JP2022031743A - 窒化アルミニウムウェハの製造方法およびその窒化アルミニウムウェハ - Google Patents

窒化アルミニウムウェハの製造方法およびその窒化アルミニウムウェハ Download PDF

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Abstract

Figure 2022031743000001
【課題】窒化アルミニウムウェハの製造方法およびその窒化アルミニウムウェハを提供する。
【解決手段】本発明の窒化アルミニウムウェハ材は、その外縁上に少なくとも１以上のノッチまたはオリエンテーションフラットを形成し、前記ノッチまたは前記オリエンテーションフラットにより半導体加工工程において不良率を下げることができ、優れたアライメント効果を発揮することで良品率を高めることができる。本発明の窒化アルミニウムウェハは、優れた熱伝導、誘電率及、絶縁性及び放熱性を有するため、半導体加工工程、電子製品や半導体設備に適している。
【選択図】図２

Description

本発明は、窒化アルミニウムウェハおよびその製造方法に関し、特に、半導体製造プロセスで使用することができる、ノッチ、オリエンテーションフラットまたは周囲のエッジを有し半導体電子製品に使用することができる窒化アルミニウムウェハに関する。
ウェハは一般に、シリコンを引き上げ、溶解、精製、蒸留等の工程により単結晶シリコンインゴットを完成させ、シリコンインゴットを加工、研削、研磨等することでウェハが得られる。ウェハの加工方法には、化学的加工、機械的加工および機械的化学的加工がある。化学的加工には、アルカリエッチングまたは酸エッチングが含まれる。機械的加工には研削または研磨が含まれる。機械的化学的処理には、強酸または強アルカリを利用してシリコンウェハの表面に薄くて柔らかい酸化物層をエッチングした後に機械的研磨を行う。
研削の目的はウェハを研磨し厚みを許容範囲内に制御するためであり、研磨の目的は研削により発生した欠陥を改善し、ウェハ表面を平坦化、平面化することでウェハ表面を滑らかにし、微粒子が付着しにくくするためである。ウェハに凹凸が現れる原因の多くは微粒子、ウェハ自体の窪み、残留物または擦れによる傷である。
研削の過程でウェハブロックはウェハにスライスされる。一般的なスライス方法は、ブレードまたはワイヤーによる切断であり、続いて必要な厚みになるまで研削が行われる。ウェハが厚すぎると、放熱性に支障が生じる。一般的にパワーセパレーターのウェハの厚みは約３５０～４５０μｍで、集積回路のウェハは更に薄く、一般的には１８０μｍ以下である。
セラミックは優れた誘電率、絶縁性、熱伝導率、耐熱性及び放熱性を備え、特に高湿度下で安定した性能を発揮する。発明者の研究および調査により、セラミック材料のうち、多結晶窒化アルミニウムは酸化アルミニウムの７～９倍にも達する高い熱伝導率（約１７０～２４０Ｗ／ｍｋ）を備えることがわかった。更に、耐食性、高温耐性、低い膨張係数、高い誘電率、高い機械的強度等の特性を有しているため、ウェハの材料として適しており、シリコンで製造したウェハより優れた効果を発揮する。したがって、本発明は、窒化アルミニウムウェハの製造方法およびそれにより製造される窒化アルミニウムウェハを提供する。本発明の窒化アルミニウムウェハは、窒化アルミニウムを材料に使用するほか、ウェハ上にノッチまたはオリエンテーションフラットを備えるため、加工工程においてアライメント不良、ウェハの破裂または擦り傷の問題を効果的に改善することができる。
本発明の目的は、窒化アルミニウムウェハの製造方法を提供することにある。前記製造方法は以下のステップを含む。ステップ（ａ）：高温処理により窒化アルミニウムグリーン体ブロックを窒化アルミニウムウェハブロックに加工する。ステップ（ｂ）：前記窒化アルミニウムウェハブロックの外縁上に少なくとも１以上のノッチまたはオリエンテーションフラットを形成し、前記窒化アルミニウムウェハブロックを複数の窒化アルミニウムウェハ材にスライスする。ステップ（ｃ）：前記窒化アルミニウムウェハ材それぞれに対し研削と研磨を行う。
好ましい実施例においては、前記窒化アルミニウムグリーン体ブロックは、モールド内に窒化アルミニウムグリーン体を設置し、機械または油圧で成型した後、水圧、油圧または気圧で均圧処理することで得られる。このうち、前記機械または油圧成型は、圧力トン数を９８０６６．５０Ｎ～９８０６６５０．００Ｎ、前記モールド内の圧力を－０．０６３ａｔｍ～１００ａｔｍで行う。前記水圧、油圧または気圧で行う均圧処理は１００ａｔｍ～８０００ａｔｍの圧力と、１０℃～１００℃の温度で行う。
本発明の他の目的は、窒化アルミニウムウェハの製造方法を提供することにある。前記製造方法は以下のステップを含む。ステップ（ａ）：窒化アルミニウムグリーンシートを用意する。前記窒化アルミニウムグリーンシートは、前記窒化アルミニウムグリーン体をドクターブレードでシート化するか、前記窒化アルミニウムグリーン体をドクターブレードで窒化アルミニウムグリーンロールを形成し裁断することで得られる。ステップ（ｂ）：前記窒化アルミニウムグリーンシートを高温処理し窒化アルミニウムウェハ材にする。ステップ（ｃ）：前記窒化アルミニウムウェハ材の外縁上に少なくとも１以上のノッチまたはオリエンテーションフラットを形成し、前記窒化アルミニウムウェハ材に対し研削と研磨を行う。
好ましい実施例においては、前記高温処理は脱脂工程と焼結工程を含む。このうち、前記脱脂工程は２００℃～９００℃かつ水素、窒素、酸素、アルゴンまたは空気がある環境下で行う。前記焼結工程は１０００℃～３０００℃かつ真空、常圧または高圧かつ水素、窒素、アルゴンがある環境下で行う。
好ましい実施例においては、前記窒化アルミニウムグリーン体は窒化アルミニウム顆粒を含む。このうち、前記窒化アルミニウム顆粒は、酸化アルミニウムまたは純アルミニウムの少なくとも一方の粉末と窒素、炭素、水素原子を含む有機接着剤と混合した後、水素、窒素、炭素原子を含むガス環境で高温炭素熱還元反応を行い、窒素、酸素または大気を含むガス雰囲気環境下で高温脱炭後に造粒することで得られる。
好ましい実施例においては、前記高温炭素熱還元反応は、６００℃～３０００℃の温度で行う。
好ましい実施例においては、前記ステップ（ｃ）のうち、研削および研磨を行う前、または後に、前記窒化アルミニウムウェハ材の外縁（すなわち周囲）にエッジを形成する。前記エッジの形状は、直角型、半円形、非対称半円形、半楕円形、非対称半楕円形、対称な台形、非対称な台形、対称な半円形と台形の組み合わせまたは非対称な半円形と台形の組み合わせを含む。
好ましい実施例においては、前記ノッチの形状は、Ｖ形状であり、かつ前記Ｖ形状の底、左右及び上部はＲ面取りされており、これにより応力が集中しウェハが破裂するのを防ぐ。
好ましい実施例においては、前記オリエンテーションフラットは、レーザー、ウォーターカッターまたは機械加工により形成される。
本発明の他の目的は、上述の製造方法により得られる窒化アルミニウムウェハを提供することにある。このうち、前記窒化アルミニウムウェハの外縁は少なくとも１以上のノッチまたはオリエンテーションフラットを有する。
従来の技術と比べ、本発明の窒化アルミニウムウェハの製造方法は、耐食性、耐高温性、低膨張係数、高誘電率および高機械的強度を有する窒化アルミニウムウェハを得ることができる。本発明のウェハはノッチまたはフラットエッジを有するため、アライメント不良のために起こるスライス中の過度な歪みの発生、研削および研磨時にウェハ表面がフラットにならず表面が凸凹になり良品率が低下する問題を改善することができる。
エッジを有さない本発明の窒化アルミニウムウェハを示す説明図である。 エッジおよびＶ形状のノッチを有する本発明の窒化アルミニウムウェハを示す説明図である。 本発明の窒化アルミニウムウェハにノッチおよびエッジを形成する方法を示す説明図である。 本発明の窒化アルミニウムウェハのエッジの形状を示す説明図である。（ａ）直角型（ｂ）半円型（ｃ）非対称な半円型（ｄ）半楕円型（ｅ）非対称な半楕円型（ｆ）対称な台形（ｇ）非対称な台形（ｈ）対称な台形および半円形の組み合わせ型（ｉ）非対称な台形および半円形の組み合わせ型 オリエンテーションフラットを有する本発明の窒化アルミニウムウェハを示す説明図である。
以下の実施例は、本発明を制限するものではない。本発明の技術分野において通常の知識を有する者が本発明の示す実施例について改変を加えたとしても、本発明及び対応する請求の範囲を超えるものではない。
本発明の第一実施形態の窒化アルミニウムウェハの製造方法は以下のステップを含む。ステップ（ａ）：高温処理により窒化アルミニウムグリーン体ブロックを窒化アルミニウムウェハブロックに加工する。ステップ（ｂ）：前記窒化アルミニウムウェハブロックの外縁上に少なくとも１以上のノッチまたはオリエンテーションフラットを形成し、前記窒化アルミニウムウェハブロックを複数の窒化アルミニウムウェハ材にスライスする。ステップ（ｃ）：前記窒化アルミニウムウェハ材それぞれに対し研削と研磨を行う。
本発明の第一実施形態のうち、「窒化アルミニウムグリーン体ブロック」とは、モールド内に窒化アルミニウムグリーン体を設置し、機械または油圧で成型した後、水圧、油圧または気圧で均圧処理することで得られる。前記均圧処理は、同じ方向であることが好ましい。このうち、窒化アルミニウムグリーン体をモールド内に設置し真空、常圧または高圧下で機械または油圧により成型する工程は、完成した窒化アルミニウムウェハの穴を減少させ、ウェハの表面に粒子が付着するのを防ぐことができる。水圧、油圧または気圧で均圧処理を行う工程は、圧縮後の窒化アルミニウムグリーン体の密度を均一にし、均質な窒化アルミニウムグリーン体を得ることができる。前記窒化アルミニウムグリーン体をモールド内に設置し、前記機械または油圧成型する工程は、圧力トン数９８０６６．５０Ｎ～９８０６６５０．００Ｎ（すなわち１０トン～１０００トン）で行う。例えば、９８０６６．５０Ｎ、４９００３３２．５０Ｎ、９８０６６５．００Ｎ、１９６１３３０．００Ｎ、２９４１９９５．００Ｎ、３９２２６６０．００Ｎ、４９０３３２５．００Ｎ、５８８３９９０．００Ｎ、６８６４６５５．００Ｎ、７８４５３２０．００Ｎ、８８２５９８５．００Ｎまたは９８０６６５０．００Ｎであるが、これに限定されない。前記モールド内の圧力は真空、常圧または高圧であり、その圧力の範囲は－０．０６３ａｔｍ～１００ａｔｍである。例えば、－０．０６３ａｔｍ、１ａｔｍ、５ａｔｍ、１０ａｔｍ、２０ａｔｍ、３０ａｔｍ、４０ａｔｍ、５０ａｔｍ、６０ａｔｍ、７０ａｔｍ、８０ａｔｍ、９０ａｔｍまたは１００ａｔｍであるが、これに限定されない。前記水圧、油圧または気圧で行う均圧処理は、１００ａｔｍ～８０００ａｔｍの圧力と、１０℃～１００℃の温度で行う。前記圧力は例えば１００ａｔｍ、２００ａｔｍ、３００ａｔｍ、４００ａｔｍ、５００ａｔｍ、６００ａｔｍ、７００ａｔｍ、８００ａｔｍ、９００ａｔｍ、１０００ａｔｍ、１５００ａｔｍ、２０００ａｔｍ、２５００ａｔｍ、３０００ａｔｍ、３５００ａｔｍ、４０００ａｔｍ、４５００ａｔｍ、５０００ａｔｍ、５５００ａｔｍ、６０００ａｔｍ、６５００ａｔｍ、７０００ａｔｍ、７５００または８０００ａｔｍ等であるが、これに限定されない。前記温度は例えば１０℃、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃または１００℃であるが、これに限定されない。
本発明の第一実施形態のステップ（ｂ）のうち、前記窒化アルミニウムウェハブロックを複数の窒化アルミニウムウェハ材にスライスする過程において利用することができるウェハブロックスライス方法は、ダイヤモンドカッター切断やピアノ線切断などのカッター切断またはワイヤー切断を含むが、これに限定されない。
本発明の第二実施形態の窒化アルミニウムウェハの製造方法は以下のステップを含む。ステップ（ａ）：窒化アルミニウムグリーンシートを用意する。前記窒化アルミニウムグリーンシートは、前記窒化アルミニウムグリーン体をドクターブレードでシート化するか、前記窒化アルミニウムグリーン体をドクターブレードで窒化アルミニウムグリーンロールを形成し裁断することで得られる。（ｂ）：前記窒化アルミニウムグリーンシートを高温処理し窒化アルミニウムウェハ材にする。ステップ（ｃ）：前記窒化アルミニウムウェハ材の外縁上に少なくとも１以上のノッチまたはオリエンテーションフラットを形成し、前記窒化アルミニウムウェハ材に対し研削と研磨を行う。
本発明において「窒化アルミニウムグリーン体」とは、窒化アルミニウムの顆粒と、結合樹脂または分散材の少なくとも一方を混合することで得られる。好ましくは、前記窒化アルミニウムグリーン体は必要に応じ、例えば可塑剤のようなその他の添加剤を加えることもできるが、これに限定されない。可塑剤は前記窒化アルミニウムグリーンシートに可撓性を持たせることができる。
本発明において「結合樹脂」とは、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール、エチルセルロース、ポリアセトン、低級アルキルアクリレートコポリマー、プロピオール酸メチルのうちのいずれか、またはこれらの組み合わせである。前記結合樹脂の添加量は、前記窒化アルミニウムグリーン体に対し０．１重量％から１０重量％、例えば０．１重量％、１重量％、３重量％、５重量％、７重量％または１０重量％を占めるが、これに限定されない。
本発明において「分散材」とは、アルコール、ケトン、エステル、カルボン酸または炭化水素などを含む有機溶媒である。具体的には例えば、メタノール、エタノール（９５％）、ｎ－ブタノール、ペンタノール、トルエンエタノール（９５％）、ジアセトンアルコール等のアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン、酢酸メチル、酢酸エチル（８５％）、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、リン酸トリブチル等のエステル、酢酸等のカルボン酸、四塩化炭素、ジクロロプロパン等のハロゲン置換炭化水素、トルエン、１，４－ジオキサン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブのうちのいずれか、またはそれらの組み合わせであるが、これに限定されない。
本発明において「窒化アルミニウム顆粒」とは、酸化アルミニウムまたは純アルミニウムの少なくとも一方の粉末と窒素、炭素、水素原子を含む有機接着剤と混合した後、水素、窒素、炭素原子を含むガス環境で高温炭素熱還元反応を行い、窒素、酸素または大気を含むガス雰囲気環境下で高温脱炭後に造粒することで得られる。このうち、炭素源は固体、気体または原子である。「高温炭素熱還元反応」とは、酸化アルミニウムまたはアルミニウムの酸素原子と炭素原子で一酸化炭素または二酸化炭素を形成し、酸素原子の空孔を窒素原子と交換するか、窒素原子を挿入して窒化アルミニウムを形成する。このうち、前記高温炭素熱還元反応は、水素、窒素、炭素原子を含むガス環境で、圧力は－０．０６３ａｔｍ～６０００ａｔｍ、温度は６００℃～３０００℃で行う。前記圧力は、－０．０６３ａｔｍ、１ａｔｍ、１００ａｔｍ、５００ａｔｍ、１０００ａｔｍ、１５００ａｔｍ、２０００ａｔｍ、３０００ａｔｍ、４０００ａｔｍ、５０００ａｔｍまたは６０００ａｔｍだが、これに限定されない。前記温度は６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃、１６００℃、２０００℃、２１００℃、２２００℃、２３００℃、２４００℃、２５００℃、２６００℃、２７００℃、２８００℃、２９００℃または３０００℃だが、これに限定されない。「高温脱炭後」とは、前記高温炭素熱還元反応中に発生する不要な炭素または炭化物を除去することを指す。温度は２００℃～９００℃で行う。例えば、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃または９００℃だが、これに限定されない。前記窒化アルミニウム顆粒の粒径は１０ｎｍ～２００ｕｍであり、例えば１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍ、３００ｎｍ、３５０ｎｍ、４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍ、１ｕｍ、１０ｕｍ、２０ｕｍ、３０ｕｍ、４０ｕｍ、５０ｕｍ、６０ｕｍ、７０ｕｍ、８０ｕｍ、９０ｕｍ、１００ｕｍ、１１０ｕｍ、１２０ｕｍ、１３０ｕｍ、１４０ｕｍ、１５０ｕｍ、１６０ｕｍ、１７０ｕｍ、１８０ｕｍ、１９０ｕｍまたは２００ｕｍだが、これに限定されない。
前記「造粒」工程では、必要に応じ、焼結助剤またはバインダーの少なくとも一方と、分散材を加える。前記造粒の方法は、粉末造粒、アトマイズ造粒、スプレー造粒、攪拌転造・混合造粒、加圧成形造粒、焼結成形造粒等を含む。粉末造粒、アトマイズ造粒及びスプレー造粒が好ましく、粉末造粒がより好ましい。このうち、前記焼結助剤は、酸化物または窒化物を含む。前記酸化物は、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、酸化レニウム、酸化イットリウム、酸化ケイ素、ホウ素、炭素のいずれか、またはそれらの組み合わせを含む。前記窒化物は、窒化アルミニウム、窒化ホウ素のいずれか、またはそれらの組み合わせを含む。前記焼結助剤は更に、セリウム、ユウロピウム、エルビウム、ネオジム、テルビウム、サマリウム、ツリウム、ジスプロシウム、イットリウム、ガドリニウム、プラセオジム、ルテチウム、ホルミウム、プロメチウム、ランタン、イッテルビウムのような金属を含んでもよい。前記焼結助剤の重量は、前記窒化アルミニウムの重量の０ｗｔ％～２０ｗｔ％の間であり、例えば０ｗｔ％、０．５％、１ｗｔ％、１．５％、２ｗｔ％、５ｗｔ％、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％または２０ｗｔ％であるが、これに限定されない。前記バインダーは、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリエチレングリコール、アラビアガム、アルギン酸、メチルセルロース、ビニルセルロース、エチルセルロース、炭化水素エチルセルロース、メタクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、ポリエチレングリコールのいずれか、またはその組み合わせが含まれる。前記バインダーの重量は、前記窒化アルミニウムの重量の０．１ｗｔ％～２０ｗｔ％の間であり、例えば０．１ｗｔ％、１ｗｔ％、３ｗｔ％、５ｗｔ％、７ｗｔ％、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％または２０ｗｔ％であるが、これに限定されない。前記分散材は、ポリアクリル酸、ポリプロピレン、ポリアクリルアミド、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレングリコール、アラビアガム、ゼラチン、魚油、トビウオ油、オレイン酸、ひまし油のいずれか、またはその組み合わせが含まれる。前記分散材の重量は、前記窒化アルミニウムの重量の０．１ｗｔ％～２０ｗｔ％の間であり、例えば０．１ｗｔ％、１ｗｔ％、２ｗｔ％、３ｗｔ％、４ｗｔ％、５ｗｔ％、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％または２０ｗｔ％であるが、これに限定されない。
本発明において「窒素、炭素、水素原子を含む有機接着剤」とは、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、ＡＢＳ樹脂、スチレンブタジエンゴム、カーボンパウダーのいずれか、またはこれらの組み合わせであり、フェノール樹脂であることが好ましい。
本発明において「高温処理」とは、脱脂工程及び焼結工程を含む。「脱脂工程」とは、窒化アルミニウムグリーン体に含まれる有機物を加熱及びその他の物理的方法で除去する工程を指す。従来の熱脱脂、溶剤脱脂、触媒脱脂、水溶媒抽出脱脂を採用してもよいが、熱脱脂が好ましく、温度は２００℃～９００℃で、例えば２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃または９００℃等であり、かつ水素、窒素、酸素、アルゴンまたは空気がある環境下で行う。この脱脂工程では、前記窒化アルミニウム顆粒からバインダーを除去することができる。「焼結工程」とは、高温かつ真空、常圧または高圧かつ水素、窒素、アルゴンがある環境下で行う焼結処理工程を指す。このうち、前記高温は１０００℃～３０００℃であり、具体的には例えば１０００℃、１２００℃、１５００℃、２０００℃、２５００℃または３０００℃であるが、これに限定されない。前記真空、常圧または高圧の圧力の範囲は－０．０６３ａｔｍ～６０００ａｔｍであり、具体的には例えば－０．０６３ａｔｍ、０ａｔｍ、１ａｔｍ、１００ａｔｍ、５００ａｔｍ、１０００ａｔｍ、１５００ａｔｍ、２０００ａｔｍ、３０００ａｔｍ、４０００ａｔｍ、５０００ａｔｍまたは６０００ａｔｍだが、これに限定されない。
本発明のステップ（ｃ）のうち、研削研磨前または後に、前記窒化アルミニウムウェハ材の周囲にエッジを形成する。図１はエッジを有さない本発明の窒化アルミニウムウェハを示す説明図である。図２はエッジを有する本発明の窒化アルミニウムウェハを示す説明図である。
本発明において「エッジ」とは、前記窒化アルミニウムウェハ材の周囲に形成される特定の形状のことを指す。前記エッジは、汎用のエッジグラインダーまたは機械加工機（ＣＮＣ）で完成させる。具体的には例えば、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、特定の形状のグラインダー砥石を形成する。前記窒化アルミニウムウェハ材はエッジ研削用のグラインダー砥石６で研削を行うことで、半円形のエッジ２を得ることができる。図４（ａ）～（ｉ）は、本発明の窒化アルミニウムウェハのエッジの形状を示す説明図である。それぞれ、（ａ）直角型（ｂ）半円型（ｃ）非対称な半円型（ｄ）半楕円型（ｅ）非対称な半楕円型（ｆ）対称な台形（ｇ）非対称な台形（ｈ）対称な台形および半円形の組み合わせ型（ｉ）非対称な台形および半円形の組み合わせ型であるが、これに限定されない。エッジは、製造工程においてウェハに応力が集中する問題や、バリが発生する問題、ウェハの周囲に亀裂が入る問題を防ぐことができる。これにより、この後の工程で設置するフォトレジスト層やエピタキシャル層の平坦性への影響が良く、フォトレジスト層やエピタキシャル層を表面に均一に分布させることができる。ただし、特殊な製造工程においてはエッジ処理を行わないこともできる。
本発明において「ノッチまたはオリエンテーションフラット」とは、前記窒化アルミニウムウェハ材の外縁に設置される１以上の特定形状のものである。図２に示すように、前記ノッチはＶ形状で、前記Ｖ形状のそれぞれの角、すなわちＶ形状の底部、左右および上部をＲ面取りすることで、応力が集中しウェハが破裂するのを防ぐ。図５に示すように、前記オリエンテーションフラットは平面状である。このうち、前記ノッチはグラインダー砥石で形成する。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ノッチ研削用のグラインダー砥石７で前記窒化アルミニウムウェハの外縁にノッチ２を形成する。前記オリエンテーションフラットはウェハの外縁を切断するための汎用のカッターで完成することができる。切断の方式は、レーザー、ウォーターカッターまたは機械加工を含むが、これに限定されない。前記ノッチまたはオリエンテーションフラットは、前記窒化アルミニウムウェハの製造工程において、位置決めを更に正確にし、良品率を高めることができる。
本発明において「研削」とは、乾式研削または湿式研削であり、単方向または双方向に研削することを指す。単方向の研削の場合、前記窒化アルミニウムウェハの裏側にはＵＶ接着剤、ホットメルト接着剤または塗布用接着剤を使用することで、均一性を高めることができる。
本発明において「研磨」とは、乾式研磨または湿式研磨であり、単方向または双方向に研磨することを指す。
本発明の窒化アルミニウムウェハは、熱伝導率は約１００Ｗ／ｍｋ～２５０Ｗ／ｍｋであるため、放熱しやすく、熱膨張が起こりにくい。具体的には例えば１００Ｗ／ｍｋ、１１０Ｗ／ｍｋ、１２０Ｗ／ｍｋ、１３０Ｗ／ｍｋ、１４０Ｗ／ｍｋ、１５０Ｗ／ｍｋ、１６０Ｗ／ｍｋ、１７０Ｗ／ｍｋ、１８０Ｗ／ｍｋ、１９０Ｗ／ｍｋ、２００Ｗ／ｍｋ、２１０Ｗ／ｍｋ、２２０Ｗ／ｍｋ、２３０Ｗ／ｍｋ、２４０Ｗ／ｍｋまたは２５０Ｗ／ｍｋである。誘電率は８～９（１ＭＨｚ）であるため、絶縁効果を有する。具体的には例えば８（１ＭＨｚ）、８．１（１ＭＨｚ）、８．２（１ＭＨｚ）、８．３（１ＭＨｚ）、８．４（１ＭＨｚ）、８．５（１ＭＨｚ）、８．６（１ＭＨｚ）、８．７（１ＭＨｚ）、８．８（１ＭＨｚ）、８．９（１ＭＨｚ）または９（１ＭＨｚ）である。曲げ強度は２００～６００ＭＰａであり、具体的には例えば２００ＭＰａ、２５０ＭＰａ、３００ＭＰａ、３５０ＭＰａ、４００ＭＰａ、４５０ＭＰａ、５００ＭＰａ、５５０ＭＰａまたは６００ＭＰａであるため、機械強度に優れている。
本発明の窒化アルミニウムウェハの製造方法により得られる窒化アルミニウムウェハは、１８インチ、１２インチ、１０インチ、８インチ、６インチ、４．５インチ、４インチ、２インチまたは他の加工により製造可能な範囲の円形であり、絶縁性、放熱性、誘電率に優れ、半導体加工工程、フォトマスク、エッチング、パッケージング、テストの後、３次元回路パッケージング、パワー半導体コンポーネントパッケージング、回路製造等のエレクトロニクス産業または半導体産業に利用することができる。
以下の実施例は、本発明の技術分野において通常の知識を有する者が本発明の技術を理解するために掲示するものであり、これらの範囲を逸脱せずとも、多様な改変により異なる用途や状況に対応することが可能である。よって、他の実施例もまた本願の請求の範囲である。
製造例１－窒化アルミニウム顆粒の形成
酸化アルミニウムを１ｋｇ、純アルミニウム粉末を１ｋｇ及びフェノール樹脂をフェノール樹脂と炭素粉末とボールミルで混合・混合した後、粒子を１ａｔｍ及び１６００℃の高温炉に移し、アセチレン、窒素、水素を供給して高温炭素熱還元反応を２０時間行い、還元された粒子を大気中に置き、６００℃で２４時間高温脱炭後、大川原製作所のフロージェットグラニュレーターを使用して造粒し、６０～９０ｕｍの粒子サイズの窒化アルミニウム顆粒を１．１ｋｇ得る。
実施例１－窒化アルミニウムウェハの製造方法１
上述の製造例１で得られた３ｋｇの窒化アルミニウム顆粒を１０％のポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂及び１％の分散剤と混合し窒化アルミニウムグリーン体を得る。そのあと、前記窒化アルミニウムグリーン体を油圧機のモールド内に設置し、圧力１９６１３３０Ｎの真空下、モールド内の圧力は－０．０６３ａｔｍで高圧成型し、ＥＰＳＩの水圧プレス機を使い３０℃の環境下で圧力３０００ａｔｍで等圧均等化処理を行い、窒化アルミニウムグリーン体ブロックを得る。前記窒化アルミニウムグリーン体ブロックを空気下の６００℃の環境で脱脂を行った後、島津の高温炉により１０ａｔｍかつ１８００℃で焼結処理を行い、窒化アルミニウムウェハブロックを得る。前記窒化アルミニウムウェハブロックをグラインダーに移しノッチを削りだした後、ワイヤーソーで８インチの窒化アルミニウムウェハ材にスライスし、両面研削盤で両面を湿式研削し、更に必要なサイズになるまで片面を研削する。更に対応した大きさのグラインダーで研削し、半円形のエッジを形成した後、研磨機で両面を乾式研磨することで窒化アルミニウムウェハが得られる。
実施例２－窒化アルミニウムウェハの製造方法２
上述の製造例１で得られた３ｋｇの窒化アルミニウム顆粒を１０％のポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂及び１％の分散剤と混合し窒化アルミニウムグリーン体を得る。そのあと、ドクターブレードにより窒化アルミニウムグリーンシートを形成し、６０℃で１０分間乾燥する。前記窒化アルミニウムグリーンシートを空気下の６００℃の環境で脱脂を行った後、島津の高温炉により１ａｔｍかつ１８００℃で焼結処理を行い窒化アルミニウムウェハ材を得る。前記窒化アルミニウムウェハ材をレーザー機に移し、外縁上にノッチを形成し、レーザーで８インチの窒化アルミニウムウェハ材に切断し、両面研削盤で両面を湿式研削し、更に必要なサイズになるまで片面を研削する。更に対応した大きさのグラインダーで研削し、半円形のエッジを形成した後、研磨機で両面を乾式研磨することで窒化アルミニウムウェハが得られる。
テスト例、性能テスト
実施例１及び２で製造した窒化アルミニウムウェハ、比較例１のシリコンウェハ、比較例２の酸化アルミニウムウェハ及び比較例３のガラスウェハに対し性能テストを行う。テスト項目は熱伝導、曲げ強度及び誘電率である。
テスト結果は表１に示すとおりである。他の材質のシリコンウェハと比べ、実施例１及び２の窒化アルミニウムウェハは熱伝導が高く、高い曲げ強度及び誘電率を有するため、性能に優れていることがわかる。
Figure 2022031743000002
上述の通り、本発明の窒化アルミニウムウェハの製造方法は、耐食性、耐高温性、低膨張係数、高誘電率および高機械的強度を有する窒化アルミニウムウェハを得ることができる。本発明のウェハはノッチまたはフラットエッジを有するため、アライメント不良のために起こる切断中の過度な歪みの発生、研削および研磨時にウェハ表面がフラットにならず表面が凸凹になり良品率が低下する問題を改善することができる。
以上、本発明について詳細に説明したが、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
１ 窒化アルミニウムウェハ
２ ノッチ
３ エッジ
４ オリエンテーションフラット
６ エッジ研削用のグラインダー砥石
７ ノッチ研削用のグラインダー砥石

Claims (5)

  1. 窒化アルミニウムウェハの製造方法であって、
    ステップ（ａ）：前記窒化アルミニウムグリーン体をドクターブレードでシート化するか、前記窒化アルミニウムグリーン体をドクターブレードで窒化アルミニウムグリーンロールを形成し裁断することで得られる窒化アルミニウムグリーンシートを用意するステップと、
    ステップ（ｂ）：前記窒化アルミニウムグリーンシートを高温処理し窒化アルミニウムウェハ材にするステップと、
    ステップ（ｃ）：前記窒化アルミニウムウェハ材の外縁上に少なくとも１以上のノッチを形成し、前記窒化アルミニウムウェハ材に対し研削と研磨を行うステップと、
    を含み、
    前記ノッチの形状は、Ｖ形状であり、前記Ｖ形状の底、左右及び上部はＲ面取りされていることを特徴とする窒化アルミニウムウェハの製造方法。
  2. 前記高温処理は、脱脂工程と、焼結工程と、を含み、
    このうち、前記脱脂工程は、２００℃～９００℃かつ水素、窒素、酸素、アルゴンまたは空気がある環境下で行い、
    前記焼結工程は、１０００℃～３０００℃かつ真空、常圧または高圧かつ水素、窒素、アルゴンがある環境下で行うことを特徴とする請求項１に記載の窒化アルミニウムウェハの製造方法。
  3. 前記窒化アルミニウムグリーン体は、窒化アルミニウム顆粒を含み、
    このうち、前記窒化アルミニウム顆粒は、酸化アルミニウムまたは純アルミニウムの少なくとも一方の粉末と、窒素、炭素、水素原子を含む有機接着剤と混合した後、水素、窒素、炭素原子を含むガス環境下で高温炭素熱還元反応を行い、窒素、酸素または大気を含むガス雰囲気環境下で高温脱炭後に造粒することで得られることを特徴とする請求項１に記載の窒化アルミニウムウェハの製造方法。
  4. 前記高温炭素熱還元反応は、６００℃～３０００℃の温度で行うことを特徴とする請求項３に記載の窒化アルミニウムウェハの製造方法。
  5. 前記ステップ（ｃ）のうち、研削および研磨を行う前、または後に、前記窒化アルミニウムウェハ材の外縁にエッジを形成し、
    前記エッジの形状は、直角型、半円形、非対称半円形、半楕円形、非対称半楕円形、対称な台形、非対称な台形、対称な半円形と台形の組み合わせまたは非対称な半円形と台形の組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化アルミニウムウェハの製造方法。
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