莫來石燒結(jié)體、其制法以及復(fù)合基板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及莫來石燒結(jié)體、其制法以及復(fù)合基板。
【背景技術(shù)】
[0002] 莫來石燒結(jié)體通常是將氧化鋁(Al2〇3)與氧化硅（Si02)按3比2的比例燒結(jié)而得到 的耐熱沖擊性優(yōu)異的材料，由3Al2〇3 · 2Si〇2表示。作為這樣的莫來石燒結(jié)體，已知有例如在 專利文獻(xiàn)1中公開的如下莫來石燒結(jié)體，其通過在莫來石粉末中混合30質(zhì)量％的氧化釔穩(wěn) 定氧化鋯(YSZ)粉末，將得到的粉末成形，對該成形體進行燒結(jié)而得到。在專利文獻(xiàn)1中，通 過從莫來石燒結(jié)體切出莫來石基板，對該莫來石基板的主表面進行研磨，從而制成用于與 GaN基板貼合的基底基板。GaN的熱膨脹系數(shù)在從室溫至1000°C的范圍被認(rèn)為是6.0ppm/K， 莫來石的熱膨脹系數(shù)被認(rèn)為是5.2ppm/K。因此，若考慮貼合兩者來使用，則優(yōu)選提高莫來石 的熱膨脹系數(shù)以使其接近于GaN基板的熱膨脹系數(shù)，因此將YSZ粉末與莫來石粉末混合并進 行燒結(jié)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1:日本專利第5585570號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明所要解決的課題
[0007] 但是，雖然在專利文獻(xiàn)1中記載了通過在莫來石中加入相當(dāng)量的其他成分而提高 了熱膨脹系數(shù)的莫來石燒結(jié)體，但是沒有觸及到莫來石的純度高的莫來石燒結(jié)體(高純度 莫來石燒結(jié)體），更不知曉這樣的高純度且經(jīng)研磨精加工的面的表面平整性高的莫來石燒 結(jié)體。
[0008] 本發(fā)明是為了解決這樣的課題而完成的，其主要目的在于提供高純度且進行研磨 精加工時的表面平整性高的莫來石燒結(jié)體。
[0009] 用于解決問題的方案
[0010] 本發(fā)明的莫來石燒結(jié)體是雜質(zhì)元素的含量為1質(zhì)量％以下的莫來石燒結(jié)體，莫來 石燒結(jié)粒的平均粒徑為8μπι以下，存在于經(jīng)研磨精加工的表面的氣孔的最大部分長度的平 均值為0.4μπι以下。根據(jù)該莫來石燒結(jié)體，經(jīng)研磨精加工的面的表面平整性變高。
[0011 ]本發(fā)明的莫來石燒結(jié)體的制法如下:將純度為99.0質(zhì)量％以上(其中，通過加熱而 飛濺的成分不視為雜質(zhì)）的莫來石原料粉末成形為預(yù)定形狀，然后將沖壓壓力設(shè)定為20~ 300kgf/cm2、將燒成溫度設(shè)定為1525~1700°C而進行熱壓煅燒，從而獲得莫來石燒結(jié)體。根 據(jù)該制法，可容易地制造上述的莫來石燒結(jié)體。
[0012]本發(fā)明的復(fù)合基板如下得到，將由上述的莫來石燒結(jié)體形成的莫來石基板作為支 持基板，將選自由鉭酸鋰、鈮酸鋰、氮化鎵以及硅組成的組中的1種作為功能性基板，并將前 述支持基板與前述功能性基板接合而得。根據(jù)該復(fù)合基板，由于接合界面中實際上接合的 面積的比例(接合面積比例)大，因而顯示出良好的接合性。
【附圖說明】
[0013] 圖1是莫來石基板的制造流程。
[0014] 圖2是復(fù)合基板10的立體圖。
[0015]圖3是使用復(fù)合基板10制作的電子器件30的立體圖。
【具體實施方式】
[0016] 以下，具體說明本發(fā)明的實施方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于以下實施方式， 可在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的通常的知識而適宜地施加變更、 改良等。
[0017] 本發(fā)明的莫來石燒結(jié)體是雜質(zhì)元素的含量為1質(zhì)量％以下的莫來石燒結(jié)體，莫來 石燒結(jié)粒的平均粒徑為8μπι以下(優(yōu)選為5μπι以下），存在于經(jīng)研磨精加工的表面的氣孔的最 大部分長度的平均值為〇.4μπι以下(優(yōu)選為0.3μπι以下）。在本發(fā)明中，雜質(zhì)元素是指除了Α1、 Si、0以外的元素，其含有率通過高頻電感耦合等離子體發(fā)光分光分析法來求出。關(guān)于莫來 石燒結(jié)粒的平均粒徑，利用磷酸對通過研磨而精加工成鏡面狀的面進行化學(xué)蝕刻，利用SEM 測定200個以上的莫來石燒結(jié)粒的粒徑，使用線段法（1 inear analysis)算出其平均值。另 外，對同樣地操作而進行精加工的面進行AFM觀察，算出氣孔的最大部分的長度的平均值， 將其換算成每單位面積（Ιμπι見方的面積)而求出氣孔的最大部分長度的平均值。若莫來石 燒結(jié)粒的平均粒徑超過8μπι，則因每個燒結(jié)粒的研磨的施行容易度、施行困難度的不同而容 易產(chǎn)生在顆粒單元方面的階差，因而不優(yōu)選。另外，若氣孔的最大部分長度的平均值超過 〇.4μπι，則以該氣孔部為中心而成為接合不良的部分變得過大，因而不優(yōu)選。本發(fā)明的莫來 石燒結(jié)體中，由于除了莫來石成分以外的異相極其少，因而將表面研磨成鏡面狀時的表面 平整性高。例如，可根據(jù)經(jīng)研磨精加工成鏡面狀的表面的中心性平均表面粗糙度Ra、最大峰 高Rp、存在于其表面的氣孔數(shù)來評價表面平整性。此外，若異相成分多，則由于在莫來石與 異相成分之間研磨的施行容易度不同，特別是異相成分不易被研磨且容易殘留成凸?fàn)?，?而表面平整性得不到充分提高。
[0018] 本發(fā)明的莫來石燒結(jié)體的中心線平均表面粗糙度Ra優(yōu)選為3nm以下，更優(yōu)選為2.5 μπι以下。另外，最大峰高Rp優(yōu)選為30nm以下，更優(yōu)選為25nm以下。另外，存在于表面的氣孔數(shù) 優(yōu)選在每4μπιΧ4μπι的面積中為10個以下，更優(yōu)選為7個以下。予以說明的是，在本發(fā)明中，中 心線平均表面粗糙度Ra、最大峰高Rp是使用三維光學(xué)輪廓儀對通過研磨而精加工成鏡面狀 的面進行測定而得到的值，測定范圍為1 OOym X 140μηι。予以說明的是，本說明書中的中心線 平均表面粗糙度Ra和最大峰高Rp分別對應(yīng)于JIS Β 0601:2013中所規(guī)定的算術(shù)平均粗糙度 Ra、粗糙度曲線的最大峰高Rp。
[0019] 本發(fā)明的莫來石燒結(jié)體的四點彎曲強度優(yōu)選為280MPa以上，更優(yōu)選為300MPa以 上。這樣的莫來石燒結(jié)體的強度充分高，因而在使用時難以變形。予以說明的是，在本發(fā)明 中，將四點彎曲強度設(shè)為依據(jù)JIS R 1601測定得到的值。
[0020] 本發(fā)明的莫來石燒結(jié)體中，雜質(zhì)元素的含量優(yōu)選為0.5質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為0.1 質(zhì)量％以下。這樣的莫來石燒結(jié)體中，不易被研磨且容易殘留成凸?fàn)畹漠愊喑煞值暮扛?少，因而表面平整性進一步提高。
[0021]關(guān)于本發(fā)明的莫來石燒結(jié)體，將莫來石燒結(jié)體制成厚度o.lmm的板狀體時對波長 550nm的光的全透光率優(yōu)選為20%以上。將全透光率設(shè)為如下得到的值，即對于預(yù)定厚度的 莫來石燒結(jié)體的試驗片，測定對波長200~3000nm的光的全透光率，求出對550nm的波長的 全透光率，將其換算為厚度O.lmm而得到的值。關(guān)于這樣的莫來石燒結(jié)體，例如，在加工成莫 來石基板后與Si等無透光性的基板接合的情況下，通過從莫來石基板側(cè)進行目視觀察、顯 微鏡觀察，從而可容易地檢查接合狀態(tài)。
[0022]本發(fā)明的莫來石燒結(jié)體的制法如下:通過將純度為99.0質(zhì)量％以上(其中，通過加 熱而飛濺的成分不被視為雜質(zhì)）的莫來石原料粉末成形為預(yù)定形狀，然后將沖壓壓力設(shè)定 為20~300kgf/cm2、將燒成溫度(燒成時的最高溫度）設(shè)定為1525~1700°C而進行熱壓煅 燒，從而獲得莫來石燒結(jié)體。
[0023]以下，按照圖1的制造流程說明莫來石基板的制造步驟的一個例子。
[0024](莫來石原料粉末的準(zhǔn)備）
[0025]對于莫來石原料粉末，可使用市售品，但優(yōu)選為純度高且平均粒徑小的莫來石原 料粉末。例如，純度優(yōu)選為99.0%以上，更優(yōu)選為99.5%以上，進一步優(yōu)選為99.8%以上。純 度的單位為質(zhì)量％。另外，平均粒徑(D50)優(yōu)選為3μηι以下，更優(yōu)選為2μηι以下，進一步優(yōu)選為 lwii以下。平均粒徑(D50)的測定方法為激光衍射法。通過使用這樣的高純度且微粒狀的原 料，能夠利用熱壓煅燒在低溫使莫來石致密化，并且可抑制由雜質(zhì)導(dǎo)致的異相、異常生長的 顆粒的生成，可制作莫來石燒結(jié)粒為微細(xì)且均質(zhì)的燒結(jié)體。
[0026]另外，也可如下制成莫來石原料粉末，將高純度的ΑΙ2Ο3成分、Si〇2成分配合成預(yù)定 比例而得到混合粉末，對其進行燒成，從而先制作莫來石粗粒物，將該粗粒物粉碎。在該情 況下，為了減少雜質(zhì)含量，AI2O3成分、Si〇2成分也優(yōu)選為純度高的成分，進一步，在對粗粒物 進行微粉化時，希望使用氧化鋁制的各種介質(zhì)(球、容器等）。也可使用耐磨耗性高的氧化鋯 制的介質(zhì)，但在該情況下需要留意縮短粉碎時間而減少成為污染物的氧化鋯成分的混入 量。另一方面，由于通過磨耗而混入的雜質(zhì)量變多因而不優(yōu)選金屬制介質(zhì)。予以說明的是， 無需將通過加熱而飛濺的成分、例如變?yōu)镃0 2、H20等的成分包含在原料粉末的雜質(zhì)中。另外， 在用于制作莫來石組合物的混合粉末中，也可使用利用加熱而生成Al 2〇3成分、Si02成分的 所謂前體物質(zhì)。
[0027] (莫來石燒結(jié)體的制作）
[0028] 接著，將上述那樣的莫來石原料粉末成形為預(yù)定形狀，然后通過熱壓來制作致密 的莫來石燒結(jié)體。對于成形，利用使用金屬模具的沖壓成形、冷等靜壓（cold isostatic preSS，CIP);或制作坯土而進行擠出成形，或者利用漿料的澆鑄成形、流延成形等現(xiàn)有的技 術(shù)即可。此時，希望在燒成前加熱去除作為成形的輔助成分而加入至原料粉末、坯土、漿料 等中的粘合劑等有機成分。通過這樣操作，能夠減少莫來石基板中所含的雜質(zhì)碳成