JP6412886B2 - AlN基板 - Google Patents
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Description
本発明のAlN基板は、酸化物換算で0.009質量%以上、0.28質量%以下の2A族元素、および酸化物換算で0.02質量%以上、4.5質量%以下の3A族元素を含むAlNの焼結体からなり、他部材との接合面を備え、前記接合面は、面精度を示すPV値が300nm以下であることを特徴とする。
本発明のAlN基板のもとになる焼結体は、例えばAlNの粉末に、2A族元素の酸化物、3A族元素の酸化物その他の焼結助剤成分の粉末を、焼結後の2A族元素の割合が酸化物換算で0.009質量%以上、0.28質量%以下、3A族元素の割合が酸化物換算で0.02質量%以上、4.5質量%以下となるように配合した焼結材料を用いて形成される。
上記本発明のAlN基板は、例えば当該AlN基板の接合面を、ヌープ硬さHK:4000kgf/mm2以上、平均粒径:0.03μm以上、2μm以下の砥粒を使用して、研磨荷重:50g/cm2以上、300g/cm2以下の条件で鏡面研磨する工程を経て製造される。
本発明のAlN基板のもとになる焼結体は、これに限定されないが、例えば下記の焼結材料を用いて、下記の工程を経て製造することができる。
焼結体のもとになるAlNの粉末の平均粒径は0.1μm以上であるのが好ましく、3.0μm以下であるのが好ましい。また2A族元素の化合物の粉末の平均粒径は0.2μm以上であるのが好ましく、5.0μm以下であるのが好ましい。3A族元素の化合物の粉末の平均粒径は0.2μm以上であるのが好ましく、4.0μm以下であるのが好ましい。さらにSiの化合物の粉末の平均粒径は0.5μm以上であるのが好ましく、6.0μm以下であるのが好ましい。
上記AlNの粉末と、2A族元素の酸化物、3A族元素の酸化物その他の焼結助剤成分の粉末に、さらにバインダと分散媒とを配合してスラリーを調製し、当該スラリーをシート状に成形してグリーンシートを作製する。
次に上記の予備成形体を、バインダの熱分解温度以上に加熱してバインダその他の有機物を除去して焼結材料のみからなる焼結前の前駆体を作製する。
次に上記の前駆体を、窒素雰囲気等の不活性雰囲気中で焼結して焼結体を形成する。
(焼結材料の準備)
焼結材料としては、下記の各成分の粉末を準備した。
CaCO3:平均粒径6μm
Yb2O3:平均粒径1.2μm
Nd2O3:平均粒径3.5μm
Al2O3:平均粒径0.3μm
SiO2:平均粒径3.8μm
(スラリーの調製および予備成形体の作製)
上記各成分の粉末を、焼結後の割合が、
AlN:97.82質量%
2A族元素としてのCa(酸化物換算):0.09質量%
3A族元素としてのYb(酸化物換算):0.99質量%
3A族元素としてのNd(酸化物換算):0.9質量%
Si(酸化物換算):0.2質量%
となるように配合するとともに、分散媒とバインダとを配合してスラリーを調製した。
作製した予備成形体を窒化ホウ素製の治具上に配置し、大気中で温度:500℃、時間:5時間の条件で脱バインダ処理して、焼結材料のみからなる焼結前の前駆体を作製した。
上記の前駆体を、窒素雰囲気中で温度:1650℃、時間:5時間、圧力:1気圧の条件で焼結させて焼結体を作製した。
(鏡面研磨工程)
作製した焼結体の円板の片面である接合面を、ヌープ硬さHK:7000kgf/mm2、平均粒径:1μmのダイヤモンド砥粒を使用して、研磨荷重:150g/cm2の条件で、遊離砥粒によるラップ加工によって鏡面研磨して、φ200×0.7mmtの円板状のAlN基板を製造した。AlN基板の反りは0.8μm/mmであった。
鏡面研磨工程での研磨荷重を30g/cm2(比較例1)、50g/cm2(実施例2)、100g/cm2(実施例3)、200g/cm2(実施例4)、300g/cm2(実施例5)、および400g/cm2(比較例2)としたこと以外は実施例1と同様にしてAlN基板を製造した。
鏡面研磨工程でヌープ硬さHK:7000kgf/mm2、平均粒径:0.03μmのダイヤモンド砥粒を使用し、研磨荷重を30g/cm2(比較例3)、50g/cm2(実施例6)、100g/cm2(実施例7)、150g/cm2(実施例8)、200g/cm2(実施例9)、300g/cm2(実施例10)、および400g/cm2(比較例4)としたこと以外は実施例1と同様にしてAlN基板を製造した。
鏡面研磨工程でヌープ硬さHK:7000kgf/mm2、平均粒径:2μmのダイヤモンド砥粒を使用し、研磨荷重を30g/cm2(比較例5)、50g/cm2(実施例11)、100g/cm2(実施例12)、150g/cm2(実施例13)、200g/cm2(実施例14)、300g/cm2(実施例15)、および400g/cm2(比較例6)としたこと以外は実施例1と同様にしてAlN基板を製造した。
鏡面研磨工程でヌープ硬さHK:4800kgf/mm2、平均粒径:1μmのcBN砥粒を使用し、研磨荷重を150g/cm2としたこと以外は実施例1と同様にしてAlN基板を製造した。
鏡面研磨工程でヌープ硬さHK:3200kgf/mm2、平均粒径:1μmのSiC砥粒を使用し、研磨荷重を150g/cm2としたこと以外は実施例1と同様にしてAlN基板を製造した。
鏡面研磨工程でヌープ硬さHK:7000kgf/mm2、平均粒径:0.01μmのダイヤモンド砥粒を使用し、研磨荷重を150g/cm2としたこと以外は実施例1と同様にしてAlN基板を製造した。
鏡面研磨工程でヌープ硬さHK:7000kgf/mm2、平均粒径:2.5μmのダイヤモンド砥粒を使用し、研磨荷重を150g/cm2としたこと以外は実施例1と同様にしてAlN基板を製造した。
各実施例、比較例で製造したAlN基板の、鏡面研磨した接合面のPV値を測定した。測定は接合面上の任意の5か所において、白色光を用いた走査型干渉計〔ZYGO社製のNewView(登録商標)7300〕を用いて260μm×190μmの視野内で実施し、測定結果の最大値でもって各実施例、比較例のAlN基板の接合面のPV値とした。
比較のため各実施例、比較例で製造したAlN基板の、鏡面研磨した接合面上の任意の5箇所で、非接触型の表面粗さ計を用いて0.6mm×0.5mmの視野内で測定した粗さ曲線から各々の算術平均粗さRaを求め、その平均値を算出して各実施例、比較例のAlN基板の接合面の算術平均粗さRaとした。
焼結工程での温度を1500℃(実施例17)、1600℃(実施例18)、1750℃(実施例19)、1850℃(実施例20)、および1900℃(実施例21)としたこと以外は実施例1と同様にしてAlN基板を製造した。
焼結工程での時間を1時間(実施例22)、および10時間(実施例23)としたこと以外は実施例1と同様にしてAlN基板を製造した。
焼結後の割合が下記表7に示す値となるように各成分を配合したいずれかの焼結材料を使用したこと以外は実施例1と同様にしてAlN基板を製造した。
焼結後の割合が下記表8に示す値となるように各成分を配合したいずれかの焼結材料を使用したこと以外は実施例1と同様にしてAlN基板を製造した。
焼結後の割合が下記表9に示す値となるように各成分を配合したいずれかの焼結材料を使用したこと以外は実施例1と同様にしてAlN基板を製造した。
実施例1で製造したAlN基板の接合面にスパッタリング法によって厚み0.1μmのTi膜、厚み0.2μmのPt膜、および厚み1.0μmのAu膜を順に積層し、さらにその上に厚み5μmのAu−Sn半田膜(組成比Au:Sn=70:30)を成膜した。
実施例1で製造したAlN基板の接合面にCVD法によって厚み0.1μmのSiO2膜を成膜した後、当該AlN基板をチャンバー内に設置して60sccmのN2ガスを導入しながら100WのRFプラズマによって上記SiO2膜の表面を清浄面化した。
実施例6で製造したAlN基板を用いたこと以外は実施例32と同様にして、当該AlN基板とサファイア基板とを接合させた。
比較例3で製造したAlN基板を用いたこと以外は実施例32と同様にして、当該AlN基板とサファイア基板とを接合させた。
Claims (4)
- 酸化物換算で0.009質量%以上、0.28質量%以下の2A族元素、および酸化物換算で0.02質量%以上、4.5質量%以下の3A族元素を含むAlNの焼結体からなり、他部材との接合面を備え、前記接合面は、面精度を示すPV値が300nm以下であるAlN基板。
- 前記2A族元素はCa、およびMgからなる群より選ばれた少なくとも1種である請求項1に記載のAlN基板。
- 前記3A族元素はY、およびランタノイドからなる群より選ばれた少なくとも1種である請求項1又は請求項2に記載のAlN基板。
- 前記接合面には、Ti、Pt、Pd、Au、Ag、およびAlからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属、Au−Sn、またはSiO2からなる少なくとも1層の膜が形成されている請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のAlN基板。
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