JP3231822B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JP3231822B2 JP3231822B2 JP02666992A JP2666992A JP3231822B2 JP 3231822 B2 JP3231822 B2 JP 3231822B2 JP 02666992 A JP02666992 A JP 02666992A JP 2666992 A JP2666992 A JP 2666992A JP 3231822 B2 JP3231822 B2 JP 3231822B2
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- sintered body
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- mounting surface
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
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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、窒化アルミニウムを主
成分とする放熱性の高い焼結体からなる基板を用いた半
導体装置に関する。
成分とする放熱性の高い焼結体からなる基板を用いた半
導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体は、
熱伝導率が４０〜２６０Ｗｍ-1Ｋ-1と高く、また電気絶
縁性が高く、更に熱膨脹率がＳｉに近いなどの物理的特
性を有する。そのため、半導体実装用の放熱基板として
有用である。そこで近年、電子回路の集積度が飛躍的に
増加する状況の下で、回路から発生する熱を逃がすた
め、高熱伝導性のＡｌＮ焼結体からなる放熱性基板が注
目されている。
熱伝導率が４０〜２６０Ｗｍ-1Ｋ-1と高く、また電気絶
縁性が高く、更に熱膨脹率がＳｉに近いなどの物理的特
性を有する。そのため、半導体実装用の放熱基板として
有用である。そこで近年、電子回路の集積度が飛躍的に
増加する状況の下で、回路から発生する熱を逃がすた
め、高熱伝導性のＡｌＮ焼結体からなる放熱性基板が注
目されている。
【０００３】ＡｌＮ焼結体の実用化研究の一環として、
熱伝導率の改良研究が行なわれ、熱伝導率に関しては大
幅な改良がみられた。ところで、放熱性基板としては、
熱伝導率だけではなく、輻射率も高いことが望まれる。
しかしながら、輻射率の改良に関しては、これまでのと
ころ研究開発の事例がなく、何らの改良もなされていな
い。
熱伝導率の改良研究が行なわれ、熱伝導率に関しては大
幅な改良がみられた。ところで、放熱性基板としては、
熱伝導率だけではなく、輻射率も高いことが望まれる。
しかしながら、輻射率の改良に関しては、これまでのと
ころ研究開発の事例がなく、何らの改良もなされていな
い。
【０００４】各種装置の放熱は、例えば空冷方式と水冷
方式があるが、空冷方式が簡便であり、コスト的に有利
である。空冷方式に関しては、発熱部分の熱を逃がすた
めに、放熱性基板を構成する焼結体の熱伝導率が高いだ
けではなく、焼結体表面からの輻射率が高いことが望ま
れる。単に焼結体の熱伝導率が高いだけでは、発熱部分
から伝わった熱が焼結体内部に蓄積され、効率的な冷却
が得られない。
方式があるが、空冷方式が簡便であり、コスト的に有利
である。空冷方式に関しては、発熱部分の熱を逃がすた
めに、放熱性基板を構成する焼結体の熱伝導率が高いだ
けではなく、焼結体表面からの輻射率が高いことが望ま
れる。単に焼結体の熱伝導率が高いだけでは、発熱部分
から伝わった熱が焼結体内部に蓄積され、効率的な冷却
が得られない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情の下になされ、高熱伝導性であるとともに高輻射率
を有する、放熱特性に優れたＡｌＮ焼結体からなる基板
を用いた半導体装置およびその製造方法を提供すること
を目的とする。
事情の下になされ、高熱伝導性であるとともに高輻射率
を有する、放熱特性に優れたＡｌＮ焼結体からなる基板
を用いた半導体装置およびその製造方法を提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、素子搭載面およびそれと反対側の放熱面
を有する高放熱性窒化アルミニウム焼結体基板と、この
基板の前記素子搭載面に搭載された半導体素子とを具備
し、前記高放熱性窒化アルミニウム焼結体基板は、窒化
アルミニウムを主成分とし、前記素子搭載面を有する焼
結体本体と、この焼結体本体の前記素子搭載面とは反対
側の面に形成された、前記放熱面を有する、遷移金属又
は遷移金属化合物を含む高輻射率層とを具備することを
特徴とする半導体装置を提供する。
め、本発明は、素子搭載面およびそれと反対側の放熱面
を有する高放熱性窒化アルミニウム焼結体基板と、この
基板の前記素子搭載面に搭載された半導体素子とを具備
し、前記高放熱性窒化アルミニウム焼結体基板は、窒化
アルミニウムを主成分とし、前記素子搭載面を有する焼
結体本体と、この焼結体本体の前記素子搭載面とは反対
側の面に形成された、前記放熱面を有する、遷移金属又
は遷移金属化合物を含む高輻射率層とを具備することを
特徴とする半導体装置を提供する。
【０００７】また、本発明は、窒化アルミニウム粉末を
主成分とする原料粉末の第１の成型体と遷移金属又は遷
移金属化合物粉末を含む原料粉末の第２の成型体とを積
層する工程、この積層体を焼結して、前記第１の成型体
側に素子搭載面を有する焼結体本体と、前記第２の成型
体側に放熱面を有する高輻射率層とを具備する高放熱性
窒化アルミニウム焼結体基板を形成する工程、及び前記
基板の前記素子搭載面に半導体素子を搭載する工程を具
備する半導体装置の製造方法を提供する。
主成分とする原料粉末の第１の成型体と遷移金属又は遷
移金属化合物粉末を含む原料粉末の第２の成型体とを積
層する工程、この積層体を焼結して、前記第１の成型体
側に素子搭載面を有する焼結体本体と、前記第２の成型
体側に放熱面を有する高輻射率層とを具備する高放熱性
窒化アルミニウム焼結体基板を形成する工程、及び前記
基板の前記素子搭載面に半導体素子を搭載する工程を具
備する半導体装置の製造方法を提供する。
【０００８】更に、本発明は、窒化アルミニウム粉末を
主成分とする原料粉末の成型体の一方の面に、遷移金属
又は遷移金属化合物粉末を含む原料粉末を含む分散液を
塗布する工程、前記分散液を塗布された成型体を焼結し
て、前記成型体の分散液塗布面とは反対側に素子搭載面
を有する焼結体本体と、前記分散液塗布側に放熱面を有
する高輻射率層とを具備する高放熱性窒化アルミニウム
焼結体基板を形成する工程、及び前記基板の素子搭載面
に半導体素子を搭載する工程を具備する半導体装置の製
造方法を提供する。
主成分とする原料粉末の成型体の一方の面に、遷移金属
又は遷移金属化合物粉末を含む原料粉末を含む分散液を
塗布する工程、前記分散液を塗布された成型体を焼結し
て、前記成型体の分散液塗布面とは反対側に素子搭載面
を有する焼結体本体と、前記分散液塗布側に放熱面を有
する高輻射率層とを具備する高放熱性窒化アルミニウム
焼結体基板を形成する工程、及び前記基板の素子搭載面
に半導体素子を搭載する工程を具備する半導体装置の製
造方法を提供する。
【０００９】本発明に用いる原料粉末の主成分をなす窒
化アルミニウム粉末は、不純物酸素量が０．１〜２．５
重量％のものが好ましく、０．３〜２．０重量％のもの
がより好ましい。また、平均一次粒子径は１．５μm 以
下が好ましく、より好ましくは０．１〜１．２μm であ
る。
化アルミニウム粉末は、不純物酸素量が０．１〜２．５
重量％のものが好ましく、０．３〜２．０重量％のもの
がより好ましい。また、平均一次粒子径は１．５μm 以
下が好ましく、より好ましくは０．１〜１．２μm であ
る。
【００１０】本発明の窒化アルミニウム焼結体を得るた
めの原料粉末には、窒化アルミニウム粉末に対する添加
物として、通常、焼結助剤および酸素ゲッターとして、
アルカリ土類金属、及び希土類金属が添加される。これ
ら添加物粉末は、例えば、酸化物、炭化物、フッ化物、
炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、アルコキシドの形で、粉
体または液体として添加される。または、アルカリ土類
希土類化合物を添加、希土類の硝酸塩をアルコールに溶
解した後添加する、および酸炭化物として添加するな
ど、種々の組合わせが可能である。アルカリ土類金属と
しては、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒが、希土類金属としては、
Ｙ、Ｌ、ａ、Ｃｅが特に有効に作用する。
めの原料粉末には、窒化アルミニウム粉末に対する添加
物として、通常、焼結助剤および酸素ゲッターとして、
アルカリ土類金属、及び希土類金属が添加される。これ
ら添加物粉末は、例えば、酸化物、炭化物、フッ化物、
炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、アルコキシドの形で、粉
体または液体として添加される。または、アルカリ土類
希土類化合物を添加、希土類の硝酸塩をアルコールに溶
解した後添加する、および酸炭化物として添加するな
ど、種々の組合わせが可能である。アルカリ土類金属と
しては、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒが、希土類金属としては、
Ｙ、Ｌ、ａ、Ｃｅが特に有効に作用する。
【００１１】アルカリ土類および／または希土類化合物
の添加量は元素換算（Ａ）で、窒化アルミニウム原料粉
（Ｂ）に対し、Ａ／（Ａ＋Ｂ）の計算で、好ましくは３
０重量％未満、より好ましくは０．１〜２０重量％であ
る。
の添加量は元素換算（Ａ）で、窒化アルミニウム原料粉
（Ｂ）に対し、Ａ／（Ａ＋Ｂ）の計算で、好ましくは３
０重量％未満、より好ましくは０．１〜２０重量％であ
る。
【００１２】本発明の窒化アルミニウム焼結体の表面の
少なくとも一部には、遷移金属又は遷移金属化合物を含
む高輻射率層が形成されている。この高輻射率層は、遷
移金属又はその化合物を含有し、通常は遷移金属又はそ
の化合物を含有する窒化アルミニウムから構成される。
少なくとも一部には、遷移金属又は遷移金属化合物を含
む高輻射率層が形成されている。この高輻射率層は、遷
移金属又はその化合物を含有し、通常は遷移金属又はそ
の化合物を含有する窒化アルミニウムから構成される。
【００１３】遷移金属としては、Ｗ、Ｍｏを挙げること
が出来る。遷移金属化合物とは、遷移金属の酸化物、窒
化物、炭化物等である。遷移金属化合物としては、例え
ばＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＨｆＯ2 を挙げる
ことが出来る。
が出来る。遷移金属化合物とは、遷移金属の酸化物、窒
化物、炭化物等である。遷移金属化合物としては、例え
ばＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＨｆＯ2 を挙げる
ことが出来る。
【００１４】高輻射率層中の遷移金属化合物の添加量
は、遷移金属元素換算（Ｃ）で、Ｃ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）の
計算で０．２重量％以上、より好ましくは０．５〜１０
重量％である。遷移金属化合物の添加量が０．２重量％
未満では、実質上窒化アルミニウム焼結体の輻射率の向
上が認められなかった。輻射率の向上のためには０．２
重量％以上の添加が必要である。しかしながら、当然の
ことながら添加量が多くなると熱伝導率は低下する。高
輻射率層の膜厚は、１０μｍ〜１ｍｍであるのが好まし
い。本発明の高熱伝導性かつ高輻射率の窒化アルミニウ
ム焼結体は以下の方法によって製造される。
は、遷移金属元素換算（Ｃ）で、Ｃ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）の
計算で０．２重量％以上、より好ましくは０．５〜１０
重量％である。遷移金属化合物の添加量が０．２重量％
未満では、実質上窒化アルミニウム焼結体の輻射率の向
上が認められなかった。輻射率の向上のためには０．２
重量％以上の添加が必要である。しかしながら、当然の
ことながら添加量が多くなると熱伝導率は低下する。高
輻射率層の膜厚は、１０μｍ〜１ｍｍであるのが好まし
い。本発明の高熱伝導性かつ高輻射率の窒化アルミニウ
ム焼結体は以下の方法によって製造される。
【００１５】すなわち、（Ａ）まず、（１）窒化アルミ
ニウム粉末に焼結助剤および酸素ゲッターとして希土類
および／またはアルカリ土類化合物を添加した成形体、
（２）窒化アルミニウム粉末に希土類および／またはア
ルカリ土類化合物の他に、高輻射率ドーパントとして遷
移金属又はその化合物を添加した成形体を用意し、これ
ら２つの成形体を所望の位置関係に接触させて、非酸化
性雰囲気中で例えば１５００〜２０００℃以上の焼成温
度で焼結する。
ニウム粉末に焼結助剤および酸素ゲッターとして希土類
および／またはアルカリ土類化合物を添加した成形体、
（２）窒化アルミニウム粉末に希土類および／またはア
ルカリ土類化合物の他に、高輻射率ドーパントとして遷
移金属又はその化合物を添加した成形体を用意し、これ
ら２つの成形体を所望の位置関係に接触させて、非酸化
性雰囲気中で例えば１５００〜２０００℃以上の焼成温
度で焼結する。
【００１６】または、（Ｂ）窒化アルミニウム粉末に焼
結助剤および酸素ゲッターとして希土類および／または
アルカリ土類化合物を添加した成形体に、窒化アルミニ
ウム粉末に希土類および／またはアルカリ土類化合物の
他に、高輻射率ドーパントとして遷移金属又はその化合
物を添加した分散液を塗布し、非酸化性雰囲気中で例え
ば１５００〜２０００℃以上の焼成温度で焼結する。
結助剤および酸素ゲッターとして希土類および／または
アルカリ土類化合物を添加した成形体に、窒化アルミニ
ウム粉末に希土類および／またはアルカリ土類化合物の
他に、高輻射率ドーパントとして遷移金属又はその化合
物を添加した分散液を塗布し、非酸化性雰囲気中で例え
ば１５００〜２０００℃以上の焼成温度で焼結する。
【００１７】本発明の窒化アルミニウム焼結体は、２つ
の成形体を出発素体として直接焼結することもできる
が、高輻射率の焼結体と低高輻射率の焼結体の２つの焼
結体を出発素体とする事もできる。この場合、焼結体内
に希土類アルミネート、アルカリ土類アルミネートもし
くは希土類アルカリ土類アルミネートが存在するとき
は、単純に２つの焼結体を所望の位置関係に接触させた
後、上記と同様な条件下で焼成する。焼結体内に希土類
アルミネート、アルカリ土類アルミネートもしくは希土
類アルカリ土類アルミネートが存在しない時は、あらか
じめ準備した希土類アルミネート、アルカリ土類アルミ
ネートもしくは希土類アルカリ土類アルミネートを２つ
の焼結体の接触界面に介在させた後、上記と同様な条件
下で焼成すればよい。
の成形体を出発素体として直接焼結することもできる
が、高輻射率の焼結体と低高輻射率の焼結体の２つの焼
結体を出発素体とする事もできる。この場合、焼結体内
に希土類アルミネート、アルカリ土類アルミネートもし
くは希土類アルカリ土類アルミネートが存在するとき
は、単純に２つの焼結体を所望の位置関係に接触させた
後、上記と同様な条件下で焼成する。焼結体内に希土類
アルミネート、アルカリ土類アルミネートもしくは希土
類アルカリ土類アルミネートが存在しない時は、あらか
じめ準備した希土類アルミネート、アルカリ土類アルミ
ネートもしくは希土類アルカリ土類アルミネートを２つ
の焼結体の接触界面に介在させた後、上記と同様な条件
下で焼成すればよい。
【００１８】本発明において、成形体の焼結が行われる
非酸化性雰囲気とは、Ｎ2 、Ａｒ、Ｈｅなどの不活性ガ
ス雰囲気から成るものであり、焼成雰囲気内に微量のカ
ーボンガスが存在してもかまわない、カーボンガスは焼
成炉のヒータそして焼成容器から供給される。
非酸化性雰囲気とは、Ｎ2 、Ａｒ、Ｈｅなどの不活性ガ
ス雰囲気から成るものであり、焼成雰囲気内に微量のカ
ーボンガスが存在してもかまわない、カーボンガスは焼
成炉のヒータそして焼成容器から供給される。
【００１９】
【作用】本発明の窒化アルミニウム焼結体の表面の少な
くとも一部には、遷移金属又は遷移金属化合物を含む高
輻射率層が形成されている。この高輻射率層の存在によ
り、窒化アルミニウム焼結体は高放熱特性が得られる。
くとも一部には、遷移金属又は遷移金属化合物を含む高
輻射率層が形成されている。この高輻射率層の存在によ
り、窒化アルミニウム焼結体は高放熱特性が得られる。
【００２０】一般に、物質の輻射率は主に以下の変数に
よって変化することが知られている。すなわち、その物
質の構成元素、色そして表面状態である。発明者らの研
究によれば、窒化アルミニウム焼結体の表面にある種の
遷移金属もしくはそれらの化合物を添加すると、添加量
がさほど多くならなければ熱伝導率は低下せず、これら
の焼結体の多くが充分に黒くなることがわかった。これ
らの焼結体の微構造を観察したところ、焼結体の表面の
領域には、添加した遷移金属又はその化合物に起因した
と考えられる相が窒化アルミニウムとは分離して存在し
ていた。この相により、窒化アルミニウム焼結体の輻射
率が向上し、高放熱特性が得られるものと考えられる。
よって変化することが知られている。すなわち、その物
質の構成元素、色そして表面状態である。発明者らの研
究によれば、窒化アルミニウム焼結体の表面にある種の
遷移金属もしくはそれらの化合物を添加すると、添加量
がさほど多くならなければ熱伝導率は低下せず、これら
の焼結体の多くが充分に黒くなることがわかった。これ
らの焼結体の微構造を観察したところ、焼結体の表面の
領域には、添加した遷移金属又はその化合物に起因した
と考えられる相が窒化アルミニウムとは分離して存在し
ていた。この相により、窒化アルミニウム焼結体の輻射
率が向上し、高放熱特性が得られるものと考えられる。
【００２１】また、本発明の窒化アルミニウム焼結体
は、希土類アルミネート、アルカリ土類アルミネート又
は希土類アルカリ土類アルミネートなどの複合酸化物相
を含む場合がある。
は、希土類アルミネート、アルカリ土類アルミネート又
は希土類アルカリ土類アルミネートなどの複合酸化物相
を含む場合がある。
【００２２】即ち、窒化アルミニウム焼結体の製造に関
してよく知られているように、窒化アルミニウム粉に不
可避的に含まれている不純物である酸化アルミニウム
は、焼成時に添加物と反応してアルミン酸塩を生成し、
このアルミン酸塩はまた焼成時に液相を生成し、窒化ア
ルミニウムの緻密化を促進するものと考えられている。
通常、これらのアルミン酸塩は、粒界三重点に粒界相と
して残存する。言い替えれば、酸化アルミニウム不純物
は、粒界相にトラップされ、窒化アルミニウム結晶自体
は高純度化される。
してよく知られているように、窒化アルミニウム粉に不
可避的に含まれている不純物である酸化アルミニウム
は、焼成時に添加物と反応してアルミン酸塩を生成し、
このアルミン酸塩はまた焼成時に液相を生成し、窒化ア
ルミニウムの緻密化を促進するものと考えられている。
通常、これらのアルミン酸塩は、粒界三重点に粒界相と
して残存する。言い替えれば、酸化アルミニウム不純物
は、粒界相にトラップされ、窒化アルミニウム結晶自体
は高純度化される。
【００２３】例えば、添加物としてＹ2 Ｏ3 を用いる
と、３Ｙ2 Ｏ3 ・５Ａｌ2 Ｏ3 、Ｙ2Ｏ3 ・Ａｌ2 Ｏ3
などの、Ｙ−Ａｌ−Ｏ系複合酸化物を生成し、添加物と
してＣａＯを用いると、ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＣａＯ
・Ａｌ2 Ｏ3 などのＣａ−Ａｌ−Ｏ系複合酸化物を生成
し、窒化アルミニウム焼結体内に残存する。
と、３Ｙ2 Ｏ3 ・５Ａｌ2 Ｏ3 、Ｙ2Ｏ3 ・Ａｌ2 Ｏ3
などの、Ｙ−Ａｌ−Ｏ系複合酸化物を生成し、添加物と
してＣａＯを用いると、ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＣａＯ
・Ａｌ2 Ｏ3 などのＣａ−Ａｌ−Ｏ系複合酸化物を生成
し、窒化アルミニウム焼結体内に残存する。
【００２４】これらの複合酸化物は、還元性雰囲気中で
焼成を続けると焼結体の外に排出され、焼結体は更に高
熱伝導率化する。このような複合酸化物が除去されるメ
カニズムについては、いくつかの説が報告されている
が、定説には至っておらず、おそらく複合酸化物の還元
窒化反応および蒸発などが関係しているものと考えられ
ている。これら複合酸化物が焼結体系外に移行する速度
は、焼成雰囲気に依存し、ヒータまたは焼成容器などか
ら微量のカーボンガスが発生する雰囲気では速いことが
知られている。
焼成を続けると焼結体の外に排出され、焼結体は更に高
熱伝導率化する。このような複合酸化物が除去されるメ
カニズムについては、いくつかの説が報告されている
が、定説には至っておらず、おそらく複合酸化物の還元
窒化反応および蒸発などが関係しているものと考えられ
ている。これら複合酸化物が焼結体系外に移行する速度
は、焼成雰囲気に依存し、ヒータまたは焼成容器などか
ら微量のカーボンガスが発生する雰囲気では速いことが
知られている。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明につい
て詳細に説明する。 （実施例１）
て詳細に説明する。 （実施例１）
【００２６】１．０重量％の不純物酸素量を含み、平均
一次粒子径が０．６μm である窒化アルミニウム粉末
に、添加物粉末（焼結助剤）として平均粒径０．１μm
、純度９９．９重量％のＹ2 Ｏ3 粉末５重量％（Ｙ換
算：４．０重量％）および、遷移金属化合物として平均
粒径０．８μm 、純度９９．９重量％のＴｉＣ粉末５重
量％（Ｔｉ換算：４重量％）を加え、原料粉末を得た。
この原料粉末１００重量部に対し、アクリル系樹脂から
なるバインダー７重量％を有機溶剤とともに添加して、
解砕、混合し、ペースト化した後、ドクターブレード法
により、０．３mm厚のセラミックシートＡを得た。一
方、ＴｉＣを含まないことを除いて、上記と同様な原料
粉末から、上記と同様な方法によりセラミックシートＢ
を得た。
一次粒子径が０．６μm である窒化アルミニウム粉末
に、添加物粉末（焼結助剤）として平均粒径０．１μm
、純度９９．９重量％のＹ2 Ｏ3 粉末５重量％（Ｙ換
算：４．０重量％）および、遷移金属化合物として平均
粒径０．８μm 、純度９９．９重量％のＴｉＣ粉末５重
量％（Ｔｉ換算：４重量％）を加え、原料粉末を得た。
この原料粉末１００重量部に対し、アクリル系樹脂から
なるバインダー７重量％を有機溶剤とともに添加して、
解砕、混合し、ペースト化した後、ドクターブレード法
により、０．３mm厚のセラミックシートＡを得た。一
方、ＴｉＣを含まないことを除いて、上記と同様な原料
粉末から、上記と同様な方法によりセラミックシートＢ
を得た。
【００２７】これらシートＡとシ−トＢを６０×６０mm
のサイズに裁断し、シートＡを１枚とシ−トＢを３枚を
積層して熱間加圧し、この積層体を窒素ガス雰囲気中で
７００℃まで加熱してバインダーを除去した。次いで、
この積層体を窒化アルミニウム製容器中にセットし、窒
素ガス１気圧の雰囲気下で１８５０℃で３時間、カーボ
ン製ヒータ炉内で焼成して焼結体を得た。 （比較例１）
のサイズに裁断し、シートＡを１枚とシ−トＢを３枚を
積層して熱間加圧し、この積層体を窒素ガス雰囲気中で
７００℃まで加熱してバインダーを除去した。次いで、
この積層体を窒化アルミニウム製容器中にセットし、窒
素ガス１気圧の雰囲気下で１８５０℃で３時間、カーボ
ン製ヒータ炉内で焼成して焼結体を得た。 （比較例１）
【００２８】実施例１で得た、６０×６０mmのサイズに
裁断されたセラミックシートＡのみを４枚、実施例１と
同様な方法で積層、脱バインダーした後、実施例１と同
様の方法で焼成して焼結体を製造した。 （比較例２）
裁断されたセラミックシートＡのみを４枚、実施例１と
同様な方法で積層、脱バインダーした後、実施例１と同
様の方法で焼成して焼結体を製造した。 （比較例２）
【００２９】実施例１で得た、６０×６０mmのサイズに
裁断されたセラミックシートＢのみを４枚、実施例１と
同様な方法で積層、脱バインダーした後、実施例１と同
様の方法で焼成して焼結体を製造した。
裁断されたセラミックシートＢのみを４枚、実施例１と
同様な方法で積層、脱バインダーした後、実施例１と同
様の方法で焼成して焼結体を製造した。
【００３０】以上のようにして得た３種の焼結体の表面
を観察したところ、実施例１で得られた焼結体は直方体
の一面のみ濃い黒褐色を呈し、他の面は薄い灰色であっ
た。比較例２で得られた焼結体はどの面も乳白色であ
り、比較例１で得られた焼結体は全体が濃い黒褐色を呈
した。
を観察したところ、実施例１で得られた焼結体は直方体
の一面のみ濃い黒褐色を呈し、他の面は薄い灰色であっ
た。比較例２で得られた焼結体はどの面も乳白色であ
り、比較例１で得られた焼結体は全体が濃い黒褐色を呈
した。
【００３１】次いで、各焼結体の一部を粉砕して、粉末
Ｘ線回折法により構成相を調べた。その結果、比較例２
で得られた焼結体では、窒化アルミニウムの他にイット
リウムアルミネートの存在が確認された。比較例１で得
られた焼結体では、窒化アルミニウムの他にイットリウ
ムアルミネートとＴｉＮの存在が確認された。実施例１
で得られた焼結体では、灰色部分に窒化アルミニウムの
他にイットリウムアルミネート、黒褐色部分に窒化アル
ミニウムの他にイットリウムアルミネートとＴｉＮが検
出された。
Ｘ線回折法により構成相を調べた。その結果、比較例２
で得られた焼結体では、窒化アルミニウムの他にイット
リウムアルミネートの存在が確認された。比較例１で得
られた焼結体では、窒化アルミニウムの他にイットリウ
ムアルミネートとＴｉＮの存在が確認された。実施例１
で得られた焼結体では、灰色部分に窒化アルミニウムの
他にイットリウムアルミネート、黒褐色部分に窒化アル
ミニウムの他にイットリウムアルミネートとＴｉＮが検
出された。
【００３２】次に、各焼結体を０．９mmに厚さを整え、
これらにパワートランジスターをシリコングリースで仮
搭載し、１ｍ／ｓの風速下で、焼結体の熱抵抗を測定し
た。ここで、実施例１で得られた焼結体の場合、ＴｉＣ
を含まない側の面に搭載した。その結果、比較例１、２
で得られた焼結体では、熱抵抗はそれぞれ３．０、２．
８℃／Ｗであったのに対し、実施例１で得られた焼結体
では、熱抵抗は２．５℃／Ｗであった。
これらにパワートランジスターをシリコングリースで仮
搭載し、１ｍ／ｓの風速下で、焼結体の熱抵抗を測定し
た。ここで、実施例１で得られた焼結体の場合、ＴｉＣ
を含まない側の面に搭載した。その結果、比較例１、２
で得られた焼結体では、熱抵抗はそれぞれ３．０、２．
８℃／Ｗであったのに対し、実施例１で得られた焼結体
では、熱抵抗は２．５℃／Ｗであった。
【００３３】更に、実施例１で得られた焼結体のＴｉＣ
を含む面、含まない面それぞれについて、ＦＴ−ｌＲに
より発光スペクトルを測定し、輻射率を求めた。これを
理想黒体の輻射率と比較すると、波長１２μm におい
て、ＴｉＣを含まない面の輻射率は、黒体の輻射率に対
し４６％であったのに対し、ＴｉＣを含む面の輻射率は
６７％であった。 （実施例２〜１７）
を含む面、含まない面それぞれについて、ＦＴ−ｌＲに
より発光スペクトルを測定し、輻射率を求めた。これを
理想黒体の輻射率と比較すると、波長１２μm におい
て、ＴｉＣを含まない面の輻射率は、黒体の輻射率に対
し４６％であったのに対し、ＴｉＣを含む面の輻射率は
６７％であった。 （実施例２〜１７）
【００３４】実施例１で用いたのと同様の窒化アルミニ
ウム粉末に、実施例１で用いたのと同様のＹ2 Ｏ3 粉末
を５重量％添加し、これに更に下記表１に示す各種の遷
移金属またはそれらの化合物を添加し、原料粉末とし
た。なお、窒化アルミニウムとＹ2 Ｏ3 以外の添加物は
全て純度９９．９％、平均一次粒子径０．１〜１．５μ
m の粉末を用いた。
ウム粉末に、実施例１で用いたのと同様のＹ2 Ｏ3 粉末
を５重量％添加し、これに更に下記表１に示す各種の遷
移金属またはそれらの化合物を添加し、原料粉末とし
た。なお、窒化アルミニウムとＹ2 Ｏ3 以外の添加物は
全て純度９９．９％、平均一次粒子径０．１〜１．５μ
m の粉末を用いた。
【００３５】各原料粉末について、実施例１と同様の方
法によりシ−トＡ及びシ−トＢを形成及び裁断し、一面
のみに各種遷移金属元素または化合物を含むシ−トＡが
くるように積層体を形成した。その後、実施例１と同様
な方法で脱バインダーして実施例１と同様な方法で焼結
した。
法によりシ−トＡ及びシ−トＢを形成及び裁断し、一面
のみに各種遷移金属元素または化合物を含むシ−トＡが
くるように積層体を形成した。その後、実施例１と同様
な方法で脱バインダーして実施例１と同様な方法で焼結
した。
【００３６】得られた各焼結体の評価結果を下記表１に
示す。評価項目は熱伝導率と波長１２μm での輻射率を
黒体との比較で示した。熱伝導率は各焼結体から直径１
０mm、厚さ約１mmの円板を切り出し、レーザーフラッシ
ュ法で測定した。測定温度は２１±２℃である。輻射率
測定は必ず遷移金属元素または化合物を含む面側で行な
った。
示す。評価項目は熱伝導率と波長１２μm での輻射率を
黒体との比較で示した。熱伝導率は各焼結体から直径１
０mm、厚さ約１mmの円板を切り出し、レーザーフラッシ
ュ法で測定した。測定温度は２１±２℃である。輻射率
測定は必ず遷移金属元素または化合物を含む面側で行な
った。
【００３７】
【表１】 （実施例１８）
【００３８】実施例１と同様な方法で積層体を形成して
脱バインダーした後、この積層体を窒化アルミニウム焼
結体の上に乗せ、これをグラファイト製容器中にセット
して、１８５０℃で２４時間、焼成して焼成体を得た。 （比較例３）
脱バインダーした後、この積層体を窒化アルミニウム焼
結体の上に乗せ、これをグラファイト製容器中にセット
して、１８５０℃で２４時間、焼成して焼成体を得た。 （比較例３）
【００３９】実施例１で述べたセラミックシートＡのみ
を４枚、６０×６０mmのサイズに裁断後、実施例１と同
様な方法で積層、脱バインダーした後、実施例１０と同
様の方法で焼結体を製造した。 （比較例４）
を４枚、６０×６０mmのサイズに裁断後、実施例１と同
様な方法で積層、脱バインダーした後、実施例１０と同
様の方法で焼結体を製造した。 （比較例４）
【００４０】実施例１で得た、６０×６０mmのサイズに
裁断されたセラミックシートＢのみを４枚、実施例１と
同様な方法で積層、脱バインダーした後、実施例１と同
様の方法で焼成して焼結体を製造した。
裁断されたセラミックシートＢのみを４枚、実施例１と
同様な方法で積層、脱バインダーした後、実施例１と同
様の方法で焼成して焼結体を製造した。
【００４１】以上のようにして得た３種の焼結体の表面
を観察したところ、実施例１８で得られた焼結体は直方
体の一面のみ濃い黒褐色を呈し、他の面は薄い灰色であ
った。これに対し、比較例４で得られた焼結体は透光性
であり、比較例３で得られた焼結体は全体が濃い黒褐色
を呈していた。
を観察したところ、実施例１８で得られた焼結体は直方
体の一面のみ濃い黒褐色を呈し、他の面は薄い灰色であ
った。これに対し、比較例４で得られた焼結体は透光性
であり、比較例３で得られた焼結体は全体が濃い黒褐色
を呈していた。
【００４２】次いで、各焼結体の一部を粉砕して、粉末
Ｘ線回折法により構成相を調べた。その結果、比較例４
で得られた焼結体については窒化アルミニウムのみ、比
較例３で得られた焼結体については窒化アルミニウムの
他にＴｉＮも検出された。実施例１８で得られた焼結体
については灰色部分に窒化アルミニウムのみが、黒褐色
部分では窒化アルミニウムとＴｉＮが検出された。
Ｘ線回折法により構成相を調べた。その結果、比較例４
で得られた焼結体については窒化アルミニウムのみ、比
較例３で得られた焼結体については窒化アルミニウムの
他にＴｉＮも検出された。実施例１８で得られた焼結体
については灰色部分に窒化アルミニウムのみが、黒褐色
部分では窒化アルミニウムとＴｉＮが検出された。
【００４３】次に、実施例１に示す方法と同様に、各焼
結体にパワートランジスターを仮搭載し、１ｍ／ｓの風
速下で、焼結体の熱抵抗を測定した。ここで、実施例１
８で得た焼結体の場合、ＴｉＣを含まない側にパワート
ランジスターを搭載した。その結果、比較例３、４で得
られた焼結体の熱抵抗は、それぞれ２．３℃／Ｗ、２．
１℃／Ｗであったのに対し、実施例１８で得られた焼結
体の熱抵抗は１．８℃／Ｗであった。 （実施例１９）
結体にパワートランジスターを仮搭載し、１ｍ／ｓの風
速下で、焼結体の熱抵抗を測定した。ここで、実施例１
８で得た焼結体の場合、ＴｉＣを含まない側にパワート
ランジスターを搭載した。その結果、比較例３、４で得
られた焼結体の熱抵抗は、それぞれ２．３℃／Ｗ、２．
１℃／Ｗであったのに対し、実施例１８で得られた焼結
体の熱抵抗は１．８℃／Ｗであった。 （実施例１９）
【００４４】実施例１で得た、６０×６０mmのサイズに
裁断されたセラミックシートＢのみを４枚、実施例１と
同様な方法で積層した。この積層体の一方の面に、実施
例１で用いたＴｉＣ粉末を添加したドクターブレード用
ペーストをエタノールで適当な粘度に希釈した後、刷毛
塗りで均一に塗布した。これを、実施例１と同様にして
脱バインダーし、焼成して焼結体を得た。
裁断されたセラミックシートＢのみを４枚、実施例１と
同様な方法で積層した。この積層体の一方の面に、実施
例１で用いたＴｉＣ粉末を添加したドクターブレード用
ペーストをエタノールで適当な粘度に希釈した後、刷毛
塗りで均一に塗布した。これを、実施例１と同様にして
脱バインダーし、焼成して焼結体を得た。
【００４５】得られた焼結体の、ＴｉＮを含有するペ−
ストを刷毛塗りして形成された層は０．０５mmと、実施
例１で得られた焼結体の場合の０．２０mmに比べて薄
く、その熱抵抗は２．４℃／Ｗと、実施例１に比べて若
干の改良がみられた。 （実施例２０〜３２）
ストを刷毛塗りして形成された層は０．０５mmと、実施
例１で得られた焼結体の場合の０．２０mmに比べて薄
く、その熱抵抗は２．４℃／Ｗと、実施例１に比べて若
干の改良がみられた。 （実施例２０〜３２）
【００４６】窒化アルミニウム粉末、添加物の種類とそ
の量を変え、実施例１と同様な方法で成形した後、焼成
条件を種々変化させて、各種焼結体を製造した。下記表
２及び３にそれらの窒化アルミニウム粉種類と添加物組
成、焼成条件を示した。下記表４に、得られた各種焼結
体の熱伝導率と波長１２μm における輻射率を黒体との
比較で示した。測定方法は実施例２〜１７において述べ
た方法で行なった。
の量を変え、実施例１と同様な方法で成形した後、焼成
条件を種々変化させて、各種焼結体を製造した。下記表
２及び３にそれらの窒化アルミニウム粉種類と添加物組
成、焼成条件を示した。下記表４に、得られた各種焼結
体の熱伝導率と波長１２μm における輻射率を黒体との
比較で示した。測定方法は実施例２〜１７において述べ
た方法で行なった。
【００４７】
【表２】
【００４８】
【表３】
【００４９】
【表４】 （実施例３３）
【００５０】実施例１で得たセラミックシートＡ一枚を
６０×６０mmに裁断した。同じく実施例１で得たセラミ
ックシートＢ三枚を６０×６０mmに裁断し、実施例１と
同様に積層した。これらを、実施例１と同様に、脱バイ
ンダーし焼結した。得られた焼結体を、重ね合わせ１kg
cm-2の圧力下で、１８００℃、２時間、窒化アルミニウ
ム容器中、一気圧の窒素ガス雰囲気中で焼成した。得ら
れた焼結体は充分に接合していた。 （実施例３４）
６０×６０mmに裁断した。同じく実施例１で得たセラミ
ックシートＢ三枚を６０×６０mmに裁断し、実施例１と
同様に積層した。これらを、実施例１と同様に、脱バイ
ンダーし焼結した。得られた焼結体を、重ね合わせ１kg
cm-2の圧力下で、１８００℃、２時間、窒化アルミニウ
ム容器中、一気圧の窒素ガス雰囲気中で焼成した。得ら
れた焼結体は充分に接合していた。 （実施例３４）
【００５１】実施例１で得たシートＡとシ−トＢを６０
×６０mmのサイズに裁断し、シートＡを１枚のみと、シ
−トＢ３枚の積層体とを、それぞれ実施例１と同様に熱
間加圧し、バインダーを除去し、実施例３２と同様の方
法で焼成して、イットリウムアルミネ−トを含まない２
つの焼結体を得た。得られた焼結体同士を、あらかじめ
合成したＹ3 Ａｌ5 Ｏ12粉末を介在させて重ね合わせ、
１kgcm-2の圧力下で、１８５０℃、１０時間、グラファ
イト容器中、一気圧の窒素ガス雰囲気中で焼成した。得
られた焼結体では、シートＡから得た焼結体とシ−トＢ
から得た焼結体とは充分に接合していた。
×６０mmのサイズに裁断し、シートＡを１枚のみと、シ
−トＢ３枚の積層体とを、それぞれ実施例１と同様に熱
間加圧し、バインダーを除去し、実施例３２と同様の方
法で焼成して、イットリウムアルミネ−トを含まない２
つの焼結体を得た。得られた焼結体同士を、あらかじめ
合成したＹ3 Ａｌ5 Ｏ12粉末を介在させて重ね合わせ、
１kgcm-2の圧力下で、１８５０℃、１０時間、グラファ
イト容器中、一気圧の窒素ガス雰囲気中で焼成した。得
られた焼結体では、シートＡから得た焼結体とシ−トＢ
から得た焼結体とは充分に接合していた。
【００５２】以上詳述したように、本発明によると、高
熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の表面層の所定部分の
輻射率を改良することで、焼結体の放熱性を高めた高放
熱性窒化アルミニウム焼結体を得ることが出来、この基
板を用いた半導体装置を提供することが出来る。本発明
の放熱性に優れた窒化アルミニウム焼結体は、高速、大
パワー素子用の基板として最適であり、近年の電子回路
における集積度の飛躍的増大に対処できるものである。
熱伝導性窒化アルミニウム焼結体の表面層の所定部分の
輻射率を改良することで、焼結体の放熱性を高めた高放
熱性窒化アルミニウム焼結体を得ることが出来、この基
板を用いた半導体装置を提供することが出来る。本発明
の放熱性に優れた窒化アルミニウム焼結体は、高速、大
パワー素子用の基板として最適であり、近年の電子回路
における集積度の飛躍的増大に対処できるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柘植 章彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 平１−96068（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−100066（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−65991（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−286287（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 41/80 - 41/91
Claims (3)
- 【請求項１】素子搭載面およびそれと反対側の放熱面を
有する高放熱性窒化アルミニウム焼結体基板と、この基
板の前記素子搭載面に搭載された半導体素子とを具備
し、前記高放熱性窒化アルミニウム焼結体基板は、窒化
アルミニウムを主成分とし、前記素子搭載面を有する焼
結体本体と、この焼結体本体の前記素子搭載面とは反対
側の面に形成された、前記放熱面を有する、遷移金属又
は遷移金属化合物を含む高輻射率層とを具備することを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】窒化アルミニウム粉末を主成分とする原料
粉末の第１の成型体と遷移金属又は遷移金属化合物粉末
を含む原料粉末の第２の成型体とを積層する工程と、こ
の積層体を焼結して、前記第１の成型体側に素子搭載面
を有する焼結体本体と、前記第２の成型体側に放熱面を
有する高輻射率層とを具備する高放熱性窒化アルミニウ
ム焼結体基板を形成する工程と、前記基板の前記素子搭
載面に半導体素子を搭載する工程とを具備することを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】窒化アルミニウム粉末を主成分とする原料
粉末の成型体の一方の面に、遷移金属又は遷移金属化合
物粉末を含む原料粉末を含む分散液を塗布する工程と、
前記分散液を塗布された成型体を焼結して、前記成型体
の分散液塗布面とは反対側に素子搭載面を有する焼結体
本体と、前記分散液塗布側に放熱面を有する高輻射率層
とを具備する高放熱性窒化アルミニウム焼結体基板を形
成する工程と、前記基板の素子搭載面に半導体素子を搭
載する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02666992A JP3231822B2 (ja) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02666992A JP3231822B2 (ja) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05221761A JPH05221761A (ja) | 1993-08-31 |
| JP3231822B2 true JP3231822B2 (ja) | 2001-11-26 |
Family
ID=12199813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02666992A Expired - Lifetime JP3231822B2 (ja) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3231822B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3527840B2 (ja) * | 1998-01-28 | 2004-05-17 | 京セラ株式会社 | 静電チャック |
| JP6678623B2 (ja) * | 2017-04-25 | 2020-04-08 | 株式会社Maruwa | 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法 |
| US11319254B2 (en) | 2018-09-19 | 2022-05-03 | Maruwa Co., Ltd. | Aluminum nitride sintered body and method for producing same |
| WO2021261440A1 (ja) * | 2020-06-22 | 2021-12-30 | デンカ株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体、回路基板、及び接合基板 |
-
1992
- 1992-02-13 JP JP02666992A patent/JP3231822B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05221761A (ja) | 1993-08-31 |
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