TWI312342B - - Google Patents
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Description
、1312342 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一.. 種將燒結金屬層夾於氮化鋁燒結板間 並接合之氮化鋁接人 。體’特別是關於適用於半導體製程中 用以载置半導體曰I» 千导體θθ圓以進行處理之靜電夾頭(Chuck)之氮化 鉬接合體及其製造方法。 【先前技術】 於矽晶圓等丰慕娜B ^ 隨著於半導體晶圓上附膜或钮刻等處理之製程, 式製程為主流。之半導體晶片微細化,逐漸以乾 率,半導體m '使半導體晶片成本下降而提高良 靜” 朝大型化進展。於此現狀下,開始使用 静電夹頭作為半導體製轺击讲 间始便用 台。靜電夹頭可將半導體曰半導體晶圓所使用之支持 持,藉此,可對半導體日^㈣面整體以靜電吸附而保 理。 ®處理面全面進行賴或I虫刻處 氯系或氟系等鹵素系腐‘二製程中’多使用以電漿激發 膜(沉積)處理後真空容器氣體’作為於經蝕刻氣體或 時會進行急速加熱或冷% ㈣程條件 要求以良好精度附膜為均l ’大型化之半導體晶圓 圓上所形成大面積之各種又’亦要求對半導體 夫頭,則要求其能具備對一進純刻。故,靜 良好耐蝕性及耐熱衝擊性 X之_素系腐蝕性氣體. 靜電央頭之構造〜=具有高熱傳導性。 &為於陶竟基板上設置以高炫丨 42 Ϊ3123 電層 。因 化鋁 金屬構成之燒結金屬層作為電極,於其上接合作為介 此另〜片陶瓷基板,並於陶瓷基板上載置半導體晶圓 ,為滿足上述要求,該種陶瓷基板逐漸開始使用氮 繞結體製品。 又,上述靜電夾頭中,為了均一地吸附半導體晶圓被 整體並維持穩定,須使半導體晶圓與陶瓷基板之接觸面 至燒結金屬層的距離(即,介電層之厚度)為均一。 以往,製造於二片氮化鋁燒結體板間形成有燒結金屬 層之氮化鋁接合體時,為避免燒結時產生因尺寸變化所引 起之問題,會於製造氮化銘燒結體板後,於一片# 表面㈣導電性糊劑後再進行燒成以形成燒結金^,再 透過黏著劑以接合另一片燒結體板。 上述製造法中,下述先前技術A〜c中提出:為形成較 厚(15 100//ni左右)之燒結金屬層,於燒結體基板上設置溝 槽,並於該溝槽内充填導電性糊劑以形成燒結金屬層;立 亦指出,依該方法’可抑制燒結金屬層之翹曲,而製得燒: 金屬層賴與基板表面保持均一距離之氮化㈣2:、、,。 先:技術A:日本特開2002-57207號公報 先f技術B:日本㈣2G02-176096號公報 先則技術C:日本特開2002-173 3 78號公報 ',,、而靜電夾頭通常係藉由施加】kv以上的高電愿於 前述=金屬層’以使介電層(陶究基板)發 又,最新颖的半導體裝置中,於乾式靖程或CVD製程 之真空至内,靜電夾頭係置於對電氣性要求嚴格的環境 1312342 中亦即,於該真空室内導入!I素系腐^生 體,並以2〜3kV之高電壓施加例如13 56MHz^/反應氣 電毁。故,為將半導體晶圓牢固地吸附保持產生 頊(燒結金屬層)施加直流高電壓。 、靜電失 因此,以氮化鋁接合體作為靜電夹頭使 金屬層要求極高之導電性,但前述方法所得到^十燒結 合體,有燒結金屬層導電性低的問題。即,若導雷1呂接 則因其之電阻會使燒結金屬層 低’ 卞面万向產生高電位#, 使靜電吸附力產生高低的差異 差 會有· $特別疋於燒結金屬層周邊 |有4易發生絕緣破壞的問題。 作為使燒結金屬層之導電性提高的方法,有使 :小拉徑金屬粒子的導電性糊劑,而使該燒結金屬層 緻捃化。然而,使用含有小粒 备屬粒子的導電性糊劑時’ 燒成¥收縮顯著,於依前述劁 社 玫製法Iw氮化鋁接合體時,燒 、·口金屬層容易產生翹曲,特 士、丄汰 将別疋會於A1N燒結體板表面形 成如溝槽部的凹部,且 , $成之燒結金屬層厚度為較厚之 5〜_…夺,所得到之接合體會發生顯著的勉曲。 :者,以周知的方法製得之氮化銘接合體,有燒結金 1層與氮化錢結體板間接合強度低的問題。 【發明内容】 、去兮ί月之目的係提供—種氮化鋁接合體及其製造方 今匾盛 建有具較大厚度且導電性高之燒結 金屬層,且可極端抑制在 η ^ M yv ^ l曲的發生,且燒結金屬層與基板 1的接合強度高’適用於靜電央頭之用途。 ,1312342 本發明人等為解決上述課題,經努力進行研究之結 果,成功開發了—種氦化結接合體,其於氮化紹燒結體板 表面所之凹部中充填導電性糊劑(含有控制為特定小粒押 :金屬粒子作為導體成分),並將該氮化銘燒結體板透過: 黏著層積層另一氮化鋁燒結體板並脫脂後,藉由進行 奴粍結,形成具有極低薄片電阻值之燒結金屬層,可將 燒結金屬層之㈣抑制為極低,且燒結金屬層與燒結體板 間的接合強度亦高。 亦即依本發明,可提供—種氮化接合體,係由彼 接〇之一片氮化鋁燒結體板與形成於其接合面之厚产 = 的鶴製或銷製燒結金屬層所構成,其特徵為^ α燒結金屬層之薄片電阻值Α 1Ω/□以下,且該燒結金屬 ,曲抑制於100“m/100mm以下,且前述接合面上該 燒結金屬層與氮化銘基板間的剪切強度為4kg/mm2以上。 本發明之接合體中,前述接合面上燒結金屬層所佔之 面積率較佳為50〜90%的範圍内。 依本發明’尚提供氮化純合體之製造方法,其特徵 為係由以下製程所構成: 準備2片氮化鋁燒結體板之製程; 於片氮化鋁燒結體板表面上形成凹部之製程; 充填製程,將含有平均粒徑(D5G)35/zm以下之鶴粉末 或銦粉2作為導體成分之導電性糊劑,充填於該凹部; 鈐點者層形成製程,於充填有該導電性糊劑之氮化紹燒 〜體板表面全面上,塗布含氮化銘作為黏著成分之點著糊 .1312342 劑以形成黏著層; 對該導電性糊劑及黏著糊劑進行心旨處理之製程; -次燒結製程,將另-片氮化銘燒結板,以〇5〜i〇Mpa 的壓力壓接於該氮化㈣結體之黏著層形成面,並以 議〜测。(:的溫度加熱〇.5〜4小時以進行—次燒結;及 -次燒結的製程’接續該-錢結,以⑽。〜測的 皿度加熱2〜8小時以進行二次燒結。 外/ί製造方法中,較料將前述導電性_,固體成分 汁為剛述凹部體積之倍之量充填於前述凹部。 曲:!明之氮化銘(A1N)接合體’因可使燒結金屬層之麵 曲抑制為很小,故特別適合使用 附保持半導體晶圓之背面全面。μ夾碩,可均一地吸 又们内部之燒結金屬層為緻密的組織,其薄片電阻值 極高的生,與習知的Α1Ν接合體相比,燒結金屬層顯示 板門的#者’接合面上燒結金屬層與Α1Ν燒結基 為靜電决藤蚀田士 '月之Α1Ν接合體,當作 間反覆#用&,即使以最先進的半導體製造裝置長時 :=,亦可抑制局部產生焦耳熱或於燒結金屬層内 -軋放電,而可長時間發揮穩定的性能。 【實施方式】 限定二二依圖式詳細說明本發明’但本發明之態樣並不 吸疋於圖式所示者。 (氮化銘接合體) 於圖1及圖2中,本發明之應接合體,係將二片氮 1312342 化峰_堯結體板mb接合所構成,於接人 成有燒結金屬層2。又,雖' 形
w — 食未圖不’但例如燒結體板i-ajL 广吊曰设有將導體糊劑充填於通孔而形成之通導孔(via hole)導胃,透過該通導孔使燒結金屬層2通電。 A1N燒結體板i_a、一船屋许 敖厚度為1〜100mm,較佳為 5〜5〇随。二片A1N燒結體板可為相同厚度,但 夹頭使用時,一般而言,較佳為 為靜電 如、从^ 馮使以日日圓載置面側(吸附面 側)作為介電層機能之細燒結體板Η作成為薄,而另— 片燒結體板h為維持強度作成較厚。特別是作為介電声機 能之AW燒結體板hb的厚度以左右為佳。 又,A1N燒結體板例如作為靜電夾頭使用時,平面形狀 一般為圓形。 …本發明中,燒結金屬層2於前述靜電夾頭用途中,係 形成電極電路圖案’有時會如圖1所示以單純的全面圖案 存在’有時會以線狀之圖案存在。 ,燒結金屬層2係將如鎢或鉬之高熔點金屬粉末燒結而 形成。亦即,若燒結金屬層2使用低熔點金屬形成,則燒 結時金屬會於A1N燒結金屬板内擴散,有時會使ain燒2 體板之體積電阻值變小(介電常數下降)。又,若將低熔點金 1流入A1N燒結體板之全部接合界面而作為靜電夾頭使用 ^ s有電流漏到外部之情形。故,燒結金屬層2係由高 炫點金屬之鎢或鉬所形成。 燒結金屬層2於接合面所佔之面積率,以可吸附保持 晶圓背面全面的觀點,以5〇〜9〇%之範圍為佳,特別以 •1312342 6〇〜8〇%之範圍為更佳。藉此’雖以高面積率形成燒結金屬 層2時會容易產生輕曲,但如後述,本發明可有效抑制該 輕曲。 燒結金屬層2之厚度較佳之範圍為15〜100/z m,特別 以20〜90”為更佳。即,燒結金屬層2之厚度若比15= 為缚,則難以使薄片電阻值降低至足夠低,又,若 超過⑽㈣’則不僅使薄片電阻值之提高效果達到頂點Γ 且麵曲之抑制也變得困難。再者,由於該燒結金屬層、2' 成如上述厚度’故具有埋入細燒結體板ι-a所形成凹邱: 内的形態。 取凹邠3 本發明之A1N接合體係藉後述方法製造,故具有 者所未見的優里輯柯 + 、 優,、特[生。亦即’燒結金屬層2的薄片電 低’而且’即使薄片電阻值低且燒結金屬…厚且以: 形成,仍能有效抑編…接合面上燒結全: 層2 ” A1N燒結體板u之接合強度高。 之镇ΓΓ藉由增加燒結金屬層2厚度雖可使燒結金屬層2 '”且值下降某個程度’但是有其極限,然而如後述 電性糊劑進行燒忐 ’·)之導 為1〇/门 成而形成,故燒結金屬層2的薄片電阻值 馬1 Ώ /□以下,姓θ 1 退 電性。又,f片雷& xl(rQ/Dw_f’顯示有極高的導 ㈣點金屬其理論電阻值與該層厚度 二層2之 Ω/口。 心奴為 1x10-3 又,以上已有概略提到,使用含小粒徑金屬粉末之導 1312342 “丨生糊劑形成燒結金屬層時矣社 且芒、4 心、、’°金屬層之龜曲會轡大, 且右造-步增大燒結金屬層 會-大 屬層2之麵曲也會變大度或面積率時,燒結金 劑並以二段式燒結進二’如後述’使用既定的黏^ 太πΒη 订一片ΑΙΝ燒結體板1-a、1-b接合之 本發明’可顯著抑制燒結金屬層2之輕曲。 接口之 5亥燒結金屬層2之如也ΜΪ7、 結全屬# 2 )圖3所示’係測定對於燒 孟屬潜2為正父之哉而. ^ ^ 面上,&結金屬層2兩端點間的連 ”、口直綠(一點鏈線)盘掉
^ . 您〜I结金屬I 2之最大距離R(Am),由 該束大距離汉與端點間的長度L_下述式算出。 m/l〇〇mm)气r/l)x1〇〇 亦即,本發明之A1N接合體依上述式所算出之燒結金 屬層2的趣曲為1〇〇々m/1〇〇mm以下,特別是川# m/1〇〇mm _1 ·
列如’習知的A1N接合體亦有翹曲程度較低者被提 出但其薄片電阻值高達3 Ω /□’不能充分滿足作為靜電 爽頭的要求,而本發明之雖薄阻值極低(1 Ω /□以下)但仍可 顯著抑制翹曲之Α1Ν接合體,係為以往完全未知者。 又’本發明,接合面上燒結金屬層2與Α1Ν燒結板1 -b 之間的接合強度極高。該接合強度可藉由以晶片剪切強度 測定機所測定之剪切強度評價,本發明之A1N接合體中, 燒結金屬層2與A1N燒結板1 -b之剪切強度,如後述實施 例所示’為4.〇kg/mm2以上,特別是5.0kg/mm2〜8.0kg/mm2 的範圍内。亦即,燒結金屬層為了避免金屬之氧化,係以 於碳爐内進行燒成而形成,故燒結金屬層表面會發生碳化 物(carbide)化。因此,習知之A1N接合體中燒結金屬層與 12 1312342 細燒結板之接合強度低, 結金屬層表面之碳化物化,故可#二=有效防止燒 故τ確保如上述的高剪切強度。 合體之f括*、气 本發明之A1N接人髀,及-隹《 銘燒結體板,經凹部开:成=備預先製造好的二片氮化 声之m匕 4、導電性糊劑充填至凹部、黏著 曰 $成、脫脂處理及二段燒έ士,益+麻工上1 又7疋、,'°,精此使兩者接合來製造。 A1N燒結體板一^!_而士 达 ψ % ^ ,, . 5,為了於後述溫度能藉由燒結確 實進灯接口’燒結輔助劑之含 〇 c ^ θ 0/ 3有羊為1重量°/。以下,較佳為 υ ‘ 5重I%以下。又, 兩片接合Α1Ν燒結體板可 為相同厚度,亦可為不同厚度。 謂燒結體板之製造方法並無特別限定,-般而言,係 於Α1Ν私末1〇〇重量份中,添加如丙稀酸基黏結劑⑽㈣ 之有機黏結劑2〜5重量份,祐j目兩高、 '’視而要添加如長鍵煙驗系分 ㈣之分散劑ο·3〜u重量份、如乙醇之分散介質1〇~2〇重 量份,並混合調製成聚狀物,將該渡狀物成形為板狀之後, 分解除去(脫脂)有機黏結劑等並進行燒成,藉此製造細燒 結體板。 前述之成形,較佳之方丰兔 万去為將例如漿狀物使用噴霧乾 燥機造粒後,將造粒粉末進行模具成形,之後再以冷靜水 壓擠壓法來進行成形。又,脫脂’較佳為於空氣中以—〜65〇 °C進行;燒成’較佳為於氮氣環境氣氛中,以185〇〜謂 °c進行。 又依上述方式所得到之燒結體板之表面,係施以研 13 1312342 :力:工使表面粗度Ra(平均粗度)為。8" 使後述燒结全屬 户 此係希望 接合。 屬層、氮化1呂及氮化叙燒結體板彼此牢固地 1部形成掣释 从上述方法製得之氮化鋁燒結體板之—表面(接合 凹部:燒結金屬層2存在的範圍(圖案)内形成有凹部二亥 板(圖::=表二片氮化紹燒結體板中厚度較厚的燒結體 … 表不之氮化1呂燒結體板)之表面形成。又, 據所形成燒結金屬層2之厚度來決定, 了°又疋於15〜的範圍。 進行4凹冑3之形成’可藉由喷砂、機械加卫等周知方法 性糊劑之奋填製寂 接著,將用於形成嬙έ士厶厘思0 4推& 上述凹部3内。亦即二φ 電性糊劑充填於 分二内亦即’该導電性糊劑中係含有作為導電成 粉龙Γ 粉末(以τ,僅稱為金屬粉),但作為該金屬 :使用k知末(例如以雷射繞射散射法所測定體積基準 :粒徑(D50)為3.5"m以下’較佳為係為重要, ^使用該微細金屬粉末,可使燒結金屬層2緻密化,並 厚片電阻值降低至前述範圍内。若該平均粒徑超過 :么則燒結金屬層2之緻密化會變得困難,且燒結金屬層2 3 _發生空孔,使薄片電阻值變大。 上述金屬崧末,粒徑1 0 # m以上之粗粒含有率較 為1 以下。此係因為若粗粒存在多,則燒結金屬層2内 14 1312342 部會殘留多數空孔,而造成燒結金屬層 電。 円#發生異常放 再者,上述金屬粉末之BET比表面 以上,特別佳為〇丨〜丨3ιη2/σ的r围免 住為O.lm/g 範圍為小,列全屬粒子::的耗圍内。若比表面積較上述 而二 的接觸面積會變小,燒結性變差, 谷於燒結金屬層2中殘留空孔之傾向。 上述導電性糊劑係以周知之方法調製 金屬粉崎品醇等溶劑 ]如,將前述 劑加以混合來調製。對前纖維素等分散 个门表對刖述金屬粉100重詈份,b十,_ 使用12〜18重量份的Θ v 董里知,洛劑通常, 量。將導電性糊I : 散劑係使用1〜5重量份左右的 將導電性糊劑充填至凹部3, 等方式進行。 邛網版印刷 又’導電性糊劑之右椬旦 Μ ,, ια 較佳為凹部3體積後之固體成分計, 含有小粒徑金5倍’更佳為u〜u倍。亦即, t ^ 1導電性糊劑,係收縮性劇烈,而_由 充填較凹部3砰 阳精由 ❿ r m±^^ 、夕之導電性糊劑,可使收縮緩和,更 月匕防止製得A1N接合體之翹曲。 更 本發明之重要者為 結體板’導電性糊劑充填於Α1Ν燒 燒結體板^之:父乾燥後,於含有該糊劑充填面之Α- 成分之黏著糊劑:以;面/妾合面)’塗布含氮化紹作為黏著 土 r、/ 、. 形成黏著層。亦即,於習知之製造方 法,係進打導電性糊 2後形成黏著層,以接I Μ末)之燒成而形成燒結金屬層 D 燒結體板,但本發明,係於導 15 1312342 電性糊劑燒成前先形成黏著層’於已形成黏著層的狀態, 貼附A1N燒結體板1 -b以進行燒結。 如上述說明者’使用含微細粒徑之金屬粉末作為導體 成分之導電性糊劑’將該導電性糊劑(金屬粉末)進行燒成以 形成燒結金屬層2時,燒成時之收縮大,該收縮會使燒結 金屬層2發生嚴重赵曲。若燒結金屬層2產生嚴重龜曲, 則之後進行之A1N燒結體板1 -b接合會變得困難,或即使 可接合,所得到之接合體亦會殘留有翹曲。然而,於本發
明,導電性糊劑中之金屬粉末在燒結過程中收縮而於接合 界面產生之間隙,藉由黏著層加以填補,其結果可有效抑 制上述翹曲。
又,上述黏著層對A1N燒結體板的濕潤性高,且可_ 由後述燒結而與A1N燒結體板一體化。因此可使Am燒矣 板彼此的接合更為牢固。且本發明’係於形成有黏結層自 狀態進行導電性糊劑的燒結,故可使燒結金屬I 2與从 燒…體板1 -b之接合強度顯著提高。亦即,導電性糊劑之姆 成’為了防止金屬粉末《A1N燒結體之氧化,係於還原: 環境氣氛下進行,例如於碳爐中進行。因此,若於黏著^ 不存在的狀態下進行導電性糊劑之燒成,則即使可防止^ 屬粉末的氧化,所得燒結金屬之表面也會碳化物化,結果 使A1N燒結板1 與煻έ士厶厪麻, 、乂、,,°金屬層2之接合強度降低。然而 本發明因於導電性糊劑t报 成㈣W,該㈣層作為伯 濩層之作用,可抑制燒結金屬 2表面之反化物化,使輝 結金屬層2與A1N燒結板丨讣之 接Ό強度n,可使例女 16 1312342 剪切強度提高至前述範圍内。 本發明,如上述黏著層形成所用之黏著糊劑係與前述 =糊劑同樣地’藉由將氮化紹粉末與結品醇等溶劑及 視萬要之乙基纖維素等分散劑加以混合來調製。溶劑及分 散劑之配合量亦與前述導電性糊劑為同樣範圍即可。又, 所使用之A1N粉末亦與前述金屬粉末同樣,以翹曲之防止 ^觀點較佳為微細粒徑之粉末,其平均粒徑(Μ較佳為 二心以下,特別❹1〜一之範圍,又,粒徑1〇鋒 之粗粒成分含量以1%以下為佳。該微細ain粒子對於 :結金屬層>2之表面或A1N燒結基板表面呈現高固定效 ’於展現高接合強度方面極為有利。 以上述黏著糊劑形成黏著層時,與充填前述導電性糊 =同樣地’係採用塗布或印刷的方法。χ,黏著層之厚 又以10〜lOO/zm為適當。 脫脂劁裎 本發明,於細燒結基板Ka之接合面全面上形成上 迷黏著層後’進行導電性糊劑及黏著層(黏著糊劑)之脫脂。 。脫脂之條件,係於氮氣環境氣氛下,以溫度850〜950 C,較佳& 880〜93(rc為適當,又,通常進行2〜*時左右。 燒結製程 —於本毛月上述之脫脂後,於形成有經脫脂處理之黏 者層之A1N燒結板Ka之接合面上’積層另一 ain燒結板 H並將燒^二階段進行(―次燒結及二次燒結)。 首先’-人燒結製程中,係一面以0.5〜(特別是 17 1312342 1〜30MPa)之壓力壓接Am燒結板l_b,一面以1600〜1700 C (特別疋1650〜1700°C )之溫度進行加熱處理ο」〜4小時 (特別是1〜2小時)。 又’接續之一次燒結製程係如上述,係以上述Ain燒 結板ι-b壓接完之狀態,直接於1800〜19〇(rc以下(特別是 1 8 50〜1890°C )之溫度,進行加熱處理2〜8小時(特別是4〜6 小時)。
藉由該二段式的燒結製程,進行導電性糊劑中之金屬 粉末(鶴粉末或钥粉末)及黏著層中《細粉末燒結,以製得 具有前述特性之本發明Am接合體。
亦卩本發明,燒結係以二段進行,故金屬粒子的燒 結會緩緩進行,故收縮不會—次進行。因&,黏著層中: A1N粒子埋入因該收縮而使接合界面内生成之間隙,藉該 A1N粒子之填補而有效抑_曲。又,藉由—次燒結製程之 加熱4皮此接觸之燒結體粒子會微弱的接合,而使㈣燒 :板被預固& ’於此狀態下以二次燒結製程形成牢固的 ^亦即,—次燒結製程中大的收縮可藉由預固定的A1N 、土板1 b而抑制,而藉由抑制該收縮推測可抑制燒結金 糸於含A1N微細粉末之黏
段燒結,故藓出兮秈# a .......... 曰、仔隹T ^ 4由该黏者層之固定效果,可使Am燒 之接合界面=牛固’且燒結金屬層2與趟燒結板 強戶。,’、為無間隙之緻密界面,而可確保有高度— 18 •1312342 例如,當不進行一次燒結而將溫度一口氣至二 燒結製程的溫度進行燒結時,金屬粉末的收縮(即,燒結金 屬層2之收縮)會一 口氣地進行,結果,於燒結金屬層2及 所製得之接合基板會發生嚴重的翻曲。又,若一次燒結製 程的加熱時間較上述範圍短時也會發生同樣的問題;0又〇, 若-次燒結製程之溫度較上述範圍低時,與不進行一次燒 結的:形相同。再者,若—次燒結製程的時間較上述範圍 t 、·Ό金屬層2中之金屬(鶴或!目)會擴散至AlN燒結 板1 a 内,使燒結金屬層2之分布變得不均一, 而所製得之接合體不適於作為靜電夾頭之用途。 若二次燒結製程之溫度較上述範圍為低時,A1N燒結體 板l.b會變得無法接合。又,當:次燒結製程之溫度較前述 I已圍為高時,燒結金屬層2中之金屬會擴散至A1N燒結體 板使燒結金屬層2的分布變得不均一,而使燒結金屬層2 的翹曲變大’且接合體本身的起曲亦變大。當二次燒結製 ^之恤度較上述範圍為低時,燒結金屬層2無法緻密化, 4片电阻值變大。再者,若二次燒結製程的時間較上述範 圍為紐’則因接合不足夠,會產生接合界面容易剝離的問 題,而較上述範圍為長時,翹曲會變大。 又,當透過一次燒結製程及二次燒結製程之加熱而作 用於A1N燒結體板之接合面的壓力,若小於前述範圍,則 接合力會下降,若太強則燒結體板會發生破損,使產率下 降。 再者,為了防止燒結金屬或A1N氧化,一次燒結製程 19 •1312342 及二次燒結製程係於含碳之還原性、 發明,因婷灶_ + 衣兄氣氛下進行,但本 ^ 70、0製成時形成燒結金屬雇1 _ 成有黏著層,枋 之導電性掏劑上形 々乂 ^和有增,故可有效 μ β 2 * 、人长忧氣氛下燒成所產生之 U屬…面的碳化物化。亦即,可 化物化下降,故本發明t A1 力因奴 伐口體,其燒結金屬層 AM結體bb之接合力高,呈現極高的剪切強度。” 如此製得之本發明A1N接合體,特別是作為靜電央頭 使用係有用,但亦可使用於其他 逑例如加熱斋(燒結金
屬層2作為發熱板功能)。
又,本發明之綱接合體如目1所示,能以二片A1N 燒結體板間夾著燒結金屬層的構造直接作為靜電夾頭等用 途,但亦可使用於該接合體上再接合以夹著燒結金屬層方 式接合A1N燒結體板之三片A1N燒結體板所形成之三層構 造接合體’且可依序重複該接合以進—步作為多層構造之 接合體使用。再者’亦可以將二片A1N燒結體板間夾著燒 結金屬層之構造的接合體設定為1單位,以將該丨單位接 合體彼此接合之多層構造接合體的形式提供使用。 實施例 以下,舉實施例及比較例以詳細說明本發明的效果。 又,以下實施例中所示之各種A1N接合體特性係依下 述方法測定。 <燒結金屬層之龜曲> 將圓盤狀的接合體分割成4塊’對各截面以數位式金 相工具顯微鏡測定連接燒結金屬層兩端點的線至燒結金屬 20 .1312342 層之距離,取其最大值R,依下式計算出翹曲W(L係兩端 點之間隔)。
W(// m/100mm)=(R/L) xlOO <薄片電阻值> 對A1N接合體中A1N燒結基板之一面進行研削,直到 内部的燒結金屬層露出於表面,以4探針法測定所露出燒 結金屬層的薄片電阻值。 <剪切強度> 藉由晶片剪切強度測定機,測定接合面之燒結金屬層 與A1N燒結體板的剪切強度。 <吸附力及耐久性評價> 將A1N接合體之A1N燒結體板的一面進行研削,使燒 結金屬層的厚度為〇·8mm,以形成介電層,並於相反側之 A1N燒結體板中央,至燒結金屬層為止開直徑5mm之孔, 並連接導線以能施加直流電壓。將該接合體安裝於真空室 中,並於介電層表面載置連接有接地線之矽晶圓,將腔室 内減壓為lOmTorr後,於室溫下一面對燒結金屬層施加5kV 之電壓,一面將矽晶圓往上拉伸,以矽晶圓分離時之強度 定為吸附力。 又,对久性評價,係對燒結金屬層施加3 kV之直流電 壓10秒,反覆進行100次,確認介電層之絕緣破壞之有無。 <A1N燒結板之接合狀態> 由接合體中心往外側,以角度90度的間隔取4個位置 的截面’使用掃描型電子顯微鏡(SEM),以倍率600倍,對 -1312342 該截面之虱化鋁燒結板彼此的界面連續地照相。之後以上 述照片為基礎,求出接合界面上長度1〇"m以上的空孔總 數V並依下式,异出長度為1 OOmm内的空孔數,依該值, 對A1N燒結板的接合狀態,進行如下之評價。 長度100mm内之空孔數=(V/D)xl〇〇 其中,D為進行SEM觀察之區域的長度。 評價: 〇:長度l〇〇mm以内之空孔數不滿5(接合狀態良好) X:長度100mm以内之空孔數為5以上(接合狀態不佳) 於實施例中’用於形成A1N燒結體板、繞結金屬 鎢粉末、鉬粉末及用於形成黏著糊劑之A1N粉末,係曰 以下物質。又,平均粒徑係以雷射繞射散射使用 積基準徑(D5。)。 别疋之體 A1N燒結體板(圓板形狀> (股)德山製SH-50 直徑:2 1 5mm 厚度:12mm Y含1 (燒結辅助劑):〇 〇2重量% 表面粗度Ra:0.4 a m 鶴粉末 (股)阿來德馬帖利阿魯製C3〇 平均粒徑:2.2 #功 粗粒成分(粒徑l0/zm以上):5 〇重量%以下 鉬粉末 22 1312342 東京湯古使坦(股)公司製ΤΜΟ-20 平均粒徑:2.2 μ m 粗粒成分(粒徑10 /z m以上):5.0重量〇/〇以下 Α1Ν粉末 (股)德山製Η等級 平均粒徑:;L5 # m 粗粒成分(粒徑1 〇 // m以上):5 ·0重量%以下 f施例]
於A1N燒結體板之一面,在外周留丨〇nim寬度,以喷 矽益形成深度40以m的凹部。之後於鎢粉末中添加作為分 =劑之乙基纖維素(曰新化成(股)製耶特賽魯)及作為溶劑之 岵品醇(牙司哈拉化學(股)製),以調製導電性糊劑。該導電 性糊劑之組成為鎢粉末100重量份、分散劑21重量份、溶 剤1 5 · 7重量份。
將該導電性糊劑以網版印刷法充填於上述凹部内, 將該Am燒結體板以乾燥餘8代乾_ 3〇分鐘。糊劑乾 後固體成分體積為凹部體積之1.3倍。 …其次,於細粉末内加人乙基纖維素讀品醇以調 4占者糊劑。該黏著糊劑之組成為AIN粉末⑽重量份、 散劑3重量份、溶劑7〇重量份。 將上述黏著糊劑以網版印 劑之A】…士拓h八P刷法印於已印刷有導電性.1 著:, 面上,形成厚度為2—左右。 者層。之後於8(TC乾燥3〇 石之- 小時。 ,後以皂爐於90(TC脫脂 23 .1312342 接著’將未施以凹部加工之A1N燒結體板重疊於上述 A1N燒結體板之黏著層之面,以碳製試樣治具固定,並放入 熱壓爐。之後’-面施加载重8 6tf(壓力2.4MPa),一面於 含碳之氮氣流中以1650X:維持2小時進行一次燒結後,以 升溫速度io°c/分升溫至185〇t,並維持4小時以進行二次 燒結。冷卻至室溫後由爐中取出,製得細接合體。該ain 接合體之製造條件係如表1所示。 對製得之A1N接合體,以前述方法測定各種特性,結 果如表2所示。 實施例2〜9
除將凹部深度、充埴鏊Φ M 兄具導電性糊劑至凹部之充填量及燒 結條件改為如表1所示以外,與實_ 樣方式製造 謂接合體。對製得之細接合體,以與實_1同樣的 方法測定其各種特性,結果如表2所示。 實施例10 除使雜粉末取代㈣末,並_表i所轉件 =施例!以同樣方式製造細接合體。對製得之她接 a體,以與實施例丨同樣的方法 表2所示。 ,、各種特性,結果如 比較例1〜4 除將凹部深度、充填至導電性糊劑對凹部之充填 t結條件改為如表丨所示以夕卜與實施例 二及 同樣 造A1N接合體。對製得之A1N接合體, 。7式製 的方法測定其各種特性,結果如表2所;與貫施例1 24 1312342 故夫 較例3中A1N燒結體板會因衝擊而很容易剝離 禾進竹吸附力及耐久性之評價。 15重二,用平均粒徑為5.Um之粗粒成分(粒徑10MmH 造上者作為鶴粉末外,與實施例1以同樣方式袁 的方法二:久對製得之細接合體’以與實施例1同, 、疋其各種特性,結果如表2所示。
外矛'將I電性糊劑之充填量改為凹部體積之U倍 ’與實施例i以同樣方式’將導體糊劑充填於續燒 體扳之凹部。1攻, 於900 C進行2小時脫脂處理後, 5〇C加熱3小時,以形成燒結金屬層。此時趟燒結 板之翹曲為580/zm/ioOmm。
接著二於上述A1N燒結體板之燒結金屬層之存在面全 :上,與貫施你"以同樣方式塗布黏著糊劑’並於該黏著 曰上’重疊未形成凹部t Α1Ν燒結體板並以碳製試樣治具 固定’並放人熱擠壓爐。之後-面施以載重8.6tf(麼力 2.4MPa)’ 一面於氮氣流中保持⑹代、2小時後,以升溫 速度i〇°c/分升溫至185(rc,維持4小時後冷卻至室溫,由 爐中取出,製得A1N接合體。對製得之細接合體,以與 實施例1同樣的方法測定其各種特性,結果如表2所示。 又,該A1N接合體於耐久性試驗中,於施加第8次電 壓時有電流自接合界面漏出,故無法施加電壓。 25 1312342 表1 金屬 種類 金屬粉 末粒徑 μχη 凹部 深度 糊劑固體成分 體積對凹部體 積之體積比 接合前是否 進行金屬層 燒結製程 一次燒 結溫度 °C 一次燒 結時間 小時 二次燒 結溫度 °c 二次燒 結時間 小時 壓力 MPa 實施例1 鎢 2.2 40 1.3 Μ 1650 2 1850 4 2.4 實施例2 鎢 2.2 40 1.2 yfrrr Mil! 1600 2 1850 4 2.4 實施例3 鎢 2.2 40 1.3 «ον* 1700 2 1850 4 2.4 實施例4 鎢 2.2 40 1.2 M JWS 1650 2 1800 4 2.4 實施例5 鎢 2.2 40 1.2 M jiw 1650 2 1900 4 2.4 實施例6 鎢 2.2 40 1.3 M yi 1650 2 1850 4 2.4 實施例7 鶴 2.2 20 1.2 姐 1650 2 1800 4 2.4 實施例8 鎢 2.2 80 1.1 姐 <M、、 1650 2 1900 4 2.4 實施例9 鎢 2.2 40 1.1 姐 1650 2 1850 4 4.0 實施例10 1百 2.2 40 1.2 姐 VI、' 1600 2 1800 4 2.4 比較例1 鎢 2.2 5 1.1 1600 2 1800 4 2.4 比較例2 鶴 2.2 120 1.1 M 1650 2 1850 4 2.4 比較例3 鶴 2.2 40 1.2 Anr lilt /\\\ 1650 2 1750 4 2.4 比較例4 鎢 2.2 40 1.2 Arrr. 無 1650 2 1950 4 2.4 比較例5 鎢 5.1 40 1.3 Arrr. Mil: \N 1650 2 1850 4 2.4 比較例6 鑛 2.2 40 1.1 有·】) 1650 2 1850 4 2.4 υ於1750t:燒成3小時 表2 接合狀態 燒結金屬層 厚度;um 燒結金屬翹曲 ^m/lOOimn 燒結金屬層薄片 電阻値Ω/口 吸附力 g/cm2 耐久性評價(絕 緣破壞之有無) 剪切強度 kg/mm2 實施例1 〇 40 30 4.1xl0·3 230 •frrr. 撒 6.5 實施例2 〇 40 29 4.0x10'3 230 Μ 6.3 實施例3 〇 40 32 4.1X10'3 230 姐 7.1 實施例4 〇 40 25 4.0x10-3 220 迦 5.8 實施例5 〇 40 50 3.8x10-3 240 Arr ΙΙΙκ >1 7.5 實施例6 〇 40 30 4.0x10'3 230 /frrr Mil* 6.8 實施例7 〇 20 30 6.0x10-3 210 鈕 /» \N 5.5 實施例8 〇 80 50 3.0x10-3 240 碰 5.9 實施例9 〇 40 30 4.〇xl 0'3 230 M 6.3 實施例10 〇 40 29 4.5x10-3 220 M 7.0 比較例1 〇 5 32 1.2 29 有(第8次) 1.3 比較例2 X 120 750 1.1 35 有(第5次) 0.5 比較例3 X 40 42 3.0 — — 一 比較例4 〇 40 620 4.〇χ10·3 62 無 1.0 比較例5 X 40 40 3.3 13 有(第5次) 0.9 比較例6 〇 40 530 0.6x10'2 50 有(第8次) 1.2 26 1312342 【圖式簡單說明】 圖1,係本發明氮化鋁接合體之一例的部分透視立體 圖。 圖2,係圖1之氮化鋁接合體之側視截面圖。 圖3,係表示燒結金屬層翹曲之測定方法的概念圖。 【主要元件符號說明】 1 -a 氮化鋁燒結體板 1-b 氮化鋁燒結體板 2 燒結金屬層 3 凹部 L 端點間長度 R 連結燒結金屬層 2兩端點的直 線與燒結金屬層 2之最大距離 27
Claims (1)
- ,1312342 十、申請專利範圍: 1.一種氮化鋁接合體,其係由互相接合的二片氮化鋁繞 結體板、與形成於其接合面上之厚度15〜100//m之鎢或^ 製燒結金屬層所構成;其特徵為: 該燒結金屬層的薄片電阻值為丨Ω /□以下,而該繞結 金屬層之翹曲被抑制為100#m/100mm以下,且該接合: 上該燒結金屬層與氮化鋁基板間的剪切強度為4kg/mm2以 上。 w饮3-瓶,丹Y,孩接 合面上燒結金屬層所佔的面積率為50〜90%。 3. -種氮化IS接合體之製造方法,其特徵為係由如 程所構成: 灰 準備二片氮化鋁燒結體板之製裎; 於一片氮化紹燒結體板表面上形成凹部之製程; 充填製程’將含有平均粒徑(D5q)35 ”以下之嫣粉末 或翻粉末作為導體成分莫 „ 成刀之導電性糊劑’充填於該凹部; ^ ^ ^ 於充真有㈣電性糊劑之氮化紹燒 、%體板表面全面上’塗布含氮化師 劑以形成黏著層; 者成刀之黏者糊 對該導電性糊劑及黏著 -次燒結製程,將另一論:脱月日處理之製程; 的壓力壓接於兮κ ,呂繞結板,以0.5〜10MPa 妖% "亥氮化鋁燒結體之 1600~1700〇C ^ . -者層形成面,並以 I日h皿度加熱〇·5〜4小 二次燒結的製程垃癌兮 Λ進行-次燒結;及 接續遠—錢結,m8G()〜19〇(TC的 28 1312342 溫度加熱2〜8小時以進行二次燒結。 4.如申請專利範圍第3項之氮化鋁接合體之製造方 法,其中,係將該導電性糊劑以固體成分計為該凹部體積 之1_05〜1.5倍的量充填於該凹部。 十一、圖式: 如次頁。29
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