KR102455667B1 - 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법 및 그 질화알루미늄 웨이퍼 - Google Patents

질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법 및 그 질화알루미늄 웨이퍼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법 및 질화알루미늄 웨이퍼에 관한 것으로서, 상기 제조 방법은 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료의 바깥 둘레에 적어도 하나의 얼라이먼트 노치 또는 얼라이먼트 플랫 밴드를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 얼라이먼트 노치 및 얼라이먼트 플랫 밴드는 상기 질화알루미늄 웨이퍼가 반도체 제조 과정에서 제조 공정 불량이 초래되는 상황이 발생하지 않으며, 정밀한 위치 얼라이먼트 기능을 구비하여 수율을 향상시킨다. 본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼는 고 열전도율, 고 유전율을 구비하고, 절연성 및 산열이 훌륭하며, 반도체 제조 공정, 전자 제품 및 반도체 기기의 응용에 적합하고 전자 제품으로 응용되기에 적절하다.

Description

질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법 및 그 질화알루미늄 웨이퍼{METHOD FOR MAKING ALUMINUM NITRIDE WAFER AND ALUMINUM NITRIDE WAFER MADE BY THE SAME}
본 발명은 질화알루미늄 웨이퍼 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히는 얼라이먼트 노치(Notch) 또는 얼라이먼트 플랫 밴드, 또는 주변 리드각을 구비하는 질화알루미늄 웨이퍼에 관한 것이며, 반도체 제조 공정에 응용될 수 있고, 그 제조된 질화알루미늄 웨이퍼는 반도체 전자 제품에 응용될 수 있다.
일반적인 웨이퍼는 실리콘을 인발 제련, 용해, 순화 및 증류 등 프로세스를 거쳐 단결정 실리콘 봉을 완성하고, 단결정 실리콘 봉은 연마 및 폴리싱 등 가공을 거친 후, 웨이퍼를 획득한다. 웨이퍼의 가공 방법의 종류는 화학 가공, 기계 가공 및 화학 기계 가공을 포함한다. 화학 가공은 알칼리성 또는 산성 에칭을 포함하고, 기계 가공은 연마 또는 폴리싱 등을 포함하며 화학 기계 가공은 강산 또는 강알칼리를 이용하여 실리콘 웨이퍼 표면에 먼저 한 층의 얇고 부드러운 산화층을 부식시킨 후 기계 폴리싱을 거치는 것이다.
연마하는 목적은 두께를 수용 범위까지 제어하기 위해 웨이퍼를 다듬는 것이며, 폴리싱은 연마로 인해 초래되는 흠집을 개선하는 것이고, 웨이퍼의 흠결은 대부분 미립자, 결정체 원생의 구멍, 잔여 물질 또는 스크래치인 바, 웨이퍼 표면을 평탄화, 평면화하여 웨이퍼 표면이 매끄럽도록 하여 미립자의 부착을 방지한다.
연마 과정은 웨이퍼 블록 재료를 웨이퍼가 되도록 먼저 절삭하는 것으로서, 흔히 사용하는 절삭 방식은 절삭날 또는 와이어 컷팅을 더 포함하는 바, 그후 다시 연마하여 필요한 두께에 도달한다. 웨이퍼가 지나치게 두꺼우면 산열이 바람직하지 않고 일반 출력 분리기의 웨이퍼 두께는 약 350 ~ 450 μm이며, 집적 회로는 더욱 슬림한 두께를 요하는 바 두께는 일반적으로 180 μm이하이다.
세라믹은 고 유전율, 절연성, 고 열전도율, 훌륭한 내열성 및 산열성을 가지며, 특히는 고 습도에서 안정적인 성능을 갖는다. 발명자의 연구 조사에 따르면, 세라믹 재질에서 다결정질 질화알루미늄은 특히 높은 열전도율(약 170 ~ 240 W/mk)을 가지는 바, 이는 산화알루미늄의 7배 내지 9배에 달하며 방부성을 구비하고, 고온에 강하며 팽창 계수가 낮고 높은 유전율 및 기계적 강도의 특성을 가지기에, 즉 웨이퍼 재료에 적합하며, 실리콘을 웨이퍼 재료로 사용하는 것보다 효능이 더욱 훌륭하다. 이로써 본 발명은 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법 및 이를 통해 제조되는 질화알루미늄 웨이퍼를 제공하고자 한다. 본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼는 질화알루미늄을 재료로 사용하는 외에 웨이퍼에 얼라이먼트 노치(Notch) 또는 얼라이먼트 플랫 밴드를 설치하여 가공 과정에서 위치 얼라이먼트가 바람직하지 않거나 웨이퍼가 파열되거나 긁히는 문제를 효과적으로 개선할 수 있다.
하여, 본 발명의 목적은 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것인 바, 질화알루미늄 생소지 블록 재료를 질화알루미늄 웨이퍼 블록 재료가 되도록 고온 처리하는 단계(a); 상기 질화알루미늄 웨이퍼 블록 재료의 바깥 둘레에 적어도 하나의 얼라이먼트 노치 또는 얼라이먼트 플랫 밴드를 형성하고, 상기 질화알루미늄 웨이퍼 블록 재료를 복수 개의 질화알루미늄 웨이퍼 재료로 절삭하는 단계(b); 및 각 하나의 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료를 연마 폴리싱하는 단계(c)를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 상기 질화알루미늄 생소지 블록 재료는 질화알루미늄 생소지를 몰드내에 설치하고, 기계적 또는 유압 성형을 거친 후, 수압, 유압, 또는 기압으로 균압 처리를 진행하여 획득한 것으로서; 여기서, 상기 기계적 또는 유압 성형은 압력 톤수가 98066.50 N ~ 9806650.00 N 및 상기 몰드내 압력이 -0.063 atm ~ 100 atm으로 완성되는 것이며, 상기 수압, 유압 또는 기압으로 균압 처리를 진행하는 것은 압력이 100 atm ~ 8000 atm 및 온도가 10 ℃ ~ 100 ℃로 완성되는 것이다.
본 발명의 다른 한 목적은 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것인 바, 질화알루미늄 생소지 시트를 제공하고, 상기 질화알루미늄 생소지 시트는 질화알루미늄 생소지를 블레이드 코팅하여 획득된 것일 수 있거나, 상기 질화알루미늄 생소지를 블레이드 코팅하여 질화알루미늄 생소지 코일 재료를 형성한 후, 상기 질화알루미늄 생소지 코일 재료를 절단하여 획득된 것일 수 있는 단계(a); 상기 질화알루미늄 생소지 시트를 질화알루미늄 웨이퍼 재료가 되도록 고온 처리하는 단계(b); 및 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료의 바깥 둘레에 적어도 하나의 얼라이먼트 노치 또는 얼라이먼트 플랫 밴드를 형성하고, 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료를 연마 폴리싱하는 단계(c)를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 상기 고온 처리는 탈지 과정 및 소결 과정을 포함하고; 여기서, 상기 탈지 과정은 200 ℃ ~ 900 ℃ 및 수소, 질소, 산소, 아르곤 또는 공기의 환경에서 진행되며; 상기 소결 과정은 1000 ℃ ~ 3000 ℃ 및 진공, 상압 또는 고압의 압력하에, 수소, 질소, 아르곤의 환경에서 진행된다.
바람직한 실시예에서, 상기 질화알루미늄 생소지는 질화알루미늄 과립을 포함하고; 여기서, 상기 질화알루미늄 과립은 산화알루미늄 및/또는 순알루미늄의 파우더에 질소, 탄소, 수소 원자를 함유한 유기 접착제를 혼합한 후, 수소, 질소, 탄소 원자를 함유한 기체 환경에서 고온 탄소열 환원 반응을 진행한 후, 질소, 산소 또는 대기를 함유한 기체 분위기 환경에서 고온 탄소 제거를 진행한 후 펠레타이징하여 획득한 것이다.
바람직한 실시예에서, 상기 고온 탄소열 환원 반응은 600 ℃ ~ 3000 ℃의 온도에서 완성된다.
바람직한 실시예에서, 상기 단계(c)에서, 연마 폴리싱의 진행 전후에, 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료의 바깥 둘레 (즉 주위)에 리드각을 형성하고, 여기서 상기 리드각의 형태는 직각형, 반원형, 비대칭 반원형, 반타원형, 비대칭 반타원형, 대칭 사다리꼴, 비대칭 사다리꼴, 대칭 반원형 및 사다리꼴 조합, 또는 비대칭 반원형 및 사다리꼴 조합을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 상기 얼라이먼트 노치의 형태는 V형 요홈형을 포함하고, 상기 V형 요홈형의 V형 밑부분 및 좌우 상부는 아크형이며, 응력이 집중되어 웨이퍼 파열을 초래하는 것을 방지한다.
바람직한 실시예에서, 상기 얼라이먼트 플랫 밴드는 레이저, 수력 절단 또는 기계 가공을 거쳐 형성된다.
본 발명의 다른 한 목적은 질화알루미늄 웨이퍼를 제공하는 것으로서, 상술한 제조 방법을 사용하여 획득한 질화알루미늄 웨이퍼이며; 여기서, 상기 질화알루미늄 웨이퍼의 바깥 둘레에 적어도 하나의 얼라이먼트 노치 또는 얼라이먼트 플랫 밴드가 포함된다.
종래기술과 비교하면, 본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법은 방부성을 구비하고, 고온에 강하며 팽창 계수가 낮고 높은 유전율 및 기계적 강도의 알루미늄 웨이퍼를 획득할 수 있다. 본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼는 얼라이먼트 노치 또는 얼라이먼트 플랫 밴드를 구비하고, 위치 얼라이먼트가 바람직하지 않아 슬라이싱할 때 지나치게 비뚤어지는 것을 개선할 수 있으며, 평탄하고 평평한 웨이퍼 표면을 획득 불가하여 연마 및 폴리싱할 때 표면이 울퉁불퉁해지고 수율이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼가 리드각을 구비하지 않는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼가 리드각 및 V형 요홈형의 얼라이먼트 노치를 구비하는 모식도이다(상기 V형 요홈형의 V형 밑부분 및 좌우 상부는 아크형).
도 3은 본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼가 얼라이먼트 노치 및 리드각을 형성하는 방법에 따른 모식도이다.
도 4는 본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼의 리드각 형태의 모식도로서 (a) 직각형; (b) 반원형; (c) 비대칭 반원형; (d) 반타원형; (e) 비대칭 반타원형; (f) 대칭 사다리꼴; (g) 비대칭 사다리꼴; (h) 대칭 사다리꼴 및 반원 조합형; (i) 비대칭 사다리꼴 및 반원 조합형이다.
도 5는 본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼가 얼라이먼트 플랫 밴드를 구비하는 모식도이다.
하기의 실시형태는 본 발명을 지나치게 한정하는 것으로 간주하여서는 아니된다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 상황에서 본 문에서 논의되는 실시예를 보정 및 개변시킬 수 있으며 이는 여전히 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명의 제1 실시양태에 따른 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법은, 질화알루미늄 생소지 블록 재료를 질화알루미늄 웨이퍼 블록 재료가 되도록 고온 처리하는 단계(a); 상기 질화알루미늄 웨이퍼 블록 재료의 바깥 둘레에 적어도 하나의 얼라이먼트 노치 또는 얼라이먼트 플랫 밴드를 형성하고, 상기 질화알루미늄 웨이퍼 블록 재료를 복수 개의 질화알루미늄 웨이퍼 재료로 절삭하는 단계(b); 및 각 하나의 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료를 연마 폴리싱하는 단계(c)를 포함한다.
본 발명의 제1 실시양태에서, 상기의 “질화알루미늄 생소지 블록 재료”는 질화알루미늄 생소지를 몰드내에 설치하고, 기계적 또는 유압 성형을 거친 후, 수압, 유압, 또는 기압으로 균압 처리를 진행하여 획득한 것으로서, 상기 균압 처리는 등방성(isotropic)임이 바람직하다. 여기서, 질화알루미늄 생소지를 몰드내에 설치하고 진공, 상압, 또는 고압하에 기계 또는 유압 성형을 거쳐 완성된 후의 질화알루미늄 웨이퍼의 구멍을 감소시킬 수 있으며, 웨이퍼 표면에 입자가 부착되는 것을 감소실 수 있고; 수압, 유압 또는 기압으로 균압 처리의 과정을 진행하여 압축된 후의 질화알루미늄 생소지의 밀도가 일치하여 균질의 질화알루미늄 생소지를 획득하게 된다. 상기 질화알루미늄 생소지를 몰드내에 설치하고, 상기 기계 또는 유압으로 성형하는 압력은 98066.50 N ~ 9806650.00 N (즉 10 톤 ~ 1000 톤)으로 완성되며, 예를 들어 98066.50 N, 4900332.50 N, 980665.00 N, 1961330.00 N, 2941995.00 N, 3922660.00 N, 4903325.00 N, 5883990.00 N, 6864655.00 N, 7845320.00 N, 8825985.00 N 또는 9806650.00 N이고, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 그러나 몰드내의 압력은 진공, 상압 또는 고압일 수 있으며, 압력 범위는 -0.063 atm ~ 100 atm이고, 예를 들어 -0.063 atm, 1 atm, 5 atm, 10 atm, 20 atm, 30 atm, 40 atm, 50 atm, 60 atm, 70 atm, 80 atm, 90 atm 또는 100 atm이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기 수압, 유압 또는 기압으로 균압 처리하는 압력은 100 atm ~ 8000 atm이고 온도는 10 ℃ ~ 100 ℃에서 완성된다. 상기 압력은 예컨대 100 atm, 200 atm, 300 atm, 400 atm, 500 atm, 600 atm, 700 atm, 800 atm, 900 atm, 1000 atm, 1500 atm, 2000 atm, 2500 atm, 3000 atm, 3500 atm, 4000 atm, 4500 atm, 5000 atm, 5500 atm, 6000 atm, 6500 atm, 7000 atm, 7500 또는 8000 atm 등이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기 온도는 예컨대 10 ℃, 20 ℃, 30 ℃, 40 ℃, 50 ℃, 60 ℃, 70 ℃, 80 ℃, 90 ℃ 또는 100 ℃일 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 제1 실시양태에서, 상기 단계(b)에서, 상기 질화알루미늄 웨이퍼 블록 재료를 복수 개의 질화알루미늄 웨이퍼 재료로 절삭하는 단계의 과정에서 통용의 웨이퍼 블록 절삭 방법을 사용할 수 있으며, 이는 절삭날 또는 와이어 컷팅을 포함하고, 구체적으로 예를 들면 다이아몬드 커터로 절삭하고 피아노 줄로 와이어 컷팅하며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 제2 실시양태에 따른 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법은, 질화알루미늄 생소지 시트를 제공하고, 상기 질화알루미늄 생소지 시트는 질화알루미늄 생소지를 블레이드 코팅하여 획득된 것일 수 있거나, 상기 질화알루미늄 생소지를 블레이드 코팅하여 질화알루미늄 생소지 코일 재료를 형성한 후, 상기 질화알루미늄 생소지 코일 재료를 절단하여 획득된 것일 수 있는 단계(a); 상기 질화알루미늄 생소지 시트를 질화알루미늄 웨이퍼 재료가 되도록 고온 처리하는 단계(b); 및 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료의 바깥 둘레에 적어도 하나의 얼라이먼트 노치 또는 얼라이먼트 플랫 밴드를 형성하고, 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료를 연마 폴리싱하는 단계(c)를 포함한다.
본 발명에서, 상기의 “질화알루미늄 생소지”는 질화알루미늄 과립 및 결합 수지 및또는 분산제를 혼합하여 획득된다. 바람직하게, 상기 질화알루미늄 생소지는 필요에 따라 가소제와 같은 다른 첨가제를 첨가할 수 있으며 본 발명은 이에 한정되지 않고, 가소제는 상기 질화알루미늄 웨이퍼가 가요성을 갖도록 한다.
본 발명에서, 상기의 “결합 수지”는 폴리비닐 부티랄(PVB), 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리에틸렌 글리콜, 에칠셀룰로오스, 폴리아세톤, 저알킬아크릴레이트 중합체, 메타크릴산염 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 결합 수지의 첨가량이 상기 질화알루미늄 생소지에서 차지하는 중량 백분율은 0.1 wt% ~ 10 wt%이며, 예를 들어 0.1 wt%, 1 wt%, 3 wt%, 5 wt%, 7 wt% 또는 10 wt%이고, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서, 상기의 “분산제”는 유기 용매일 수 있고, 알코올류, 케톤류, 에스테르류, 카르복실산기 그룹 또는 알칸류 등을 포함하며, 구체적으로 예를 들면, 메틸알코올, 에탄올(95%), n-부탄올, 아밀알코올, 톨루엔 에탄올(95%), 디아세톤 알코올 등의 알코올류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 펜탄온, 메틸 이소부틸 케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, 아세트산메틸, 초산에틸(85%), 아세트산 부틸, 아세트산 이소아밀, 린산 트리부틸 등의 에스테르류, 초산 등의 카르복실산기 그룹, 사염화탄소, 디클로로프로판 등의 할로겐 대체 가능한 알칸류; 톨루엔, 1,4-디옥산, 및 메틸 셀로솔브, 에틸 셀로솔브 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서, 상기의 “질화알루미늄 과립”은 산화알루미늄 및/또는 순알루미늄의 파우더를 혼합하고 질소, 탄소, 수소 원자를 함유한 유기 접착제를 혼합한 후, 진공, 상압 또는 고압에서 질소, 탄소를 함유한 것이다. 여기서 탄소원은 고체와 기체 또는 원자, 수소 원자의 기체 환경에서 고온 탄소열 환원 반응을 거친 후, 질소, 산소 또는 대의 기체 분위기 환경에서 고온 탄소 제거를 거친 후 획득되고, 이어서 펠레타이징을 거쳐 획득된 것일 수 있다. 상기의 “고온 탄소열 환원 반응”은 산화알루미늄 또는 알루미늄의 산소 원자와 탄소 원자가 일산화탄소 또는 이산화탄소를 형성하며, 그 산소 원자 공공은 질소 원자와 교환되거나 또는 질소 원자에 삽입되어 질화알루미늄을 형성하는 것이다. 여기서, 상기 고온 탄소열 환원 반응은 수소, 질소, 탄소를 함유한 기체 분위기 환경에서, 압력이 -0.063 atm ~ 6000 atm 및 온도가 600 ℃ ~ 3000 ℃에서 완성되며, 상기 압력은 -0.063 atm, 1 atm, 100 atm, 500 atm, 1000 atm, 1500 atm, 2000 atm, 3000 atm, 4000 atm, 5000 atm 또는 6000 atm을 포함하고, 본 발명은 이에 한정되지 않으며; 상기 온도는 600 ℃, 700 ℃, 800 ℃, 900 ℃, 1000 ℃, 1100 ℃, 1200 ℃, 1600 ℃, 2000 ℃, 2100 ℃, 2200 ℃, 2300 ℃, 2400 ℃, 2500 ℃, 2600 ℃, 2700 ℃, 2800 ℃, 2900 ℃ 또는 3000 ℃를 포함하고, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기의 “고온 탄소 제거 후”는 상기 고온 탄소열 환원 반응에서 생성되는 불필요한 탄소 또는 탄화물을 제거하는 것이며, 온도는 200 ℃ ~ 900 ℃에서 완성되고, 예를 들면 200 ℃, 300 ℃, 400 ℃, 500 ℃, 600 ℃, 700 ℃, 800 ℃ 또는 900 ℃이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기 질화알루미늄 과립의 입경 크기는 10 nm ~ 200um이며, 예를 들어 10 nm, 20 nm, 30 nm, 40 nm, 50 nm, 60 nm, 70 nm, 80 nm, 90 nm, 100 nm, 150 nm, 200 nm, 250 nm, 300 nm, 350 nm, 400 nm, 450 nm, 500 nm, 550 nm, 600 nm, 650 nm, 700 nm, 750 nm, 800 nm, 850 nm, 900 nm, 1um, 10um, 20um, 30um, 40um, 50um, 60um, 70um, 80um, 90um, 100um, 110um, 120 um, 130um, 140um, 150um, 160 um, 170um, 180um, 190um 또는 200um이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
상기의 “펠레타이징” 과정은 소결 조제 및/또는 교착제와 분산제를 수요에 따라 첨가해야 한다. 상기 펠레타이징의 방식은 파우더 펠레타이징, 무화 펠레타이징, 분무 펠레타이징, 교반 롤링/혼합 펠레타이징, 압력 성형 펠레타이징, 소결 성형 펠레타이징을 포함하며, 파우더 펠레타이징, 무화 펠레타이징 및 분무 펠레타이징이 비교적 바람직하고, 파우더 펠레타이징이 가장 바람직하다. 여기서, 상기 소결 조제는 산화물 또는 질화물을 포함하고, 상기 산화물은 산화마그네슘, 산화지르코늄, 산화칼슘, 산화레늄, 이트리아, 산화규소, 붕소, 탄소 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하며, 상기 질화물은 질화알루미늄, 질화붕소 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 소결 조제는 세륨, 유로퓸, 에르븀, 네오디뮴, 테르븀, 사마륨, 톨륨, 디스프로슘, 이트륨, 가돌리늄, 프라세오디뮴, 루테튬, 홀뮴, 프로메튬, 란타늄, 이테르븀을 함유한 금속을 더 포함할 수 있고, 상기 소결 조제가 상기 질화알루미늄 과립에서 차지하는 무게는 0 wt% ~ 20 wt% 사이이고, 예를 들어 0 wt%, 0.5%, 1 wt%, 1.5%또는 , 2 wt%, 5 wt%, 10 wt%, 15 wt% 또는 20 wt%이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기 교착제는 폴리비닐 부티랄(PVB), 폴리에틸렌 글리콜, 아라비아 고무, 알긴산암모늄, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 에틸렌 셀룰로오스, 하이드로테틸 셀룰로오스, 메타크릴산 아미드, 메틸렌비스아크릴아미드, 폴리옥시 에틸렌 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하며, 상기 교착제가 상기 질화알루미늄 과립에서 차지하는 무게는 0.1 wt% ~ 20 wt% 사이이고, 예를 들어 0.1 wt%, 1 wt%, 3 wt%, 5 wt%, 7 wt%, 10 wt%, 15 wt% 또는 20 wt%이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기 분산제는 폴리아크릴산, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 아미드, 폴리에틸렌, 폴리비닐리덴, 폴리에틸렌 글리콜, 아라비아 고무, 젤라틴, 어유, 멘헤이든유, 유산, 피마자 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하며, 상기 분산제가 상기 질화알루미늄 과립에서 차지하는 무게는 0.1 wt% ~ 20 wt% 사이이고, 예를 들어 0.1 wt%, 1 wt%, 2 wt%, 3 wt%, 4 wt%, 5 wt%, 10 wt%, 15 wt% 또는 20 wt% 등이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서, 상기의 “질소, 탄소, 수소 원자를 함유한 유기 접착제”는 페놀수지, 폴리아크릴로니트릴, ABS 수지, 에스비아르또는 탄소 분말 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하며, 가장 바람직하게는 페놀수지이다.
본 발명에서, 상기의 “고온 처리”는 탈지 과정 및 소결 과정을 포함한다. 상기의 “탈지 과정”은 가열 및 기타 물리적 방법으로 상기 질화알루미늄 생소지의 유기물을 제거하는 것으로서, 기존의 열탈지, 용매 정련, 촉매 탈지 및 워터 베이스 추출 탈지를 사용할 수 있고, 비교적 바람직하게는 열탈지를 사용하며, 그 온도는 200 ℃ ~ 900 ℃이며, 예를 들어 200 ℃, 250 ℃, 300 ℃, 350 ℃, 400 ℃, 450 ℃, 500 ℃, 550 ℃, 600 ℃, 650 ℃, 700 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃ 또는 900 ℃ 등이고, 수소, 질소, 산소, 아르곤 또는 공기의 환경에서 진행되며, 상기 탈지 단계는 상기 질화알루미늄 과립 중의 교착제를 제거할 수 있다. 상기의 “소결 과정”은 고온 및 진공, 상압 또는 고압의 압력하에 진행되는 소결 처리 과정이며, 수소, 질소, 아르곤의 환경에서 진행되고; 여기서, 상기 고온은 1000 ℃ ~ 3000 ℃이며, 구체적으로 예를 들어 1000 ℃, 1200 ℃, 1500 ℃, 2000 ℃, 2500 ℃ 또는 3000 ℃이고, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기 진공, 상압 또는 고압의 압력은 환경이 -0.063 atm ~ 6000 atm이고, 구체적으로 예를 들어 -0.063 atm, 0 atm, 1 atm, 100 atm, 500 atm, 1000 atm, 1500 atm, 2000 atm, 3000 atm, 4000 atm, 5000 atm 또는 6000 atm이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서, 상기 단계(c)에서, 연마 폴리싱의 진행 전후에, 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료 주변에 리드각이 형성된다. 도 1은 본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼가 리드각을 구비하지 않는 모식도이고, 도 2는 본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼가 리드각을 구비하는 모식도이다.
본 발명에서, 상기의 “리드각”은 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료의 주위가 특정 형태로 형성되는 것이며, 상기 리드각은 통용적인 엣지 연삭기 또는 기계 가공기(CNC)로써 완성될 수 있고, 구체적으로 예를 들어 특정 형태의 그라인더를 형성하는 바, 도 3(a) 및 도 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료는 연마 리드각용 그라인더(6)로써 연마되어, 반원형 리드각(2)을 획득할 수 있다. 도 4(a) 및 도 (i)에 도시된 바와 같이, 상기 리드각의 형태는 (a) 직각형; (b) 반원형; (c) 비대칭 반원형; (d) 반타원형; (e) 비대칭 반타원형; (f) 대칭 사다리꼴; (g) 비대칭 사다리꼴; (h) 대칭 사다리꼴 및 반원 조합형; (i) 비대칭 사다리꼴 및 반원 조합형을 포함하고, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 리드각은 웨이퍼가 제조 공정에서 응력이 집중되어 발생하는 문제 및 버(burr)를 방지하고, 웨이퍼의 주위가 균열되는 것을 방지하며, 후속적인 제조 공정에서 광저항층 또는 에피택셜층의 평탄도를 설치하여 광저항층 또는 에피택셜층의 표면이 균일하게 분포되도록 하나 특수한 제조 공정에서는 리드각 처리를 진행하지 않을 수 있다.
본 발명에서, 상기의 “얼라이먼트 노치 또는 얼라이먼트 플랫 밴드”는 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료 바깥 둘레에 적어도 하나의 특정 형태 기호를 설치하는 바, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 얼라이먼트 노치는 V형 요홈형일 수 있고, 상기 V형 요홈의 모서리는 둥글게 처리할 수 있으며, 즉 상기 V형 요홈형의 V형 밑부분 및 좌우 상부는 아크형이고, 응력이 집중되어 웨이퍼 파열을 초래하는 것을 방지하며; 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 얼라이먼트 플랫 밴드는 평면 직선형이다. 여기서, 상기 얼라이먼트 노치는 그라인더로 완성될 수 있으며, 도 3(a) 및 도 (b)에 도시된 바와 같이, 연마 얼라이먼트 노치용 그라인더(7)를 상기 질화알루미늄 웨이퍼의 바깥 둘레에 사용하여 얼라이먼트 노치(2)를 형성하고; 상기 얼라이먼트 플랫 밴드는 통용적인 절삭 웨이퍼 바깥 둘레의 절삭기로써 완성될 수 있으며, 그 방식은 레이저, 수력 절단 또는 기계 가공을 포함하고, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기 얼라이먼트 노치 또는 얼라이먼트 플랫 밴드는 상기 질화알루미늄 웨이퍼가 제조 공정에서 위치의 얼라이먼트가 더욱 정밀하도록 하여 수율을 향상시킨다.
본 발명에서, 상기의 “연마”는 건식 또는 습식 연마, 및 단방향 또는 양방향 연마를 포함한다. 단방향 연마를 할 경우 상기 질화알루미늄 웨이퍼의 배면에 UV 겔, 핫멜트 접착제를 접착시킬 수 있거나 접착 재료를 도포하여 그 균일성을 증가시킬 수 있다.
본 발명에서, 상기의 “폴리싱”은 건식 또는 습식, 및 단방향 폴리싱또는 양방향 폴리싱을 포함한다.
본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼는 열전도 계수가 100 W/mk ~ 250 W/mk이기에 산열이 용이하여 열팽창되지 않으며, 구체적으로 예를 들어 100 W/mk, 110 W/mk, 120 W/mk, 130 W/mk, 140 W/mk, 150 W/mk, 160 W/mk, 170 W/mk, 180 W/mk, 190 W/mk, 200 W/mk, 210 W/mk, 220W/mk, 230 W/mk, 240 W/mk 또는 250 W/mk이고; 유전율은 8 ~ 9(1MHz)이기에, 절연의 효과를 구비하며, 구체적으로 예를 들어 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), 또는 9(1MHz)이고; 벤딩 강도는 200 ~ 600 MPa이며, 구체적으로 예를 들어 200 MPa, 250 MPa, 300 MPa, 350 MPa, 400 MPa, 450 MPa, 500 MPa, 550MPa 또는 600 MPa이기에, 기계적 강도가 높다.
본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법으로 획득한 질화알루미늄 웨이퍼는 18 인치, 12 인치, 10 인치, 8 인치, 6 인치, 4.5 인치, 4 인치, 2 인치일 수 있거나, 또는 기타 가공 제조 능력 범위의 원형일 수 있으며, 절연, 산열, 유전체 계수가 높은 장점을 구비하고, 후단 반도체의 가공 공정을 거쳐 포토마스크, 에칭, 패키징 및 테스트를 거친 후 3차원 회로 패키징, 출력 반도체 어셈블리 패키징, 전기 회로 제조 등 전자 산업 또는 반도체 산업에 사용될 수 있다.
[구체적인 실시예]
본 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명의 필요한 기술을 용이하게 이해하기 위해 하기와 같이 본 발명을 서술하도록 하는 바, 그 중의 정신 및 범위를 위배하지 않는 한 본 발명을 다양하게 개변 및 수식하여 상이한 용도 및 상황에 적응시킬 수 있다. 이로써, 기타 실시예도 특허청구범위에 속한다.
제조예 1-제조 질화알루미늄 과립 형성
1kg 산화알루미늄, 1kg 순알루미늄 파우더 및 페놀 에스테르를 보올 밀 혼합을 거쳐 페놀 에스테르와 탄소 파우더로 펠레타이징한 후, 입자를 1 atm 및 1600 ℃인 고온로에 넣고 아세틸렌, 질소 가스, 수소 가스를 주입하여 20시간 동안 고온 탄소열 환원 반응을 진행하며, 환원된 후의 입자를 대기 환경에 안착시켜 600 ℃ 및 24시간 동안 고온 탄소 제거를 진행한 후, 오카와라(大川原) 분무 펠레타이징 장치로써 입경이 60 ~ 90 um인 1.1kg 질화알루미늄 과립을 얻는다.
실시예 1-질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법1
상기 제조예 1로써 획득된 3 kg의 질화알루미늄 과립에 10%의 폴리비닐 부티랄(PVB) 수지, 1%의 분산제를 혼합 가입하여 질화알루미늄 생소지를 획득한 후, 상기 질화알루미늄 생소지를 유압기 몰드내에 설치하고, 진공하에 압력이 1961330 N 및 몰드내부 압력이 -0.063 atm으로 고압 성형하며, EPSI의 수압기를 사용하여 3000 atm 압력 등방성 압력 및 30 ℃하에 균압처리를 진행하여, 질화알루미늄 생소지 블록 재료를 형성하고; 상기 질화알루미늄 생소지 블록 재료를 대기에 안착시켜 600 ℃하에 탈지를 진행한 후, 시마즈(
Figure 112020094992683-pat00001
) 고온로를 거쳐 10 atm 및 온도가 1800 ℃로 소결 처리하여, 질화알루미늄 웨이퍼 블록 재료를 형성하며; 상기 질화알루미늄 웨이퍼 블록 재료를 그라인더 연마기에 넣고 얼라이먼트 노치를 절삭한 후, 멀티 와이어를 사용하여 8인치 질화알루미늄 웨이퍼 재료를 컷팅하고, 양방향 연마기 작업대를 거쳐 습식을 진행하며 양면으로 평면을 연마하고 다시 단방향 백크라인딩 기계로 필요한 사이즈로 슬림하게 만들며 대응되는 형태의 그라인더 연마하여 주위를 반원형 리드각으로 형성시킨 후 단방향 폴리싱 작업대를 사용하여 건식 양면 폴리싱하여 질화알루미늄 웨이퍼를 획득한다.
실시예 2-질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법2
상기 제조예 1로써 획득된 3kg의 질화알루미늄 과립에 10%의 폴리비닐 부티랄(PVB) 수지, 1%의 분산제를 혼합 가입하여 질화알루미늄 생소지를 획득한 후, 스크레이퍼 코팅하여 질화알루미늄 생소지 시트를 형성하고, 10분동안 60 ℃로 건조하며; 상기 질화알루미늄 생소지 시트를 대기에 안착시켜 600 ℃하에 탈지를 진행한 후, 시마즈(
Figure 112020094992683-pat00002
) 고온로를 거쳐 10 atm 및 온도가 1800 ℃로 소결 처리하여, 질화알루미늄 웨이퍼 재료를 형성하며; 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료를 레이저 작업대에 안착시켜, 바깥 둘레에 얼라이먼트 노치를 형성하여, 얼라이먼트 노치를 제작한 후, 레이저로 8 인치 원형 칩 슬림 플레이트로 절삭하고, 양방향 연마기 작업대를 거쳐 습식을 진행하며 양면으로 평면을 연마하고 다시 단방향 백크라인딩 기계로 필요한 사이즈로 슬림하게 만들며 대응되는 형태의 그라인더 연마하여 주위를 반원형 리드각으로 형성시킨 후 단방향 폴리싱 작업대를 사용하여 건식 양면 폴리싱하여 질화알루미늄 웨이퍼를 획득한다.
테스트 케이스: 성능 테스트
실시예 1 및 2로 제조된 질화알루미늄 웨이퍼, 비교예 1의 실리콘 웨이퍼, 비교예 2의 산화알루미늄 웨이퍼 및 비교예 3의 유리 웨이퍼에 대해 성능 테스트를 진행하였고, 테스트 항목은 열전도, 벤딩 강도 및 유전율을 포함한다.
테스트 결과는 표 1에서 도시된 바와 같이, 기타 재질의 실리콘 웨이퍼에 비교하면, 실시예 1 및 2의 질화알루미늄 웨이퍼는 열전도가 높으며 높은 벤딩 강도 및 고 유전율을 구비하기에 양호한 성능을 갖는다.
실시예 1
(질화알루미늄)		 실시예 2
(질화알루미늄)		 비교예 1
(실리콘)		 비교예 2
(산화알루미늄)		 비교예 3
(유리)
열전도(W/mk) 170 230 130 30 12
벤딩 강도(Mpa) 450 350 200 450 250
유전율(1MHz) 9 9 7 9 6
상기 내용을 종합해보면, 본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법은 방부성을 갖고, 고온에 강하며, 팽창 계수가 낮고, 고 유전율 및 고 기계적 강도를 가지는 질화알루미늄 웨이퍼를 획득할 수 있으며; 본 발명의 질화알루미늄 웨이퍼는 얼라이먼트 노치 또는 얼라이먼트 플랫 밴드를 구비하고, 위치 얼라이먼트가 바람직하지 않아 슬라이싱할 때 지나치게 비뚤어지는 것을 개선할 수 있으며, 평탄하고 평평한 웨이퍼 표면을 획득 불가하여 연마 및 폴리싱할 때 표면이 울퉁불퉁해지고 수율이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 본 발명을 상세하게 설명하며 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예로서 본 발명의 실시 범위를 한정하지 않는다. 본 발명의 특허청구범위에 대한 균등한 변화 및 보정은 모두 여전히 본 발명의 특허보호범위에 속한다.

Claims (10)

  1. (a) 질화알루미늄 생소지 블록 재료를 질화알루미늄 웨이퍼 블록 재료가 되도록 고온 처리하는 단계;
    (b) 상기 질화알루미늄 웨이퍼 블록 재료의 바깥 둘레에 적어도 하나의 얼라이먼트 노치를 형성하고, 상기 질화알루미늄 웨이퍼 블록 재료를 복수 개의 질화알루미늄 웨이퍼 재료로 절삭하는 단계- 상기 얼라이먼트 노치의 형태는 V형 요홈형을 포함하고, 상기 V형 요홈형의 V형 밑부분 및 좌우 상부는 아크형임 -; 및
    (c) 각 하나의 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료를 연마 폴리싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질화알루미늄 생소지 블록 재료는 질화알루미늄 생소지를 몰드내에 설치하고, 기계적 또는 유압 성형을 거친 후, 수압, 유압, 또는 기압으로 균압 처리를 진행하여 획득한 것으로서, 상기 기계적 또는 유압 성형은 압력 톤수가 98066.50 N ~ 9806650.00 N 및 상기 몰드내 압력이 -0.063 atm ~ 100 atm으로 완성되는 것이며, 상기 수압, 유압 또는 기압으로 균압 처리를 진행하는 것은 압력이 100 atm ~ 8000 atm 및 온도가 10 ℃ ~ 100 ℃로 완성되는 것임을 특징으로 하는 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법.
  3. (a) 질화알루미늄 생소지 시트를 제공하고, 상기 질화알루미늄 생소지 시트는 질화알루미늄 생소지를 블레이드 코팅하여 획득된 것일 수 있거나, 상기 질화알루미늄 생소지를 블레이드 코팅하여 질화알루미늄 생소지 코일 재료를 형성한 후, 상기 질화알루미늄 생소지 코일 재료를 절단하여 획득된 것일 수 있는 단계;
    (b) 상기 질화알루미늄 생소지 시트를 질화알루미늄 웨이퍼 재료가 되도록 고온 처리하는 단계; 및
    (c) 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료의 바깥 둘레에 적어도 하나의 얼라이먼트 노치를 형성하고, 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료를 연마 폴리싱하는 단계- 상기 얼라이먼트 노치의 형태는 V형 요홈형을 포함하고, 상기 V형 요홈형의 V형 밑부분 및 좌우 상부는 아크형임 -를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 고온 처리는 탈지 과정 및 소결 과정을 포함하고, 상기 탈지 과정은 200 ℃ ~ 900 ℃ 및 수소, 질소, 산소, 아르곤 또는 공기의 환경에서 진행되며; 상기 소결 과정은 1000 ℃ ~ 3000 ℃ 및 진공, 상압 또는 고압의 압력하에 수소, 질소, 아르곤의 환경에서 진행되는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 질화알루미늄 생소지는 질화알루미늄 과립을 포함하고, 상기 질화알루미늄 과립은 산화알루미늄 및/또는 순알루미늄의 파우더에 질소, 탄소, 수소 원자를 함유한 유기 접착제를 혼합한 후, 수소, 질소, 탄소를 함유한 기체 환경에서 고온 탄소열 환원 반응을 진행한 후, 질소, 산소 또는 대기를 함유한 기체 분위기 환경에서 고온 탄소 제거를 진행한 후 펠레타이징하여 획득한 것임을 특징으로 하는 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고온 탄소열 환원 반응은 600 ℃ ~ 3000 ℃의 온도에서 완성되는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 단계(c)에서, 연마 폴리싱의 진행 전후에, 상기 질화알루미늄 웨이퍼 재료 주변에 리드각이 형성되며, 상기 리드각의 형태는 직각형, 반원형, 비대칭 반원형, 반타원형, 비대칭 반타원형, 대칭 사다리꼴, 비대칭 사다리꼴, 대칭 반원형 및 사다리꼴 조합, 또는 비대칭 반원형 및 사다리꼴 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 웨이퍼의 제조 방법.
  8. 질화알루미늄 웨이퍼로서,
    상기 질화 알루미늄 웨이퍼의 바깥 둘레에 적어도 하나의 얼라이먼트 노치가 포함되는- 상기 얼라이먼트 노치의 형태는 V형 요홈형을 포함하고, 상기 V형 요홈형의 V형 밑부분 및 좌우 상부는 아크형임 - 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 웨이퍼.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 질화 알루미늄 웨이퍼 재료 주변에는 리드각이 형성되며, 상기 리드각의 형태는 직각형, 반원형, 비대칭 반원형, 반타원형, 비대칭 반타원형, 대칭 사다리꼴, 비대칭 사다리꼴, 대칭 반원형 및 사다리꼴 조합, 또는 비대칭 반원형 및 사다리꼴 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 웨이퍼.
  10. 삭제
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