JPH03137058A - 窒化アルミニウム基板の製造方法 - 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］ 本発明は半導体装用基板などに用いる窒化アルミニウム
基板の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 近年、半導体素子の高集積化、高機能化が進み、従来の
アルミナ（Ａ１．Ｏｓ　）ではシリコン（Ｓｔ）チップ
の発熱量の増大、チップサイズの大型化による熱膨張の
ミスマツチの問題への対応が難しく、新しい高熱伝導性
絶縁基板材料が求められている。

窒化アルミニウム（ＡＩＮ　）は高熱伝導性の他に熱膨
張係数がＳＬチップに近く、又高電気絶縁性などの優れ
た材料特性を有するため、半導体装用基板材料として特
に注目を集めている。

かかるＡＩＮ基板を効率よく製造する方法としては、例
えば、特開昭６１−１１７１６１号公報に報告されてお
り、これを第４図に示す。この方法は、すなわち、窒化
アルミニウム成形体４１を平均粒径が１〜５０ＬＬｍの
窒化ホウ素粉末、窒化アルミニウム粉末、アルミナ粉末
等のセラミック粉末４２を介在させて、セッターである
支持台４３上に数段積み重ね、非酸化雰囲気中で焼成す
るというものである。しかしながら、多くの場合窒化ア
ルミニウム成型体中には、Ｙ２Ｏ，やＣａＯ等の焼結助
剤が含まれており、かつ、焼成を１６００〜１８５０℃
の高温で行なうために、窒化アルミニラム粉末やアルミ
ナ粉末を用いたのでは、これら粉末も焼結してしまい、
窒化アルミニウム焼結体に固着するため、窒化アルミニ
ウム焼結体どうし、及び窒化アルミニウム焼結体と支持
台４３とを容易に分離することができないという欠点が
あった。難焼結性の窒化ホウ素粉末を用いれば、この様
な固着は生じないが、窒化ホウ素粉末は潤滑性を有する
ために、窒化アルミニウム成型体を焼成する際に、その
焼成収縮により窒化アルミニウム焼結体が位置ずれを起
こし、基板の端部が反ってしまうため、平坦度の要求さ
れる半導体装用基板として供するためには、ラッピング
等の加工をしなければならないという問題点があった。

この問題を解決する方法としては、例えば、特開昭６２
−１００４７９号公報に示される方法があり、これを第
３図に示す。

この方法は、すなわち窒化アルミニウムグリーンシート
３１と窒化ホウ素を主成分とする重し材３２とを交互に
数段積み重ねて焼成するというものであるが、当該従来
技術では、高価な窒化ホウ素を主成分とする重し材が窒
化アルミニウムグリーンシートと同数必要であり、また
、焼成炉内の容積効率を悪くすることから、必ずしも量
産性に優れた方法とは言い難い。さらに、窒化ホウ素を
主成分とする重し材で窒化アルミニウムグリーンシート
が抑えられているために、窒化アルミニウムグリーンシ
ート中に含まれているバインダー等の有機物の除去（脱
脂）が難しく、この脱脂が不充分であると窒化アルミニ
ウム焼結体中でカーボン残渣となって黒色の色むらが生
じたり、ひいては絶縁抵抗を低下させるし、一方、この
脱脂を完全に行なうために、空気中で長時間加熱すると
窒化アルミニウムの酸化が起こり、窒化アルミニウム焼
結体の熱伝導率を低下させるという問題があった。（な
お、肉厚の窒化アルミニウムグリーンシートであれば、
あらかじめ完全に脱脂した後、これを窒化ホウ素を主成
分とする重し材と交互に積み重ねることは可能であるが
、半導体装用基板として広（利用されている　０．６３
５．０．８．１．０＋ｎｍ等の肉薄の基板では、脱脂後
のグリーンシートが非常に脆いために、このような方法
は不可能である。） ［発明の解決しようとする課題］ 本発明は、窒化アルミニウム基板の製造に関連した従来
技術が有していた前述の欠点を解消しようとするもので
あり、平面度、平滑度に優れた窒化アルミニウム基板を
効率よ（提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであり
、支持台上に複数枚の窒化アルミニウムを主成分とする
グリーンシートを該支持台と該グリーンシート間、該グ
リーンシート相互間にセラミック粉末を介在させて複数
枚積み重ね、最上部のグリーンシート上には、重し材を
載せ、酸化性雰囲気中で加熱して脱脂し、更に非酸化性
雰囲気中で焼成することを特徴とする窒化アルミニウム
基板の製造方法を提供するものである。

以下、本発明を図面に従って詳細に説明する。第１図は
、本発明の製造方法を示す基本的構成図である。

本発明は第１図に示す如く所定の寸法に切断した窒化ア
ルミニウムグリーンシート１をセラミック粉末２を介在
させて支持台であるセッター３上に２枚以上積み重ね、
さらに最上部に重し材４を置き、これらを酸化性雰囲気
中で加熱し、脱脂を行ない、その後焼成するというもの
である。

原料となる窒化アルミニウム粉末としては不純物酸素量
が３重量％以下が適当であり、１．５重量％以下である
ことが望ましい。その粒度は平均粒径が１０μｍ以下、
好ましくは２μｍ以下が望ましい。

また、窒化アルミニウム粉末に添加される焼結助剤は緻
密な焼結体を得る為のものであり、Ｙ２ｋｓ　、ＣａＯ
などが好ましいが、緻密化を促進するものであればこれ
に限定されるものではない。焼結助剤の添加量について
は多過ぎると窒化アルミニウム以外の結晶相が増加し、
熱伝導率が低下するので好ましくは１０重量％以下、特
に好ましくは５重量％以下である。

これらの粉末に有機バインダー、可塑剤等を加えてスラ
リー状にしたものをドクターブレード法等により成型し
、窒化アルミニウムのグリーンシート１を作製する。

第１図に示すようにそれぞれのグリーンシート間に介在
させるセラミック粉末２は、窒化アルミニウム基板相互
間及び窒化アルミニウム基板とセッター３乃至重し材４
とが付着するのを防ぐためのものであれば何ら限定され
ず、窒化ホウ素粉末等が挙げられる。また、このセラミ
ック粉末２を窒化アルミニウムグリーンシート１の間に
介在させる方法としては、このセラミック粉末２を　１
．１．１−　ｈリクロロエタン等の有機溶剤中に懸濁さ
せ、スプレー法等により、窒化アルミニウムグリーンシ
ート１表面に吹き付は等の方法により形成後、このグリ
ーンシート１を重ね合わせればよい。なお、この介在さ
せるセラミック粉末２の量としては、多すぎると窒化ア
ルミニウム基板の反りやうねりが大きくなってしまうこ
とから、該窒化アルミニウム基板相互間及び該窒化アル
ミニウム基板とセッター３乃至重し材４とが付着しない
程度に極力少な（することが望ましい。この点から窒化
ホウ素粉末の場合、グリーンシートｌの面積に対して０
．２〜１．０　ｍｇ／　Ｃｍ”程度とするのが望ましい
。また、グリーンシート１の表面に形成する方法はスプ
レー以外の例えば、刷毛等により塗布してもよく、それ
以外の方法でもよい。またグリーンシート１の相互間は
それぞれのグリーンシート１の片面にのみセラミック粉
末を形成してもよいが両面に形成してもよい。

セッター３及び重し材４としては窒化アルミニウム基板
の反りやうねりを小さ（するために平坦性が最も重要で
あり、窒化アルミニウムの焼結温度である１７００〜１
９００℃において反りやうねりの生じ難いものが望まし
い。この点から材質としては窒化ホウ素質焼結体、窒化
アルミニウム質焼結体、窒化ホウ素乃至窒化アルミニウ
ムで表面をコーティングしたカーボン等が挙げられる。

なお、ここで言う重し材４の作用としてはその重量によ
って窒化アルミニウムグリーンシートｌを抑えつけ、窒
化アルミニウム基板の反りやうねりの発生を抑止すると
いうよりもむしろ、２枚以上積み重ねた窒化アルミニウ
ムグリーンシートｌが脱脂及び焼成の工程において水平
方向に位置ずれし、結果として、窒化アルミニウム基板
の端部に反りやうねりが生じるのを防ぐためのものであ
る。従って重し材４の重量としては窒化アルミニウムグ
リーンシート１の面積に対して１．０〜４．０ｇ／ｃｍ
”程度が最適であり、これより重すぎると、窒化アルミ
ニウム基板に割れやクラック等が生じるので好ましくな
い。

次に脱脂としては空気中等の酸化性雰囲気中において窒
化アルミニウムが酸化されない温度で加熱することが望
ましく、通常４００〜６００℃で行なわれる。しかしな
がら第１図に示すような本発明の構成の場合、最上部に
重し材４があるため、窒化アルミニウムグリーンシート
１が大きいと脱脂に長時間を要してしまう。その結果、
窒化アルミニウムが酸化されない条件では脱脂が不完全
となり、窒化アルミニウム基板の中央部に黒色の色むら
を生じたり、絶縁抵抗が低下するし、一方、完全に脱脂
して均質な透光性の窒化アルミニウムの基板を得ようと
すると、窒化アルミニウムが酸化されてしまい、窒化ア
ルミニウム基板の熱伝導率が低下する。そこで重し材４
の構成図である第２図に示すように、該重し材４に０．
５〜５．０ｍｍΦの貫通穴２２を０．５〜５．０　ｍｌ
Ｉ＋間隔で設けたところ、容易に脱脂できるようになり
熱伝導率を低下させることなく、均質な透光性を有する
窒化アルミニウム基板が得られた。

以上の如く脱脂したものを、窒化ホウ素、窒化アルミニ
ウム、カーボン等の容器に収容し、窒素又は不活性ガス
等の非酸化性雰囲気中１７００〜１９００℃で常圧焼結
することにより窒化アルミニウム基板が得られる。ここ
で、通常使用するのは窒素であるが、酸素濃度は２０　
ｐｐｍ以下が望ましい。

尚、本発明の製造方法は、厚さ２　ｍｍ以下の窒化アル
ミニウム基板の製造に適し、望ましくは厚さ　ｌ　ｍｍ
の窒化アルミニウムの基板の製造に適している。

［実施例］ （実施例１） 酸素含有量１．７重量％、平均粒径８μｍの窒化アルミ
ニウム粉末に焼結助剤であるＹ２Ｏ，を３．０重量％と
なるように添加し、これら無機成分に対して、分散剤２
重量部、有機バインダーとしてアクリル樹脂を１２重量
部、可塑剤としてジブチルフタレートを５重量部加え、
トルエン等の有機溶剤と混合してスラリーとした後、ド
クターブレード法により成型し、厚さ　０．８５　ｍｍ
の窒化アルミニウムグリーンシートを得た。このグリー
ンシートの密度は、１．８２　ｇ／　ｃｍ”　、粉末の
充填率は４７．５％であった。

次いでこのグリーンシートを９５．３　ｍｍ角に打ち抜
いたものを２０枚作製した。一方、平均粒径１０μｍの
窒化ホウ素粉末を１．１．１−　）ジクロルエタン中に
懸濁させ、この懸濁液をスプレー法によって９５．３　
ｍｍ角のグリーンシートの片面に塗布した。このときの
窒化ホウ素粉末の塗布量は０．５　ｍｇ／　ｃｍ”であ
った。一方、同様に外寸１００　Ｘ　１００　Ｘ　１０
ｔｍｍの窒化アルミニウム質のセッター上にも窒化ホウ
素粉末を塗布し、この上に、前記の窒化ホウ素粉末を塗
布したグリーンシートを２０枚積み重ねた。

次いで重し材として外寸８５Ｘ　８５Ｘ　１０ｔｍｍの
窒化ホウ素質焼結体を最上部に載せ、これらを空気中、
　４５０℃、２．５時間加熱することにより窒化アルミ
ニウムグリーンシートの脱脂を行ない、最後に、これら
を窒化アルミニウム質の容器に収容し、密閉状態とした
ものを、窒素含有非酸化性雰囲気中、１８５０℃で３時
間常圧焼結を行なった。

得られた窒化アルミニウム基板（外寸７６．２Ｘ　７６
．２Ｘ　Ｏ，６３５’　ｍｍ　）は該窒化アルミニウム
基板相互間及び該窒化アルミニウム基板とセッター乃至
重し材との付着は全く無く、容易に分離することができ
、均質な透光性を示していた。そこでこの窒化アルミニ
ウム基板の相対密度、熱伝導率９体積抵抗、うねり１表
面粗さを調べたところ、以下の様であった。なお、熱伝
導率は基板形状のままで、レーザーフラッシュ法により
測定した。

相対密度　９９．０％ 熱伝導率　１００　Ｗ／ｍ−に 体積抵抗　９Ｘ１０”Ω’ｃｍ うねり　　５０μｍ以下 表面粗さ　Ｒａ＝０．８　μｍ　、　Ｒｍａｘ＝６　μ
ｍ（実施例２） 重し材に１．５ｍｍΦの貫通穴を２　ｍｍ間隔で開け、
脱脂の条件を、空気中４００℃、２．５時間とした以外
は実施例１と全（同様の方法で行なった。得られた窒化
アルミニウム基板は均質な透光性を示し、以下の様な特
性であった。

相対密度　９９．３％ 熱伝導率　１３０　Ｗ／ｍ−に 体積抵抗　９ＸｌＯ”Ω・ｃｍ うねり　　５０μｍ以下 表面粗さ　Ｒａ＝０．８１ｔｍ　、　Ｒｍａｘ＝６　μ
ｍ実施例１よりも脱脂の温度が５０’Ｃ低いため、窒化
アルミニウムが酸化されず、熱伝導率が向上した。

（比較例１） 脱脂の条件を空気中４００’Ｃ、２，５時間とした以外
は、実施例１と全く同様の方法で行なったところ、得ら
れた窒化アルミニウム基板は、脱脂が充分でないため、
中央の直径約３０　ｍｍの部分が黒色化しており、この
黒色部の体積抵抗は１．０×Ｈ′２Ω・ｃａｎと低い値
を示した。このことから、実施例２の重し材に貫通穴を
開けたことの効果が確認できた。

［作用・効果］ 本発明の窒化アルミニウム基板の製造方法は、窒化アル
ミニウムを主成分とするグリーンシート間等にセラミッ
ク粉末を介在させて、セッター上に２枚以上積み重ね、
さらに最上部には重し材を置いたものを空気中又は窒素
中で脱脂し、次いでこれを窒素を含む非酸化性雰囲気中
で焼成することにより、平面度、平滑度に優れた窒化ア
ルミニウム基板が効率よく提供できることを見い出した
ものである。さらに、該重し材に貫通穴を設けることに
より、容易に脱脂できるようになり、窒化アルミニウム
基板の熱伝導率の低下を防ぐことも可能である等の効果
も認められる。

【図面の簡単な説明】

第１図　本発明の製造方法を示す基本的構成図。 第２図　本発明に係る重し材の構成図。 第３図、第４図 従来の窒化アルミニウム基板の製造方 法の構成図。 １：窒化アルミニウムグリーンシート ２：セラミック粉末

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）支持台上に複数枚の窒化アルミニウムを主成分と
   するグリーンシートを該支持台と該グリーンシート間、
   該グリーンシート相互間にセラミック粉末を介在させて
   複数枚積み重 ね、最上部のグリーンシート上には、重し材を載せ、酸
   化性雰囲気中で加熱して脱脂し、更に非酸化性雰囲気中
   で焼成することを特徴とする窒化アルミニウム基板の製
   造方法。