JP3302807B2 - セラミックスとシリコンとの接合方法 - Google Patents
セラミックスとシリコンとの接合方法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
ンとの接合方法に関し、特に１０００℃の高温にも耐え
得るセラミックスとシリコンとの接合方法に関する。
ンとの接合方法に関し、特に１０００℃の高温にも耐え
得るセラミックスとシリコンとの接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】近年、電子部品の用途で、
炭化珪素や窒化珪素等の非酸化物セラミックスにシリコ
ンを接合した状態で、該接合体に１０００°Ｃの高温で
加工を施す必要が生じてきた。そのため、この高温条件
下でも耐え得るセラミックスとシリコンとの接合方法が
要望されている。
炭化珪素や窒化珪素等の非酸化物セラミックスにシリコ
ンを接合した状態で、該接合体に１０００°Ｃの高温で
加工を施す必要が生じてきた。そのため、この高温条件
下でも耐え得るセラミックスとシリコンとの接合方法が
要望されている。
【０００３】ここで、熱酸化により性能が劣化すること
無く、１０００℃の高温にも耐え得る接合が要望された
場合、金属同士（シリコンを含む）であれば融点が１０
６３℃の金、或いは金に重量％で約３％のニッケルを加
えてその固相温度を１０００℃直上に調合したロウを用
いて接合することにより、上記要望に応え得る接合が可
能となるが、セラミックスが絡むとその事情は異なって
くる。
無く、１０００℃の高温にも耐え得る接合が要望された
場合、金属同士（シリコンを含む）であれば融点が１０
６３℃の金、或いは金に重量％で約３％のニッケルを加
えてその固相温度を１０００℃直上に調合したロウを用
いて接合することにより、上記要望に応え得る接合が可
能となるが、セラミックスが絡むとその事情は異なって
くる。
【０００４】すなわち、金、或いは金とニッケルから成
るような通常の金属及び合金では、セラミックスに濡れ
ない、つまりセラミックス上にロウが付着しないため、
該セラミックスと金属、例えばシリコンとを接合できな
い。
るような通常の金属及び合金では、セラミックスに濡れ
ない、つまりセラミックス上にロウが付着しないため、
該セラミックスと金属、例えばシリコンとを接合できな
い。
【０００５】そこで、従来より成されている炭化珪素や
窒化珪素等の非酸化物セラミックスと、シリコンとを接
合する方法としては、 セラミックス表面に、先ず銀と銅との共晶組成から
成るロウ中に活性金属であるチタンを含有させたロウを
用いて金属層を形成し、該金属層を介してシリコンを金
−シリコンハンダを用いて接合する方法 セラミックスとシリコンとを、直接銀と銅との共晶
組成から成るロウ中に活性金属であるチタンを含有させ
たロウを用いて接合する方法 セラミックス表面に、先ずチタンの被膜を形成し、
該被膜上にシリコンを金或いは金とニッケルから成るロ
ウを用いて接合する方法等が存在した。
窒化珪素等の非酸化物セラミックスと、シリコンとを接
合する方法としては、 セラミックス表面に、先ず銀と銅との共晶組成から
成るロウ中に活性金属であるチタンを含有させたロウを
用いて金属層を形成し、該金属層を介してシリコンを金
−シリコンハンダを用いて接合する方法 セラミックスとシリコンとを、直接銀と銅との共晶
組成から成るロウ中に活性金属であるチタンを含有させ
たロウを用いて接合する方法 セラミックス表面に、先ずチタンの被膜を形成し、
該被膜上にシリコンを金或いは金とニッケルから成るロ
ウを用いて接合する方法等が存在した。
【０００６】しかしながら、先ず上述したの方法にあ
っては、接合の為の工程が複雑で作業が困難であると共
に、得られた接合体は５００℃位までの温度にしか耐え
られないという課題を有していた。
っては、接合の為の工程が複雑で作業が困難であると共
に、得られた接合体は５００℃位までの温度にしか耐え
られないという課題を有していた。
【０００７】また、の方法では、その接合作業は簡便
なものではあるものの、依然１０００℃もの高温に耐え
得る接合体を作製することのできる方法ではなかった。
なものではあるものの、依然１０００℃もの高温に耐え
得る接合体を作製することのできる方法ではなかった。
【０００８】さらに、の方法においては、かなり高温
に耐え得る接合体を作製することができるが、の方法
と同様にその工程が複雑で、量産が難しいと言う課題を
有していた。
に耐え得る接合体を作製することができるが、の方法
と同様にその工程が複雑で、量産が難しいと言う課題を
有していた。
【０００９】本発明は、上述した従来のセラミックスと
シリコンとの接合方法が有する課題に鑑み成されたもの
であって、その目的は、炭化珪素、窒化珪素等の非酸化
物セラミックスとシリコンとを簡便な作業によって接合
でき、しかもその接合体が１０００℃の高温にも十分に
耐え得る接合体となるセラミックスとシリコンとの接合
方法を提供することにある。
シリコンとの接合方法が有する課題に鑑み成されたもの
であって、その目的は、炭化珪素、窒化珪素等の非酸化
物セラミックスとシリコンとを簡便な作業によって接合
でき、しかもその接合体が１０００℃の高温にも十分に
耐え得る接合体となるセラミックスとシリコンとの接合
方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記した目的
を達成するため、炭化珪素、窒化珪素等の非酸化物セラ
ミックスとシリコンとを、金とニッケルから成るマトリ
ックス中にパラジウムを添加したロウを用いて接合する
こととした。
を達成するため、炭化珪素、窒化珪素等の非酸化物セラ
ミックスとシリコンとを、金とニッケルから成るマトリ
ックス中にパラジウムを添加したロウを用いて接合する
こととした。
【００１１】ここで、上記接合に使用されるロウの組成
は、得られた接合体が１０００℃の高温にも耐えられる
ようにするため、その固相温度が１０００℃以上で、シ
リコンが加熱分解を起こす１１５０℃以下で接合でき、
かつ接合作業温度がロウの液相温度よりも３０℃程度高
く設定することを考慮し、その液相温度が１１２０℃以
下の組成とすることが要求される。
は、得られた接合体が１０００℃の高温にも耐えられる
ようにするため、その固相温度が１０００℃以上で、シ
リコンが加熱分解を起こす１１５０℃以下で接合でき、
かつ接合作業温度がロウの液相温度よりも３０℃程度高
く設定することを考慮し、その液相温度が１１２０℃以
下の組成とすることが要求される。
【００１２】その為、上記ロウ中の金、ニッケル及びパ
ラジウムの組成は、上記固相温度が下限ぎりぎりである
１０００℃強となる組成を狙って、重量％でパラジウム
が８％、金が７０％、ニッケルが２２％の組成のロウと
した場合、このロウの固相温度は１００５℃、液相温度
は１０３７℃となる。
ラジウムの組成は、上記固相温度が下限ぎりぎりである
１０００℃強となる組成を狙って、重量％でパラジウム
が８％、金が７０％、ニッケルが２２％の組成のロウと
した場合、このロウの固相温度は１００５℃、液相温度
は１０３７℃となる。
【００１３】また、液相温度が上限ぎりぎりである１１
２０℃弱となる組成を狙って、重量％でパラジウムが２
５％、金が５０％、ニッケルが２５％の組成のロウとし
た場合、このロウの固相温度は１１０２℃、液相温度は
１１２０℃となる。
２０℃弱となる組成を狙って、重量％でパラジウムが２
５％、金が５０％、ニッケルが２５％の組成のロウとし
た場合、このロウの固相温度は１１０２℃、液相温度は
１１２０℃となる。
【００１４】従って、接合体が１０００℃の高温にも耐
えられるセラミックスとシリコンとの接合に使用できる
上記ロウの組成としては、重量％でパラジウムが８〜２
５％、金が５０〜７０％、ニッケルが２２〜２５％の組
成となるロウとなり、該ロウを用いて、そのロウの液相
温度よりも３０℃程度高く、シリコンが加熱分解を起こ
す１１５０℃以下の温度でセラミックスとシリコンとを
接合する。
えられるセラミックスとシリコンとの接合に使用できる
上記ロウの組成としては、重量％でパラジウムが８〜２
５％、金が５０〜７０％、ニッケルが２２〜２５％の組
成となるロウとなり、該ロウを用いて、そのロウの液相
温度よりも３０℃程度高く、シリコンが加熱分解を起こ
す１１５０℃以下の温度でセラミックスとシリコンとを
接合する。
【００１５】
【作用】上記した本発明にかかるセラミックスとシリコ
ンとの接合方法によれば、金とニッケルから成るマトリ
ックス中に活性金属であるパラジウムを添加したロウを
用いて両者を接合することとしたため、セラミックス表
面と上記ロウとが接触する界面においては、セラミック
スが炭化珪素である場合には該セラミックス中の炭素と
ロウ中のパラジウムとが反応し、その界面にＰｄＣが形
成され、またセラミックスが窒化珪素の場合には、該セ
ラミックス中の窒素とロウ中のパラジウムとが反応し、
ＰｄＮがその界面に形成され、これらＰｄＣ、或いはＰ
ｄＮがセラミックスと上記ロウとの中間生成物となり、
セラミックスとロウとが強固に付着するため、結果とし
てセラミックスとシリコンとが接合できる。
ンとの接合方法によれば、金とニッケルから成るマトリ
ックス中に活性金属であるパラジウムを添加したロウを
用いて両者を接合することとしたため、セラミックス表
面と上記ロウとが接触する界面においては、セラミック
スが炭化珪素である場合には該セラミックス中の炭素と
ロウ中のパラジウムとが反応し、その界面にＰｄＣが形
成され、またセラミックスが窒化珪素の場合には、該セ
ラミックス中の窒素とロウ中のパラジウムとが反応し、
ＰｄＮがその界面に形成され、これらＰｄＣ、或いはＰ
ｄＮがセラミックスと上記ロウとの中間生成物となり、
セラミックスとロウとが強固に付着するため、結果とし
てセラミックスとシリコンとが接合できる。
【００１６】この際、使用する上記ロウの組成が、重量
％でパラジウムが８〜２５％、金が５０〜７０％、ニッ
ケルが２２〜２５％の組成となるロウである場合には、
該ロウの固相温度は１０００℃以上で、かつその液相温
度が１１２０℃以下のロウとなるため、該ロウを用い
て、そのロウの液相温度よりも３０℃程度高く、シリコ
ンが加熱分解を起こす１１５０℃以下の温度でセラミッ
クスとシリコンとを接合すれば、得られた接合体は、１
０００℃の高温にも耐え得る接合体とすることができ
る。
％でパラジウムが８〜２５％、金が５０〜７０％、ニッ
ケルが２２〜２５％の組成となるロウである場合には、
該ロウの固相温度は１０００℃以上で、かつその液相温
度が１１２０℃以下のロウとなるため、該ロウを用い
て、そのロウの液相温度よりも３０℃程度高く、シリコ
ンが加熱分解を起こす１１５０℃以下の温度でセラミッ
クスとシリコンとを接合すれば、得られた接合体は、１
０００℃の高温にも耐え得る接合体とすることができ
る。
【００１７】
【実施例】以下、上記した本発明の実施例を比較例とと
もに挙げ、本発明をより詳細に説明する。
もに挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００１８】−実施例− 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、表１に記載し
た３種類の組成に調合したロウペーストを、各々２００
メッシュのスクリーンを用いて乾燥厚みが３０μｍとな
るように塗布して乾燥した後、その上に、１０ｍｍ角
で、厚さ１ｍｍに切断したシリコンウェハを各々重ね、
５×１０-6 Torr の真空中で、表１に記載した温度で加
熱し、接合試料を作製した。
〔（株）日本セラテック社製〕の表面に、表１に記載し
た３種類の組成に調合したロウペーストを、各々２００
メッシュのスクリーンを用いて乾燥厚みが３０μｍとな
るように塗布して乾燥した後、その上に、１０ｍｍ角
で、厚さ１ｍｍに切断したシリコンウェハを各々重ね、
５×１０-6 Torr の真空中で、表１に記載した温度で加
熱し、接合試料を作製した。
【００１９】得られた接合試料を一旦１０００℃に加熱
した後、冷却し、該接合試料の両面に有機接着材で引っ
張りジグを各々貼り付け、該接合試料を上下方向に引っ
張ることにより、その接合強度（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）を測
定した。測定結果を表１に記載する。
した後、冷却し、該接合試料の両面に有機接着材で引っ
張りジグを各々貼り付け、該接合試料を上下方向に引っ
張ることにより、その接合強度（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）を測
定した。測定結果を表１に記載する。
【００２０】なお、上記ロウペーストの作製に使用した
金、ニッケル、及びパラジウムは、いずれも（株）高純
度化学研究所製のもので、金は還元粉末で１００メッシ
ュパス以下のもの、ニッケルは還元粉末で３００メッシ
ュパス以下のもの、そしてパラジウムは還元粉末で１μ
ｍのものを各々使用し、これらを有機バインダーととも
に酢酸ブチルで溶き、ペースト化した。
金、ニッケル、及びパラジウムは、いずれも（株）高純
度化学研究所製のもので、金は還元粉末で１００メッシ
ュパス以下のもの、ニッケルは還元粉末で３００メッシ
ュパス以下のもの、そしてパラジウムは還元粉末で１μ
ｍのものを各々使用し、これらを有機バインダーととも
に酢酸ブチルで溶き、ペースト化した。
【００２１】−比較例− 比較のため、接合に使用するロウペーストの金、ニッケ
ル、及びパラジウムの配合組成が、規定する組成から外
れるもの、すなわち、重量％でパラジウムが８〜２５
％、金が５０〜７０％、ニッケルが２２〜２５％の範囲
内にある配合組成ではないロウを使用したもの（比較例
１〜４）、また接合温度が規定する温度から外れるも
の、すなわち、接合に使用するロウの液相温度よりも３
０℃程度高く、シリコンが加熱分解を起こす１１５０℃
以下の温度で成されたものではないもの（比較例５，
６）につき、他は上記実施例と同様の方法で炭化珪素セ
ラミックスとシリコンウェハとを接合した場合の、接合
状態を観察した。その結果を表１に併記する。
ル、及びパラジウムの配合組成が、規定する組成から外
れるもの、すなわち、重量％でパラジウムが８〜２５
％、金が５０〜７０％、ニッケルが２２〜２５％の範囲
内にある配合組成ではないロウを使用したもの（比較例
１〜４）、また接合温度が規定する温度から外れるも
の、すなわち、接合に使用するロウの液相温度よりも３
０℃程度高く、シリコンが加熱分解を起こす１１５０℃
以下の温度で成されたものではないもの（比較例５，
６）につき、他は上記実施例と同様の方法で炭化珪素セ
ラミックスとシリコンウェハとを接合した場合の、接合
状態を観察した。その結果を表１に併記する。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１より、本発明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ウェハとの接合体
は、１０００℃に加熱した後においても実用強度である
５ｋｇｆ／ｍｍ2 を満たすが、接合に使用するロウペー
ストの金、ニッケル、及びパラジウムの配合組成が、規
定する組成から外れるもの（比較例１〜４）、また接合
温度が規定する温度から外れるもの（比較例５，６）に
ついては、その効果がないことがわかる。
れた炭化珪素セラミックスとシリコンウェハとの接合体
は、１０００℃に加熱した後においても実用強度である
５ｋｇｆ／ｍｍ2 を満たすが、接合に使用するロウペー
ストの金、ニッケル、及びパラジウムの配合組成が、規
定する組成から外れるもの（比較例１〜４）、また接合
温度が規定する温度から外れるもの（比較例５，６）に
ついては、その効果がないことがわかる。
【００２４】
【発明の効果】以上、記載した本発明にかかるセラミッ
クスとシリコンとの接合方法によれば、炭化珪素、窒化
珪素等の非酸化物セラミックスと、ＩＣやＬＳＩなどの
シリコンとを簡便に、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との接合方法となる。
クスとシリコンとの接合方法によれば、炭化珪素、窒化
珪素等の非酸化物セラミックスと、ＩＣやＬＳＩなどの
シリコンとを簡便に、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との接合方法となる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−152967（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−157284（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−24026（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−267800（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−261588（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−194052（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−58364（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 37/00 H01L 21/52
Claims (3)
- 【請求項１】 炭化珪素、窒化珪素等の非酸化物セラミ
ックスとシリコンとを、金とニッケルから成るマトリッ
クス中にパラジウムを添加したロウを用いて接合するこ
とを特徴とする、セラミックスとシリコンとの接合方
法。 - 【請求項２】 上記接合に使用されるロウの組成が、重
量％でパラジウムが８〜２５％、金が５０〜７０％、ニ
ッケルが２２〜２５％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との接合方法。 - 【請求項３】 上記セラミックスとシリコンとの接合
が、ロウの液相温度よりも３０℃程度高く、シリコンが
加熱分解を起こす１１５０℃以下で成されることを特徴
とする、請求項１、又は２記載のセラミックスとシリコ
ンとの接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31429293A JP3302807B2 (ja) | 1993-11-19 | 1993-11-19 | セラミックスとシリコンとの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31429293A JP3302807B2 (ja) | 1993-11-19 | 1993-11-19 | セラミックスとシリコンとの接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07144974A JPH07144974A (ja) | 1995-06-06 |
| JP3302807B2 true JP3302807B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=18051613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31429293A Expired - Fee Related JP3302807B2 (ja) | 1993-11-19 | 1993-11-19 | セラミックスとシリコンとの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3302807B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103331499B (zh) * | 2013-06-24 | 2015-06-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种使用Pd-Co-Ni钎料钎焊ZrB2-SiC复合陶瓷材料的方法 |
-
1993
- 1993-11-19 JP JP31429293A patent/JP3302807B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07144974A (ja) | 1995-06-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |