DE3705336C2 - Aluminiumnitridsubstrat - Google Patents

Aluminiumnitridsubstrat

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Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiter-Substrat und insbesondere ein AlN-Substrat, welches eine hohe Bindefestigkeit zwischen dem Aluminiumnitrid (AlN)- Sinterprodukt und der elektrischleitfähigen Metallisierungsschicht (nachfolgend als "Metallisierungsschicht" bezeichnet), die sich auf diesem Substrat befindet, aufweist und die keinerlei Versprödung durch Korrosion des Titannitrids (nachfolgend "TiN"), welches sich in der Metallisierungsschicht befindet, aufweist, wenn ein Metallteil auf der Metallisierungsschicht durch Verlöten etc., befestigt wird.
In den letzten Jahren, in denen eine hohe Integration, ein hoher Ausstoss und eine hohe Geschwindigkeit für elektronische Schaltungen gefordert wird, muß ein Substrat für den dort verwendeten Halbleiter eine hohe Wärmeleitfähigkeit (d. h. Wärmeabführeigenschaften) und elektrische Isoliereigenschaften aufweisen und darüber hinaus einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der annähernd dem des Siliciumchips entspricht. Als Materialien, die diesen Erfordernissen entsprechen, werden in großem Masse verschiedene Keramiken verwendet, und zwar im allgemeinen Substrate aus Aluminiumoxid (Al2O3) oder Berylliumoxid (BeO). Ein Al2O3-Substrat hat jedoch eine schlechte Wärmeleitfähigkeit, während ein BeO-Substrat toxisch ist. Aus diesem Grund besteht ein zunehmendes Bedürfnis für Substrate aus AlN-Sinterprodukten.
Ein AlN-Sinterprodukt hat eine Wärmeleitfähigkeit, die bis zu etwa dem 5-fachen der von Al2O3 ist, weist eine hervorragende elektrische Isoliereigenschaft auf und hat darüber hinaus ein Wärmeausdehnungsverhältnis, das annähernd dem des Siliciumchips entspricht.
Verwendet man ein Substrat aus einem AlN-Sinterprodukt als Halbleitersubstrat, ist es erforderlich, auf dieses Substrat einen Siliciumchip zu befestigen und darüber hinaus auch Metallteile, wie Verbindungsdrähte etc., durch Hartlöten oder Löten aufzubringen, wobei man solche Teile jedoch nicht direkt auf dem AlN-Sinterprodukt befestigen kann. Aus diesem Grund ist es allgemeine Praxis, eine elektrischleitfähige Metallisierungsschicht auf dem AlN-Substrat auszubilden und die vorerwähnten Teile dann auf der Metallisierungsschicht zu befestigen.
Als Verfahren zur Ausbildung einer Metallisierungsschicht auf der Oberfläche eines AlN-Sinterproduktes hat man schon eine Direktbindungs-Kupfermethode (DBC-Methode) oder eine Dickfilmmethode unter Verwendung von Kupfer, Gold und Silber-Palladium angewendet. Die nach diesen Methoden ausgebildeten Metallisierungsschichten weisen jedoch noch die nachfolgenden Probleme auf.
Bei der DBC-Methode und der Dickfilmmethode wird eine Metallisierungsschicht bei niedrigen Temperaturen von etwa 600 bis 1100°C ausgebildet. Deswegen wird bei hohen Temperaturen die Bindefestigkeit zwischen dem AlN-Sinterprodukt und der Metallisierungsschicht manchmal erniedrigt, so daß die Metallisierungsschicht sich abschälen kann. Das heißt, daß die Bindungsfestigkeit der Metallisierungsschicht an das AlN-Sinterprodukt unter hohen Temperaturen gering ist. Wenn daher ein Metallteil über die Metallisierungsschicht an das Substrat gebunden wird, ist es schwierig, bei hohen Temperaturen, bei denen eine Silberlötmasse im allgemeinen angewendet wird, zu löten. Auch beim Aufbauen einer Halbleitervorrichtung kann dieses Problem auftauchen, nämlich, daß die Metallschicht von dem AlN-Sinterprodukt sich abschält, aufgrund der Wärme oder des während der Anwendung entwickelten Wärmezyklus und dadurch wird die Zuverlässigkeit während der Anwendung in Frage gestellt.
Aus diesem Grund hat man jetzt eine Metallisierungsschicht, in welcher Molybdän und TiN zusammen auf der Oberfläche eines AlN-Sinterproduktes vorliegen, entwickelt. Eine solche Metallisierungsschicht hat tatsächlich eine größere Bindungsfestigkeit unter hohen Temperaturen im Vergleich zu einer Schicht, die nach der DBC-Methode oder der Dickfilmmethode gemäß dem Stand der Technik ausgebildet wurde, jedoch treten die nachfolgenden Probleme auf, wenn man verschiedene Teile durch Hartlöten oder durch Löten bei hohen Temperaturen auf der Metallisierungsschicht auftragen will. Wenn solche verschiedenen Metallteile auf der Metallisierungsschicht gebunden werden, dann wird das Löten im allgemeinen in einer Wasserstoffgas enthaltenden, reduzierenden Atmosphäre durchgeführt. Wenn jedoch TiN als ein Bestandteil der Komponente in der Metallisierungsschicht vorliegt, wird das TiN durch das Wasserstoffgas angegriffen und wird brüchig und dadurch wird die Bindungsfestigkeit an das AlN-Sinterprodukt schließlich erniedrigt. Infolgedessen kann man, wenn TiN in der Metallisierungsschicht vorhanden ist, ein Metallteil nur unter Schwierigkeiten durch Verlöten in einer reduzierenden Atmosphäre verbinden oder, wenn die Verbindung stattgefunden hat, findet, weil die Metallisierungsschicht spröde geworden ist, ein Abschälphänomen häufig während der praktischen Anwendung statt und dadurch wird die Zuverlässigkeit erheblich beeinträchtigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorerwähnten Probleme bei einem AlN-Substrat, auf dem sich eine Metallisierungsschicht, die TiN enthält befindet, zu überwinden und ein AlN-Substrat zur Verfügung zu stellen, welches eine hohe Bindungsfestigkeit zwischen dem AlN-Sinterprodukt und einer Metallisierungsschicht aufweist und bei dem auch keine Versprödung der Metallisierungsschicht eintritt, selbst wenn man eine reduzierende Wasserstoffgas enthaltende Atmosphäre anwendet.
Das erfindungsgemäße AlN-Substrat ist dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Substrat aus einem Aluminiumnitrid-Sinterprodukt besteht, daß sich darauf eine elektrischleitfähige Metallisierungsschicht befindet, die sich aus Titannitrid und wenigstens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Molybdän, Wolfram, Tantal, einem Element der Gruppe III des periodischen Systems, einem Element der Gruppe IVa des periodischen Systems, einem seltenen Erdelement oder einem Element der Actiniden oder einer Verbindung, welche diese Elemente enthält, zusammensetzt und einer elektrischleitfähigen Oberflächenschicht, die in der genannten Reihenfolge auf dem Aluminiumnitrid-Sinterprodukt laminiert sind.
Das AlN-Sinterprodukt, welches ein Bestandteil des erfindungsgemäßen Substrates ist, kann irgendein Produkt sein, das eine Wärmeleitfähigkeit von 50 W/m · K oder mehr hat. Ein solches AlN-Sinterprodukt schließt solche ein, die zu 90 Gew.% oder mehr aus AlN und 10 Gew.% oder weniger wenigstens einem Material, ausgewählt aus Oxiden von seltenen Erdelementen, wie Y2O3, Fluoriden von seltenen Erdelementen, wie YF, Oxiden von Erdalkalielementen, wie CaO, Carbiden von Erdalkalielementen, wie CaC2 und Fluoriden von Erdalkalielementen, wie CaF2, als Additiven aufbaut. Diese Sinterprodukte sind vorzugsweise solche, die nach dem Sintern YAg, YAl, AlON etc., enthalten. Ist die Wärmeleitfähigkeit zu niedrig, dann ist die Wärmeverteilungseigenschaft unerwünscht schlecht. Das AlN-Sinterprodukt kann man erhalten, indem man AlN-Pulver in bekannter Weise pressverformt und das pressverformte Produkt dann sintert.
Auf wenigstens eine Oberfläche eines solchen Sinterproduktes wird eine Metallisierungsschicht der vorerwähnten Art aufgebracht.
Die Metallisierungsschicht enthält Titannitrid (TiN) und wenigstens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Molybdän, Wolfram, Tantal, einem Element der Gruppe III des periodischen Systems, einem Element der Gruppe IVa des periodischen Systems, einem seltenen Erdelement, einem Element der Actiniden oder einer Verbindung, welche diese Elemente als wesentlichen Bestandteil enthält. Das heißt, daß die Metallisierungsschicht aus TiN und weiteren Bestandteilen besteht. Sie kann schließlich aus TiN in der Metallisierungsschicht bestehen, z. B. in der Metallisierungsschicht die erhalten wurde, indem man eine Paste für die Metallisierungsschicht auf das AlN-Sinterprodukt aufbrachte und dann das beschichtete Produkt in einer reduzierenden Atmosphäre sinterte.
Infolgedessen kann Titan als Einzelsubstanz verwendet werden oder eine Verbindung, welche diese enthält, oder eine Mischung davon. Beispiele für Titanverbindungen sind Nitrate, Nitrite, Sulfate, Sulfite, Borate, Carbonate, Silicate, Phosphate, Phosphite, Chloride, Fluoride, Chlorate, Ammoniumsalze, Oxalate, Hydroxide, Hydride, Jodide, Bromide, Alkoxide, Silicide, Carbide, Boride, Nitride, Oxide und Sole und Gele etc. dieser Elemente, wobei jedoch Nitride und Oxide besonders bevorzugt werden.
Beispiele für andere Elemente, die in der Metallisierungsschicht zusammen mit dem Titannitrid vorhanden sind, schließen wenigstens eine Komponente ein, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus hochschmelzenden Metallen, wie Molybdän (Mo), Wolfram (W), Tantal (Ta), etc., und Elemente der Gruppe III des periodischen Systems (B, Al, Sc, Ga, In, Tl), die Elemente der Gruppe IVa, die von Ti unterschiedlich sind (Zr, Hf), seltene Erdelemente (Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) und Elemente der Actiniden (Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) und Verbindungen davon.
Diese können als eine einzelne Art oder in Kombination von zwei oder mehr Arten enthalten sein. In diesem Fall bestehen diese Elemente aus einer einzigen Substanz oder aus einer Verbindung oder einer festen Lösung, enthaltend die jeweiligen Elemente oder eine Mischung von zwei oder mehr Arten, ausgewählt aus den einzelnen Substanzen, Verbindungen oder festen Lösungen.
Eine Methode zur Ausbildung der Metallisierungsschicht besteht darin, daß man das Pulver der jeweiligen Elemente, welche Komponenten der obigen Metallisierungsschicht sind oder Komponenten davon werden können oder die Verbindungen der vorerwähnten Art in einem Bindemittel unter Ausbildung einer Paste dispergiert und dann die Paste auf die Oberfläche des AlN-Sinterproduktes aufgibt, z. B. durch Beschichten oder Tauchen, und anschließend durch Erhitzen kalziniert. Beispiele für die Verbindungen schließen Nitrate, Nitrite, Sulfate, Sulfite, Borate, Carbonate, Silicate, Phosphate, Phosphite, Chloride, Fluoride, Chlorate, Ammoniumsalze, Oxalate, Hydroxide, Hydride, Jodide, Bromide, Alkoxide, Siliciide, Carbide, Borride, Nitride, Oxide und Sole und Gele etc., welche die vorerwähnten Metalle enthalten, ein. Von diesen werden Nitride und Oxide besonders bevorzugt. Als Bindemittel kann man in diesem Fall beispielsweise Ethylcellulose, Nitrocellulose und dergleichen verwenden. Die Calcinierungsbedingungen sind in Abhängigkeit von den metallischen Bestandteilen der Metallisierungsschicht verschieden und liegen beispielsweise im Falle der Calcinierung von Mo-TiN bei 1600 bis 1800°C während 0,5 bis 2 Stunden. Die Heizatmosphäre ist in diesem Falle vorzugsweise eine nicht-oxidierende Atmosphäre, wie eine Stickstoffgasatmosphäre.
In der so ausgebildeten Metallisierungsschicht soll TiN vorzugsweise in einem Anteil von 5 bis 95 Gew.% und noch bevorzugter von 15 bis 65 Gew.% vorliegen. Die Dicke der Metallisierungsschicht beträgt vorzugsweise 1 bis 50 µm und noch bevorzugter 10 bis 20 µm.
Anschließend wird auf der ausgebildeten Metallisierungsschicht eine elektrischleitfähige Oberflächenschicht ausgebildet. Diese Schicht wird aufgebracht, um die Metallisierungsschicht von dem Wasserstoffgas, das während des Hartlötens verwendet wird, zu schützen und deshalb soll sie dicht sein. Da auch Metallteile mit der Schicht verbunden werden, soll diese auch elektrischleitfähig sein. Beispiele für Materialien für die elektrischleitfähige Oberflächenschicht sind Nickel, Silber, Gold, Zink, Kupfer, Chrom, Zinn und Blei, wobei man diese entweder einzeln oder in einer geeigneten Kombination von zwei oder mehr Arten verwenden kann. Davon werden Nickel, Nickel-Silber, Nickel-Gold besonders bevorzugt. Ein Verfahren zur Ausbildung der elektrischleitfähigen Oberflächenschicht besteht darin, daß man stromlos oder elektrolytisch abscheidet, daß man eine Bedampfungsmethode oder eine Vakuumabscheidungsmethode oder irgendeine andere bekannte Methode anwendet, wobei diese Methode nicht besonders beschränkt ist, solange sie geeignet ist, eine Oberflächenschicht in gleichmäßiger Dicke auszubilden. Von diesen Methoden werden Galvanisierungsmethoden besonders bevorzugt. Die elektrischleitfähige Oberflächenschicht kann aus einer einzelnen oder zwei oder mehr Schichten bestehen. Die Dicke der Oberflächenschicht beträgt 1 bis 10 µm und vorzugsweise 3 bis 6 µm. Ist die Schicht zu dünn, so kann sie durch das Lötmaterial korrodieren und blättert dann ab. Wenn sie andererseits zu dick ist, kann eine Blasenbildung eintreten und dies führt zu einer Erschwerung beim Auflösen von Metallteilen.
Das in der vorhergehend beschriebenen Weise hergestellte, erfindungsgemäße Aluminiumnitridsubstrat wird dann vorzugsweise einer Temperbehandlung bei Bedingungen von beispeilsweise 600 bis 1000°C während 0,5 bis 2 Stunden unterworfen, um die Dichte der Metallisierungsschicht und der elektrischleitfähigen Oberflächenschicht zu erhöhen.
Beispiele 1 bis 10
Für ein AlN-Sinterprodukt wurde eine flache Platte von 50 × 50 × 0,635 mm, enthaltend 3 Gew.% Y2O3 als Sinterhilfe, verwendet.
Pulver der jeweiligen Metalle oder Legierungen, wie sie in Tabelle 1 gezeigt werden, wurden in den angezeigten Anteilen miteinander vermischt (in Gew.%) und 100 Gew.-Teile der erhaltenen Mischung wurden in 40 bis 50 Gew.-Teilen eines Bindemittels (Ethylcellulose) dispergiert, unter Erhalt einer Paste für die Metallisierungsschicht. Dann wurde die Paste auf die Oberfläche des AlN-Sinterproduktes in einer Dicke von 10 bis 20 µm aufgetragen. Nach dem Trocknen wurde unter den in der Tabelle gezeigten Bedingungen kalziniert. Der Aufbau der Phase der erhaltenen Metallisierungsschicht wurde durch die Röntgenbeugungsmethode beobachtet.
Dann wurde eine elektrischleitfähige Oberflächenschicht in einer Dicke von 2 bis 5 µm auf der Metallisierungsschicht nach der in der Tabelle gezeigten Methode aufgebracht. Dann wurde unter Ausbildung von Gas unter Erhitzen auf etwa 800°C während 0,2 Stunden getempert.
An der Oberfläche des so erhaltenen AlN-Substrates wurde eine Nadel aus Kovar (Handelsname, Ni-Co-Fe-Legierung) mit einem Silberlot in einem Gasgemisch aus Wasserstoff : Stickstoff = 1 : 1 aufgelötet.
Die Bindungsfestigkeit zwischen dem AlN-Sinterprodukt und der Metallisierungsschicht nach dem Tempern wurde mittels einer Push-Pull-Lehre gemessen. Auch der Status des Aufbaus der Metallisierungsschicht vor und nach dem Löten wurde mittels SEM untersucht. In der Tabelle ist die erste Gruppe Titan oder eine Verbindung oder eine Mischung davon und die zweite Gruppe eine Komponente, die ein Bestandteil der Metallisierungsschicht, unterschiedlich von TiN, werden soll.
Vergleichsversuche 1 bis 8
Unter Verwendung einer Ausgangsmaterialpaste der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung wurde AlN-Substrate in gleicher Weise wie in den Beispielen erhalten. Es wurde jedoch keine elektrischleitfähige Oberflächenschicht darauf ausgebildet. Für die AlN-Substrate wurden Bewertungstests in gleicher Weise wie bei den Beispielen durchgeführt.
Die SEM-Untersuchung zeigte, daß die Metallisierungsschicht bei den Substraten in den Beispielen, bei denen elektrischleitfähige Oberflächenschichten ausgebildet waren, sich auch nach dem Hartverlöten nicht veränderten, während die Metallisierungsschichten der Substrate bei den Vergleichsbeispielen, bei denen keine elektrischleitfähige Oberflächenschicht ausgebildet war, deutlich verfärbt waren, was einen merklichen Versprödungszustand anzeigt.
Aus der Tabelle geht auch hervor, daß bei einem AlN-Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung das AlN-Sinterprodukt und die Metallisierungsschicht eine hohe Bindefestigkeit aufweisen, während die Substrate bei den Vergleichsversuchen eine Bindungsfestigkeit haben, die ein Drittel oder weniger im Vergleich zu den Substraten der Beispiele unter Verwendung der gleichen Ausgangsmaterial-Zusammensetzung haben. Bei dem Test auf die Zugfestigkeit mit einer Kraft, die bei weitem die obige Bindungsfestigkeit übersteigt, wurde lediglich bei den Beispielen die Metallisierungsschicht abgeblättert. Dagegen wurde bei dem erfindungsgemäßen Substrat nicht nur die elektroleitfähige Schicht, sondern auch ein Teil des Sinterproduktes abgezogen.
Anschließend wurden die nachfolgenden Tests bei den jeweiligen Substraten durchgeführt und die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt:
(1) Elektrischer Widerstandstest:
Muster von 0,1 × 15 mm und 0,5 × 15 mm wurden auf das Substrat gedruckt und nach dem Metallisieren wurde der Widerstand eines Leiters gemäß der Vier-Terminal-Methode (four terminal method) gemessen.
(2) TCT (Wärmezyklustest):
Indem man als einen Zyklus -50°C × 0,5 h und 150°C × 0,5 h festsetzte, wurde die Verbindungsfestigkeit nach dem Zugfestigkeitstest gemessen und das Aussehen nach 1000 Zyklen festgestellt.
(3) Hochtemperaturbeständigkeit:
Die Probe wurde 1000 Stunden bei 150°C gehalten und dann wurde die Bindungsfestigkeit mittels des Zugfestigkeitstests gemessen.
(4) PCT (Pressure Cooker Test):
Die Probe ließ man bei 121°C während 1000 h und einem Druck von 2 bar (2 Atm) stehen und die Bindungsfestigkeit wurde mittels des Zugfestigkeitstests gemessen und das Aussehen festgestellt.
Tabelle 2
Aus der Tabelle 2 geht hervor, daß die Vergleichsversuche 1 und 2, bei denen nur TiN verwendet wurde, hinsichtlich der Bindungsfestigkeit bei jedem Test schlechter sind im Vergleich zu den erfindungsgemäßen Beispielen und daß sie unzuverlässig sind.
Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, daß bei einem AlN-Substrat gemäß der Erfindung die Bindungsfestigkeit zwischen dem AlN-Sinterprodukt und der Metallisierungsschicht auf diesem Substrat außerordentlich hoch ist. Da sich auf dem Substrat eine elektrischleitfähige Oberflächenschicht als Schutzschicht auf der Metallisierungsschicht befindet, versprödet die Metallisierungsschicht nicht, und zwar auch dann nicht, wenn Metallteile in einer Wasserstoffgas enthaltenden Atmosphäre aufgelötet werden. Deshalb findet bei der praktischen Anwendung kein Abschälen statt. Weiterhin haben die erfindungsgemäßen Substrate ausgezeichnete Wärmebeständigkeitszyklus-Eigenschaften und können als geeignete Substrate für hochintegrierte elektronische Schaltungen, für Zündvorrichtungen, für Hochfrequenztransistoren, Laserrohre, Magnetrons oder verschiedene Heizeinrichtungen verwendet werden.

Claims (7)

1. Halbleitersubstrat welches sich zusammensetzt aus: einem gesinterten Aluminiumnitrid-Produkt einer elektrisch leitfähigen Metallisierungsschicht, die sich aus Titannitrid und wenigstens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Molybdän, Wolfram, Tantal, einem Element der Gruppe III des periodischen Systems, einem Element der Gruppe IVa des periodischen Systems, einem seltenen Erdelement, einem Element der Actiniden oder einer Verbindung, enthaltend diese Elemente, zusammensetzt und eine elektrischleitfähigen Oberflächenschicht, die in der genannten Reihenfolge auf dem Aluminiumnitridsinterprodukt laminiert sind.
2. Substrat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischleitfähige Metallisierungsschicht eine Schicht ist, die Titannitrid und wenigstens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Molybdän, Wolfram, Tantal, Zirkon, Hafnium und Yttrium, und Verbindungen, die sich aus diesen Elementen zusammensetzen, enthält.
3. Substrat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischleitfähige Metallisierungsschicht eine Schicht ist, die 5 bis 95 Gew.% Titannitrid enthält.
4. Substrat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischleitfähige Metallisierungsschicht eine Schichtdicke von 1 bis 50 µm hat.
5. Substrat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischleitfähige Oberflächenschicht hergestellt wurde durch stromlose oder durch elektrolytische Abscheidung.
6. Substrat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischleitfähige Oberflächenschicht eine Nickelschicht ist.
7. Substrat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischleitfähige Oberflächenschicht eine Dicke von 1 bis 10 µm hat.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0680873B2 (ja) * 1986-07-11 1994-10-12 株式会社東芝 回路基板
JPS6318648A (ja) * 1986-07-11 1988-01-26 Toshiba Corp 窒化アルミニウム回路基板
JPS64788A (en) * 1987-03-31 1989-01-05 Toshiba Corp Surface conductive ceramic substrate and manufacture of the same and metallizing compound for the same
US5010388A (en) * 1987-07-03 1991-04-23 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Connection structure between components for semiconductor apparatus
CA1284536C (en) * 1987-07-03 1991-05-28 Akira Sasame Member for semiconductor apparatus
JP2544398B2 (ja) * 1987-08-27 1996-10-16 富士通株式会社 Ａ１ｎセラミックスのメタライズ方法
US5264388A (en) * 1988-05-16 1993-11-23 Sumitomo Electric Industries, Inc. Sintered body of aluminum nitride
US5258218A (en) * 1988-09-13 1993-11-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Aluminum nitride substrate and method for producing same
JP2572823B2 (ja) * 1988-09-22 1997-01-16 日本碍子株式会社 セラミック接合体
US5070393A (en) * 1988-12-23 1991-12-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Aluminum nitride substrate for formation of thin-film conductor layer and semiconductor device using the substrate
US5041700A (en) * 1989-09-27 1991-08-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Circuit board including an aluminum nitride substrate and a multilayered metal oxynitride structure
JP2734170B2 (ja) * 1990-05-09 1998-03-30 株式会社村田製作所 窒化アルミニウム多層基板の配線用ペースト
US5570502A (en) * 1991-04-08 1996-11-05 Aluminum Company Of America Fabricating metal matrix composites containing electrical insulators
US5775403A (en) * 1991-04-08 1998-07-07 Aluminum Company Of America Incorporating partially sintered preforms in metal matrix composites
US5616421A (en) * 1991-04-08 1997-04-01 Aluminum Company Of America Metal matrix composites containing electrical insulators
US5217589A (en) * 1991-10-03 1993-06-08 Motorola, Inc. Method of adherent metal coating for aluminum nitride surfaces
US5270263A (en) * 1991-12-20 1993-12-14 Micron Technology, Inc. Process for depositing aluminum nitride (AlN) using nitrogen plasma sputtering
US5311399A (en) * 1992-06-24 1994-05-10 The Carborundum Company High power ceramic microelectronic package
US5336928A (en) * 1992-09-18 1994-08-09 General Electric Company Hermetically sealed packaged electronic system
US5626943A (en) * 1994-06-02 1997-05-06 The Carborundum Company Ultra-smooth ceramic substrates and magnetic data storage media prepared therefrom
US6090701A (en) 1994-06-21 2000-07-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for production of semiconductor device
JP3575068B2 (ja) * 1994-08-02 2004-10-06 住友電気工業株式会社 平滑なめっき層を有するセラミックスメタライズ基板およびその製造方法
JP2002160974A (ja) * 2000-11-22 2002-06-04 Ibiden Co Ltd 窒化アルミニウム焼結体、窒化アルミニウム焼結体の製造方法、セラミック基板およびセラミック基板の製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57181356A (en) * 1981-04-30 1982-11-08 Hitachi Ltd Sintered aluminum nitride body with high heat conductivity
JPS58101442A (ja) * 1981-12-11 1983-06-16 Hitachi Ltd 電気的装置用基板
US4570328A (en) * 1983-03-07 1986-02-18 Motorola, Inc. Method of producing titanium nitride MOS device gate electrode
JPS6077186A (ja) * 1983-09-30 1985-05-01 株式会社東芝 金属化表面を有するセラミツクス焼結体
US4659611A (en) * 1984-02-27 1987-04-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Circuit substrate having high thermal conductivity
NL8400675A (nl) * 1984-03-02 1984-10-01 Philips Nv Master geschikt voor de vervaardiging van galvanische afdrukken.
US4656101A (en) * 1984-11-07 1987-04-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Electronic device with a protective film
JPS61291480A (ja) * 1985-06-17 1986-12-22 日本特殊陶業株式会社 窒化アルミニウム製基材の表面処理組成物

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Publication number Publication date
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GB2187205B (en) 1990-01-24
JPS62197379A (ja) 1987-09-01

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