为不会导致接合界面产生剥离，也不会导致陶瓷基体中产生裂纹的温度，但由于加热温度越高，接合界面附近的残留应力越高，最好的设为200 500°C，更好的是设为250 420°C。
图I是静电吸盘10的立体图。
图2是供电部件20的连接部分的周边的截面图。
图3是显示陶瓷基体12和供电部件20的接合顺序的说明图。
图4是供电部件50的连接部分的周边的截面图。图5是没有凹部16的供电部件20的连接部分的周边的截面图。
图6是试样SI的安装立体图。
图7是试样S2的安装立体图。
图8是实施例6的SEM写真(背散射电子像)。
图9是实施例5的SEM写真(背散射电子像)。
图10是实施例7的SEM写真(背散射电子像)。
具体实施例方式
本实施方式对作为半导体制造装置用部件的一例的静电吸盘10进行说明。图I为静电吸盘10的立体图，图2为供电部件20的连接部分的周边的纵向切断时的截面图(与图I上下相反)。
静电吸盘10如图I所示，包括具有晶片载置面12a的圆板状的陶瓷基体12、和与该陶瓷基体12接合的供电部件20。
陶瓷基体12如图2所示，内部埋设有电极14。又，电极14被使用于静电吸盘、加热器、用于高频等的施加。在与该陶瓷基体12的晶片载置面12a相反侧的面的中央，形成有凹部16。作为电极14的一部分的电极端子14a在该凹部16的底面露出。又,此处，电极端子14a形成为与电极14不同的部件，但也可与电极14形成为同一部件。陶瓷基体12中，从晶片载置面12a到电极14的部分，作为陶瓷介电层或绝缘层等来起作用。
供电部件20为用于向电极14供电的部件，以插入凹部16的状态介由接合层22与陶瓷基体12接合。该供电部件20的直径设计为比凹部16的直径稍小。即，供电部件20的外周面和凹部16的内周面之间存在间隙。该间隙设置为，即使接合时供电部件20热膨胀也不会和凹部16相接触的程度。又，供电部件20的上部中，通过沟道20a等与外部电源连接。接合层22位于供电部件20和陶瓷基体12的凹部16之间，供电部件20和陶瓷基体12接合的同时，供电部件20和电极端子14a电连接。
作为陶瓷基体12，例如，以致密陶瓷的氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氧化钇(Y2O3)或碳化硅(SiC)制作。各陶瓷的300°C下热膨胀系数在表I中显示。之所以示出300°C的值作为热膨胀系数，是因为本发明的接合温度为300°C左右。又，作为陶瓷基体12，可采用以致密质的氧化镁(MgO)为主成分的致密质材料。如表I所示，高纯度的MgO在300°C下的热膨胀系数为12. 6ppm/Ko
作为电极14，最好是具有导电性，且在烧成陶瓷基体时不熔融的材料，例如，除了 W、W的碳化物、W的硅化物、Mo、Mo的碳化物、Mo的硅化物、Nb、Nb的碳化物、Nb的硅化物、Ta、Ta的碳化物、Ta的硅化物、Fe、Ni、Ti、白金、铑等之外，也可采用这些与陶瓷基体的材料的混合物。
供电部件20需要向电极14供电，因此最好是电阻低的。此时，以电阻率为标准，最好为大约I. OX10_3Qcm以下。考虑抑制接合时陶瓷基体12中的裂纹发生、抑制界面的剥离，供电部件20的材料最好是接近陶瓷基体12的热膨胀系数的材料，但是随着制品的使用环境和用途不同，对能够使用的材质可能有所制约。此处，陶瓷基体12和供电部件20选择，从供电部件20的热膨胀系数减去陶瓷基体12的热膨胀系数的热膨胀系数差D为-2. 2彡D彡6 (单位ppm/K)的材料。热膨胀系数差D大于上限值时，接合时的供电部件20侧的收缩应力过强，由接合端部处产生界面剥离，接合强度下降，因此不理想。又，热膨胀系数差D小于下限值时，可能由于供电部件的径方向所产生的应力而导致陶瓷基体12的凹部侧面侧产生裂纹，因此不理想。作为供电部件20的材料是从例如Ti、Mo、CuW、W、和它们的合金构成的群中选出的金属，进一步的，例举有FeNiCo系合金(Kovar (注册商标))等。又，MgO等高热膨胀材料用作陶瓷基体时，可采用Ti、Cu、Ni或其合金等作为供电部件20的材料。它们在300°C下的热膨胀系数分别如表I所示。又，供电部件20可以由导电性材料形成，不限定于金属。例如，也可以是石墨、碳化物陶瓷(WC、TaC等)、硅化物陶瓷(MoSi2、TiSi2等)、硼化物陶瓷(TaB2、TiB2等)、陶瓷/金属复合材料(SiC/Al、C/Cu等)等。
权利要求
1.一种半导体制造装置用部件，其特征在于，包括 具有晶片载置面的陶瓷基体； 埋设于该陶瓷基体内部的电极； 作为所述电极的一部分的、从与所述陶瓷基体的所述晶片载置面相反侧的面露出的电极露出部； 用于向所述电极供电的供电部件；和 介于所述陶瓷基体和所述供电部件之间、与所述供电部件和所述陶瓷基体接合的同时将所述供电部件和所述电极露出部电连接的接合层， 所述接合层采用作为接合材料的AuGe系合金、AuSn系合金、或AuSi系合金形成， 对于所述陶瓷基体和所述供电部件，从所述供电部件的热膨胀系数减去所述陶瓷基体的热膨胀系数后的热膨胀系数差D选择满足如下范围-2. 2 ^ 6,其单位是ppm/K，200°C下接合强度为3. 5MPa以上。
2.如权利要求I所述的半导体制造装置用部件，其特征在干， 所述陶瓷基体和所述供电部件选择所述热膨胀系数差D满足如下范围-1. 5 < D < 6其单位是ppm/K。
3.如权利要求I或2所述的半导体制造装置用部件，其特征在干， 所述接合层包括包含金属化层中的金属和所述接合材料中的Au以外的元素反应而生成的金属间化合物相，该金属化层在接合前覆盖包括所述电极露出部的规定区域。
4.如权利要求3所述的半导体制造装置用部件，其特征在于，所述接合层包括通过所述接合层中Au以外的元素与所述金属化层中所包含的金属反应被消耗而生成的富Au相。
5.如权利要求4所述的半导体制造装置用部件，其特征在干，从所述陶瓷基体侧开始，所述接合层依次层叠有所述金属化层、以所述金属间化合物相为主体的层和以所述富Au相为主体的层。
6.如权利要求3 5任一项所述的半导体制造装置用部件，其特征在于，所述接合层中，以所述金属间化合物相为主体的层与所述金属化层或所述陶瓷基体相接。
7.如权利要求I 6任一项所述的半导体制造装置用部件，其特征在于，所述陶瓷基体为以由A1203、AIN、MgO、Y2O3和SiC组成的群中选出的I种为主成分的部件， 所述供电部件为从Ti、Cu、Ni、Mo、Cuff, W和它们的合金以及FeNiCo系合金组成的群中选出的ー种。
8.如权利要求I 7任一项所述的半导体制造装置用部件，其特征在干， 作为从所述陶瓷基体的孔穴的直径减去所述供电部件的直径得到的值的空隙C与所述陶瓷基体的孔穴R的比例C/R满足C/R ( 0. 15。
9.如权利要求8所述的半导体制造装置用部件，其特征在干， 所述比例C/R满足C/R く 0. 09。
10.如权利要求I 9任一项所述的半导体制造装置用部件，其特征在于，所述供电部件，在该供电部件与所述陶瓷基体接合的面的相反侧的面接合有连结部件，从该连结部件的热膨胀系数减去所述陶瓷基体的热膨胀系数的热膨胀系数差D’超过6ppm/K。
11.如权利要求10所述的半导体制造装置用部件，其特征在于，所述连结部件为Cu和其合金构成的金属。
全文摘要
本发明提供一种半导体制造装置用部件，其能降低接合时的残留应力，防止陶瓷基体发生裂纹，即使使用温度为200℃也可获得充分的接合强度，静电吸盘包括埋设有电极(14)的陶瓷基体(12)、在设于陶瓷基体(12)的背面的凹部(16)的底面露出的电极端子(14a)、用于向电极(14)供电的供电部件(20)、连接供电部件(20)和陶瓷基体(12)的接合层(22)。接合层由AuGe系合金、AuSn系合金、或AuSi系合金形成。对于所述陶瓷基体(12)和所述供电部件(20)，从所述供电部件(20)的热膨胀系数减去所述陶瓷基体(12)的热膨胀系数后的热膨胀系数差D选择满足-2.2≤D≤6(单位ppm/K)的。
文档编号H01L21/673GK102738044SQ201210071328
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月16日 优先权日2011年3月31日
发明者早濑徹, 来田雅裕, 胜田祐司 申请人:日本碍子株式会社