JP3293964B2 - セラミックスとシリコン板との接合方法 - Google Patents
セラミックスとシリコン板との接合方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
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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、セラミックスとシリコ
ン板との接合方法に関し、特に熱伝導性の良好な炭化珪
素セラミックスと、シリコン板との接合方法に関する。
ン板との接合方法に関し、特に熱伝導性の良好な炭化珪
素セラミックスと、シリコン板との接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】炭化珪素セラミックスは、
熱伝導性、及び電気絶縁性が良好で、しかも熱膨張係数
がシリコン単結晶のそれに近い特性を有し、また機械的
強度をも兼ね備えていることから、ＩＣやＬＳＩなどの
半導体素子の搭載基板としての適用が進められている。
熱伝導性、及び電気絶縁性が良好で、しかも熱膨張係数
がシリコン単結晶のそれに近い特性を有し、また機械的
強度をも兼ね備えていることから、ＩＣやＬＳＩなどの
半導体素子の搭載基板としての適用が進められている。
【０００３】ここで、従来の炭化珪素セラミックスと、
ＩＣやＬＳＩなどのシリコン板との接合は、有機樹脂に
よる接着、或いは炭化珪素セラミックスにメタライズを
施し、該メタライズ面とシリコン板とをロウで接合する
方法等が採られていた。
ＩＣやＬＳＩなどのシリコン板との接合は、有機樹脂に
よる接着、或いは炭化珪素セラミックスにメタライズを
施し、該メタライズ面とシリコン板とをロウで接合する
方法等が採られていた。
【０００４】しかしながら、先ず前者として記載した有
機樹脂を用いる方法にあっては、簡便に両者を接合し得
る方法ではあるものの、その得られた接合体は耐熱性に
乏しく、例えば耐熱性に優れていると言われるイミド系
樹脂を用いた場合においても、その実用上の耐熱温度は
精々３００℃が限度であり、例えば５００℃以上の高温
環境下においても耐え得る接合を期待できる方法ではな
かった。
機樹脂を用いる方法にあっては、簡便に両者を接合し得
る方法ではあるものの、その得られた接合体は耐熱性に
乏しく、例えば耐熱性に優れていると言われるイミド系
樹脂を用いた場合においても、その実用上の耐熱温度は
精々３００℃が限度であり、例えば５００℃以上の高温
環境下においても耐え得る接合を期待できる方法ではな
かった。
【０００５】また、後者のセラミックス表面にメタライ
ズを施す方法にあっては、耐熱性を有する接合が期待で
きるものの、セラミックス表面にクロムやタングステン
等でメタライズを施す工程自体が長く、また煩雑である
ことから広くは実用化されていなかった。
ズを施す方法にあっては、耐熱性を有する接合が期待で
きるものの、セラミックス表面にクロムやタングステン
等でメタライズを施す工程自体が長く、また煩雑である
ことから広くは実用化されていなかった。
【０００６】本発明は、上述した従来のセラミックスと
シリコン板との接合方法が有する課題に鑑みなされたも
のであって、その目的は、炭化珪素セラミックスと、Ｉ
ＣやＬＳＩなどのシリコン板とを簡便に、しかも高温環
境下においても耐え得る高強度な接合が可能なセラミッ
クスとシリコン板との接合方法を提供することにある。
シリコン板との接合方法が有する課題に鑑みなされたも
のであって、その目的は、炭化珪素セラミックスと、Ｉ
ＣやＬＳＩなどのシリコン板とを簡便に、しかも高温環
境下においても耐え得る高強度な接合が可能なセラミッ
クスとシリコン板との接合方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、炭化珪素セラミックス表面に先ずシリコン
被膜を形成し、その面上に金箔を介してシリコン板を非
酸化性雰囲気において５３０〜７００℃で接合するセラ
ミックスとシリコン板との接合方法とした。
成するため、炭化珪素セラミックス表面に先ずシリコン
被膜を形成し、その面上に金箔を介してシリコン板を非
酸化性雰囲気において５３０〜７００℃で接合するセラ
ミックスとシリコン板との接合方法とした。
【０００８】上記した本発明に係るセラミックスとシリ
コン板との接合方法によれば、炭化珪素セラミックス
と、ＩＣやＬＳＩなどのシリコン板とを簡便に、しかも
高温環境下においても十分に耐え得る高強度な接合が可
能となる。
コン板との接合方法によれば、炭化珪素セラミックス
と、ＩＣやＬＳＩなどのシリコン板とを簡便に、しかも
高温環境下においても十分に耐え得る高強度な接合が可
能となる。
【０００９】ここで、上記セラミックスとシリコン板と
の接合は、シリコンが酸化しない条件、即ち真空中、窒
素，アルゴン等の不活性ガス中、或いは水素等の還元ガ
ス中のように非酸化性雰囲気において、５３０〜７００
℃で行われることが重要となる。これは、５３０℃に満
たない接合温度では、セラミックスとシリコン板との間
に高温環境下においても耐え得る十分な接合強度が得ら
れないためであり、ま た７００℃を越えて加熱すると、
シリコンが熱分解してしまい、電子部品としての役に立
たなくなるためである。
の接合は、シリコンが酸化しない条件、即ち真空中、窒
素，アルゴン等の不活性ガス中、或いは水素等の還元ガ
ス中のように非酸化性雰囲気において、５３０〜７００
℃で行われることが重要となる。これは、５３０℃に満
たない接合温度では、セラミックスとシリコン板との間
に高温環境下においても耐え得る十分な接合強度が得ら
れないためであり、ま た７００℃を越えて加熱すると、
シリコンが熱分解してしまい、電子部品としての役に立
たなくなるためである。
【００１０】また、上記セラミックス表面に形成された
シリコン被膜は、スパッタリング法により形成された膜
厚５００〜３０００Åのシリコン被膜とすることが望ま
しい。これは、シリコンを、上記スパッタリング法以外
の例えば真空蒸着法でセラミックス表面に付着させたも
のは、その付着強度が弱く後工程で剥離する憂いがある
ために好ましくない。また形成したシリコン被膜の膜厚
が、５００Åに満たないものである場合には、やはりセ
ラミックス表面への付着強度が弱く後工程で剥がれてし
まう憂いがあるために好ましくなく、逆に３０００Åを
越える膜厚のシリコン被膜を形成すると、その成膜工程
中に該シリコン被膜が剥がれてしまうことがあるために
好ましくない。
シリコン被膜は、スパッタリング法により形成された膜
厚５００〜３０００Åのシリコン被膜とすることが望ま
しい。これは、シリコンを、上記スパッタリング法以外
の例えば真空蒸着法でセラミックス表面に付着させたも
のは、その付着強度が弱く後工程で剥離する憂いがある
ために好ましくない。また形成したシリコン被膜の膜厚
が、５００Åに満たないものである場合には、やはりセ
ラミックス表面への付着強度が弱く後工程で剥がれてし
まう憂いがあるために好ましくなく、逆に３０００Åを
越える膜厚のシリコン被膜を形成すると、その成膜工程
中に該シリコン被膜が剥がれてしまうことがあるために
好ましくない。
【００１１】また、上記接合に使用される金箔の厚みと
しては、１μｍ以上の厚みを有していることが望まし
い。これは、熱膨張係数がシリコン単結晶のそれに近い
炭化珪素セラミックスであっても、その熱膨張係数には
差異（炭化珪素：４．６×１０ −６ ／℃、シリコン：
４．０×１０ −６ ／℃）があり、１μｍに満たない金箔
の厚みでは、上記熱膨張係数の差異に基づく炭化珪素と
シリコン板との熱膨張差を緩衝しきれず、接合強度が低
下する憂いがあるために好ましくない。
しては、１μｍ以上の厚みを有していることが望まし
い。これは、熱膨張係数がシリコン単結晶のそれに近い
炭化珪素セラミックスであっても、その熱膨張係数には
差異（炭化珪素：４．６×１０ −６ ／℃、シリコン：
４．０×１０ −６ ／℃）があり、１μｍに満たない金箔
の厚みでは、上記熱膨張係数の差異に基づく炭化珪素と
シリコン板との熱膨張差を緩衝しきれず、接合強度が低
下する憂いがあるために好ましくない。
【００１２】
【試験例】以下、上記した本発明に係るセラミックスと
シリコン板との接合方法を見出した試験例を説明する。
シリコン板との接合方法を見出した試験例を説明する。
【００１３】−試験例１〜１４− １０ｍｍ角で、厚さ３ｍｍの炭化珪素セラミックス
〔（株）日本セラテック社製〕の表面に、５×１０−３
Torrのアルゴン雰囲気中において、スパッタリング法に
より膜厚５００、１０００、或いは３０００Åのシリコ
ン被膜を形成した。
〔（株）日本セラテック社製〕の表面に、５×１０−３
Torrのアルゴン雰囲気中において、スパッタリング法に
より膜厚５００、１０００、或いは３０００Åのシリコ
ン被膜を形成した。
【００１４】次に、上記シリコン被膜が形成された炭化
珪素セラミックスの面上に、膜厚が１、２、５、１０、
或いは２０μｍの金箔を介して、５ｍｍ角の接合面と、
引っ張り治具の取付け部とを有するシリコン板を、その
５ｍｍ角の接合面において重ね合わせ、水素の還元ガス
中、窒素，アルゴンの不活性ガス中、或いは真空中とい
った非酸化性雰囲気中において、５３０、６００、６５
０、或いは７００℃で加熱することにより、上記炭化珪
素セラミックスとシリコン板とを接合した。
珪素セラミックスの面上に、膜厚が１、２、５、１０、
或いは２０μｍの金箔を介して、５ｍｍ角の接合面と、
引っ張り治具の取付け部とを有するシリコン板を、その
５ｍｍ角の接合面において重ね合わせ、水素の還元ガス
中、窒素，アルゴンの不活性ガス中、或いは真空中とい
った非酸化性雰囲気中において、５３０、６００、６５
０、或いは７００℃で加熱することにより、上記炭化珪
素セラミックスとシリコン板とを接合した。
【００１５】得られた接合体を、５００℃に加熱した状
態で接合面に対して垂直方向に引っ張り、炭化珪素セラ
ミックスとシリコン板との付着強度を測定した。その測
定結果を表１に示す。
態で接合面に対して垂直方向に引っ張り、炭化珪素セラ
ミックスとシリコン板との付着強度を測定した。その測
定結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】−試験例１５〜２３−上記 シリコン被膜の形成を、５×１０−６Torrの真空雰
囲気中において、電子ビーム蒸着により１０００Åのシ
リコン被膜としたもの（試験例１５）、またスパッタリ
ング法により形成するシリコン被膜の膜厚を、５００〜
３０００Å以外の３００、或いは３５００Åの被膜とし
たもの（試験例１６，１７）、さらには、上記接合に使
用される金箔の厚みを、１μｍに満たない０．８μｍの
金箔としたもの（試験例１８）、また接合温度を、５３
０〜７００℃以外の３８０、４３０、４８０、或いは７
５０℃にして行ったもの（試験例１９〜２２）、さら
に、接合雰囲気が、酸化性雰囲気である大気中で成され
たもの（試験例２３）について、各々他の接合条件を表
２に示す条件で炭化珪素セラミックスとシリコン板とを
接合した。
囲気中において、電子ビーム蒸着により１０００Åのシ
リコン被膜としたもの（試験例１５）、またスパッタリ
ング法により形成するシリコン被膜の膜厚を、５００〜
３０００Å以外の３００、或いは３５００Åの被膜とし
たもの（試験例１６，１７）、さらには、上記接合に使
用される金箔の厚みを、１μｍに満たない０．８μｍの
金箔としたもの（試験例１８）、また接合温度を、５３
０〜７００℃以外の３８０、４３０、４８０、或いは７
５０℃にして行ったもの（試験例１９〜２２）、さら
に、接合雰囲気が、酸化性雰囲気である大気中で成され
たもの（試験例２３）について、各々他の接合条件を表
２に示す条件で炭化珪素セラミックスとシリコン板とを
接合した。
【００１８】得られた接合体を、上記試験例１〜１４と
同様に５００℃に加熱した状態で接合面に対して垂直方
向に引っ張り、炭化珪素セラミックスとシリコン板との
付着強度を測定した。その測定結果を表２に示す。
同様に５００℃に加熱した状態で接合面に対して垂直方
向に引っ張り、炭化珪素セラミックスとシリコン板との
付着強度を測定した。その測定結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】
【００２０】表１及び表２より、本発明の各請求項に規
定する条件で接合された炭化珪素セラミックスとシリコ
ン板とは、高温環境下においても３０ＭＰａ以上の実用
強度を示すが、シリコン被膜の形成方法、形成されたシ
リコン被膜の膜厚、接合に使用される金箔の厚み、或い
は接合温度、接合雰囲気が、各請求項において規定する
条件から外れて成された接合体は、高温環境下における
付着強度が弱く、好ましくないことがわかる。
定する条件で接合された炭化珪素セラミックスとシリコ
ン板とは、高温環境下においても３０ＭＰａ以上の実用
強度を示すが、シリコン被膜の形成方法、形成されたシ
リコン被膜の膜厚、接合に使用される金箔の厚み、或い
は接合温度、接合雰囲気が、各請求項において規定する
条件から外れて成された接合体は、高温環境下における
付着強度が弱く、好ましくないことがわかる。
【００２１】
【発明の効果】以上、説明した本発明にかかるセラミッ
クスとシリコン板との接合方法によれば、炭化珪素セラ
ミックスと、ＩＣやＬＳＩなどのシリコン板とを簡便
に、しかも高温環境下においても十分耐え得る高強度な
接合が可能となる。
クスとシリコン板との接合方法によれば、炭化珪素セラ
ミックスと、ＩＣやＬＳＩなどのシリコン板とを簡便
に、しかも高温環境下においても十分耐え得る高強度な
接合が可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 37/02 H01L 21/52
Claims (3)
- 【請求項１】 炭化珪素セラミックス表面に先ずシリコ
ン被膜を形成し、その面上に金箔を介してシリコン板を
非酸化性雰囲気において５３０〜７００℃で接合するこ
とを特徴とする、セラミックスとシリコン板との接合方
法。 - 【請求項２】 上記セラミックス表面に形成されたシリ
コン被膜が、スパッタリング法により形成された膜厚５
００〜３０００Åのシリコン被膜であることを特徴とす
る、請求項１記載のセラミックスとシリコン板との接合
方法。 - 【請求項３】 上記接合に使用される金箔の厚みが、１
μｍ以上であることを特徴とする、請求項１又は２記載
のセラミックスとシリコン板との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18722393A JP3293964B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | セラミックスとシリコン板との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18722393A JP3293964B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | セラミックスとシリコン板との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0717775A JPH0717775A (ja) | 1995-01-20 |
| JP3293964B2 true JP3293964B2 (ja) | 2002-06-17 |
Family
ID=16202226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18722393A Expired - Fee Related JP3293964B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | セラミックスとシリコン板との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3293964B2 (ja) |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP18722393A patent/JP3293964B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0717775A (ja) | 1995-01-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |