JP2901135B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高熱伝導性窒化アルミ
ニウム焼結体上に半導体素子を設けた半導体装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は常温から
高温までの強度が高く（焼結体の曲げ強さは通常５０ｋ
ｇ／ｍｍ2 以上）、化学的耐性にも優れているため、耐
熱材料として用いられる一方、その高熱伝導性、高電気
絶縁性を利用して半導体装置の放熱板材料としても有望
視されている。こうしたＡｌＮは通常、融点を持たず、
２２００℃以上の高温で分解するため、薄膜などの用途
を除いては焼結体として用いられる。 【０００３】ところで、ＡｌＮ焼結体は従来より常圧焼
結法、ホットプレス法により製造されている。常圧焼結
法では高密度化の目的でアルカリ土類金属酸化物などの
化合物を焼結助剤として添加することが多い。ホットプ
レス法では、ＡｌＮ単独又は助剤が添加されたＡｌＮを
用い、高温高圧下にて焼結する。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たホットプレス法では複雑な形状の焼結体の製造が難し
く、しかも生産性が低く、高コストとなるという問題が
ある、一方、常圧焼結法ではホットプレス法のような問
題を解消できるものの、得られたＡｌＮ焼結体はＡｌＮ
の理論熱伝導率（３２０Ｗ／ｍ・ｋ）に比べて著しく低
く、必ずしも良好な高熱伝導性を有するものではなかっ
た。なお、ホットプレス法で造られたＡｌＮ焼結体のう
ち助剤が添加されたＡｌＮを原料とするものも、同様に
熱伝導率の点で充分に満足するものではなかった。 【０００５】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたもので、高熱伝導率の窒化アルミニウム焼
結体を半導体素子の放熱板として用いた半導体装置を提
供しようとするものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、酸素を１重量
％以下含む窒化アルミニウムを主成分とし、これにイッ
トリウム、ランタン、プロセオジム、ニオプ、サマリウ
ム、ガドリウム、ジスプロシウムから選ばれる希土類元
素の酸化物もしくは炭酸塩の１種以上を希土類元素換算
で０．０１〜１５重量％添加した原料粉末を成形、焼結
して得られた、密度が論理密度の９０％以上で、室温に
おける熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・ｋ以上である窒化アルミ
ニウム焼結体と、この焼結体上に設けられた半導体素子
とを備えた半導体装置である。 【０００７】ここでＡｌＮ焼結体は放熱作用を奏するも
のであれば良く、例えばＡｌＮ絶縁体に配線が施された
ものであっても良い。 【０００８】以下、本発明に用いるＡｌＮ焼結体の製造
方法を詳細に説明する。 【０００９】まず、酸素が１重量％以下含むＡｌＮ粉末
にイットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、プロセオジ
ウムＰｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓ
ｍ）、ガドリウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）か
ら選ばれる希土類元素の酸化物もしくは炭酸塩の１種以
上を希土類元素換算で０．０１〜１５重量％を添加し、
ボールミル等を用いて粉砕、混合して原料を調整する。
但し、常圧焼結の場合は前記ボールミル等で粉砕、混合
したものに更にバインダを加え、混練、造粒、整粒を行
なって原料を調整する。ここでＡｌＮ中に含まれる酸素
量を限定した理由は、その量が１重量％を越えるとＡｌ
Ｎ中に固溶される酸素量が多くなって高熱伝動性のＡｌ
Ｎ焼結体の製造が困難となるからである。また、前記希
土類元素の酸化物もしくは炭酸塩の添加量を限定した理
由はその量を希土類元素換算で０．０１重量％未満にす
ると焼結性の高い緻密なＡｌＮ焼結体が得られなくな
り、かといってその量が同換算で１５重量％を越えると
原料粉末中のＡｌＮ粉末の絶対量が少なくなり、ＡｌＮ
焼結体本来の特性である耐熱性、高強度性が損われるば
かりか、高熱伝導性も低下させるからである。なお、焼
結手段として常圧焼結を採用した場合には前記希土類元
素の酸化物もしくは炭酸塩の添加量を０．１〜１５重量
％の範囲とすることが望ましい。 【００１０】次いで、前記バインダを含む原料を金型、
静水圧又はシート成形等の手段により成形した後、成形
体をＮ2 ガス気流中にて７００℃前後で加熱してバイン
ダを除去する。つづいて、成形体を黒鉛又は窒化アルミ
ニウムからなる容器にセットし、Ｎ2 ガス雰囲気中にて
１６００〜１８５０℃で常圧焼結を行なう。この際、比
較的低温（１０００〜１３００℃）で後述するガーネッ
ト相或いはペロブスカイト相がＡｌＮの粒界に生成さ
れ、更に高い１６００〜１８５０℃でガーネット相、ペ
ロブスカイト相が融解し、その液相焼結機構によって常
圧焼結がなされる。 【００１１】一方、ホットプレス焼結の場合は前記ボー
ルミルで粉砕、混合して調整した原料を１６００〜１８
００℃でホットプレスを行なう。 【００１２】上述した原料の成形、焼結によりＡｌＮ焼
結体を製造する。かかるＡｌＮ焼結体中の酸素含有量は
該酸素量を０．０１重量％未満にすると、焼結性の高い
緻密なＡｌＮ焼結体が得難く、かといってその量がある
重量を越えると、熱伝導性の低下を招き、半導体装置の
放熱板として適用できなくなる。 【００１３】 【作用】本発明者らは従来法で製造された助剤が添加さ
れたＡｌＮ焼結体の低熱伝導性について種々検討した結
果、この低熱伝導性はＡｌＮ焼結中の助剤量と共に焼結
性に関与する酸素含有量に起因することを究明した、Ａ
ｌＮ焼結性を高めて緻密なＡｌＮ焼結体を得るために、
酸素が含まれていることが必要であるが、酸素量が多く
なると、高熱電導性の阻害要因となることがわかった。 【００１４】そこで、本発明者らは上記究明結果を踏ま
えて更に鋭意研究したところ、酸素を１重量％以下含む
ＡｌＮ粉末に特定の希土類元素の酸化物もしくは炭酸塩
の１種以上を希土類元素換算で０．０１〜１５重量％添
加した原料を成形、焼結して所定の酸素を含む焼結体と
することによって、熱伝導率が例えば８０Ｗ／ｍ・ｋ以
上の高熱伝導性ＡｌＮ焼結体を製造できることを見い出
した。このように、本の酸素を１重量％以下とし、この
ＡｌＮ粉末に希土類元素の酸化物もしくは炭酸塩の１種
以上を発明方法で製造されたＡｌＮ焼結体が高熱伝導性
を示すのは以下に説明する組織となることによるものと
推定される。 【００１５】所定量の酸素を含むＡｌＮ粉末に所定の希
土類元素の酸化物もしくは炭酸塩の１種以上を所定量添
加した原料を成形し、焼結すると、希土類元素がＡｌＮ
中に存在する酸素と反応して、組成式３Ｌｎ2 Ｏ3 ・５
Ａｌ2 Ｏ3 （Ｌｎ；Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄ
ｙから選ばれる希土類元素）の形で表わされるガーネッ
ト構造化合物相（以下、ガーネット相と略す）がＡｌＮ
の粒界に生成され、ＡｌＮの結合に寄与すると共に、酸
素を固定化する。しかしながら、酸素量が多くなると、
ガーネット相として取り込まれない酸素が存在すること
になり、その酸素がＡｌＮ粒子に固溶拡散する、絶縁体
の熱伝導率は弾性波フォノン）の拡散によって支配され
るが、酸素が固溶拡散したＡｌＮ粒子を含むＡｌＮ焼結
体ではフォノンが該固溶拡散された領域で散乱し、結果
として熱伝導性の低下を招く、しかるに、ＡｌＮ粉末中
所定量添加して、ＡｌＮ焼結体中の酸素を前記ガーネッ
ト相を構成する量に抑えて固定化し、ＡｌＮへの固溶拡
散を阻止することによって、フォノンの散乱が少なくな
り、結果的には熱伝導性が向上される。なお、ＡｌＮの
粒界にはガーネット相とは別の組成式ＬｎＡｌＯ3 （Ｌ
ｎ；Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙから選ば
れる希土類元素）の形で表わされるペロブスカイト構造
化合物相（以下、ペロブスカイト相と略す）が生成され
る場合もあり、この場合も全く同様な作用効果を示す。 【００１６】したがって本発明で用いるＡｌＮ焼結体は
密度で理論密度の９０％以上、室温における熱伝導率が
４０Ｗ／ｍ・ｋ以上のものであって、この焼結体を半導
体素子の放熱板として用いれば、半導体素子の放熱をよ
り有効にできる。 【００１７】 【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 実施例１ まず、酸素を１重量％含有するＡｌＮ粉末（平均粒径１
μｍ）に酸化サマリウム粉末（平均粒径１μｍ）を３重
量％添加し、ボールミルを用いて粉砕、混合して原料を
調整した。つづいて、この原料を直径１０ｍｍのカーボ
ン型に充填し、圧力３００ｋｇ／ｃｍ2 、温度１８００
℃の条件で１時間ホットプレスを行なってＡｌＮ焼結体
を製造した。 【００１８】比較例１ 酸素を３重量％含有するＡｌＮ粉末（平均粒径１μｍ）
そのものを原料として用いた以外、実施例１と同様な方
法によりＡｌＮ焼結体を製造した。 【００１９】比較例２ 酸素を２０重量％含有するＡｌＮ粉末（平均粒径０．９
μｍ）に酸化サマリウム粉末（平均粒径１μｍ）を３重
量％添加し、ボールミルを用いて粉砕、混合して原料を
調整した。次いで、この原料を用いて実施例１と同様に
ポットプレスを行なってＡｌＮ焼結体を製造した。 【００２０】しかして、本実施例１及び比較例１、２で
製造されたＡｌＮ焼結体について約３．５ｍｍの熱さに
研摩した後、レーザフラッシュ法によって室温での熱伝
導率を測定した。その結果、本実施例１のＡｌＮ焼結体
では１２１Ｗ／ｍ・ｋであったのに対し、比較例１のＡ
ｌＮ焼結体では３５Ｗ／ｍ・ｋ、比較例２のＡｌＮ焼結
体では３２Ｗ／ｍ・ｋであった。 【００２１】また、Ｘ線回析で各ＡｌＮ焼結体の構成相
を調べたところ、実施例１のＡｌＮ焼結体ではＡｌＮ相
及びペロブスカイト相が、比較例１ではＡｌＮ相以外に
かなりの量の酸窒化物相が、比較例２ではＡｌＮ相及び
ペロブスカイト相以外にかなりの量の酸窒化物相が、夫
々検出された。 【００２２】実施例２ 酸化サマリウム粉末の代わりに酸化ガドリニウム粉末を
用いた以外、実施例１と同様に原料を調整し、これをホ
ットプレスすることによりＡｌＮ焼結体を製造した。 【００２３】製造されたＡｌＮ焼結体を約３．５ｍｍの
厚さに研摩した後、レーザフラッシュ法によって室温で
の熱伝導率を測定したところ、１２３Ｗ／ｍ・ｋと極め
て高い熱伝導性を示した。また、Ｘ線回析でＡｌＮ焼結
体の組織を調べたところ、ＡｌＮ相、ガーネット相が検
出された。 【００２４】実施例３〜９ 下記表１に示す酸素含有量の異なるＡｌＮ粉末（平均粒
径０．９μｍ）に酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）粉末を
同表１に示す割合で添加し、ボールミルを用いて１０時
間湿式粉砕、混合して重量が２００ｇの混合粉末とした
後、これら混合粉末にパラフィンを夫々７重量％添加
し、造粒して７種の原料を調整した。つづいて、これら
の原料を３００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で冷間成形して３７
ｃｍ×３７ｃｍ×６ｃｍの寸法の板状体とした、次い
で、これら板状体を窒素ガス雰囲気で６００℃まで加熱
し、１０時間保持して脱脂した後、窒化アルミニウム容
器中にセットし、窒素ガス雰囲気化にて１８００℃、２
時間常圧焼結して７種のＡｌＮ焼結体を製造した。 【００２５】製造された各ＡｌＮ焼結体の密度、並びに
実施例１と同様なレーザフラッシュ法による室温での熱
伝導率を調べた。その結果を同表１に併記した。なお、
表１には比較例３として酸化イットリウムを添加しない
ＡｌＮ粉末（酸素含有量１重量％にパラフィンを７重量
％添加し、造粒した原料を用いた以外、実施例３〜９と
同様な方法により製造したＡｌＮ焼結体の密度、熱伝導
率を併記した。 【００２６】 【表１】上記表１から明らかなように本実施例３〜９のＡｌＮ焼
結体は高密度でかつ高熱伝導性を有することがわかる。 【００２７】また、本実施例３〜９のＡｌＮ焼結体につ
いてＸ線回折により組織を調べたところ、いずれもＡの
放射板に有効な高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体を製
造し得る方法を提供できる。 【００２８】ＡｌＮ相、ガーネット相、ペロブスカイト
相及び僅かな酸窒化物相が検出されたが、Ｙ2 Ｏ3 の添
加量の多いＡｌＮ焼結体ほど酸窒化物相が減少して、ガ
ーネット相が増大していた。 【００２９】実施例１０〜１５ 酸素を１重量％含有するＡｌＮ粉末（平均粒径１μｍ）
に平均粒径が１μｍＧｄ2 Ｏ3 粉末、Ｄｙ2 Ｏ3 粉末、
Ｌａ2 Ｏ3 粉末、Ｐｒ2 Ｏ3 粉末、Ｎｄ2 Ｏ3粉末及び
Ｓｍ2 Ｏ3 粉末を夫々３重量％添加し、ボールミルを用
いて１０時間湿式粉砕、混合して混合粉末とした後、こ
れら混合粉末にパラフィンを夫々７重量％添加し、造粒
して調整した６種の原料を用いた以外、実施例３〜９と
同様な方法によりＡｌＮ焼結体を製造した。 【００３０】製造された各ＡｌＮ焼結体は、３．２９ｋ
ｇ／ｃｍ2 以上の密度を有し、かつ８０Ｗ／ｍ・ｋ以上
の熱伝導率を示した。 【００３１】 【発明の効果】以上詳述した如く、本発明で用いるＡｌ
Ｎ焼結体は、高密度で熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・ｋ以上で
ある為、半導体素子内で生ずる熱を放散をより有効にで
きる半導体装置を提供することができる。
ニウム焼結体上に半導体素子を設けた半導体装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は常温から
高温までの強度が高く（焼結体の曲げ強さは通常５０ｋ
ｇ／ｍｍ2 以上）、化学的耐性にも優れているため、耐
熱材料として用いられる一方、その高熱伝導性、高電気
絶縁性を利用して半導体装置の放熱板材料としても有望
視されている。こうしたＡｌＮは通常、融点を持たず、
２２００℃以上の高温で分解するため、薄膜などの用途
を除いては焼結体として用いられる。 【０００３】ところで、ＡｌＮ焼結体は従来より常圧焼
結法、ホットプレス法により製造されている。常圧焼結
法では高密度化の目的でアルカリ土類金属酸化物などの
化合物を焼結助剤として添加することが多い。ホットプ
レス法では、ＡｌＮ単独又は助剤が添加されたＡｌＮを
用い、高温高圧下にて焼結する。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たホットプレス法では複雑な形状の焼結体の製造が難し
く、しかも生産性が低く、高コストとなるという問題が
ある、一方、常圧焼結法ではホットプレス法のような問
題を解消できるものの、得られたＡｌＮ焼結体はＡｌＮ
の理論熱伝導率（３２０Ｗ／ｍ・ｋ）に比べて著しく低
く、必ずしも良好な高熱伝導性を有するものではなかっ
た。なお、ホットプレス法で造られたＡｌＮ焼結体のう
ち助剤が添加されたＡｌＮを原料とするものも、同様に
熱伝導率の点で充分に満足するものではなかった。 【０００５】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたもので、高熱伝導率の窒化アルミニウム焼
結体を半導体素子の放熱板として用いた半導体装置を提
供しようとするものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、酸素を１重量
％以下含む窒化アルミニウムを主成分とし、これにイッ
トリウム、ランタン、プロセオジム、ニオプ、サマリウ
ム、ガドリウム、ジスプロシウムから選ばれる希土類元
素の酸化物もしくは炭酸塩の１種以上を希土類元素換算
で０．０１〜１５重量％添加した原料粉末を成形、焼結
して得られた、密度が論理密度の９０％以上で、室温に
おける熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・ｋ以上である窒化アルミ
ニウム焼結体と、この焼結体上に設けられた半導体素子
とを備えた半導体装置である。 【０００７】ここでＡｌＮ焼結体は放熱作用を奏するも
のであれば良く、例えばＡｌＮ絶縁体に配線が施された
ものであっても良い。 【０００８】以下、本発明に用いるＡｌＮ焼結体の製造
方法を詳細に説明する。 【０００９】まず、酸素が１重量％以下含むＡｌＮ粉末
にイットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、プロセオジ
ウムＰｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓ
ｍ）、ガドリウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）か
ら選ばれる希土類元素の酸化物もしくは炭酸塩の１種以
上を希土類元素換算で０．０１〜１５重量％を添加し、
ボールミル等を用いて粉砕、混合して原料を調整する。
但し、常圧焼結の場合は前記ボールミル等で粉砕、混合
したものに更にバインダを加え、混練、造粒、整粒を行
なって原料を調整する。ここでＡｌＮ中に含まれる酸素
量を限定した理由は、その量が１重量％を越えるとＡｌ
Ｎ中に固溶される酸素量が多くなって高熱伝動性のＡｌ
Ｎ焼結体の製造が困難となるからである。また、前記希
土類元素の酸化物もしくは炭酸塩の添加量を限定した理
由はその量を希土類元素換算で０．０１重量％未満にす
ると焼結性の高い緻密なＡｌＮ焼結体が得られなくな
り、かといってその量が同換算で１５重量％を越えると
原料粉末中のＡｌＮ粉末の絶対量が少なくなり、ＡｌＮ
焼結体本来の特性である耐熱性、高強度性が損われるば
かりか、高熱伝導性も低下させるからである。なお、焼
結手段として常圧焼結を採用した場合には前記希土類元
素の酸化物もしくは炭酸塩の添加量を０．１〜１５重量
％の範囲とすることが望ましい。 【００１０】次いで、前記バインダを含む原料を金型、
静水圧又はシート成形等の手段により成形した後、成形
体をＮ2 ガス気流中にて７００℃前後で加熱してバイン
ダを除去する。つづいて、成形体を黒鉛又は窒化アルミ
ニウムからなる容器にセットし、Ｎ2 ガス雰囲気中にて
１６００〜１８５０℃で常圧焼結を行なう。この際、比
較的低温（１０００〜１３００℃）で後述するガーネッ
ト相或いはペロブスカイト相がＡｌＮの粒界に生成さ
れ、更に高い１６００〜１８５０℃でガーネット相、ペ
ロブスカイト相が融解し、その液相焼結機構によって常
圧焼結がなされる。 【００１１】一方、ホットプレス焼結の場合は前記ボー
ルミルで粉砕、混合して調整した原料を１６００〜１８
００℃でホットプレスを行なう。 【００１２】上述した原料の成形、焼結によりＡｌＮ焼
結体を製造する。かかるＡｌＮ焼結体中の酸素含有量は
該酸素量を０．０１重量％未満にすると、焼結性の高い
緻密なＡｌＮ焼結体が得難く、かといってその量がある
重量を越えると、熱伝導性の低下を招き、半導体装置の
放熱板として適用できなくなる。 【００１３】 【作用】本発明者らは従来法で製造された助剤が添加さ
れたＡｌＮ焼結体の低熱伝導性について種々検討した結
果、この低熱伝導性はＡｌＮ焼結中の助剤量と共に焼結
性に関与する酸素含有量に起因することを究明した、Ａ
ｌＮ焼結性を高めて緻密なＡｌＮ焼結体を得るために、
酸素が含まれていることが必要であるが、酸素量が多く
なると、高熱電導性の阻害要因となることがわかった。 【００１４】そこで、本発明者らは上記究明結果を踏ま
えて更に鋭意研究したところ、酸素を１重量％以下含む
ＡｌＮ粉末に特定の希土類元素の酸化物もしくは炭酸塩
の１種以上を希土類元素換算で０．０１〜１５重量％添
加した原料を成形、焼結して所定の酸素を含む焼結体と
することによって、熱伝導率が例えば８０Ｗ／ｍ・ｋ以
上の高熱伝導性ＡｌＮ焼結体を製造できることを見い出
した。このように、本の酸素を１重量％以下とし、この
ＡｌＮ粉末に希土類元素の酸化物もしくは炭酸塩の１種
以上を発明方法で製造されたＡｌＮ焼結体が高熱伝導性
を示すのは以下に説明する組織となることによるものと
推定される。 【００１５】所定量の酸素を含むＡｌＮ粉末に所定の希
土類元素の酸化物もしくは炭酸塩の１種以上を所定量添
加した原料を成形し、焼結すると、希土類元素がＡｌＮ
中に存在する酸素と反応して、組成式３Ｌｎ2 Ｏ3 ・５
Ａｌ2 Ｏ3 （Ｌｎ；Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄ
ｙから選ばれる希土類元素）の形で表わされるガーネッ
ト構造化合物相（以下、ガーネット相と略す）がＡｌＮ
の粒界に生成され、ＡｌＮの結合に寄与すると共に、酸
素を固定化する。しかしながら、酸素量が多くなると、
ガーネット相として取り込まれない酸素が存在すること
になり、その酸素がＡｌＮ粒子に固溶拡散する、絶縁体
の熱伝導率は弾性波フォノン）の拡散によって支配され
るが、酸素が固溶拡散したＡｌＮ粒子を含むＡｌＮ焼結
体ではフォノンが該固溶拡散された領域で散乱し、結果
として熱伝導性の低下を招く、しかるに、ＡｌＮ粉末中
所定量添加して、ＡｌＮ焼結体中の酸素を前記ガーネッ
ト相を構成する量に抑えて固定化し、ＡｌＮへの固溶拡
散を阻止することによって、フォノンの散乱が少なくな
り、結果的には熱伝導性が向上される。なお、ＡｌＮの
粒界にはガーネット相とは別の組成式ＬｎＡｌＯ3 （Ｌ
ｎ；Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙから選ば
れる希土類元素）の形で表わされるペロブスカイト構造
化合物相（以下、ペロブスカイト相と略す）が生成され
る場合もあり、この場合も全く同様な作用効果を示す。 【００１６】したがって本発明で用いるＡｌＮ焼結体は
密度で理論密度の９０％以上、室温における熱伝導率が
４０Ｗ／ｍ・ｋ以上のものであって、この焼結体を半導
体素子の放熱板として用いれば、半導体素子の放熱をよ
り有効にできる。 【００１７】 【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 実施例１ まず、酸素を１重量％含有するＡｌＮ粉末（平均粒径１
μｍ）に酸化サマリウム粉末（平均粒径１μｍ）を３重
量％添加し、ボールミルを用いて粉砕、混合して原料を
調整した。つづいて、この原料を直径１０ｍｍのカーボ
ン型に充填し、圧力３００ｋｇ／ｃｍ2 、温度１８００
℃の条件で１時間ホットプレスを行なってＡｌＮ焼結体
を製造した。 【００１８】比較例１ 酸素を３重量％含有するＡｌＮ粉末（平均粒径１μｍ）
そのものを原料として用いた以外、実施例１と同様な方
法によりＡｌＮ焼結体を製造した。 【００１９】比較例２ 酸素を２０重量％含有するＡｌＮ粉末（平均粒径０．９
μｍ）に酸化サマリウム粉末（平均粒径１μｍ）を３重
量％添加し、ボールミルを用いて粉砕、混合して原料を
調整した。次いで、この原料を用いて実施例１と同様に
ポットプレスを行なってＡｌＮ焼結体を製造した。 【００２０】しかして、本実施例１及び比較例１、２で
製造されたＡｌＮ焼結体について約３．５ｍｍの熱さに
研摩した後、レーザフラッシュ法によって室温での熱伝
導率を測定した。その結果、本実施例１のＡｌＮ焼結体
では１２１Ｗ／ｍ・ｋであったのに対し、比較例１のＡ
ｌＮ焼結体では３５Ｗ／ｍ・ｋ、比較例２のＡｌＮ焼結
体では３２Ｗ／ｍ・ｋであった。 【００２１】また、Ｘ線回析で各ＡｌＮ焼結体の構成相
を調べたところ、実施例１のＡｌＮ焼結体ではＡｌＮ相
及びペロブスカイト相が、比較例１ではＡｌＮ相以外に
かなりの量の酸窒化物相が、比較例２ではＡｌＮ相及び
ペロブスカイト相以外にかなりの量の酸窒化物相が、夫
々検出された。 【００２２】実施例２ 酸化サマリウム粉末の代わりに酸化ガドリニウム粉末を
用いた以外、実施例１と同様に原料を調整し、これをホ
ットプレスすることによりＡｌＮ焼結体を製造した。 【００２３】製造されたＡｌＮ焼結体を約３．５ｍｍの
厚さに研摩した後、レーザフラッシュ法によって室温で
の熱伝導率を測定したところ、１２３Ｗ／ｍ・ｋと極め
て高い熱伝導性を示した。また、Ｘ線回析でＡｌＮ焼結
体の組織を調べたところ、ＡｌＮ相、ガーネット相が検
出された。 【００２４】実施例３〜９ 下記表１に示す酸素含有量の異なるＡｌＮ粉末（平均粒
径０．９μｍ）に酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）粉末を
同表１に示す割合で添加し、ボールミルを用いて１０時
間湿式粉砕、混合して重量が２００ｇの混合粉末とした
後、これら混合粉末にパラフィンを夫々７重量％添加
し、造粒して７種の原料を調整した。つづいて、これら
の原料を３００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で冷間成形して３７
ｃｍ×３７ｃｍ×６ｃｍの寸法の板状体とした、次い
で、これら板状体を窒素ガス雰囲気で６００℃まで加熱
し、１０時間保持して脱脂した後、窒化アルミニウム容
器中にセットし、窒素ガス雰囲気化にて１８００℃、２
時間常圧焼結して７種のＡｌＮ焼結体を製造した。 【００２５】製造された各ＡｌＮ焼結体の密度、並びに
実施例１と同様なレーザフラッシュ法による室温での熱
伝導率を調べた。その結果を同表１に併記した。なお、
表１には比較例３として酸化イットリウムを添加しない
ＡｌＮ粉末（酸素含有量１重量％にパラフィンを７重量
％添加し、造粒した原料を用いた以外、実施例３〜９と
同様な方法により製造したＡｌＮ焼結体の密度、熱伝導
率を併記した。 【００２６】 【表１】上記表１から明らかなように本実施例３〜９のＡｌＮ焼
結体は高密度でかつ高熱伝導性を有することがわかる。 【００２７】また、本実施例３〜９のＡｌＮ焼結体につ
いてＸ線回折により組織を調べたところ、いずれもＡの
放射板に有効な高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体を製
造し得る方法を提供できる。 【００２８】ＡｌＮ相、ガーネット相、ペロブスカイト
相及び僅かな酸窒化物相が検出されたが、Ｙ2 Ｏ3 の添
加量の多いＡｌＮ焼結体ほど酸窒化物相が減少して、ガ
ーネット相が増大していた。 【００２９】実施例１０〜１５ 酸素を１重量％含有するＡｌＮ粉末（平均粒径１μｍ）
に平均粒径が１μｍＧｄ2 Ｏ3 粉末、Ｄｙ2 Ｏ3 粉末、
Ｌａ2 Ｏ3 粉末、Ｐｒ2 Ｏ3 粉末、Ｎｄ2 Ｏ3粉末及び
Ｓｍ2 Ｏ3 粉末を夫々３重量％添加し、ボールミルを用
いて１０時間湿式粉砕、混合して混合粉末とした後、こ
れら混合粉末にパラフィンを夫々７重量％添加し、造粒
して調整した６種の原料を用いた以外、実施例３〜９と
同様な方法によりＡｌＮ焼結体を製造した。 【００３０】製造された各ＡｌＮ焼結体は、３．２９ｋ
ｇ／ｃｍ2 以上の密度を有し、かつ８０Ｗ／ｍ・ｋ以上
の熱伝導率を示した。 【００３１】 【発明の効果】以上詳述した如く、本発明で用いるＡｌ
Ｎ焼結体は、高密度で熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・ｋ以上で
ある為、半導体素子内で生ずる熱を放散をより有効にで
きる半導体装置を提供することができる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 高野 武士
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式
会社東芝 総合研究所内
(72)発明者 柘植 章彦
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式
会社東芝 総合研究所内
(56)参考文献 特開 昭60−71575（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−32072（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−63878（ＪＰ，Ａ)
「窯業協会誌」、Ｖｏｌ．89，Ｎｏ.
６（1981），Ｐ．330−336
「窯業協会誌」、Ｖｏｌ．86，Ｎｏ.
４（1978），Ｐ．174−179
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．酸素を１重量％以下含む窒化アルミニウムを主成分
とし、これにイットリウム、ランタン、プラセオジム、
ネオジウム、サマリウム、ガドリウム、ジスプロシウム
から選ばれる希土類元素の酸化物もしくは炭酸塩の１種
以上を希土類元素換算で０．０１〜１５重量％添加した
原料を成形、焼結して得られた、密度が論理密度の９０
％以上で、室温における熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・ｋ以上
である窒化アルミニウム焼結体と、この焼結体上に設け
られた半導体素子とを備えたことを特徴とする半導体装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6282425A JP2901135B2 (ja) | 1994-10-24 | 1994-10-24 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6282425A JP2901135B2 (ja) | 1994-10-24 | 1994-10-24 | 半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1192514A Division JPH0280372A (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 半導体装置用放熱板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07165473A JPH07165473A (ja) | 1995-06-27 |
| JP2901135B2 true JP2901135B2 (ja) | 1999-06-07 |
Family
ID=17652246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6282425A Expired - Lifetime JP2901135B2 (ja) | 1994-10-24 | 1994-10-24 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2901135B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5663878A (en) * | 1979-10-29 | 1981-05-30 | Tokyo Shibaura Electric Co | Manufacture of ceramic heat conductive body |
| JPS5832072A (ja) * | 1981-08-14 | 1983-02-24 | 株式会社日立製作所 | 窒化アルミニウム焼結体およびその製法並びに焼結体製造用粉末組成物 |
| JPS6071575A (ja) * | 1983-09-26 | 1985-04-23 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法 |
-
1994
- 1994-10-24 JP JP6282425A patent/JP2901135B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 「窯業協会誌」、Ｖｏｌ．８６，Ｎｏ．４（１９７８），Ｐ．１７４−１７９ |
| 「窯業協会誌」、Ｖｏｌ．８９，Ｎｏ．６（１９８１），Ｐ．３３０−３３６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07165473A (ja) | 1995-06-27 |
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