WO2020044571A1 - 熱伝導異方性ＳｉＣ材 - Google Patents

熱伝導異方性ＳｉＣ材 Download PDF

Info

Publication number
WO2020044571A1
WO2020044571A1 PCT/JP2018/034062 JP2018034062W WO2020044571A1 WO 2020044571 A1 WO2020044571 A1 WO 2020044571A1 JP 2018034062 W JP2018034062 W JP 2018034062W WO 2020044571 A1 WO2020044571 A1 WO 2020044571A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plane
sic material
thermal conductivity
thickness direction
present
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/034062
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
史朋 河原
Original Assignee
株式会社フェローテックホールディングス
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社フェローテックホールディングス filed Critical 株式会社フェローテックホールディングス
Publication of WO2020044571A1 publication Critical patent/WO2020044571A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/673—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere using specially adapted carriers or holders; Fixing the workpieces on such carriers or holders

Definitions

  • the present invention relates to a thermally conductive anisotropic SiC material formed by a CVD method.
  • SiC Silicon Carbide
  • SiC Silicon Carbide
  • abrasives refractory materials
  • heating elements dummy wafers used in semiconductor element manufacturing processes, and the like.
  • SiC has a characteristic of good thermal conductivity, and various thermal conductivity exists depending on a manufacturing method such as a sintering method, a chemical vapor deposition method (CVD method), and a physical adsorption method.
  • the silicon carbide substrate disclosed in Patent Literature 1 includes first and second layers having different thermal conductivities, and has no high-frequency loss and provides excellent heat dissipation.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a SiC material having anisotropy in heat conduction in view of the above-mentioned problems of the related art.
  • the present invention as a first means for solving the above problems, comprises a ⁇ -SiC material, and orients a (111) plane in a direction perpendicular to a thickness direction to obtain an XRD peak of the (111) plane.
  • the half-value width is 0.25 degrees or less as measured by a 2 ⁇ / ⁇ measurement method
  • the impurity amount is 500 ppm or less
  • a crystal grain boundary exists at least 70% parallel to the plate thickness direction.
  • An object of the present invention is to provide an isotropic SiC material.
  • the first means it is possible to provide the SiC material with a higher thermal conductivity in the in-plane direction than in the thickness direction.
  • the half width is reduced, and the (111) crystal plane can be aligned with high precision. Further, segregation of crystal grain boundaries derived from impurities is eliminated, and a factor that inhibits in-plane heat conduction can be removed.
  • the heat conduction anisotropic SiC material appears as a C plane and a Si plane alternately when viewed from a plane parallel to the plate thickness.
  • the high thermal conductivity in the C plane and the Si plane can be effectively used.
  • the C plane and the Si plane are connected, and a lower thermal conductivity can be imparted than in the in-plane direction.
  • the thermally conductive anisotropic SiC material of the present invention is formed, for example, by supplying SiC 14 and CH 4 together with diluent gas H 2 in a CVD furnace at 1000 ° C. to 1400 ° C. Further, the film forming speed is adjusted to 0.2 ⁇ m / min to 2 ⁇ m / min.
  • FIG. 1A is a crystal structure
  • FIG. 1B is an explanatory diagram of a substrate.
  • the thermally conductive anisotropic SiC material of the present invention when the (111) plane is oriented perpendicular to the thickness direction of the substrate, the C plane and the Si plane appear alternately when viewed from a plane parallel to the thickness. Structure. At this time, in the in-plane direction, high thermal conductivity can be used in the C plane and the Si plane. On the other hand, in the thickness direction, the C plane and the Si plane are connected, and low thermal conductivity can be used.
  • the half width of the XRD peak of the (111) plane is 0.25 ° or less by a 2 ⁇ / ⁇ measurement method
  • the impurity amount is 500ppm or less
  • the crystal grain boundary exists at least 70% parallel to the plate thickness direction. I do.
  • FIG. 2 is a view showing physical property data of a SiC material having poor orientation.
  • FIG. 3 is a diagram showing physical property data of the thermally conductive anisotropic SiC material of the present invention. 2 and 3, the vertical axis indicates intensity (Counts) and the horizontal axis indicates 2 ⁇ (deg). As shown in FIG. 2, the condition of the SiC material having poor orientation is not appropriate, and ⁇ has a half-value width and poor orientation. As shown in FIG. 3, the thermally conductive anisotropic SiC material of the present invention has high orientation and can impart thermal conductive anisotropy.
  • the thermal conductivity in the in-plane direction is 280 (W / m ⁇ K), and the thermal conductivity in the thickness direction is 100 to 130 (W / m ⁇ K).
  • FIG. 4 is an explanatory view of a Si wafer etching apparatus using the thermally conductive anisotropic SiC material of the present invention.
  • the thermally conductive anisotropic SiC material of the present invention can be applied to the upper electrode plate 20 of a Si wafer etching apparatus (apparatus main body 10).
  • the (111) plane of the heat conductive anisotropic SiC material is arranged perpendicular to the thickness direction of the electrode plate, in other words, along the longitudinal direction of the electrode plate.
  • Such an electrode plate has a configuration in which a surface in which Si is arranged in a thickness direction and a surface in which C is arranged are stacked.
  • the upper electrode plate having such a configuration can effectively utilize the high thermal conductivity in the C plane and the Si plane in the in-plane direction.
  • the C plane and the Si plane are connected, and a lower thermal conductivity can be imparted than in the in-plane direction.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

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。

Description

熱伝導異方性ＳｉＣ材
　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ＳｉＣ１４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。
PCT/JP2018/034062 2018-08-31 2018-09-13 熱伝導異方性ＳｉＣ材 WO2020044571A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018162677A JP6889133B2 (ja) 2018-08-31 2018-08-31 熱伝導異方性ＳｉＣ材
JP2018-162677 2018-08-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020044571A1 true WO2020044571A1 (ja) 2020-03-05

Family

ID=69645117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/034062 WO2020044571A1 (ja) 2018-08-31 2018-09-13 熱伝導異方性ＳｉＣ材

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6889133B2 (ja)
WO (1) WO2020044571A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1179846A (ja) * 1997-09-01 1999-03-23 Tokai Carbon Co Ltd 炭化珪素成形体
JPH11228297A (ja) * 1998-02-10 1999-08-24 Japan Atom Energy Res Inst 立方晶炭化珪素単結晶薄膜の作製方法
JP2002047066A (ja) * 2000-08-02 2002-02-12 Tokai Carbon Co Ltd ＳｉＣ成形体およびその製造方法
JP2011074436A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Covalent Materials Corp 炭化ケイ素材料

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1179846A (ja) * 1997-09-01 1999-03-23 Tokai Carbon Co Ltd 炭化珪素成形体
JPH11228297A (ja) * 1998-02-10 1999-08-24 Japan Atom Energy Res Inst 立方晶炭化珪素単結晶薄膜の作製方法
JP2002047066A (ja) * 2000-08-02 2002-02-12 Tokai Carbon Co Ltd ＳｉＣ成形体およびその製造方法
JP2011074436A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Covalent Materials Corp 炭化ケイ素材料

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020033239A (ja) 2020-03-05
JP6889133B2 (ja) 2021-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9698074B2 (en) Heated substrate support with temperature profile control
US9466518B2 (en) Electrostatic chuck device
WO2015114961A1 (ja) 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法
US11268189B2 (en) Method of manufacturing tantalum carbide coating layer using chemical vapor deposition and tantalum carbide manufactured using the same
TWI725910B (zh) 晶圓、磊晶晶圓以及其製造方法
JP5865796B2 (ja) エピタキシャル成長装置および炭化珪素エピタキシャルウエハ製造方法
KR20160065090A (ko) 다이아몬드 기판 및 다이아몬드 기판의 제조 방법
WO2021121024A1 (zh) 应用于薄膜沉积装置的托盘
WO2017188145A1 (ja) サセプタ
WO2020044571A1 (ja) 熱伝導異方性ＳｉＣ材
JP2008159900A (ja) 静電チャック付きセラミックヒーター
JP4551106B2 (ja) サセプタ
CN109957840B (zh) SiC锭及SiC锭的制造方法
JP2011074436A (ja) 炭化ケイ素材料
JP2007299867A (ja) 静電チャック及びその製造方法
JPS60200519A (ja) 発熱体
WO2011065122A1 (ja) 半導体基板の製造方法
KR102183258B1 (ko) SiC 소재 및 이의 제조방법
TWI510666B (zh) 熱解氮化硼被覆碳基材的製造方法
TWI646229B (zh) 碳化矽材料及碳化矽複合材料
US20090308859A1 (en) Ceramic heater and method of manufacturing the same
JP2001257163A (ja) 炭化珪素部材、耐プラズマ部材及び半導体製造用装置
JP2022095449A (ja) 半導体熱処理部材
US9657394B2 (en) Hot plate and method of manufacturing the same
US20140209242A1 (en) Substrate processing chamber components incorporating anisotropic materials

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18931703

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18931703

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1