氮化硅基板的制造方法以及氮化硅基板技术

一种氮化硅基板的制造方法，其特征在于，将包含氮化硅粉末和烧结助剂的多张生片以在它们之间夹持分离材料的方式层叠并烧结后进行分离，由此得到多张氮化硅烧结体，从而由氮化硅烧结体得到氮化硅基板，分离材料包含氮化硅粉。由于得到的氮化硅基板在表面不含氮化硼粉，因此在与铜接合时的热循环性优异。分离材料的通过BET法测定的比表面积为1m2/g以上且20m2/g以下，通过激光衍射散射法测定的体积基准的50％粒径D50为20μm以下，并且氧量为0.3重量％以上且低于2重量％，通过将分离材料以0.1mg/cm2以上且3mg/cm2以下的涂布量涂布在生片表面，能够得到热导率在室温下为80W/(m

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化硅基板的制造方法以及氮化硅基板


[0001]本专利技术涉及用于绝缘基板和电路基板的氮化硅基板的制造方法、以及通过该制造方法制造的氮化硅基板。

技术介绍

[0002]近年，广泛使用各种陶瓷(烧结体)基板作为半导体模块用基板、结构用构件。例如，作为要安装大功率且发热量大的半导体元件的半导体模块用基板，要求其机械强度高、热导率高、电绝缘性高。氮化铝、氮化硅等氮化物烧结体的这些特性优异，这些氮化物烧结体基板被广泛使用。
[0003]作为氮化物基板的基础的氮化物烧结体通过将以氮化物(AlN、Si3N4等)粉末为主成分的生片在高温的氮气气氛中进行烧结而制作。此时，通常为如下制造方法：制造大面积的氮化物烧结体，从该烧结体切出多张具有期望大小的上述基板。该烧结使用电炉等进行，但为了降低制造成本，可使用将多个生片层叠并进行烧结，从而同时得到多个氮化物烧结体的手法。
[0004]该烧结时，为了防止所层叠的氮化物烧结体间的粘接，要制成氮化物烧结体的生片会在表面涂布分离材料后进行层叠。烧结后，能够通过分离材料而将多个氮化物烧结体分离。
[0005]氮化铝、氮化硅等氮化物烧结体需要在1600℃以上的高温下进行烧结，因此，为了使氮化物烧结体间的剥离性良好，广泛使用在烧结温度以上的高温下稳定的氮化硼(BN)粉作为分离材料。
[0006]如上所述，BN粉由于保持夹持在氮化物烧结体间的状态而进行烧结，因此必须使其不会因烧结时拘束氮化物烧结体、或与氮化物烧结体发生反应而变形。因此，需要对使用的BN粉的性状、BN粉的涂布方法等制造条件进行选择。
[0007]专利文献1公开了一种板状陶瓷烧结体的制造方法，其中，将多个生片以在它们之间夹持由高耐热性的微粒形成的剥离材料的方式层叠，一边在该层叠生片的层叠方向上按压，一边进行烧成。该专利技术中，记载了能够防止烧结时的翘曲、裂纹，重叠的片材不会发生固着，能够容易地剥离。然而，没有与作为陶瓷烧结体的氮化硅薄板相关的记载，对于在氮化硅薄板的制造时使用氮化硅粉作为剥离材料完全没有记载。
[0008]专利文献2公开了一种氮化硅基板的制造方法，其中，分离材料为氧量0.01～0.5重量％、平均粒径4～20μm、比表面积20m2/g以下的氮化硼(BN)粉，将前述BN粉以0.05～1.4mg/cm2的涂布量涂布在生片表面。该专利技术中，记载了提供剥离性良好、相对密度高且高强度、高热导率、变形少的氮化硅基板。然而，弯曲强度为790MPa以下、热导率为93W/mK以下。
[0009]专利文献3记载了一种氮化硅基板的制造方法及氮化硅基板、以及使用其的电路基板，所述氮化硅基板的特征在于，由含有氮化硅颗粒和至少包含氧化镁的烧结助剂的氮化硅烧结体形成，前述氮化硅颗粒包含以面积比计为30％以上的、短径a为0.5～5μm且长径
b相对于短径a之比(b/a)为2以上的柱状晶体颗粒，前述基板表面的算术平均粗糙度Ra为0.3～2μm以上，基板表面残留的BN与氮化硅之比以B的荧光X射线强度与Si的荧光X射线强度之比(B/Si)计大于6.5
×
10
‑5且为300
×
10
‑5以下。然而，虽然通过使氮化硅基板表面残留的分离材料即氮化硼的残留量为适当的范围，从而接合铜板时的耐热循环性得到改善，但弯曲强度为750MPa以上且830MPa以下。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1：日本特开平1
‑
87574号公报
[0013]专利文献2：日本特开2011
‑
178598号公报
[0014]专利文献3：日本特开2011
‑
216577号公报
[0015]专利文献4：国际公开第2013/146713号

技术实现思路

[0016]专利技术要解决的问题
[0017]根据这些现有技术，通过在陶瓷生片的表面涂布作为分离材料的氮化硼，从而在层叠多张生片并烧结后，可得到剥离性良好、变形少的氮化硅基板，但由于基板表面会残留作为分离材料的氮化硼，因此在接合铜板时的耐热循环性产生问题，期望得到改善。
[0018]另外，这些现有技术中，对于近年发热量越发增大的半导体模块，热传导性或机械特性经常不足，尤其进一步期望稳定地确保放热性直至操作中的高温区域，在该现状下，还存在热传导性和机械特性这两方面性能不足的问题。
[0019]例如，为了改善耐热循环性而采用减少氮化硼(BN)分离材料在生片表面的涂布量的方法、或者强化对氮化硅烧结体表面进行研磨或珩磨(honing)等的加工条件从而对BN分离材料进行强制去除加工的方法等，使表示基板表面残留的BN与氮化硅之比的B/Si荧光X射线强度比为5
×
10
‑5以下时，氮化硅烧结体表面有缺陷残留或产生损伤，其弯曲强度也随之降低。
[0020]专利文献3中，在由含有氮化硅颗粒和至少包含氧化镁的烧结助剂的氮化硅烧结体形成的氮化硅基板中，前述氮化硅颗粒包含以面积比计为30％以上的、短径a为0.5～5μm且长径b相对于短径a之比(b/a)为2以上的柱状晶体颗粒，前述基板表面的算术平均粗糙度Ra为0.3～2μm，将基板表面残留的BN与氮化硅之比的、B的荧光X射线强度与Si的荧光X射线强度之比(B/Si)设为大于6.5
×
10
‑5且为300
×
10
‑5以下这一适当的范围，由此提高在氮化硅基板表面接合铜板时的接合强度，改善了耐热循环性。然而，专利文献3的方法中，利用如下的方法改善了耐热循环性：通过使前述b/a比为2以上的柱状晶体颗粒的面积比为30％以上而在基板表面形成规定深度的凹部，从而作为分离材料的BN残留于凹部，使得最表面不存在BN，因此，氮化硅基板表面的凹凸变大。因此，氮化硅烧结体的弯曲强度停留在830MPa以下的水平。
[0021]本专利技术人等发现，通过使用氮化硅粉代替以往的氮化硼粉作为分离材料，能够解决与铜接合时的热循环性不充分的问题，并且通过使用具有规定特性的氮化硅粉，还能够一举解决上述的弯曲强度降低的问题和对热循环的耐久性不充分的问题这两者。
[0022]即，本专利技术是鉴于上述问题点而作出的，其目的在于，提供与铜接合时的热循环性
优异的氮化硅基板及其制造方法、以及远超现有技术的高强度、高热传导且变形少的氮化硅基板及其制造方法。
[0023]用于解决问题的方案
[0024]本专利技术人等为了解决前述课题而反复进行了深入研究，结果发现，作为用于氮化硅基板的制造的分离材料，能够使用氮化硅(SN)粉而非氮化硼(BN)粉，并且由此可得到耐热循环性优异的氮化硅基板，以及通过使用具有特定的比表面积、粒度、氧量且铝含量少的氮化硅(SN)粉作为分离材料，使涂布量等制造条件为特定的范围，可得到剥离性良好、高强度、高热传导且变形少的氮化硅基板，从而完成了本专利技术。即，本专利技术涉及以下方案。
[0025]〔方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氮化硅基板的制造方法，其特征在于，将包含氮化硅粉末和烧结助剂的多张生片以在它们之间配置分离材料的方式层叠，所述分离材料包含氮化硅粉，将得到的层叠体中的所述多张生片进行烧结，通过从所述层叠体分离而得到多张氮化硅烧结体，从所述氮化硅烧结体得到氮化硅基板。2.根据权利要求1所述的氮化硅基板的制造方法，其特征在于，在氮化硅制围绕体或氮化硼制围绕体内进行所述多张生片的所述烧结。3.根据权利要求1或2所述的氮化硅基板的制造方法，其特征在于，将所述多张生片的周围用氮化硅粉覆盖而进行所述烧结。4.根据权利要求1～3中任一项所述的氮化硅基板的制造方法，其特征在于，将残留在所述烧结后得到的所述氮化硅烧结体的表面的所述分离材料去除。5.根据权利要求1～4中任一项所述的氮化硅基板的制造方法，其特征在于，所述分离材料的通过BET法测定的比表面积为1m2/g以上且20m2/g以下，通过激光衍射散射法测定的体积基准的50％粒径D50为20μm以下，并且氧量为0.3重量％以上且低于2重量％，所述分离材料以0.1mg/cm2以上且3mg/cm2以下的涂布量涂布在所述生片的表面。6.根据权利要求5所述的氮化硅基板的制造方法，其特征在于，所述分离材料的铝含量低于50ppm。7.根据权利要求5或6所述的氮化硅基板的制造方法，其特征在于，所述烧结是在氮气氛中以气体压力0.15MPa以上且3MPa以下、烧结温度1750℃以上且1910℃以下保持6小时以上且22小时以下而进行的。8.一种氮化硅基板，其特征在于，其为由含有氮化硅颗粒和烧结助剂的氮化硅烧结体形成的氮化硅基板，所述氮化硅基板...

【专利技术属性】
技术研发人员：本田道夫，藤永昌孝，王丸卓司，柴田耕司，山田哲夫，
申请(专利权)人：宇部兴产株式会社，
类型：发明
国别省市：