JP3293966B2 - 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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Description
【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、ＩＣやＬＳＩなどのシリコン板との
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、ＩＣやＬＳＩなどのシリコン板との
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
境下においても十分に耐え、かつ複雑形状の面において
もその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
境下においても十分に耐え、かつ複雑形状の面において
もその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ＣＶＤ法
によりシリコン被膜を形成し、該シリコン被膜を形成し
たセラミックスを８００〜１１００℃で熱処理した後、
そのシリコン被膜面上に金箔を介してシリコン板を高温
度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ＣＶＤ法
によりシリコン被膜を形成し、該シリコン被膜を形成し
たセラミックスを８００〜１１００℃で熱処理した後、
そのシリコン被膜面上に金箔を介してシリコン板を高温
度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、かつ複雑形状の面に
おいてもその接合が可能となる。
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、かつ複雑形状の面に
おいてもその接合が可能となる。
【０００９】ここで、本発明においては、上記セラミッ
クス表面へのシリコン被膜の形成は、ＣＶＤ法により行
うことが重要となる。これは、シリコンを、上記ＣＶＤ
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
があり、またスパッタリング法では、シリコンターゲッ
トと対向していなければならないことから、複雑形状面
には適用できないという欠点を有しているためである。
なお、該ＣＶＤ法により形成したシリコン被膜は、膜厚
５００〜３０００Åのシリコン被膜とすることが望まし
い。これは、膜厚が５００Åに満たないものである場合
には、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３０
００Å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憂いがあ
るために好ましくない。
クス表面へのシリコン被膜の形成は、ＣＶＤ法により行
うことが重要となる。これは、シリコンを、上記ＣＶＤ
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
があり、またスパッタリング法では、シリコンターゲッ
トと対向していなければならないことから、複雑形状面
には適用できないという欠点を有しているためである。
なお、該ＣＶＤ法により形成したシリコン被膜は、膜厚
５００〜３０００Åのシリコン被膜とすることが望まし
い。これは、膜厚が５００Åに満たないものである場合
には、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３０
００Å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憂いがあ
るために好ましくない。
【００１０】また、本発明においては、上記シリコン被
膜を形成した後のセラミックスの熱処理温度は、８００
〜１１００℃に管理されることが重要となる。これは、
該熱処理は、炭化珪素セラミックス中のシリコンと、該
セラミックス表面にＣＶＤ法により形成したシリコン被
膜中のシリコンとが、相互に拡散しあって強い付着力を
得るために行うものであるが、その熱処理温度が８００
℃に満たない場合には、上記したシリコンの拡散が十分
に起こらず、付着力を向上させる効果が生じないためで
あり、また逆に、１１００℃を越える温度で熱処理する
と、形成したシリコン被膜自体が分解してしまい、表面
被膜を形成する効果が現れないためである。
膜を形成した後のセラミックスの熱処理温度は、８００
〜１１００℃に管理されることが重要となる。これは、
該熱処理は、炭化珪素セラミックス中のシリコンと、該
セラミックス表面にＣＶＤ法により形成したシリコン被
膜中のシリコンとが、相互に拡散しあって強い付着力を
得るために行うものであるが、その熱処理温度が８００
℃に満たない場合には、上記したシリコンの拡散が十分
に起こらず、付着力を向上させる効果が生じないためで
あり、また逆に、１１００℃を越える温度で熱処理する
と、形成したシリコン被膜自体が分解してしまい、表面
被膜を形成する効果が現れないためである。
【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】また、上記セラミックスとシリコン板との
金箔を介しての接合は、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、５
３０〜７００℃で行われることが望ましい。これは、５
３０℃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、ＩＣやＬＳＩ等の電子部品としてのシリコン
板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。
金箔を介しての接合は、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、５
３０〜７００℃で行われることが望ましい。これは、５
３０℃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、ＩＣやＬＳＩ等の電子部品としてのシリコン
板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。
【００１３】
【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。
【００１４】−試験例１〜１３− 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、ＣＶＤ法で、
ＳｉＨ４→ Ｓｉ＋２Ｈ２の反応により膜厚５００、１
０００、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、ＣＶＤ法で、
ＳｉＨ４→ Ｓｉ＋２Ｈ２の反応により膜厚５００、１
０００、或いは３０００Åのシリコン被膜を形成した。
【００１５】次に、上記シリコン被膜が形成された炭化
珪素セラミックスを、真空中（５×１０−６Torr）にお
いて８００、９００、或いは１１００℃で加熱処理し
た。
珪素セラミックスを、真空中（５×１０−６Torr）にお
いて８００、９００、或いは１１００℃で加熱処理し
た。
【００１６】その後、このシリコン被膜の面上に、膜厚
が１、５、或いは１０μｍ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、６
００、６５０、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。
が１、５、或いは１０μｍ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、６
００、６５０、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。
【００１７】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。
【００１８】
【表１】
【００１９】−試験例１４〜２３−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１４）、またＣＶＤ法に
より形成するシリコン被膜の膜厚を、５００〜３０００
Å以外の３００、或いは３５００Åの被膜としたもの
（試験例１５，１６）、さらには、シリコン被膜形成後
に熱処理を行わなかったもの（試験例１７）、また熱処
理を行ったがその温度が、８００〜１１００℃以外の７
００、或いは１２００℃で行ったもの（試験例１８，１
９）、また、上記接合に使用される金箔の厚みを、１μ
ｍに満たない０．８μｍの金箔としたもの（試験例２
０）、また接合温度を、５３０〜７００℃以外の４８
０、或いは７５０℃にして行ったもの（試験例２１，２
２）、さらには、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１４）、またＣＶＤ法に
より形成するシリコン被膜の膜厚を、５００〜３０００
Å以外の３００、或いは３５００Åの被膜としたもの
（試験例１５，１６）、さらには、シリコン被膜形成後
に熱処理を行わなかったもの（試験例１７）、また熱処
理を行ったがその温度が、８００〜１１００℃以外の７
００、或いは１２００℃で行ったもの（試験例１８，１
９）、また、上記接合に使用される金箔の厚みを、１μ
ｍに満たない０．８μｍの金箔としたもの（試験例２
０）、また接合温度を、５３０〜７００℃以外の４８
０、或いは７５０℃にして行ったもの（試験例２１，２
２）、さらには、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。
【００２０】得られた接合体を、上記試験例１〜１３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。
【００２１】
【表２】
【００２２】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、シリコン被膜形成後の熱処理、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、シリコン被膜形成後の熱処理、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。
【００２３】
【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に耐え、かつ複雑
形状の面においてもその接合が可能なセラミックスとシ
リコン板との接合方法となる。
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に耐え、かつ複雑
形状の面においてもその接合が可能なセラミックスとシ
リコン板との接合方法となる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (4)
- 【請求項１】 炭化珪素セラミックス表面に先ずＣＶＤ
法によりシリコン被膜を形成し、該シリコン被膜を形成
したセラミックスを８００〜１１００℃で熱処理した
後、そのシリコン被膜面上に金箔を介してシリコン板を
高温度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ＣＶＤ法によりセラミックス表面に
形成されたシリコン被膜が、膜厚５００〜３０００Å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。 - 【請求項４】 上記セラミックスとシリコン板との接合
が、非酸化性雰囲気において５３０〜７００℃で行われ
ることを特徴とする、請求項１、２又は３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 |
|---|---|---|---|
| JP19174493A JP3293966B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP19174493A JP3293966B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | セラミックスとシリコン板との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0725673A JPH0725673A (ja) | 1995-01-27 |
| JP3293966B2 true JP3293966B2 (ja) | 2002-06-17 |
Family
ID=16279784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19174493A Expired - Fee Related JP3293966B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | 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) | JP3293966B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5851852A (en) * | 1996-02-13 | 1998-12-22 | Northrop Grumman Corporation | Die attached process for SiC |
-
1993
- 1993-07-05 JP JP19174493A patent/JP3293966B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0725673A (ja) | 1995-01-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |