JPS6080295A - 高熱伝導性基板材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）技術分野 この発明は高＼伝導率を有り゛る半導体用基板材料に関
するものである。

（ロ）技術背景 近年、半導体工業の進歩はめざましく、大規模集積回路
などに使用される半導体基板には回路構成要素が益々高
密度に形成されるようになってきている。

また、この大規模集積回路等の小型化への要望も多く、
使用する半導体基板への流入熱量は大幅に増加している
。

従来、基板材料としては、アルミナ磁器あるいは熱放散
を必要とする場合にはべりリア磁器が使用され゛てきた
が、アルミナ磁器基板では集積度が高まるにつれ熱放散
の点でほぼ限界に達している。

また、ベリリア磁器はその製造過程で取扱うベリリアの
有害性のために作業面での安全性に多くの問題点を有し
ているのである。

（ハ）発明の開示 本発明者らは半導体基板材料における上記した従来技術
の問題点に鑑み、アルミナ磁器よりも熱伝導性が高く、
作業面での安全性の問題もなく、しかも入手の容易な原
料を使用して熱放散の大きな基板材料を得ることを目的
として検討の結果、この発明に至ったものである。

即ち、この発明は炭化珪素を特徴とする特許焼結体から
なる基板用材料であって、該焼結体中における遊離珪素
が２０体積％以下、遊離炭素が１０体積％以下であって
、焼結体が理論密度の８０％以上の密度を有するという
高熱伝導率を有する半導体用基板材料を提供せんとする
ものである。

反応焼結炭化珪素は硼素と炭素および／またはアルミニ
ウム化合物を緻密化促進剤として添加した焼結体に比べ
ると、２倍の熱伝導率を有しており、従来から半導体用
基板材料として使用されているアルミナ磁器に比べると
、実に５倍の熱伝導率を有している。

しかもこの炭化珪素を主成分とする反応焼結体は熱膨張
係数がアルミナ磁器やベリリア磁器の約１／２でシリコ
ン単結晶と同等であるため、半導体基板材料としては最
適である。

ところが、この反応焼結体にあっては、該焼結体の密度
、焼結体中に含まれる遊離珪素および遊離炭素の量が熱
伝導率を大きく左右するのである。

即ち、反応焼結体の密度が理論密１褒の８０％以上ある
時には熱伝導率は１００Ｗ　４　’に以上の高い値を示
すが、密度が８０％未満になると、これが急激に低下す
る。従って反応焼結体の密度は理論密度の８０％以上、
好ましくは９０％以上の高い密度を有することが必要で
ある。

またこの炭化珪素を主成分とする反応焼結では炭化珪素
粉末と炭素粉末との混合物を成形したもの、あるいは炭
素の成形体に珪素を反応させて炭化珪素焼結体を製造す
るため、成形体中に過剰に導入された珪素や未反応の珪
素、炭素は遊離珪素、遊離炭素として焼結体中に残留す
ることになる。

従って、焼結体中の′残留遊離珪素の量が少ない程熱伝
導率が高くなるのであり、例えば４体積％のＴｉ離珪素
を含む反応焼結体では１６７Ｗ４″にの高い熱伝導率を
示すのである。

しかして、この遊離珪素の反応焼結体中の量は２０体積
％以下であれば、多少その量が増加しても熱伝導率の顕
著な低下は起らないが、２０体積％を超えると熱伝導率
は７０Ｗ４″に以下と急激に低下する。

このため反応焼結体中に残留する遊離珪素の凶は２０体
積％以下であることが必要である。

また反応焼結体中に残留する遊離炭素の量についても、
少ないほど熱伝導率が高くなる傾向にあり、これが１０
体積％以上では急激に低下するため、１０体積％以下に
抑えることが必要である。

上記の炭化珪素を主成分とする焼結体よりなるこの発明
の高熱伝導性基板材料において、その焼結は成形原料と
して炭化珪素粉末と黒鉛粉末を用い、これを有機結合剤
とともに成形したのち仮焼して珪素雰囲気中で反応焼結
する方法、あるいは炭素成形体を珪素雰囲気中で反応焼
結１′る方法などによって行われ、炭素あるいは黒鉛は
珪素と反応して炭化珪素となるのである。この場合の珪
化処理の方法にも種々の方法がある。即ち成形体の周囲
に酸化珪素と黒鉛の混合粉末をかぶせ、高温度で珪素ガ
スを発生させて成形体の炭素と反応させることにより炭
化珪素化させる”方法、あるいは珪素粉末と反応させる
方法、もしくは真空中で溶融珪素をかぶゼて含浸し、反
応させる方法などがあり、この何れの方法を用いても、
またはこれ以外の方法を用いても製造履歴による特性の
差はほとんどなく、熱伝導率は焼結体の密度と遊離珪素
および遊離炭素の残留量に左右されるのみであると考え
られる。

以下、この発明を実施例により詳細に説明する。

実施例 弗酸で精製処理した不純物含有ω５００ｐｐｍ以下の炭
化珪素粉末（平均粒径２μｍ）１００重量部にアセナシ
ンブラン９１０〜２０重吊部およびフェノール樹脂２０
重量部を加え、アセ１ヘン溶媒で５時間ボールミル混合
した。

この混合物を乾燥したのち、プレスを用いて１ｔｏｎ　
４の圧力で板状に成形した。これを窒素ガス雰囲気中で
９００℃に加熱しフェノール樹脂を炭化させた。

かくして得た一次成形体に高純度珪素を接触させ、アル
ゴンガス雰囲気下にて１５００〜１７００℃に加熱した
。

この加熱により溶融した珪素は徐々に成形体中に゛浸透
し、・反応焼結が行なわれ、目的とする炭化珪素高熱伝
導性基板が得られた。

この際、最初に添加したアセチレンブラックの量および
最高加熱温度とその保持時間を変えることにより第１表
に示すような密度、組成の反応焼結体が得られた。第１
表には同時にこれらの焼結体の熱伝導率と、比較のため
に自己焼結炭化珪素、アルミナ磁器、ステアタイト磁器
などの熱伝導率をも示した。

第　１　表 （＊）炭化珪素は炭化珪素粉末に１重（６）％の硼素と
１重量％の炭素を添加し２１００℃で常圧焼結したもの
である。

上表からこの発明の焼結体基板は熱伝導率が非常に高い
ことが実証された。

特許出願人　住友電気工業株式会社 代　理　人　弁理士　和　１）　昭

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭化珪素を主成分とする焼結体よりなる基板材料
   であって、該焼結体中における遊離珪素の鵠が２０体積
   ％以下、遊離炭素のｍが１０体積％以下で、かつ該焼結
   体が理論密度の８０％以上の密度を有することを特徴と
   する高熱伝導性基板材料。 （２］　焼結体が反応焼結法によって作製されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導性基板
   材料。