JPH01201493A - 多孔質導電性材料およびその製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐食性のよい多孔質導電性材料およびその製
造法、ならびに上記材料を用いたドライエツチング用電
極に関するものである。

〔従来の技術〕

シリコンウェハー上にＩＣ素子を食刻する工程は、従来
主として湿式エツチングにより行われてきたが、近年は
、生産性および加工精度がよいドライエツチングに変わ
りつつある。ドライエツチングにも種々の方式があるが
、その主流は、ガス状有機ハロゲン化合物がプラズマ化
したものをエツチングガスとして用いるものである。こ
の方式のドライエツチングは、加工されるシリコンウェ
ハーに対向するように配置したプラズマ放電電極により
プラズマ化させたエツチングガスでシリコンウェハーを
エツチングするもので、放電電極としては、従来、金属
製またはカーボン製のものが使われている。放電電極は
、プラズマをむらなく発生させるため、エツチングガス
透過用の多数の少孔があけられており、きわめて高価な
ものであるが、腐食性のエツチングガスによって短期間
に侵食され、その機能が損なわれるので、頻繁に交換し
なければならない。

このため、電極交換費用はドライエツチングのコストの
中で大きな割合を占めている。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで本発明の目的は、従来のドライエツチング用電極
よりも耐食性がよく長期間の使用に耐える電極を提供し
、ドライエツチングのコスト低減を可能にすることにあ
る。

本発明の他の目的は、上記ドライエツチング用電極以外
の用途にも有用な、耐食性多孔質導電性材料を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成することに成功した本発明は、独立の相
を形成して三次元網目状に均一に分布するケイ素を含有
し且つ微細な連通気孔を有する炭化ケイ素質成形体より
なる多孔質導電性材料、および該導電性材料からなるド
ライエツチング用電極を提供するものである。

本発明はまた、上記導電性材料の特に有利な製造法すな
わち炭化ケイ素粒子の表面に炭化性有機物をコーティン
グし、コーティングされた炭化ケイ素粒子を後記有機物
炭化処理後の成形体かさ密度が１．７〜２．３（／ｅ＋
ｍ３になるような条件で成形し、得られた成形体を非酸
化性雰囲気で焼成して成形体中の炭化性有機物を炭化さ
せ、次いで処理後の成形体を１４５０°Ｃ以上で溶融ケ
イ素と接触させ、成形体中の有機物炭化物を炭化ケイ素
に変換するのに必要な量以上のケイ素を成形体中に浸透
させて上記有機物炭化物を炭化ケイ素に変換することを
特徴とする多孔質導電性材料の製造法を提供するもので
ある。

第１図は本発明の多孔質導電性材料の断面を示す。

炭化ケイ素部分１は全体の約８０〜９８重量％を占め、
強固な三次元網目状骨格を形成している。ケイ素相２は
、炭化ケイ素部分１の中を、一部は表面に現れながら、
やはり三次元網目状に分布しており、本発明の材料はこ
のケイ素相が存在することにより導電性を示す。

本発明の材料は、三次元網目状に一体化していない独立
細片状のケイ素相があってはいけないものではないが、
十分量の（好ましくは２重量％以上の）一体化したケイ
素相を含有し、それにより全体として導電性を示すもの
であることが必要である。気孔部３は、好ましくはすべ
てが、連通型のものであって、この材料に十分な通気性
を付与し、気孔内に露出したケイ素相と気体の接触を可
能にする。

ドライエツチング用電極として使用する場合、この材料
の中でも特に好ましいのは次のような特性のものである
。

電気比抵抗：２００Ω・ｃｍ以下 気孔部分の量：材料全体の約１５〜５０ｖｏ１％気孔の
大きさ：約２０〜３００μ（断面に現れる気孔の最大径
） 通気率：約０．００３〜ｉ）　、６ｃ１１３・ｃｍ／ｃ
ｌＩ２・ｓｅｃ−ｃｍ！１２０かさ密度：１．８〜２　
、７　ｇ／ｃｍ”曲げ強さ：　１．５〜１５　ｋｇ／＋
＊ｍ”重金属（鉄、クロム、銅等）含有量：１１００ｐ
ｐ以下次に上記導電性材料の製造法について詳述する。

炭化ケイ素粒子は研削材として市販されており、本発明
の製法における原料の炭化ケイ素としてはこれをそのま
ま用いることができる。一般に、炭化ケイ素の粒子径が
大きいほど製品の気孔径が大きくなるから、所望の製品
気孔径に応じて、用いる炭化ケイ素の粒子径を適宜選定
する。ドライエツチング用電極を製造する場合、好まし
い炭化ケイ素の粒径は約３００μ以下である。なお、ド
ライエツチング用電極はシリコンウェハーの重金属汚染
を避けるため重金属含有量が極力低いことが望まれるの
で、原料炭化ケイ素としても重金属含有量の低いものを
用いることが望ましい。

炭化ケイ素粒子のコーティングに用いる炭化性有機物と
しては、水または有機溶剤に溶けてコーティングが可能
な溶液を形成し且つ非酸化性雰囲気で焼成されると高収
率で炭素化するもの、たとえばフェノール樹脂、フラン
樹脂などの熱硬化性樹脂やピッチを用いる。

コーティングは、炭化性有機物の溶液と炭化ケイ素粉末
とを攪拌機を用いてよく混合した後、引続き攪拌しなが
ら加熱して乾燥することにより行うことができる。また
、流動層コーティング法によっても可能である。コーテ
ィングされた炭化性有機物は次の焼成工程で炭化し、形
成された炭化物が溶融ケイ素の反応対象となるので、炭
化性有機物の好適コーテイング量は用いる炭化性有機物
の炭素収率により異なる。したがって、包括的な好適コ
ーテイング量は炭化物換算量により示すのが適当で、そ
の値は炭化ケイ素の重量基準で３〜１５％、特に好まし
くは５〜１２％である。３％以下では炭化ケイ素粒子上
に形成される炭素被覆が連続相になり得ず、したがって
、反応で生じる炭化ケイ素による炭化ケイ素粒子の結合
が不十分な、強度の低い製品しか得られない。また１５
％以上にすることは製品の気孔率を低下させるだけで、
無益である。

なおコーティング工程では、炭化性有機物とともに、次
の成形工程における成形性向上のための助剤を炭化ケイ
素粒子に付着させてもよい。この助剤としては、炭化性
有機物の炭化温度以下の温度で熱分解を起こし飛散して
しまうもの、たとえばパラフィン、ワックス、ステアリ
ン酸、熱可塑性合成樹脂（たとえばアクリル樹脂、メタ
クリル樹脂）などが適当である。

コーティングを終わった炭化ケイ素粒子は、必要量を金
型に入れ、単軸プレスなどを用いて圧縮成形する、この
場合の成形条件は、前述のように、有機物炭化処理後の
成形体かさ密度が１．７〜２　、３１／ｃｍ”になるよ
うな条件とする。かさ密度が１　、７　（７ｃｍ３に満
たないときは、実用上必要な強度を有する製品を得るこ
とが難しくなる。一方、２　、３　ｇ／ｃｍ３をこえる
高密度のものとすると、それにともない小さくなった粒
子間空隙にもケイ素が入り込むため、多孔質材料を得る
ことが困難になる。成形体のかさ密度は、成形圧、成形
温度などを調節することにより、所望の値のものとする
ことができる。

得られた成形体は、まず非酸化性雰囲気で約５００〜１
２００°Ｃに加熱し、成形体中の炭化性有機物を炭化さ
せる（分解性の成形助剤を用いた場合は、それを炭化性
有機物の炭化に先立って分解させる）。炭化性有機物の
炭化は揮発性物質の遊離をともなうため、形成される炭
化物は多数の微細な連通気孔を有するものとなる。

この後、真空中または不活性ガス中で、成形体を金属ケ
イ素の融点である１４５０℃以上、望ましくは約１４５
０℃〜１７００℃に加熱して、溶融ケイ素と接触させる
。このための方法としては、粉末状金属ケイ素中に成形
体を埋めた状態で昇温する方法、適当なバインダーで金
属ケイ素粉末をペースト状にしたものを成形体表面に塗
布して昇温する方法、金属ケイ素粉末をシート状に成形
したものを成形体に接触させた状態で昇温する方法、な
どがある。このとき溶融状態のケイ素は、成形体の有機
物炭化物部分の連通気孔に毛細管現象により浸入し、次
いで炭素と反応して、炭化ケイ素を生じる。有機物炭化
物をすべて炭化ケイ素に変換するのに必要なケイ素の量
は、通常、有機物炭化物重量の２．５倍前後であるから
、本発明の導電性材料を製造する場合はそれ以上のケイ
素を浸透させて、未反応ケイ素を望ましくは材料全体の
２重量％以上残存させることが必要になる。未反応ケイ
素が少なすぎると三次元網目状のケイ素相が形成されず
、必要とする導電性が得られない。

上述のようにして有機物炭化物部分を炭化ケイ素に変換
すると、もともと成形体中にあった炭化ケイ素粒子はこ
の反応により生じｔ；炭化ケイ素および未反応のまま残
るケイ素と一体化する。処理前の成形体中に存在した炭
化ケイ素粒子間空隙は、大部分が空隙のまま残る。以上
により、三次元網目状のケイ素相を有する炭化ケイ素質
成形体からなる本発明の多孔質導電性材料が形成される
。

実施例１ 平均粒子径１００μの炭化ケイ素粒子９００ｇを、５０
０ｍ１のアセトンに溶解したノボラック型フェノール樹
脂１００ｇとともに攪拌機付混合機に入れて混合し、引
続き攪拌しながら加熱してアセトンを蒸発させることに
より、炭化ケイ素粒子にフエノル樹脂をコーティングし
た。

次いで、コーティング済み炭化ケイ素を１ｔｏｎ／ｃｍ
”の圧力で板状に成形し、得られた成形体を焼成した。

焼成後の成形体は、重量が３５．４ｇ、かさ密度が１．
８４　ｇ７ｃｍ３で、９４重量％の炭化ケイ素と６重量
％の樹脂炭化物よりなるものであった。

この焼成済み成形体を、７．１ｇの金属ケイ素粉末（成
形体中の炭素２．１２ｇの３３０％）と接触させた状態
で真空下に加熱し、１５００°Ｃに２時間保つことによ
り、溶融したケイ素の大部分を成形体中に浸透させた。

この溶浸処理後、放冷して得られた多孔質成形体は９３
．７重量％以上が炭化ケイ素からなり、気孔径７０〜１
６０μ、気孔量３０　ｖｏ１％、通気率０．０９ｃｒｉ
・ｃｍ／ｃ♂・ｓｅｃ−ｃｍＢ、ｏ、比伝導度３５Ω・
ｅｌｌ、曲げ強度８．５ｋｇ／ｃ♂のものであった。

〔発明の効果〕

プラズマ放電電極は、前述のようにエツチングガスに対
する耐食性があり且つ通気性を有することが必要である
が、本発明の材料は、炭化ケイ素とケイ素とからなるこ
とにより十分な耐食性と耐熱性を示し、しかも多孔質で
あることにより特別の穿孔加工を施さなくても通気性を
備えている。また、本発明の材料の導電性は金属による
ものではなくてケイ素相によるものであるから、使用中
に重金属を遊離してシリコウェハーを汚染したりする不
都合がない。

以上の特徴を生かして、本発明の材料は、ドライエツチ
ング用電極以外にも種々の分野で使用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多孔質導電性材料の断面図である。 ｌ：炭化ケイ素部分　　　　２：ケイ棄損３：気孔部分 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）独立の相を形成して三次元網目状に均一に分布す
   るケイ素を含有し且つ微細な連通気孔を有する炭化ケイ
   素質成形体よりなる多孔質導電性材料。
2. （２）炭化ケイ素粒子の表面に炭化性有機物をコーティ
   ングし、コーティングされた炭化ケイ素粒子を後記有機
   物炭化処理後の成形体かさ密度が１．７〜２．３ｇ／ｃ
   ｍ＾３になるような条件で成形し、得られた成形体を非
   酸化性雰囲気で焼成して成形体中の炭化性有機物を炭化
   させ、次いで処理後の成形体を１４５０℃以上で溶融ケ
   イ素と接触させ、成形体中の有機物炭化物を炭化ケイ素
   に変換するのに必要な量以上のケイ素を成形体中に浸透
   させて上記有機物炭化物を炭化ケイ素に変換することを
   特徴とする請求項１記載の多孔質導電性材料の製造法。
3. （３）請求項１記載の導電性材料からなるドライエッチ
   ング用電極。