JP3387655B2 - セラミックスとシリコンの接合方法 - Google Patents
セラミックスとシリコンの接合方法Info
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- JP3387655B2 JP3387655B2 JP25170994A JP25170994A JP3387655B2 JP 3387655 B2 JP3387655 B2 JP 3387655B2 JP 25170994 A JP25170994 A JP 25170994A JP 25170994 A JP25170994 A JP 25170994A JP 3387655 B2 JP3387655 B2 JP 3387655B2
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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
ンの接合方法に関する。特に、炭化珪素または窒化珪素
からなるセラミックスとシリコンとの接合に際し、高温
の真空雰囲気下の工程と高温の希ガス雰囲気下の工程を
一つずつ行うだけで、確実かつ簡便に接合できる方法に
関する。本発明に係る接合方法は、半導体関連部品の分
野での利用を期待できる。
ンの接合方法に関する。特に、炭化珪素または窒化珪素
からなるセラミックスとシリコンとの接合に際し、高温
の真空雰囲気下の工程と高温の希ガス雰囲気下の工程を
一つずつ行うだけで、確実かつ簡便に接合できる方法に
関する。本発明に係る接合方法は、半導体関連部品の分
野での利用を期待できる。
【０００２】
【従来の技術】従来、炭化珪素とシリコンの接合方法と
しては、次のものがある。第一に、炭化珪素の表面にク
ロムを焼き付け、クロムの表面とシリコンを銀ロウで接
合する方法がある。しかし、この方法は、炭化珪素の表
面にクロムを焼き付ける工程が長くかつ複雑で、生産上
の問題点が多く、生産効率が劣るため、特殊な用途にし
か用いられていない。
しては、次のものがある。第一に、炭化珪素の表面にク
ロムを焼き付け、クロムの表面とシリコンを銀ロウで接
合する方法がある。しかし、この方法は、炭化珪素の表
面にクロムを焼き付ける工程が長くかつ複雑で、生産上
の問題点が多く、生産効率が劣るため、特殊な用途にし
か用いられていない。
【０００３】第二に、セラミックスの表面にスパッタリ
ング法またはＣＶＤ法でシリコンを成膜し、これとシリ
コンとを金で接合する方法がある。しかし、この方法
は、スパッタリング法またはＣＶＤ法で用いられる非常
に特殊な装置を用いてシリコンを成膜しなくてはならな
いため、接合対象物の大きさ等が制限され、特殊な用途
にしか用いられていない。
ング法またはＣＶＤ法でシリコンを成膜し、これとシリ
コンとを金で接合する方法がある。しかし、この方法
は、スパッタリング法またはＣＶＤ法で用いられる非常
に特殊な装置を用いてシリコンを成膜しなくてはならな
いため、接合対象物の大きさ等が制限され、特殊な用途
にしか用いられていない。
【０００４】第三に、炭化珪素の表面に活性金属を含有
する合金層を形成し、該合金層の表面とシリコンとを金
ハンダで接合する方法がある。しかし、この方法は、非
常に酸化しやすい合金層表面の酸化を防ぐため、真空雰
囲気下において金ハンダの溶融温度以上に加熱して金ハ
ンダを濡らさなければならない。すなわち、合金層を形
成する工程と金ハンダで接合する工程の２つとも、真空
雰囲気下で行わなければならず、生産効率が低い。
する合金層を形成し、該合金層の表面とシリコンとを金
ハンダで接合する方法がある。しかし、この方法は、非
常に酸化しやすい合金層表面の酸化を防ぐため、真空雰
囲気下において金ハンダの溶融温度以上に加熱して金ハ
ンダを濡らさなければならない。すなわち、合金層を形
成する工程と金ハンダで接合する工程の２つとも、真空
雰囲気下で行わなければならず、生産効率が低い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の欠点を有しない接合方法を提供することであ
る。すなわち、本発明は、セラミックスとシリコンを接
合するに際し、（１）クロムの焼き付けを必要とせず、
（２）スパッタリング装置またはＣＶＤ装置といった特
殊な装置を使う必要がなく、（３）真空雰囲気下におけ
る加熱加工を二回施す必要がない、接合方法を提供す
る。
従来技術の欠点を有しない接合方法を提供することであ
る。すなわち、本発明は、セラミックスとシリコンを接
合するに際し、（１）クロムの焼き付けを必要とせず、
（２）スパッタリング装置またはＣＶＤ装置といった特
殊な装置を使う必要がなく、（３）真空雰囲気下におけ
る加熱加工を二回施す必要がない、接合方法を提供す
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
の表面に活性金属を含む金属層を形成し、該金属層の表
面に金メッキ層を形成し、該金メッキ層の表面とシリコ
ンを金ハンダで接合することを特徴とするセラミックス
とシリコンの接合方法にかかるものである。
の表面に活性金属を含む金属層を形成し、該金属層の表
面に金メッキ層を形成し、該金メッキ層の表面とシリコ
ンを金ハンダで接合することを特徴とするセラミックス
とシリコンの接合方法にかかるものである。
【０００７】本発明では、活性金属を含む金属層が、共
晶組成の銀と銅からなるマトリクスに対し活性金属であ
るチタンを１〜５重量％含有する合金を焼結したもので
あり、かつ、金メッキ層の厚みが０．７μｍ以上のもの
とする。
晶組成の銀と銅からなるマトリクスに対し活性金属であ
るチタンを１〜５重量％含有する合金を焼結したもので
あり、かつ、金メッキ層の厚みが０．７μｍ以上のもの
とする。
【０００８】また、本発明ではセラミックスとして炭化
珪素または窒化珪素を含むことができる。以下、本発明
を詳細に説明する。
珪素または窒化珪素を含むことができる。以下、本発明
を詳細に説明する。
【０００９】本発明で用いるセラミックスとしては、炭
化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等が用いられる。
活性金属としては、チタン、ジルコニウム等が用いられ
る。活性金属を含有する金属層の形成方法としては、例
えば、共晶組成の銀と銅のマトリクス（銀：７２重量
％、銅：２８重量％）に対して活性金属として１〜５重
量％のチタンを添加した組成のロウを真空中でその融点
以上に加熱する。
化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等が用いられる。
活性金属としては、チタン、ジルコニウム等が用いられ
る。活性金属を含有する金属層の形成方法としては、例
えば、共晶組成の銀と銅のマトリクス（銀：７２重量
％、銅：２８重量％）に対して活性金属として１〜５重
量％のチタンを添加した組成のロウを真空中でその融点
以上に加熱する。
【００１０】セラミックスと金属層が強固に付着する理
由は、活性金属としてチタンを、セラミックスとして炭
化珪素または窒化珪素を選定した場合を例にとれば、セ
ラミックスと金属ロウとの界面に強固かつ安定なチタン
カーバイド（ＴｉＣ）または窒化チタン（ＴｉＮ）が形
成されるからである。
由は、活性金属としてチタンを、セラミックスとして炭
化珪素または窒化珪素を選定した場合を例にとれば、セ
ラミックスと金属ロウとの界面に強固かつ安定なチタン
カーバイド（ＴｉＣ）または窒化チタン（ＴｉＮ）が形
成されるからである。
【００１１】銀と銅のマトリクスに含まれるチタンの量
が１重量％未満であると、セラミックスとロウの界面に
生成するチタン化合物の量が少ないために付着力が小さ
くなり、一方、チタンの量が５重量％より大きいと、金
属層表面の酸化の程度が大きくなり、金メッキがかかり
にくくなる。
が１重量％未満であると、セラミックスとロウの界面に
生成するチタン化合物の量が少ないために付着力が小さ
くなり、一方、チタンの量が５重量％より大きいと、金
属層表面の酸化の程度が大きくなり、金メッキがかかり
にくくなる。
【００１２】金メッキ層の厚みは、０．７μｍ以上、好
ましくは０．７〜２μｍである。０．７μｍ未満である
と、下地である金属層の酸化を防止する効果が小さくな
る。なお、厚みを大きくしたからといって酸化防止効果
が高まるわけではなく、最低限０．７μｍあれば十分で
ある。
ましくは０．７〜２μｍである。０．７μｍ未満である
と、下地である金属層の酸化を防止する効果が小さくな
る。なお、厚みを大きくしたからといって酸化防止効果
が高まるわけではなく、最低限０．７μｍあれば十分で
ある。
【００１３】金メッキを施す理由は、金属層の表面が酸
化されて金ハンダが濡れなくなるのを防ぐためである。
すなわち、金メッキを施さない場合、金属層の表面が大
気に暴露されると、金属層成分中の特にチタンが酸化し
てチタン酸化物（ＴｉＯやＴｉＯ2 ）が形成され、それ
によって金属層表面に金ハンダが濡れなくなってしま
い、シリコンを接合することができなくなるからであ
る。そのため、金属層を形成した後、シリコンと接合す
るまで、できる限り大気に暴露されないように注意し、
さらに真空雰囲気下で加熱しなければならない。これに
対し、金メッキを施す場合、金属層を形成した後、大気
にかなりの時間暴露されても、金メッキの形成ができ、
その金メッキによってＯ2 等の反応物が多少混入しても
差し支えないため、真空雰囲気下で加熱を行わずにアル
ゴン等の希ガスで加熱しても、金ハンダが良く流れ、生
産効率が良くなる。
化されて金ハンダが濡れなくなるのを防ぐためである。
すなわち、金メッキを施さない場合、金属層の表面が大
気に暴露されると、金属層成分中の特にチタンが酸化し
てチタン酸化物（ＴｉＯやＴｉＯ2 ）が形成され、それ
によって金属層表面に金ハンダが濡れなくなってしま
い、シリコンを接合することができなくなるからであ
る。そのため、金属層を形成した後、シリコンと接合す
るまで、できる限り大気に暴露されないように注意し、
さらに真空雰囲気下で加熱しなければならない。これに
対し、金メッキを施す場合、金属層を形成した後、大気
にかなりの時間暴露されても、金メッキの形成ができ、
その金メッキによってＯ2 等の反応物が多少混入しても
差し支えないため、真空雰囲気下で加熱を行わずにアル
ゴン等の希ガスで加熱しても、金ハンダが良く流れ、生
産効率が良くなる。
【００１４】金メッキの付け方としては、半導体関連部
品に対して通常行われる中性金メッキ浴を用いた電気メ
ッキの他、電気の接点部品および装飾関連に用いられる
酸性金メッキ浴、または無電界金メッキ浴のいずれを用
いてもよい。
品に対して通常行われる中性金メッキ浴を用いた電気メ
ッキの他、電気の接点部品および装飾関連に用いられる
酸性金メッキ浴、または無電界金メッキ浴のいずれを用
いてもよい。
【００１５】中性金メッキ浴の組成を表１に、酸性金メ
ッキ浴の組成を表２に、無電界金メッキ浴の組成を表３
に、各々示す。
ッキ浴の組成を表２に、無電界金メッキ浴の組成を表３
に、各々示す。
【表１】
【表２】
【表３】
【００１６】金ハンダとしては、例えば、金とシリコン
の共晶組成のもの（金に対して３．１５重量％のシリコ
ンを含有し、共晶温度が３６３℃のもの）を用いること
ができる。ハンダ付けは、アルゴン等の希ガス雰囲気下
でハンダの融点以上に加熱し、ハンダを溶融することに
よって行なうことができる。
の共晶組成のもの（金に対して３．１５重量％のシリコ
ンを含有し、共晶温度が３６３℃のもの）を用いること
ができる。ハンダ付けは、アルゴン等の希ガス雰囲気下
でハンダの融点以上に加熱し、ハンダを溶融することに
よって行なうことができる。
【００１７】
実施例１〜１３
銀と銅を共晶組成に秤量し、合金マトリクスとし、これ
に所定のチタンを分散させてロウペーストを調製した。
このロウペーストを直径１０ｍｍ、厚み３ｍｍの炭化珪
素または窒化珪素（いずれも株式会社日本セラテック
製）の表面に塗布した後、５×１０-6Ｔｏｒｒの真空中
で８５０℃に加熱した。常温大気中で１２０時間経過
後、ロウペーストの固化により形成された金属層の表面
に、中性金メッキ浴、酸性金メッキ浴、または無電界金
メッキ浴のいずれかを用いて０．７μｍ以上の厚みの金
メッキ層を形成した。形成された金メッキ表面と直径１
０ｍｍ、厚み１ｍｍのシリコンを金ハンダを介して接触
させて、アルゴン雰囲気下で４２０℃に加熱して接合し
た。冷却後、セラミックスとシリコンが付着しているか
否かを判定した。実施例１〜１３の結果を表４に示す。
に所定のチタンを分散させてロウペーストを調製した。
このロウペーストを直径１０ｍｍ、厚み３ｍｍの炭化珪
素または窒化珪素（いずれも株式会社日本セラテック
製）の表面に塗布した後、５×１０-6Ｔｏｒｒの真空中
で８５０℃に加熱した。常温大気中で１２０時間経過
後、ロウペーストの固化により形成された金属層の表面
に、中性金メッキ浴、酸性金メッキ浴、または無電界金
メッキ浴のいずれかを用いて０．７μｍ以上の厚みの金
メッキ層を形成した。形成された金メッキ表面と直径１
０ｍｍ、厚み１ｍｍのシリコンを金ハンダを介して接触
させて、アルゴン雰囲気下で４２０℃に加熱して接合し
た。冷却後、セラミックスとシリコンが付着しているか
否かを判定した。実施例１〜１３の結果を表４に示す。
【００１８】比較例１〜５
銀および銅からなる合金マトリクスに対し、チタンの含
有量が１重量％未満または５重量％より大きい場合を比
較例１〜３として、表４に示す。金メッキ層の厚みが
０．７μｍ未満である場合を比較例４、５として、表４
に示す。
有量が１重量％未満または５重量％より大きい場合を比
較例１〜３として、表４に示す。金メッキ層の厚みが
０．７μｍ未満である場合を比較例４、５として、表４
に示す。
【００１９】
【表４】
【００２０】
【発明の効果】上記のように、本発明によれば、高温の
真空雰囲気下の活性金属含有金属層形成工程と高温の希
ガス雰囲気下の金メッキ層形成工程によって、セラミッ
クスとシリコンの接合を確実かつ簡便に行うことができ
る。そのため、従来技術におけるように、特殊な用途に
限定されることがなく、また、真空雰囲気下において二
つの工程を行う必要もない。
真空雰囲気下の活性金属含有金属層形成工程と高温の希
ガス雰囲気下の金メッキ層形成工程によって、セラミッ
クスとシリコンの接合を確実かつ簡便に行うことができ
る。そのため、従来技術におけるように、特殊な用途に
限定されることがなく、また、真空雰囲気下において二
つの工程を行う必要もない。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 丸本 健二
兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号
三菱電機株式会社 半導体基礎研究所内
(72)発明者 松井 安次
兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号
三菱電機株式会社 半導体基礎研究所内
(72)発明者 矢部 秀毅
兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号
三菱電機株式会社 半導体基礎研究所内
(56)参考文献 特開 平５−70252（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−28336（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−41762（ＪＰ，Ａ)
実開 平２−125336（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 37/00
H01L 21/52
Claims (2)
- 【請求項１】 セラミックスの表面に活性金属を含む金
属層を形成し、該金属層の表面に金メッキ層を形成し、
該金メッキ層の表面とシリコンを金ハンダで接合するセ
ラミックスとシリコンの接合方法において、活性金属を
含む上記金属層が、共晶組成の銀と銅からなるマトリク
スに対し活性金属であるチタンを１〜５重量％含有する
合金を焼結したものであり、上記金属層を真空下におい
て形成し、上記金メッキ層の厚みが０．７μｍ以上であ
り、上記金メッキ層をメッキ浴で形成し、形成した上記
金メッキ層とシリコンを希ガス雰囲気下で金ハンダで接
合することを特徴とするセラミックスとシリコンの接合
方法。 - 【請求項２】 セラミックスが炭化珪素または窒化珪素
であることを特徴とする請求項１の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25170994A JP3387655B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | セラミックスとシリコンの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25170994A JP3387655B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | セラミックスとシリコンの接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08119759A JPH08119759A (ja) | 1996-05-14 |
| JP3387655B2 true JP3387655B2 (ja) | 2003-03-17 |
Family
ID=17226833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25170994A Expired - Fee Related JP3387655B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | セラミックスとシリコンの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3387655B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6869007B2 (en) * | 2001-01-26 | 2005-03-22 | Lucent Technologies Inc. | Oxidation-resistant reactive solders and brazes |
| JP2004335996A (ja) * | 2003-04-15 | 2004-11-25 | Ibiden Co Ltd | マスク構造体とその製造方法、および補強用マスクフレーム |
-
1994
- 1994-10-18 JP JP25170994A patent/JP3387655B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08119759A (ja) | 1996-05-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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