CN114867699B - 陶瓷烧结体以及半导体装置用基板 - Google Patents

陶瓷烧结体以及半导体装置用基板 Download PDF

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Abstract

本发明所涉及的陶瓷烧结体包含氧化铝、氧化锆和含有二氧化硅以及氧化镁的玻璃成分，并在表面侧具备具有镁的浓度峰值的结合层部，在与结合层部相邻的内部侧具备镁的浓度比结合层部小的内层部。

Description

陶瓷烧结体以及半导体装置用基板
技术领域
本发明涉及陶瓷烧结体以及半导体装置用基板。
背景技术
作为用于功率晶体管模块等的半导体装置用基板，已知在陶瓷烧结体的表面具备铜板的DBOC基板(Direct Bonding of Copper Substrate)(例如，专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利4717960号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在上述的半导体装置用基板中，在陶瓷烧结体的表面接合有铜板，但本发明的发明人发现，若陶瓷烧结体的氧离子导电性变高，则在施加直流电压时陶瓷烧结体与铜板的接合强度降低，铜板有可能剥离。
本发明为了解决上述问题而做出，其目的在于提供一种在接合有铜板的情况下，在施加直流电压时能够抑制其剥离的、陶瓷烧结体以及半导体装置用基板。
用于解决课题的手段
本发明所涉及的陶瓷烧结体包含氧化铝、氧化锆、三氧化二钇和含有二氧化硅以及氧化镁的玻璃成分，并在表面侧具备具有镁的浓度峰值的结合层部，在与所述结合层部相邻的内部侧具备镁的浓度峰值比结合层部小的内层部。
在上述陶瓷烧结体中，可以构成为，所述内层部至少具有与所述结合层部的内部侧相邻的第一区域、以及与所述第一区域的内部侧相邻的第二区域，所述第二区域的镁的浓度峰值小于所述结合层部的浓度峰值且大于所述第一区域的浓度峰值。
在上述陶瓷烧结体中，可以构成为，所述氧化锆的含量为10质量％以上且25质量％以下。
在上述陶瓷烧结体中，可以构成为，在所述氧化锆的含量为10质量％以上且15质量％以下时，所述二氧化硅的含量为0.7质量％以上且1.5质量％以下。
在上述陶瓷烧结体中，可以构成为，在所述氧化锆的含量高于15质量％且为25质量％以下时，所述二氧化硅的含量为1.5质量％以上且2.0质量％以下。
在上述陶瓷烧结体中，可以构成为，所述氧化镁的含量为0.1质量％以上且0.8质量％以下。
本发明所涉及的半导体装置用基板是用于安装电子部件的半导体装置用基板，其具备：上述任一项所述的陶瓷烧结体；以及与所述陶瓷烧结体接合的铜板。
发明效果
根据本发明，在接合有铜板的情况下，在施加直流电压时能够抑制其剥离。
附图说明
图1是示出具有本发明所涉及的半导体装置用基板的半导体装置的一个实施方式的剖视图。
图2A是示出比较例1的频率与阻抗的关系的曲线图。
图2B是示出实施例1的频率与阻抗的关系的曲线图。
图3A是示出比较例1的表面附近的硅(Si)的元素分布的图。
图3B是示出实施例1的表面附近的硅(Si)的元素分布的图。
图4A是示出比较例1的表面附近的镁(Mg)的元素分布的图。
图4B是示出实施例1的表面附近的镁(Mg)的元素分布的图。
图5A是用于说明图4B中的深度方向的镁的浓度分布测定的图。
图5B是通过图5A的方法测定的深度方向的镁的浓度分布。
图6是示出二氧化硅的含量与阻抗的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的陶瓷烧结体以及使用其的半导体装置用基板的一个实施方式进行说明。图1是具有本实施方式所涉及的半导体装置用基板的半导体装置的剖视图。
<1.半导体装置的概要>
本实施方式所涉及的半导体装置例如在汽车、空调机、工业用机器人、业务用电梯、家庭用微波炉、IH电饭煲、发电(风力发电、太阳光发电、燃料电池等)、电铁、UPS(不间断电源)等各种电子设备中用作功率模块。
如图1所示，本实施方式所涉及的半导体装置1具备：半导体装置用基板2、第一接合材料5、第二接合材料5'、半导体芯片6、接合线7以及散热器8。
半导体装置用基板2是所谓的DBOC基板(Direct Bonding of CopperSubstrate)，其具备：作为绝缘体的板状的陶瓷烧结体3、接合于其一个面(上表面)的第一铜板4、以及接合于另一个面(下表面)的第二铜板4'。关于陶瓷烧结体3的详情，在后面叙述。
在第一铜板4，形成有传输电路。另一方面，第二铜板4'形成为平板状。
在该半导体装置用基板2的上表面即第一铜板4的上表面的一部分，经由第一接合材料5接合有半导体芯片6。此外，半导体芯片6和第一铜板4通过接合线7连接。
另一方面，在半导体装置用基板2的下表面即第二铜板4'的下表面，经由第二接合材料5'接合有散热器8。散热器8是公知的，例如能够由铜等金属构成。
接着，对上述半导体装置用基板2的制造方法的一例进行说明。首先，形成在陶瓷烧结体3的上表面以及下表面配置有第一以及第二铜板4、4'的层叠体。在此，所使用的各铜板4、4'的表面被氧化。接着，将该层叠体在1065℃～1083℃的氮气氛围条件下加热10分钟左右。由此，在陶瓷烧结体3与第一以及第二铜板4、4'接合的界面(以下总称为“接合界面”。)生成Cu-O共晶液相，陶瓷烧结体3的各面被润湿。接着，通过将层叠体冷却而使Cu-O共晶液相固化，从而在陶瓷烧结体3接合第一以及第二铜板4、4'。
另外，形成于第一铜板4的传输电路例如能够通过减成法或加成法来形成。
<2.陶瓷烧结体的结构>
接着，对陶瓷烧结体3详细进行说明。陶瓷烧结体3包含氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、三氧化二钇(Y2O3)、玻璃成分以及除此以外的剩余部分。玻璃成分包含二氧化硅(SiO2)以及氧化镁(MgO)。以下，对该陶瓷烧结体3的构成元素的含量进行说明。
氧化铝的含量例如优选为75质量％以上且90质量％以下，进一步优选为85质量％以上且90质量％以下。
氧化锆的含量优选为10质量％以上且25质量％以下，进一步优选为10质量％以上且15质量％以下。通过氧化锆的含量为10质量％以上，能够提高陶瓷烧结体3的强度。此外，可认为能够抑制陶瓷烧结体3的线性热膨胀系数变得过小，能够减小陶瓷烧结体3与第一以及第二铜板4、4'的线性热膨胀系数差。其结果，可认为能够减小在接合界面产生的热应力，有助于抑制在接合界面产生陶瓷烧结体3的裂纹。
另一方面，通过将氧化锆的含量设为25质量％以下，可认为能够抑制铜板接合时的接合界面处的反应变得过剩，能够抑制在接合界面产生空隙。这是因为氧化铝和氧化锆的铜板接合时的与Cu-O共晶液相的润湿性不同。此外，通过将氧化锆的含量设为25质量％以下，如后所述，能够无需提高二氧化硅的含量而提高陶瓷烧结体3的阻抗。
三氧化二钇的含量优选设为0.8质量％以上且1.9质量％以下。通过将含量设为0.8质量％以上，可认为能够抑制氧化锆晶体相中单斜晶相的比例变得过大，另一方面能够增多正方晶相的比例。其结果，可认为能够提高陶瓷烧结体3的机械强度，有助于抑制在接合界面产生陶瓷烧结体3的裂纹。
三氧化二钇的含量相对于氧化锆的含量的比例优选为4.5质量％以上且7.9质量％以下。由此，可认为能够将氧化锆的正方晶相的稳定性保持为适度的状态，有助于抑制陶瓷烧结体3的机械强度的降低。
另一方面，通过将三氧化二钇的含量设为1.9质量％以下，可认为能够抑制氧化锆晶体相中立方晶的比例变得过大，另一方面能够增多正方晶的比例。其结果，可认为能够提高陶瓷烧结体3的机械强度，有助于抑制在接合界面产生陶瓷烧结体3的裂纹。
接着，对玻璃成分进行说明。二氧化硅的含量优选设为0.1质量％以上且2.5质量％以下。当二氧化硅的含量为0.1质量％以上时，如后所述，能够抑制陶瓷烧结体3的氧离子传导性，能够提高阻抗。另一方面，若二氧化硅的含量变高，则陶瓷烧结体3的强度有可能降低，但为了抑制该情况，二氧化硅的含量优选为2.5质量％以下。
特别是在氧化锆的含量为10质量％以上且15质量％以下时，二氧化硅的含量优选为0.7质量％以上且1.5质量％以下。此外，在氧化锆的含量高于15质量％且为25质量％以下时，二氧化硅的含量优选为1.5质量％以上且2.0质量％以下。像这样，通过根据氧化锆的含量来改变二氧化硅的含量，能够有效地提高陶瓷烧结体3的阻抗。
氧化镁的含量优选设为0.1质量％以上且0.8质量％以下，进一步优选为0.15质量％以上且0.3质量％以下。通过将氧化镁的含量设为0.1质量％以上，可认为即使不将烧成温度设得过高也能够使陶瓷烧结体3烧结，能够抑制氧化铝粒子以及氧化锆粒子的粗大化。其结果，可认为能够提高陶瓷烧结体3的机械强度，有助于抑制在接合界面产生陶瓷烧结体3的裂纹。此外，可认为能够在陶瓷烧结体3中生成足够量的MgAl2O4晶体(以下称为“尖晶石晶体”。)，能够提高在铜板接合时的与Cu-O共晶液相的润湿性。其结果，可认为有助于抑制在接合界面产生空隙。
另一方面，通过将氧化镁的含量设为0.8质量％以下，可认为能够抑制过度地形成机械强度低的尖晶石晶体，能够提高陶瓷烧结体3的机械强度。其结果，可认为有助于抑制在接合界面产生陶瓷烧结体3的裂纹。
玻璃成分可以含有氧化钙(CaO)。在含有氧化钙的情况下，氧化钙的含量优选设为0.03质量％以上且0.35质量％以下。由此，可认为即使不将烧成温度设得过高也能够使陶瓷烧结体3烧结，能够抑制氧化铝粒子以及氧化锆粒子的粗大化。其结果，可认为能够提高陶瓷烧结体3的机械强度，有助于抑制在接合界面产生陶瓷烧结体3的裂纹。
剩余部分的含量优选以氧化物换算计设为0.05质量％以下。由此，可认为能够抑制尽管未将烧成温度设得过高而陶瓷烧结体3也过度烧结的情况，能够减小陶瓷烧结体3的气孔率。其结果，可认为能够提高陶瓷烧结体3的机械强度，有助于抑制在接合界面产生陶瓷烧结体3的裂纹。
在本实施方式中，陶瓷烧结体3的构成元素的含量如上述那样通过氧化物换算来计算出，但陶瓷烧结体3的构成元素既可以以氧化物的形态存在，也可以不以氧化物的形态存在。例如，Y、Mg以及Ca中的至少1种也可以不以氧化物的形态存在而固溶于ZrO2中。
陶瓷烧结体3的构成元素的以氧化物换算计的含量如下算出。首先，使用荧光X射线分析装置(XRF)、或附设于扫描电子显微镜(SEM)的能量分散型分析器(EDS)，对陶瓷烧结体3的构成元素进行定性分析。接着，对于通过该定性分析而检测出的各元素，使用ICP发光分光分析装置进行定量分析。接着，将通过该定量分析而测定的各元素的含量换算为氧化物。
在此，XRF为X-ray Fluorescence Analysis的简称，SEM为Scanning ElectronMicroscope的简称，EDS为Energy Dispersive X-ray Spectrocsopy的简称，ICP为Inductively Coupled Plasma的简称。
另外，剩余部分所包含的元素可以是有意添加的元素，也可以是不可避免地混入的元素。剩余部分所包含的元素并无特别限制，但例如可举出Fe(铁)、Ti(钛)、Mn(锰)等。
＜3.陶瓷烧结体的制造方法＞
接着，对陶瓷烧结体的制造方法进行说明。首先，调配上述构成元素的粉体材料。接着，将所调配的粉体材料例如通过球磨机等进行粉碎混合。
接着，向粉碎混合的粉体材料中添加有机质粘合剂(例如，聚乙烯醇缩丁醛)、溶剂(二甲苯、甲苯等)以及增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯等)而形成浆状物质。
随后，通过所期望的成型手段(例如金属模具压制、冷等静压、注射成型、刮板法、挤出成型法等)，将浆状物质成型为所期望的形状而制作陶瓷成型体。
然后，只要将陶瓷成型体在氧气氛围或大气氛围中进行烧成(1560℃～1620℃、0.7小时～1.0小时)，则陶瓷烧结体3完成。
＜4.关于陶瓷烧结体与铜板的接合强度的研究＞
接着，对陶瓷烧结体3与铜板4、4'的接合强度进行研究。在上述的半导体装置用基板2中，在陶瓷烧结体3的两面接合有铜板4、4'，但若陶瓷烧结体3的氧离子导电性变高，则在施加直流电压时陶瓷烧结体3与铜板4、4'的接合强度降低，铜板4、4'有可能剥离。关于这一点，详细进行说明。
首先，在第一铜板4以及第二铜板4'与陶瓷烧结体3的界面，在基于Cu-O共晶液相的生成与固化的接合的过程中形成Cu-O-Al的键。而且，例如，若将第一铜板4与负极连接，将第二铜板4'与正极连接之后，对它们施加直流电压，则在第一铜板4与陶瓷烧结体3的界面附近，Cu-O-Al的键被还原。由此，第一铜板4与陶瓷烧结体3的接合强度降低。通过该还原产生的氧离子经由陶瓷烧结体3向第二铜板4'移动。由此，第二铜板4'被氧离子氧化，第二铜板4'与陶瓷烧结体3的接合强度降低。以下，将施加这样的直流电压时的氧离子的移动称为变动A。
另一方面，在施加交流电压时，可认为氧离子几乎不在陶瓷烧结体3的内部的氧化铝、氧化锆的粒子间移动。这是因为，即使施加交流电压，也不会产生Cu-O-Al的键的还原所引起的第一铜板4、第二铜板4'的剥离。但是，并不是完全没有氧离子的移动，因此通过测定施加交流电压时的阻抗，能够评价陶瓷烧结体中的氧离子的移动容易度。即，如果氧离子难以移动，则阻抗变高。
对此，本发明的发明人发现，若在陶瓷烧结体3的内部含有二氧化硅，则能够抑制氧离子、电子的移动。即，发现若在陶瓷烧结体3的内部含有二氧化硅，则氧离子、电子被二氧化硅捕获，氧离子、电子的传播被抑制。在该情况下，由于变动A被抑制，因此即使施加直流电压，也不会产生Cu-O-Al的键的还原所引起的第一铜板4、第二铜板4'的剥离。
而且，本发明的发明人测量了这样的氧离子、电子的传播的程度作为陶瓷烧结体3的阻抗。即，若氧离子传导性变低，则阻抗变高。
为了提高阻抗，如上所述，需要在陶瓷烧结体3的内部存在二氧化硅。
进而，若在陶瓷烧结体3与第一铜板4的接合界面存在氧化镁，则产生Cu-O-Al-Mg的键，氧难以被还原。因此，施加直流电压时的变动A得到抑制。因此，能够抑制氧的还原所引起的第一铜板4的剥离。
另一方面，玻璃成分使陶瓷烧结体3的强度降低。若考虑接合界面处的裂纹从陶瓷烧结体3的表面向内部行进的情况，则优选在陶瓷烧结体3的表面附近玻璃成分少。由于因陶瓷烧结体3与第一铜板4的线性热膨胀系数差而在接合界面产生的热应力而产生裂纹，由此也会产生第一铜板4的剥离。
根据以上的理由，本发明的发明人发现，通过在陶瓷烧结体3与第一铜板4的接合界面设置具有镁的浓度峰值的结合层部，能够抑制施加直流电压时的第一铜板4的剥离。另一方面，发现通过设为在与结合层部相邻的内部侧(较深的位置)具有镁的浓度峰值比结合层部小的内层部的结构，能够抑制热应力所引起的第一铜板4的剥离。内层部的镁的浓度只要比结合层部小即可，可具有各种浓度峰值，并无特别限定。例如，内层部的镁的浓度也可以大致恒定。或者，内层部也可以具备：第一区域，在结合层部的内部侧，镁的浓度低；以及第二区域，与该第一区域的内部侧相邻，具有镁的浓度峰值比结合层部的浓度峰值小且比第一区域大的浓度峰值。
【实施例】
以下，对本发明的实施例进行说明。但是，本发明并不限定于以下的实施例。
＜1.二氧化硅的添加与阻抗的关系＞
如表1A所示，准备作为主成分由以下的材料构成的实施例1以及比较例1所涉及的陶瓷烧结体。具体而言，首先，用球磨机对将表1A所示的组合物调配而成的粉体材料进行了粉碎混合。在表1A、表1B中将质量％表示为wt％。进而，将以实施例1的组合物的合计值正好成为100wt％的方式进行换算后的结果示出于表1B。在实施例1中，二氧化硅的添加量为1.11wt％。另一方面，在比较例1中，二氧化硅的添加量实质上为零。
接着，在粉碎混合的粉体材料中添加作为有机质粘合剂的聚乙烯醇缩丁醛、作为溶剂的二甲苯、以及作为增塑剂的邻苯二甲酸二辛酯，形成了浆状物质。
接着，通过刮板法，将浆状物质成型为片状而制作了陶瓷成型体。
随后，将陶瓷成型体在大气氛围中以1570℃烧成0.8小时，制作了陶瓷烧结体。陶瓷烧结体3的尺寸为厚度0.32mm、纵39mm、横45mm。在通过第0038段所示的方法对陶瓷烧结体3的构成元素的以氧化物换算计的含量进行测定时，与表1所示的粉体材料的调配比率大致一致。
【表1A】
Figure BDA0003675191940000111
【表1B】
Figure BDA0003675191940000112
接着，对于实施例1以及比较例1的陶瓷烧结体，按上述方法在其两面接合铜板而设为电极端子，对频率与阻抗的关系进行了测定。结果如图2A以及图2B所示。图2A表示比较例1的结果，图2B表示实施例1的结果。在此，例如，1.E+03意味着1乘以10的3次方。另外，测定方法是交流阻抗测定法。
此时，在对陶瓷烧结体施加1Vrms的交流电压的情况、和在施加了100V的直流电压之后再施加1Vrms的交流电压的情况下，对阻抗进行了测定。如图2A所示，在比较例1中，在仅施加交流电压的情况(仅AC)、和施加了交流电压以及直流电压的情况(AC+DC)下，低频下的阻抗不同。具体而言，在1.E-03～1.E-01(Hz)的频率范围内，相比于仅施加交流电压的情况(仅AC)，在施加交流电压和直流电压的情况(AC+DC)下，阻抗更低。这可以认为是上述变动A的影响，在施加交流电压和直流电压的情况下，由于发生变动A，因此氧离子移动，阻抗降低。
与此相对，如图2B所示，在实施例1中，在仅施加交流电压的情况(仅AC)、和施加交流电压以及直流电压的情况(AC+DC)下，阻抗几乎没有差异。这可以认为是因为，通过添加二氧化硅，从而氧离子被捕获，因此不发生变动A。此外，通过二氧化硅的添加，与比较例1相比，整体上阻抗增大。例如在1.E-03(Hz)中，无论有无直流电压(DC)，比较例1的阻抗都小于1.E+10(Ω)。另一方面，在相同频率下，无论有无直流电压(DC)，实施例1的阻抗都大于1.E+10(Ω)。因此，可知在实施例1中，氧离子导电性降低，能够防止铜板的剥离。
此外，对实施例1和比较例1所涉及的、铜板与陶瓷烧结体的接合界面附近的剖面中的Si(硅)的元素分布进行了测定。结果如图3A以及图3B所示。图3A表示比较例1的结果，图3B表示实施例1的结果。另外，该元素分布的测定通过场发射型电子探针显微分析仪来进行。
如图3A所示，在比较例1中，由于未添加二氧化硅，因此未检测到Si。另一方面，如图3B所示，在实施例1中，由于添加了二氧化硅，因此检测到Si。具体而言，在由白色箭头所示的部位特别多地检测到Si。Si的分布并未特别观察到倾向。
此外，对与图3A以及图3B相同的部位处的Mg(镁)的元素分布也进行了测定。结果如图4A以及图4B所示。图4A表示比较例1的结果，图4B表示实施例1的结果。如图4A所示，在比较例1中，在Mg的分布上并未特别观察到倾向。另一方面，如图4B所示，在实施例1中，Mg较多地分布于陶瓷烧结体的表层附近即与铜板的接合界面附近(参照白色箭头)。而且在与接合界面附近相邻的内部侧(较深的位置)看起来存在Mg变少的区域。该区域相当于后述的第一区域。另外，图3B中的箭头和图4B中的白色箭头的位置除了接合界面附近以外是一致的。这表示在陶瓷烧结体的内部形成了含有二氧化硅和氧化镁的玻璃成分。
为了详细地确认图4B中的镁的分布，进行了以下的解析。图5A是与图3B以及图4B相同的部位处的背散射电子图像。首先，如图5A所示，设定了包含铜板和陶瓷烧结体的20μm×20μm的区域(正方形的框)。将该区域分割为256×256的小区域。小区域的一边为20μm除以256而得到的0.078μm。接着，计算出各小区域的镁的浓度。在此基础上，在图中的水平方向(X方向)的256个小区域将镁的浓度(质量％)平均化。将其称为X方向平均元素浓度。
图5B是以图5A的纵向(Y方向)即陶瓷烧结体的深度方向为横轴的曲线图，以各深度处的镁的浓度的平均值为纵轴进行打点。在此，镁的浓度的平均值是指X方向平均元素浓度。此外，铜、铝浓度的平均值也同样地打点。具体而言，将铜、铝的X方向平均元素浓度与镁同样地进行了打点。另外，该曲线图的横轴以位于铜板内部的、图5A中的正方形的框的左上角为原点。
在此，在陶瓷烧结体中，在将与铜的质量％的最大值的1/2相当的横轴的位置(在此为3.6μm)作为中心值的情况下，将从中心值起大致±1.0μm的范围规定为上述的结合层部。于是，镁的浓度峰值位于结合层部之中。另外，结合层部本质上可视为铜的X方向平均元素浓度从铜板朝向陶瓷烧结体从一定值减少至大致零的Y轴方向的范围。该范围与铝的X方向平均元素浓度从大致零起增加至一定值的Y轴方向的范围大致一致。例如在图5B中，铜的X方向平均元素浓度从一定值(约90质量％)开始显著减少的Y轴上的值与铝的X方向平均元素浓度从大致零起开始显著增加的Y轴上的值大致一致。进而，铜的X方向平均元素浓度从一定值(约90质量％)减少而成为大致零的Y轴上的值与铝的X方向平均元素浓度从大致零增加而成为大致一定值(约40质量％)的Y轴上的值也大致一致。这样的结合层部的范围在图5B中为从中心值起大致±1.0μm，但并不限于该范围。即，如上所述，结合层部的范围是铜的X方向平均元素浓度急剧变化的范围，是存在镁的浓度峰值的范围，可以根据接合前的铜板表面的氧化量、接合温度、陶瓷烧结体的组成等而变动。
另一方面，与结合层部相邻的内部侧(较深的位置)的区域的镁变少，该层相当于上述的内层部。在该例中，内层部具有：与结合层部的内部侧相邻的第一区域、以及与第一区域的内部侧相邻的第二区域。第二区域具有镁的浓度朝向深度方向比第一区域增加后减少至第一区域的浓度程度的浓度峰值。此外，第二区域的镁的浓度峰值的大小比结合层部中的浓度峰值小。在该例中，第一区域具有约3μm的厚度，第二区域具有约6μm的厚度。此外，在比第二区域靠内部侧的区域中，镁的浓度比第二区域的浓度峰值低。
如上所述，若结合层部中镁的浓度高(存在浓度峰值)，则产生结合层部中的Cu-O-Al-Mg的键，氧难以被还原。因此施加直流电压时的变动A得到抑制。其结果，能够抑制直流电压的施加所引起的铜板的剥离。
接着，在位于与结合层部相邻的内部侧的第一区域中镁变少(与结合层部的浓度峰值相比，浓度峰值变小)。因此，在该区域中玻璃成分比结合层部少，因此陶瓷烧结体的机械强度提高。由于陶瓷烧结体的裂纹从表面朝向内部行进，因此通过该第一区域，能够防止热应力所引起的铜板的剥离。
如图3B和图4B所示，在陶瓷烧结体的内部，形成有含有二氧化硅和氧化镁的玻璃成分。因此，可认为在内层部的第二区域中Si的X方向平均元素浓度也变高。因此，在将第一铜板4与负极连接并将第二铜板4’与正极连接之后对陶瓷烧结体3施加直流电压时，这样的第二区域抑制氧离子经由陶瓷烧结体3从第二铜板4向第二铜板4’移动。
通过以上，可认为实施例1的陶瓷烧结体具有比比较例1高的可靠性。即，相对于直流电压的施加、热应力的产生，不易产生铜板剥离。
可推测实施例1中的这样的镁的偏析是由于在将铜板与陶瓷烧结体接合时镁因熔融的玻璃成分变得容易扩散而产生的。另外，在实施例1的图5B中，在第二区域具有镁的浓度峰值比结合层部的浓度峰值小并且比第一区域的浓度峰值大的浓度峰值，但在使接合前的铜板表面的氧化量、接合温度、陶瓷烧结体的组成变化的另一实施例中，在该第二区域并未观察到上述的镁的浓度峰值(即，比结合层部小并且比第一区域大的浓度峰值)，但与实施例1同样地，得到了相对于直流电压的施加、热应力的产生而不易产生铜板剥离这样的效果。
另外，图5B所示的内层部的浓度变化为一例，在内层部具有上述那样的第一区域和第二区域的情况下，各区域的厚度并不限定于上述的厚度。但是，确认了第一区域以及第二区域存在于距陶瓷烧结体的表面大致15μm以内的区域。此外，也确认了不具有第二区域那样的浓度峰值、与第一区域大致相同浓度的内层部。
＜2.二氧化硅的含量与阻抗的关系＞
接着，对改变氧化锆的含量时的二氧化硅的含量与阻抗的关系进行了研究。
如以下的表2以及表3所示，制作使氧化锆的含量(wt％)和二氧化硅的含量(wt％)发生了变化的陶瓷烧结体，并对阻抗(Ω)进行了测定。表中的阻抗为频率0.001Hz(1.E-03Hz)下的值。这些陶瓷烧结体除了氧化锆以及二氧化硅的含量以外，制造方法与实施例1大致相同。此外，将它们的关系示于图6的曲线图。即，图6分别示出了氧化锆的含量为10wt％、15wt％、22wt％时的二氧化硅的含量与阻抗的关系。另外，横轴的SiO2添加量(wt％)是与二氧化硅的含量(wt％)相同的意思。
【表2】
Figure BDA0003675191940000161
【表3】
Figure BDA0003675191940000162
由该结果可知，在氧化锆的含量为10质量％以上且15质量％以下时，若二氧化硅的含量为0.7质量％以上且1.5质量％以下，则阻抗变高。另一方面可知，在氧化锆的含量高于15质量％且为25质量％以下时，若二氧化硅的含量为1.5质量％以上且2.0质量％以下，则阻抗变高。施加交流电压时的阻抗升高会导致氧离子导电性降低。因此，也能够抑制施加直流电压时的氧离子导电性。
符号说明
2…半导体装置用基板
3…陶瓷烧结体
4、4'…铜板。

Claims (7)

1.一种陶瓷烧结体，其包含：
氧化铝；
氧化锆；
三氧化二钇；以及
玻璃成分，含有二氧化硅以及氧化镁，
所述陶瓷烧结体在表面侧具备具有镁的浓度峰值的结合层部，在与所述结合层部相邻的内部侧具备镁的浓度峰值比所述结合层部小的内层部，
所述氧化锆的含量为10质量％以上且15质量％以下，所述二氧化硅的含量为0.7质量％以上且1.5质量％以下。
2.一种陶瓷烧结体，其包含：
氧化铝；
氧化锆；
三氧化二钇；以及
玻璃成分，含有二氧化硅以及氧化镁，
所述陶瓷烧结体在表面侧具备具有镁的浓度峰值的结合层部，在与所述结合层部相邻的内部侧具备镁的浓度峰值比所述结合层部小的内层部，
所述氧化锆的含量高于15质量％且为25质量％以下，所述二氧化硅的含量为1.89质量％以上且2.0质量％以下。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷烧结体，其中，
所述内层部至少具有与所述结合层部的内部侧相邻的第一区域、以及与所述第一区域的内部侧相邻的第二区域，
所述第二区域的镁的浓度峰值小于所述结合层部的浓度峰值且大于所述第一区域的浓度峰值。
4.根据权利要求1或2所述的陶瓷烧结体，其中，
所述氧化镁的含量为0.1质量％以上且0.8质量％以下。
5.根据权利要求1或2所述的陶瓷烧结体，其中，
所述玻璃成分还含有氧化钙，所述氧化钙的含量为0.03质量％以上且0.35质量％以下。
6.根据权利要求1或2所述的陶瓷烧结体，其中，
剩余部分的含量以氧化物换算计为0.05质量％以下。
7.一种半导体装置用基板，是用于安装电子部件的半导体装置用基板，其具备：
权利要求1或2所述的陶瓷烧结体；以及
与所述陶瓷烧结体接合的铜板。
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