JP2020033239A - 熱伝導異方性ＳｉＣ材 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱伝導に異方性を持たせたＳｉＣ材を提供することにある。【解決手段】本発明の熱伝導異方性ＳｉＣ材は、β−ＳｉＣ材からなり、（１１１）面を板厚方向に対して垂直方向に配向させて、前記（１１１）面のＸＲＤピークの半値幅が２θ／θ測定法で０．２５度以下であり、不純物量が５００ｐｐｍ以下であり、結晶粒界が前記板厚方向に７０％以上平行に存在することを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明はＣＶＤ法による熱伝導異方性ＳｉＣ材に関する。
従来、ＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）は高硬度、耐酸化性、化学的安定性、耐熱性などの特徴が知られており、研磨剤、耐火材、発熱体、半導体素子製造工程で用いるダミーウェハなどに利用されている。この他ＳｉＣには、熱伝導度が良好な特徴を有しており、焼結法、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、物理吸着法など製造方法によって種々の熱伝導度が存在している。
特許文献１に開示の炭化珪素基板は、熱伝導率の異なる第１及び第２の層からなり、高周波損失がなくかつ優れた放熱性を付与している。
ＳｉＣ材をＳｉウェハプロセス装置に用いる場合には、装置側の熱負荷を低減して、プロセス側の熱分布を均一に保つという特性が要求される。しかしながら、このような要求に対して従来のＳｉＣ材単体では対応ができなかった。また、熱伝導度に異方性を持たせたＳｉＣは見当たらない。
特開２０１２−１８９６０号公報
本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、熱伝導に異方性を持たせたＳｉＣ材を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、β−ＳｉＣ材からなり、（１１１）面を板厚方向に対して垂直方向に配向させて、前記（１１１）面のＸＲＤピークの半値幅が２θ／θ測定法で０．２５度以下であり、不純物量が５００ｐｐｍ以下であり、結晶粒界が前記板厚方向に７０％以上平行に存在することを特徴とする熱伝導異方性ＳｉＣ材を提供することにある。
上記第１の手段によれば、ＳｉＣ材について面内方向の熱伝導度を板厚方向よりも優れた熱伝導度を付与することができる。また、半値幅が狭くなり（１１１）面の結晶面を精度良く揃えることができる。
さらに不純物に由来する結晶粒界の偏析がなくなり、面内方向の熱伝導を阻害する因子を除去できる。
本発明によれば、（１１１）面を板厚方向に垂直に配向させると板厚と平行な面からみるとＣ面とＳｉ面が交互に現れる熱伝導異方性ＳｉＣ材となる。このとき面内方向ではＣ面内、Ｓｉ面内の高熱伝導度を有効に利用できる。一方、板厚方向ではＣ面とＳｉ面の繋がりになり面内方向と比較して低熱伝導度を付与できる。
従って、例えば、Ｓｉウェハエッチング装置であれば面内温度分布を良好に保ち、高温プロセス側から装置側となる板厚方向への熱を伝えにくくさせたいとの要求、換言すると装置側の熱負荷を低減して、プロセス側の熱分布の均一性をもたらすことができる要求などに対応できる。
本発明の熱伝導異方性ＳｉＣ材の模式図である。 配向性の悪いＳｉＣ材の物性データを示す図である。 本発明の熱伝導異方性ＳｉＣ材の物性データを示す図である。 本発明の熱伝導異方性ＳｉＣ材を用いたＳｉウェハエッチング装置の説明図である。
本発明の熱伝導異方性ＳｉＣ材の実施形態について、図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
［熱伝導異方性ＳｉＣ材］
本発明の熱伝導異方性ＳｉＣ材は、一例として１０００℃〜１４００℃のＣＶＤ炉内でＳｉＣｌ４とＣＨ４を希釈ガスのＨ２と共に供給することなどにより形成している。また成膜速度を０．２μｍ／分〜２μｍ／分に調整している。
図１は本発明の熱伝導異方性ＳｉＣ材の模式図であり（Ａ）は結晶構造、（Ｂ）は基板の説明図である。図示のように本発明の熱伝導異方性ＳｉＣ材は、（１１１）面を基板の板厚方向に垂直に配向させると板厚と平行な面からみるとＣ面とＳｉ面が交互に現れる構造となる。このとき面内方向ではＣ面内、Ｓｉ面内に高熱伝導度を利用できる。一方、板厚方向ではＣ面とＳｉ面の繋がりになり低熱伝導度を利用できる。
また（１１１）面のＸＲＤピークの半値幅は、２θ／θ測定法で０．２５度以下であり、不純物量が５００ｐｐｍ以下であり、結晶粒界が前記板厚方向に７０％以上平行に存在する。このような構成により、不純物量を低減し、結晶粒界に偏析する傾向を持つ不純物が面内方向の熱伝導度に対してマイナス寄与をすることから、板厚方向に７０％以上平行に存在する結晶粒界へ偏析する不純物量を低減することで面内の熱伝導を低下させない効果を付与できる。
［熱伝導異方性ＳｉＣ材のデータ］
図２は配向性の悪いＳｉＣ材の物性データを示す図である。図３は本発明の熱伝導異方性ＳｉＣ材の物性データを示す図である。図２，３はいずれも縦軸が強度（Ｃｏｕｎｔｓ）、横軸が２θ（ｄｅｇ）を示している。
図２に示すように、配向性の悪いＳｉＣ材は条件が適正でなく、βが半値幅であり配向性が悪い。
図３に示すように本発明の熱伝導異方性ＳｉＣ材は配向性が高く、熱伝導異方性を付与できる。
また面内方向の熱伝導度は２８０（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、板厚方向の熱伝導度は１００〜１３０（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。
［熱伝導異方性ＳｉＣ材を用いた実施例］
図４は本発明の熱伝導異方性ＳｉＣ材を用いたＳｉウェハエッチング装置の説明図である。図示のように本発明の熱伝導異方性ＳｉＣ材は、Ｓｉウェハエッチング装置（装置本体１０）の上部電極板２０に適用することができる。より具体的な上部電極板２０の構成は、熱伝導異方性ＳｉＣ材の（１１１）面が電極板の厚み方向と垂直、換言すると電極板の長手方向に沿って配置させている。このような電極板は厚み方向にＳｉが並ぶ面とＣが並ぶ面が積層する構成となっている。
このような構成の上部電極板は、面内方向ではＣ面内、Ｓｉ面内の高熱伝導度を有効に利用できる。一方、板厚方向ではＣ面とＳｉ面の繋がりになり面内方向と比較して低熱伝導度を付与できる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
また、本発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。
１０ 装置本体
２０ 上部電極板

Claims (1)

  1. β−ＳｉＣ材からなり、（１１１）面を板厚方向に対して垂直方向に配向させて、前記（１１１）面のＸＲＤピークの半値幅が２θ／θ測定法で０．２５度以下であり、不純物量が５００ｐｐｍ以下であり、結晶粒界が前記板厚方向に７０％以上平行に存在することを特徴とする熱伝導異方性ＳｉＣ材。
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