JP2003160381A - セラミック基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一般的に普及している窒化アルミニウムメタ
ライズ基板を製造する際の製造プロセスを大きく変更す
ることなく、ＡｌＮ基板と金属層との密着性を向上させ
る方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 窒化アルミニウム又は窒化アルミニウム
を主成分とするセラミックからなる基板の表面を窒素プ
ラズマ処理又はレーザー照射処理をして、それぞれＡｌ
_{２０〜４５}Ｎ_{８０〜５５}又はＡｌ_{５５〜８０}Ｎ
_{４５〜２０}で示される組成を有するアルミニウム窒化物
からなる層を形成し、次いでこのような組成のアルミニ
ウム窒化物層を表面に有する窒化アルミニウム基板を原
料基板として、その前記アルミニウム窒化物層上に従来
法と同様にしてＴｉ等からなる活性層および電気導伝層
となる金属層を順次形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放熱性回路基板等
の原料基板として有用な窒化アルミニウム又は窒化アル
ミニウムを主成分とするセラミック基板、及び該基板を
用いた表面メタライズセラミック基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報密度の巨大化とともに半導体素子等
の電子部品の処理能力は著しい向上を遂げており、これ
ら電子部品に通電したときに発生する熱量も大きくなっ
ている。これらの電子部品を安定的に動作させるために
は一定温度に保つことが好ましく、その冷却のために様
々な工夫が成されている。通常、高温となる電子部品は
ヒートシンクと呼ばれる“熱を吸収できる材料、構成部
品あるいはシステムを熱的に保護するためにそのような
材料を使用している装置”上にマウントされ用いられる
のが一般的である。ヒートシンク材料として早くから実
用化されている材料としてはＣｕ、Ｃｕ−Ｗ等の熱伝導
性の良い金属、金属合金、或いはＳｉＣ、ＡｌＮ等の半
導体性或いは絶縁性の高熱伝導性セラミックス材料が挙
げられる。

【０００３】これらの高熱伝導性基板の中でもＡｌＮを
主成分とするセラミック体は熱伝導性だけでなく、絶縁
性、誘電特性、熱膨張特性等の点ですぐれた特徴を示す
ことから、高機能放熱基板として急速に普及している。
電子素子（電子部品）をマウントする回路基板としてＡ
ｌＮを用いるためには、ＡｌＮ表面に金属層を形成する
ことが必要となるが、従来、セラミック表面への金属の
形成方法としては厚膜形成法と薄膜形成法が採用されて
いる。厚膜形成法とは、メッキ等の湿式法や金属箔を接
合する方法が代表的である。しかしながら、厚膜法はそ
の名の通り形成される金属膜の厚みが１００μｍ程度と
厚くなることからファインパターンの形成が困難となる
ため、ファインパターンを有する回路基板を形成するた
めには薄膜法によって形成された金属層を有するセラミ
ック基板が通常用いられている。薄膜法としては真空蒸
着法、スパッタリング法等の気相合成法が一般的であ
る。

【０００４】薄膜法を用いたＡｌＮ回路基板の製造は、
従来以下のような方法で行われている。即ち、まず、Ａ
ｌＮ粉末を板状に成形して電気炉などを用いて焼成する
ことによって焼結体とし、次に、該焼結体を研削、或い
は研磨加工を施すことによって金属膜を形成する面を一
定の面粗さとなるように加工する。そして、その上に、
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ−Ｃｒ，ＴａＮ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚ
ｒなどの材料より選ばれる層（第１薄膜層）、Ｎｉ，Ｐ
ｔなどの金属からなる層（第２薄膜層）、及びＣｏ、Ｃ
ｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ等の金属からなる層（第３薄膜
層）がこの順番で順次形成される。ここで第１薄膜層は
接着層の役割を果たし、第２薄膜層は第１薄膜層と第３
薄膜層間での材料の拡散を抑制するバリヤー層として機
能する。また、第３薄膜層は抵抗が小さい材料が選択さ
れ導電層としての役割を果たしている。この様な積層構
造とすることによって、基板と金属層とが引張り強度で
表して２．５Ｋｇ／ｍｍ^２程度の比較的良好な密着性で
接合された薄膜回路基板が製造されている。

【０００５】また、ＡｌＮ基板上に上記第１薄膜層のよ
うな活性金属層を形成することなく導電性膜となる金属
層を形成する方法として、特許第２９８６９４８号公報
には、ＡｌＮ基板と導電性膜との間に該導電性膜を構成
する元素、Ａｌ、及びＮを含む非晶質層を介在させる方
法が開示されている。該方法によれば、非晶質層及び導
電性膜の形成条件によっては４Ｋｇ／ｍｍ^２以上の接合
強度でＣｕ膜が接合したＡｌＮ基板を得ることも可能に
なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、第１
〜第３薄膜層からなる金属層を有するＡｌＮ回路基板は
広く普及しており、様々な用途において実用化されてい
るが、近年の半導体素子の高機能化に伴い素子から発生
する熱も増加し使用条件もより過酷になっていることか
ら基板に要求される性能もより高くなっている。例え
ば、使用時における加熱冷却のヒートサイクルの負荷の
増大により基板材と金属層との密着性が低下するという
問題も起っており、このような問題の発生を防止するた
めにＡｌＮ基板と金属層との密着性を更に向上させるこ
とが望まれている。前記した特許第２９８６９４８号公
報に開示されている方法を採用すれば、ＡｌＮ基板と金
属層との密着性を向上させることは可能と思われるが、
該方法を採用する場合には、導伝膜層の種類に応じて非
晶質層の組成を変えなければならず、また、該方法は上
記したような積層タイプの金属層を形成する従来法とは
その製造プロセスが大きく変わっているため従来法を採
用している者にとってはプロセス転換に際し製造装置や
前後工程の変更や調整といった様々な負担が生じる。そ
こで、本発明は、一般的に普及している前記第１〜第３
薄膜層を形成する従来法のプロセスを大きく変更するこ
となく、ＡｌＮ基板と金属層との密着性を向上させる方
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、ＡｌＮ基板上
に第１薄膜層を形成する前にＡｌＮ基板表面を窒素プラ
ズマ処理又はレーザー照射処理した場合には基板と金属
膜との接着強度が増すことがあることに気づいた。そし
て上記処理後のＡｌＮ基板表面状態と接着強度との関係
を詳しく解析したところ、ＡｌＮ表面のＡｌとＮとの化
学組成比が特定の範囲のときに接着強度が高くなってい
ることを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００８】即ち、第一の本発明は、窒化アルミニウム
又は窒化アルミニウムを主成分とするセラミックからな
る基板の表面にＡｌ_{２０〜４５}Ｎ_{８０〜５５}又はＡｌ
_{５５〜 ８０}Ｎ_{４５〜２０}で示される組成を有するアルミ
ニウム窒化物からなる層が形成されてなることを特徴と
するセラミック基板である。該本発明のセラミック基板
は、その上に従来方法と同様にして第１薄膜層、第２薄
膜層、及び第３薄膜層を積層して金属層を形成した場
合、上記のような窒化物からなる層を有しない窒化アル
ミニウム基板を用いた時と比べて金属層とセラミック基
板との密着強度が高くなるという特徴を有する。該本発
明のセラミック基板は、窒化アルミニウム又は窒化アル
ミニウムを主成分とするセラミック基板の表面を窒素プ
ラズマ処理又はレーザー照射処理をして、それぞれＡｌ
_{２０〜４５}Ｎ_{８０〜５５}又はＡｌ_{５５ 〜８０}Ｎ
_{４５〜２０}で示される組成を有するアルミニウム窒化物
からなる層を形成するという第二の本発明によって好適
に製造することができる。

【０００９】また、第三の本発明は、前記第一の本発明
であるセラミック基板の前記アルミニウム窒化物からな
る層上にＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、ＴａＮ、Ａｌ、Ｍ
ｏ、及びＷからなる群より選ばれる少なくとも１種から
なる金属又は化合物からなる層、及びこれら金属又は化
合物以外の金属からなる層を順次形成して得られること
を特徴とする表面メタライズセラミック基板である。該
表面メタライズセラミック基板は、ＡｌＮセラミック基
板上に金属膜が密着性良く接合されており、載置される
素子等からの発熱が大きくなってもその接合力が低下し
難く、例えばサブマウントやヒートシンクを兼ねた放熱
性基板として使用した時の信頼性や耐久性が高いという
特徴を有している。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に用いられる窒化アルミニ
ウム又は窒化アルミニウムを主成分とするセラミックか
らなる基板（以下、ＡｌＮベース基板とも言う。）は特
に限定されず、例えば窒化アルミニウム粉末に焼結助剤
を添加し加圧等により成形したのちに焼結することによ
り製造される板状体、又は多結晶窒化アルミニウムを板
状に加工したもの等が好適に使用できる。これら板状体
の形状は特に限定されないが、加工時に切断が容易であ
るという観点からその厚さは５０μｍ〜３ｃｍ、特に１
００μｍ〜１ｃｍであるのが好適である。

【００１１】本発明のセラミック基板においては、Ａｌ
Ｎベース基板の表面にＡｌ_{２０〜４ ５}Ｎ_{８０〜５５}又は
Ａｌ_{５５〜８０}Ｎ_{４５〜２０}で示される組成からなるア
ルミニウム窒化物からなる層が形成されていることが、
当該ＡｌＮベース基板上に形成される金属膜との密着性
を高くするために必須である。基板表面がストイキオメ
トリックな窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のままであった
り、化学量論比よりずれた組成を有するアルミニウム窒
化物であってもその組成が上記範囲外である場合にはセ
ラミックと金属層との密着性が低下する。上記アルミニ
ウム窒化物からなる層の厚さは特に限定されないが、効
率的な工業生産と言う理由から５ｎｍ〜１０μｍ、特に
１０ｎｍ〜５μｍであるのが好適である。なお、セラミ
ックと金属層との密着性の観点から上記ＡｌＮベース基
板表面に形成されるアルミニウム窒化物からなる層の組
成は、Ａｌ_３０Ｎ_７０〜Ａｌ_４５Ｎ_５５又はＡｌ_５５Ｎ
_{４ ５}〜Ａｌ_７０Ｎ_３０であるのが好適である。なお、上
記アルミニウム窒化物からなる層の組成は、２次イオン
検出質量分析装置及びＸ線回折装置を併用した評価によ
って確認することができ、その厚さは、２次イオン検出
質量分析装置によって確認することができる。

【００１２】本発明のセラミック基板の製造方法は特に
限定されないが、ＡｌＮベース基板の表面を窒素プラズ
マ処理又はレーザー照射処理する方法が好適に採用され
る。窒素プラズマ処理とは、ＡｌＮベース基板の表面を
各種方法で発生させた窒素プラズマと接触させることを
意味するが、このような接触は通常プラズマ法で使用さ
れる装置内で行われる。プラズマ法としては高周波プラ
ズマ、マイクロ波プラズマ、ＥＣＲプラズマ等様々なプ
ラズマが使用可能である。これらの中でも電子密度が大
きい誘導結合高周波プラズマやマイクロ波を用いた高密
度プラズマ法が特にＡｌＮベース基板の表面層を窒素リ
ッチな層に改質し、Ａｌ_{２０〜４５}Ｎ_{８ ０〜５５}で示さ
れる層（窒素リッチ層ともいう）を形成するのに有効で
ある。

【００１３】例えば、誘導結合型高周波プラズマ法を用
いて処理を行なう場合には、次のような手順で処理を行
なうことができる。即ち、まず、処理するＡｌＮベース
基板をプラズマ発生装置内の基材ホルダー部にセットし
て装置内に窒素を導入して減圧窒素雰囲気とする。そし
て、装置内或いは誘電体を介して装置の外部にセットさ
れた高周波を印加するための一巻き或いは複数巻きの金
属製コイルにチューナーを介して高周波を印加して装置
内で高周波誘導結合プラズマを発生させて基板を窒素プ
ラズマ処理する。なお、この処理において、基板は室温
でも加熱されていてもよい。また、窒素化の度合い（組
成や窒素リッチ層の厚み）は条件によって制御すること
が可能であり、プラズマ強度を大きくしたり、基板加熱
温度を高くしたり、処理時間を長くしたりすることによ
ってＡｌＮベース基板表面の窒素化が促進され、窒素含
有量を多くしたり窒素リッチ層の厚さを厚くすることが
できる。例えば処理条件として、高周波出力５００Ｗ、
基板温度３０℃、反応圧力３０ｍＴｏｒｒ、窒素流量１
０ｓｃｃｍ、アルゴン流量５０ｓｃｃｍ、処理時間１０
分を採用した場合には、約３００オングストロームのＡ
ｌ_４０Ｎ_６０のアルミニウム窒化物層が形成される。

【００１４】また、レーザー照射処理はレーザーアブレ
ーション法等により行なうことが出来、該方法を用いた
レーザー照射処理はＡｌＮベース基板の表面層を改質
し、Ａｌ_{５５〜８０}Ｎ_{４５〜２０}で示される組成の層
（アルミニウムリッチ層ともいう）を形成するのに有効
である。この場合、処理には上記のプラズマ法で用いた
反応容器においてプラズマ発生装置の代わりにレーザー
照射装置が配設された反応容器を用いればよい。レーザ
ーの種類は特に限定されることはなく、セラミックを加
工できる能力を有するものであれば特に制限無く用いる
ことができる。例えば、エキシマレーザー、ＣＯ_２レー
ザー、ＹＡＧレーザーなどが用いられる。これらのレー
ザーを基材表面に連続的にスキャンさせることによっ
て、基板表面のＡｌとＮとの化学結合を切断することで
Ａｌを露出させ、アルミニウムリッチ層を形成すること
ができる。

【００１５】レーザー処理方法としては、レーザー発振
器によって発生させたレーザービームを光学系駆動制御
装置によってＡｌＮベース基板表面の全面を一様に走査
することによって基板表面全体にレーザーが照射される
ようにするのが好適である。なお、レーザーのエネルギ
ーとしては０．０１ｍＪ／パルス〜１０ｍＪ／パルスが
好適である。繰返し周波数としては１〜３００Ｈｚ、ビ
ーム径としては１０μｍ〜２ｍｍが好適である。

【００１６】本発明のセラミック基板の窒素リッチ層や
アルミニウムリッチ層（以下、総称して改質層ともい
う。）上にＴｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ−Ｃ
ｒ（ニッケルークロム合金）、ＴｉＮ（窒化タンタ
ル）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、及
びＷ（タングステン）からなる群より選ばれる少なくと
も１種類以上の金属又は化合物からなる層（活性層とも
いう）、及びこれら金属又は化合物以外の金属からなる
層（上部金属層ともいう）を順次形成したときにこれら
層からなるメタライズ層とセラミック基板との接着力
は、改質層を表面に有しないＡｌＮベース基板の表面に
直接これら層を形成した時と比べて有意に高くなる。し
たがって、本発明のセラミック基板は上記のようなメタ
ライズ層を有し、セラミック基板とメタライズ層の接着
性が良好であるという特徴を有する本発明の表面メタラ
イズセラミック基板の原料基板として好適に使用するこ
とができる。

【００１７】本発明の表面メタライズセラミック基板に
おける活性層は、従来のメタライズ基板における第１薄
膜層に相当するものである。また、その上に形成される
上部金属層は、従来のメタライズ基板における第２薄膜
層、又は第２薄膜層及び第３薄膜層に相当するものであ
り、第２薄膜層に相当する部分についてはＮｉ，Ｐｔな
どの金属が、また第３薄膜層に相当する部分については
Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ等の金属が使用される。
これら層は従来の第１〜第３薄膜層と特に変わることは
ないが、上記密着性保持効果及び製膜効率の観点から、
活性層の厚さは０．０３〜５μｍ、特に０．０５〜３μ
ｍであるのが好適である。なお、上部金属層の上には、
素子等をハンダ付けする際にハンダの濡れ性や密着性を
向上させたり、配線や電極として機能させたりするため
の金属膜、またはリフローハンダ付けを行なうために予
め所定の位置に設けられたハンダ材からなる膜が形成さ
れていてもよい。これらの層は必ずしも単一層からなる
必要はなく、複数の層が積層された構造であってもよ
い。また、複数の層が積層される場合、各層間で原子が
拡散現象により混在した場合、その部分の密着性が低下
する場合がある。このようなことを防止するために、原
子の拡散を防止するような金属層を設けることによって
対応することができる。

【００１８】以下、図１に示すような本発明のセラミッ
ク基板Ａ及び本発明の表面メタライズセラミック基板Ｂ
を、図２に示すような誘導結合型プラズマ処理装置Ｃ、
又は図３に示すレーザーアブレーション装置Ｄを用いて
製造する場合を例にその製造方法について更に詳しく説
明する。なお、図１における本発明のセラミック基板Ａ
は窒化アルミニウム基板１１０の表面が窒素プラズマ処
理によって改質されて窒素リッチ層１２０が形成されて
おり、また図１における本発明の表面メタライズセラミ
ック基板Ｂにおいては窒素リッチ層１２０上に活性層１
３０、上部金属層１４０が形成されている。

【００１９】図２に示した誘導結合型プラズマ装置Ｃ
は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼などから
構成され、真空状態に維持される円筒形の反応チャンバ
ー１２を備えており、反応チャンバー１２の底壁１６に
形成された排気口１３を介して、真空ポンプなどの真空
源に接続することによって、一定の真空状態に維持され
るようになっている。また、その内部には、プラズマ処
理するＡｌＮベース基板１０を設置する基材設置部を構
成するステージ１４が配置されている。このステージ１
４は、反応チャンバー１２の底壁１６を貫通して、図示
しない駆動機構によって上下に摺動可能に構成され、位
置調整可能となっているとともに、図示しない、例えば
シーズヒータなどの加熱機構によって、ＡｌＮベース基
板を加熱することができるようになっている。なお、図
示しないが、ステージ１４と底壁１６との間の摺動部分
には、反応チャンバー１２内の真空度を確保するため
に、シールリングなどのシール部材が配設されている。
一方、反応チャンバー１２の上方には、高周波印加コイ
ル１８が設けられており、その基端部分２０（ａ）、２
０（ｂ）が、反応チャンバー１２の頂壁を貫通して、反
応チャンバー１２外部に設けられた高周波電源２４に接
続されている。この高周波印加コイル１８と高周波電源
２４の間にはマッチング回路２５が配設されており、高
周波電源２４により発生した高周波を損失なく高周波印
加コイル１８へ伝播できるようになっている。この高周
波印加コイル１８の径は通常３〜３０ｃｍ、好適には５
〜２０ｃｍである。このようなコイル径であれば、均一
に基材のプラズマ処理を行うことができる。高周波印加
コイルの設置数は複数でもよく、その場合の配置の仕方
は、並列に配置する以外は特に限定されないが、効果の
点から、隣り合った高周波印加コイルどうしの間隔は廣
くない方が好ましく、出来るだけ密に配置するのが望ま
しい。また、高周波印加コイル自体をプラズマ発生ガス
が供給できるガス配管の役割を担った構造としても良
い。なお、この高周波コイル１８の材質としては、金属
製、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼、銅、ア
ルミニウムなどの加工しやすい材質から選択すれば良
く、特に限定されるものではない。また、高周波コイル
１８の表面は、アルミナ、窒化アルミニウム等の絶縁体
で被覆されていてもよい。さらに、反応チャンバー１２
の側部には、図示しないゲートバルブがあり、これを介
して、処理すべき基板１０を出し入れするための圧力調
整室（図示していない）に接続されている。

【００２０】このような装置Ｃを用いての窒素プラズマ
処理は、次のような手順で行なうことができる。即ち、
まず、真空ポンプなどの真空源を作動することによっ
て、排気口１３を介して排気することにより、反応チャ
ンバー１２内を真空状態に維持する。反応チャンバー１
２内を高真空にすることにより、不純物となる酸素、炭
素等を除去することができる。この時の圧力は、１×１
０^−６Ｔｏｒｒ以下とするのが好適である。次に、反応
チャンバー１２の側部に接続された圧力調整室内に、処
理すべきＡｌＮベース基板１０を搬入した後、この圧力
調整室内の圧力を反応チャンバー１２内の圧力と同じ真
空度になるように調整する。そして、ゲートバルブを開
放して、ＡｌＮベース基板１０を反応チャンバー１２内
のステージ１４の上に載置する。そして、反応チャンバ
ー１２の外部に設けられた高周波電源２４から高周波印
加コイル１８に高周波を印加するとともに、反応ガス供
給源２７から、高周波印加コイル１８に形成された反応
ガス供給経路３２を介して、反応ガス供給口３４より反
応ガスを反応チャンバー１２内に供給する。これによ
り、高周波印加コイル１８に印加された高周波によっ
て、誘導結合型プラズマを発生させて、ステージ１４に
載置されたＡｌＮベース基板１０の表面を処理できるよ
うになっている。なお、この際の反応チャンバー１２内
の圧力（反応圧力）は、好ましくは０．３〜１００ｍＴ
ｏｒｒ、より好ましくは５〜３０ｍＴｏｒｒとするのが
望ましい。このような圧力に制御することによって、均
一でプラズマ処理を行うことができる。また、高周波電
力としては、１０Ｗ〜３ＫＷであり、高周波の周波数と
してはマッチング回路での調整を考慮すれば、５ＭＨｚ
〜２００ＭＨｚの高周波とするのが好ましく、さらに好
ましくは、１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚとするのが望まし
い。また、反応チャンバー１２内に導入する反応ガスと
しては、窒素及び窒素に水素、アルゴン、ヘリウム、ネ
オン、キセノン等の希釈用ガスを同伴したプラズマ処理
ガスが使用可能である。プラズマ処理ガスの導入量とし
ては、窒素ガスを単独で反応チャンバー内に導入する場
合、及び、その他の希釈ガスと同伴させて反応チャンバ
ー内へ導入する場合では異なるが、総導入量としては３
０ｃｃ／分〜３０００ｃｃ／分となるようにするのが好
ましい。また、窒素ガスとその他のガスとの混合は窒素
ガスが含まれている条件であればいずれの混合比に設定
しても構わない。しかしながら、プラズマ処理される窒
化アルミニウム表面は、その他の処理条件、すなわち、
高周波電力、基材温度などとも大きく関係するので、一
義的に流量比のみで規定することは困難である。また、
ＡｌＮベース基板と高周波コイル１８との間の距離Ｌと
しては、８ｃｍ〜３０ｃｍの範囲とするのが望ましく、
ステージ１４を上下に摺動させることによって位置調整
すればよい。さらに、ＡｌＮベース基板は、ステージ１
４に設けられた加熱装置によって、室温〜約１０００℃
に加熱することができる。加熱することによって、高周
波印加コイル１８に印加された高周波によって発生した
誘導結合型プラズマによって、ステージ１４に載置され
たＡｌＮベース基板の表面処理が効果的に行われる。な
お、このプラズマ処理時間は、すべての処理条件を勘案
して設定されるが一般的に数十秒から数十分程度であ
る。

【００２１】また、図３に示すレーザーアブレーション
装置Ｄは、プラズマ発生手段の代わりにレーザー発生手
段を具備する他は基本的に誘導結合型プラズマ装置Ｃに
おけるのと同様な構造の反応チャンバー１２を有してい
る。なお、該反応チャンバー１２の上方には光学窓４２
が設けられ、反応チャンバー１２の頂壁を貫通して、反
応チャンバー１２外部に設けられたレーザー発振器４０
と接続されている。そして、この光学窓とレーザー発振
器４０との間には光学系４３が配設されており、レーザ
ー発振器４０より発生したレーザーを効率よく処理すべ
きＡｌＮベース基板１０へ照射できるようになってい
る。ここで光学系４３は駆動制御系４１と接続され、レ
ーザー照射の基材表面での走査を制御できるようになっ
ている。また、レーザー発振器４０も前記駆動制御系４
１と接続されており、出力や発振周波数、照射パルス数
等が制御されるようになっている。

【００２２】このような装置を用いたレーザー照射処理
は、窒素プラズマ処理を行なう場合と同様にしてＡｌＮ
ベース基板１０を真空状態の反応チャンバー内にセット
し、この状態でレーザー発振器４０からレーザーをＡｌ
Ｎベース基板表面に照射することによって表面をレーザ
ー処理することにより行われる。この時、レーザービー
ムは光学系駆動制御装置によってＡｌＮベース基板表面
全面を一様に走査して基板表面全体にレーザーが照射さ
れるようにする。なお、レーザーのエネルギーとしては
０．０１ｍＪ／パルス〜１０ｍＪ／パルスが好適であ
る。繰返し周波数としては１〜３００Ｈｚ、ビーム径と
しては１０μｍ〜２ｍｍが好適である。これらの条件は
処理するＡｌＮベース基板の処理状況によって適宜変更
される。

【００２３】以上示した２通りの方法で作製した本発明
のセラミック基板は、用いた装置の構成上、処理装置か
ら該基材を取出さずに連続してその窒素リッチ層又はア
ルミニウムリッチ層上に活性層及び上部金属層或いは金
属化合物層を形成することができる。この様に、外気に
晒すこと無く活性層等を形成した場合には、ＡｌＮベー
ス基板とメタライズ層（活性層及び上部金属層）との密
着性がより良好になるので、本発明の表面メタライズセ
ラミック基板を製造する場合にはこのような方法を採用
するのが好ましい。

【００２４】本発明においては、改質層上に活性層及び
上部金属層を形成するが、これらの製造方法は特に制限
されることは無く、公知の膜形成方法が制限なく採用可
能である。その一例を示せば、印刷法、メッキ法、蒸着
法、スパッタリング法、化学的気相蒸着法等が挙げられ
るが、これら方法の中でも蒸着法、スパッタリング法、
及び化学気相蒸着法は高純度の膜を膜厚精度よく形成可
能であるため、これら方法を採用するのが特に好適であ
る。

【００２５】スパッタリング法により、金属層或いは金
属化合物層を形成するには、金属層或いは金属化合物層
を構成する物質と同種類の物質からなるスパッタリング
ターゲット材を形成して、当該材料をスパッタリングす
ることによりセラミック基板上に所望の材料の薄膜を形
成することができる。この時、水晶振動子を用いた膜厚
モニターで蒸着物質の膜厚を測定することで正確に付着
膜厚を管理することが可能である。なお、スパッタリン
グを行なう場合はセラミック基板を加熱せず室温のまま
としても、加熱してもよい。また、金属層或いは金属化
合物層がガス状の原料からＣＶＤ法により形成できる場
合には、ＣＶＤ法が好適に採用できる。化学気相蒸着法
による金属層或いは金属化合物層の形成は、有機金属Ｃ
ＶＤ装置を用いて好適に行なうことができる。この方法
では、真空排気した反応容器内にＴａ（ＯＣ_２Ｈ_５）_５
等の原料ガスを窒素等の希釈ガスにより希釈して導入
し、反応容器内で熱分解することにより加熱したセラミ
ック基板上に膜形成を行なうものである。セラミック基
板は膜の成長条件によって異なるが一般的に５０℃〜１
０００℃程度に加熱される。また、予め、形成条件毎の
製膜スピードを測定しておくことにより、製膜時間を制
御して膜厚を正確に見積もることができる。なお、窒素
とともに希釈ガスとしてヘリウム、アルゴン、キセノ
ン、ネオン、クリプトンなどの非堆積性ガスを用いるこ
とができる。これら方法においては、膜形成時にセラミ
ック基板にマスキングを行なったりすることにより形状
を任意に変えることもできる。また、製膜後にエッチン
グにより膜形状を変えることも可能である。

【００２６】

【実施例】以下に実施例、比較例を挙げて本発明をさら
に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではない。

【００２７】尚、以下の実施例及び比較例において、窒
化アルミニウムの表面は図２又は図３に示す様な構造の
装置を用い改質した。また、以下の実施例及び比較例に
おいて改質層、及び改質層上に形成された金属膜の評価
は以下の（１）〜（２）に示す方法によって行った。

【００２８】（１）改質層厚み及び改質層の組成 改質層厚み及び改質層の組成は、２次イオン検出質量分
析装置により、深さ方向測定を行うことによって調べ
た。

【００２９】（２）密着性 窒化アルミニウム基体上に形成された金属膜の表面にニ
ッケルメッキしたピンを垂直に半田付けした。ピンは先
端が平坦で、ピン径φ０．５ｍｍ、４２−アロイ製のも
のを使用し、半田は錫６０重量％、鉛４０重量％の組成
のものを使用した。これを株式会社東洋精機製作所製ス
トログラフＭ２にセットしてピンを垂直方向に引張った
際の破壊強度を測定した。引張り速度は１０ｍｍ／分と
した。単位はＫｇ／ｍｍ^２である。また、剥離モードは
試験後のは界面を実体顕微鏡、金属顕微鏡、またはＸ線
マイクロアナライザーにより観測することにより調べ
た。

【００３０】実施例１ 窒化アルミニウム基板（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍ
ｍｔ）を誘導結合型プラズマ処理装置の圧力調整室内の
基材ホルダーにセットして装置を真空引きした。容器内
が５×１０^−６Ｔｏｒｒとなったのを確認して、プラズ
マ処理室と圧力調整室との間にあるゲートバルブを開
け、基材をプラズマ処理室内へ搬送しゲートバルブを閉
じた。そして、プラズマ処理室内に窒素を１０ｃｃ／
分、アルゴンガスを５０ｃｃ／分の流量に制御して供給
した。ここで、圧力調整弁を調節することによってプラ
ズマ処理室内の圧力を３０ｍＴｏｒｒとして、高周波電
源より５００Ｗの出力で高周波を高周波電極へと印加し
た。約１０分間プラズマ処理を行ったのち、高周波の印
加を停止してプラズマ処理を終了した。基材は特に加熱
せず室温で処理した。

【００３１】さらに、基材を誘導結合型プラズマ処理装
置と連結したスパッタリング装置内へ真空を維持した状
態で搬送して改質層上へそれぞれ約０．０７μｍ、０．
５μｍ、及び２μｍの厚みでＴｉ、Ｐｔ、及びＡｕから
なる膜を順番に室温で積層して本発明の表面メタライズ
セラミック基板を得た。得られた表面メタライズセラミ
ック基板に対して密着性評価を実施したところ引張り強
度８．５Ｋｇ／ｍｍ^２が得られた。剥離モードはセラミ
ック破壊であった。なお、同様のプラズマ処理を施した
窒化アルミニウム基板について２次イオン検出質量分析
装置により解析を行なったところ、その表面の組成（改
質層組成）はＡｌ_４０Ｎ_６０となっていることが確認さ
れた。また、深さ方向の分析結果から上記組成の深さは
（改質層厚さ）約０．０３μｍであることが確認され
た。

【００３２】実施例２ 実施例１においてプラズマ処理のための高周波出力を１
ＫＷ、処理時間を２５分間とする以外はすべて実施例１
と同じ条件で窒化アルミニウム基板にプラズマ処理を実
施し、表面メタライズセラミック基板を得た。得られた
表面メタライズセラミック基板について密着性評価を行
なったところ引張り強度は７．８Ｋｇ／ｍｍ^２であっ
た。セラミック破壊であった。なお、実施例１と同様に
して改質層について分析したところその組成はＡｌ_２５
Ｎ_７５であり、その厚さは約０．０７μｍであった。

【００３３】実施例３ 窒化アルミニウム基板（１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍ
ｍｔ）をレーザーアブレーション処理装置の圧力調整室
内の基材ホルダーにセットして装置を真空引きした。容
器内が５×１０^−６Ｔｏｒｒとなったのを確認して、処
理室と圧力調整室との間にあるゲートバルブを開け、基
材をプラズマ処理室内へ搬送しゲートバルブを閉じた。
反応容器内の真空度を１×１０^−６Ｔｏｒｒとして、レ
ーザー発振器より０．０５ｍＪ／パルスの強度でレーザ
ーを基材表面へ照射した。レーザーを基板全体にスキャ
ンさせる処理を行ったのち、レーザー照射を停止して処
理を終了した。基材は特に加熱せず室温で処理した。さ
らに、基板を処理装置と連結したスパッタリング装置内
へ真空を維持した状態で搬送して改質層上へそれぞれ約
０．０７μｍ、０．５μｍ、及び２μｍの厚みでＴｉ、
Ｐｔ、及びＡｕからなる膜を順番に積層して本発の表面
メタライズセラミック基板を得た。得られた表面メタラ
イズセラミック基板について密着性評価を行なったとこ
ろ引張り強度は６．８Ｋｇ／ｍｍ^２であった。セラミッ
ク破壊であった。なお、実施例１と同様にして改質層に
ついて分析したところその組成はＡｌ_６５Ｎ_３５であ
り、その厚さは約０．０１μｍであった。

【００３４】実施例４ 実施例２においてレーザー処理のための出力を０．１ｍ
Ｊ／パルスとする以外はすべて実施例３と同じ条件で窒
化アルミニウム基板にレーザーアブレーション処理を実
施し、表面メタライズセラミック基板を得た。得られた
表面メタライズセラミック基板について密着性評価を行
なったところ引張り強度は７．２Ｋｇ／ｍｍ^２であっ
た。セラミック破壊であった。なお、実施例１と同様に
して改質層について分析したところその組成はＡｌ_３０
Ｎ_７０であり、その厚さは約０．０２μｍであった。

【００３５】比較例１ 実施例１において高周波出力３ｋＷ、処理時間１時間と
する以外はすべて実施例１と同様な条件でプラズマ処理
し、表面メタライズセラミック基板を得た。得られた表
面メタライズセラミック基板について密着性評価を行な
ったところ引張り強度は１．４Ｋｇ／ｍｍ^２であった。
剥離モードは膜剥れであった。なお、実施例１と同様に
して改質層について分析したところその組成はＡｌ_１５
Ｎ_８５であった。また、処理後の基板表面がかなり荒れ
ていることが確認された。

【００３６】比較例２ 実施例１において改質層を設けないこと以外はすべて実
施例と同じようにして表面メタライスセラミック基板を
作製した。得られた表面メタライズセラミック基板につ
いて密着性評価を行なったところ引張り強度は３．８Ｋ
ｇ／ｍｍ^２であった。剥離モードは膜剥れであった。

【００３７】

【発明の効果】本発明のセラミック基板は、従来の窒化
アルミニウム系メタライズ基板を製造するのと同様な方
法でメタライズした時に、従来のメタライズ基板と比べ
てセラミックとメタライズ層の接着力が高くなるという
効果を有する。そして、この様にして製造される本発明
の表面メタライズセラミック基板は、セラミックとメタ
ライズ層の接着性が良好なため、高出力の半導体素子等
の使用時における発熱量が大きい電子部品をマウントす
るための放熱基板として使用した場合に、ヒートサイク
ル等によって接着力が規格値よりも低くなり難く、高い
耐久性・信頼性を示す。さらに、その製造においても、
従来のプロセスに簡単な処理工程を付加するだけでよ
く、特殊な装置やプロセス全体の大幅な変更を必要とし
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本図は本発のセラミック基板及び表面メタラ
イズセラミック基板の断面図である。

【図２】 本図は誘導結合型プラズマ処理装置の該略図
である。

【図３】 本図はレーザーアブレーション処理装置の該
略図である。

【符号の説明】

Ａ：本発明のセラミック基板 Ｂ：本発明の表面メタライズセラミック基板 Ｃ：誘導結合型プラズマ処理装置 Ｄ：レーザーアブレーション処理装置 １１０：窒化アルミニウム基板 １２０：改質層（窒素リッチ層） １３０：活性層 １４０：上部金属層 １０：基材 １２：円筒型反応チャンバー １３：排気口 １４：ステージ １６：底壁 １８：高周波印加コイル ２０（ａ）：基端部 ２０（ｂ）：基端部 ２４：高周波電源 ２５：チューニング回路 ２７：反応ガス供給源 ３２：反応ガス経路 ３４；反応ガス供給口 ４０レーザー発振器 ４１：駆動制御系 ４２：窓 ４３：光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 1/03 ６１０ Ｈ０５Ｋ 1/09 Ｃ 1/09 3/38 Ａ 3/38 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０４Ｚ Ｆターム(参考） 4E351 AA09 AA15 AA17 AA18 BB01 BB31 BB35 DD10 DD11 DD17 DD21 DD23 DD37 EE01 EE03 GG02 GG11 4G001 BB36 BC71 BC72 BE15 BE35 4K029 AA04 BA03 BA05 BA07 BA11 BA13 BA17 BA25 BA58 BB02 BC10 BD01 CA05 FA01 FA05 5E343 AA02 AA23 AA24 AA35 AA37 BB15 BB16 BB24 BB28 BB35 BB38 BB39 BB40 BB52 BB71 DD21 EE32 EE36 GG01 GG02 GG04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化アルミニウム又は窒化アルミニウム
   を主成分とするセラミックからなる基板の表面にＡｌ
   _{２０〜４５}Ｎ_{８０〜５５}又はＡｌ_{５５〜８０}Ｎ_{４
   ５〜２０}で示される組成を有するアルミニウム窒化物か
   らなる層が形成されてなることを特徴とするセラミック
   基板。
2. 【請求項２】 窒化アルミニウム又は窒化アルミニウム
   を主成分とするセラミック基板の表面を窒素プラズマ処
   理又はレーザー照射処理をして、それぞれＡｌ
   _{２０〜４５}Ｎ_{８０〜５５}又はＡｌ_{５５〜８０}Ｎ
   _{４５〜２０}で示される組成を有するアルミニウム窒化物
   からなる層を形成することを特徴とする請求項１に記載
   のセラミック基板の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のセラミック基板の前記
   アルミニウム窒化物からなる層上にＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−
   Ｃｒ、ＴａＮ、Ａｌ、Ｍｏ、及びＷからなる群より選ば
   れる少なくとも１種からなる金属又は化合物からなる
   層、及びこれら金属又は化合物以外の金属からなる層を
   順次形成して得られることを特徴とする表面メタライズ
   セラミック基板。