JP4738291B2 - Metallized ceramic substrate manufacturing method, aluminum nitride substrate manufacturing method, and aluminum nitride substrate - Google Patents

Metallized ceramic substrate manufacturing method, aluminum nitride substrate manufacturing method, and aluminum nitride substrate Download PDF

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Description

本発明は、窒化アルミニウム基板の表面に配線パターンとなるような金属層が形成されたメタライズドセラミック基板を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a metallized ceramic substrate in which a metal layer that becomes a wiring pattern is formed on the surface of an aluminum nitride substrate.

窒化アルミニウム基板は、高い熱伝導性或いは高い耐熱衝撃性等の優れた特徴を有しており、半導体素子搭載用のサブマウント、パワーモジュール用の基板等、各種電子回路基板材料として広く使用されている。   Aluminum nitride substrates have excellent characteristics such as high thermal conductivity and high thermal shock resistance, and are widely used as various electronic circuit board materials such as submounts for mounting semiconductor devices, substrates for power modules, etc. Yes.

窒化アルミニウム基板を電子回路用基板として使用する場合には、その表面に金属層を形成して電極や回路パターンを形成する必要がある。ところが、窒化アルミニウムには、アルミナに比べて金属に対する接合性が低いという問題があり、窒化アルミニウム基板の表面に高い接合強度で接合した金属層を形成するために様々な工夫が成されている。   When an aluminum nitride substrate is used as an electronic circuit substrate, it is necessary to form a metal layer on the surface to form electrodes and circuit patterns. However, aluminum nitride has a problem that its bonding property to metal is lower than that of alumina, and various devices have been made to form a metal layer bonded to the surface of an aluminum nitride substrate with high bonding strength.

一方、窒化アルミニウム基板の表面を酸化し、得られた酸化膜上に金属層を形成する方法も知られており、特殊な酸化方法で酸化膜を形成した場合には、その上に高い接合強度で接合した金属層を形成することができる(特許文献1参照)。   On the other hand, a method of oxidizing the surface of an aluminum nitride substrate and forming a metal layer on the obtained oxide film is also known. When an oxide film is formed by a special oxidation method, a high bonding strength is formed thereon. The metal layer joined by (1) can be formed.

このような方法で製造された窒化アルミニウム系メタライズ基板を用いて、微細な回路パターンを形成する場合には、充分な広さを有する金属層を形成し、金属層の不要部分(電極や配線とならない部分)を除去方法が一般に採用されている。通常、不要な金属層を除去する方法としては、フォトリソ技術及びイオンミリング法を用いて不要部をエッチングする方法が採用さている。   When forming a fine circuit pattern using an aluminum nitride-based metallized substrate manufactured by such a method, a metal layer having a sufficient area is formed, and unnecessary portions of the metal layer (electrodes and wirings) are formed. In general, a method of removing a portion that does not have to be used is employed. Usually, as a method of removing an unnecessary metal layer, a method of etching an unnecessary portion using a photolithography technique and an ion milling method is employed.

また、微細な金属配線を形成する方法としてイオンミリング法により不要金属を除去する方法が知られおり(特許文献2参照)、効率性の高い配線基板を製造する方法としてメタライズ基板をレーザー加工する方法が知られている(特許文献3参照)。   Also, a method of removing unnecessary metals by ion milling is known as a method for forming fine metal wiring (see Patent Document 2), and a method of laser processing a metallized substrate as a method for manufacturing a highly efficient wiring substrate Is known (see Patent Document 3).

国際公開第WO2005/075382号パンフレットInternational Publication No. WO2005 / 0753382 Pamphlet 特開2003−209415号公報JP 2003-209415 A 特開2006−202840号公報JP 2006-202840 A

特許文献1によれば、該文献に開示されている新しい酸化法で酸化処理した窒化アルミニウム基板は、アルミナのメタライズ方法を適用したメタライズが可能であり、しかも得られたメタライズは、基板とメタライズ層との密着性が高く、ヒートサイクルに対する耐久性も高く、さらにメッキ処理を施しても基板が劣化し難いとされている。   According to Patent Document 1, an aluminum nitride substrate oxidized by a new oxidation method disclosed in the document can be metallized using an alumina metallization method, and the obtained metallization includes a substrate and a metallized layer. It is said that the substrate is hardly deteriorated even if a plating process is applied.

しかしながら、特許文献1記載の方法に従って、窒化アルミニウム基板の表面を酸化し、更に得られた酸化膜上に金属層を形成したメタライズ基板について、フォトリソ技術を用いて不要部をエッチングすることにより微細回路パターンを形成したところ、配線間の絶縁が取れない場合があることが判明した。   However, according to the method described in Patent Document 1, the surface of the aluminum nitride substrate is oxidized, and a metallized substrate in which a metal layer is formed on the obtained oxide film is formed by etching unnecessary portions using a photolithographic technique. As a result of forming the pattern, it has been found that insulation between the wirings may not be obtained.

イオンミリング法やレーザー加工法は、微細回路パターンの形成法として有用な方法であるが、窒化アルミニウム基板上に直接金属層を形成したメタライズ基板にこれら方法を適用した場合には、形成された配線間の絶縁が取れない場合があることが判明した。   The ion milling method and the laser processing method are useful methods for forming a fine circuit pattern. However, when these methods are applied to a metallized substrate in which a metal layer is directly formed on an aluminum nitride substrate, the formed wiring It has been found that there may be cases in which insulation cannot be taken.

そこで、本発明は、第一に、表面に酸化層を有する窒化アルミニウム基板を用いたメタライズ基板であって、イオンミリング法やレーザー加工法を用いて不要部をエッチングして微細回路パターン形成したときに配線間の絶縁が確実にとれるようなメタライズ基板を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention is first a metallized substrate using an aluminum nitride substrate having an oxide layer on the surface, and when an unnecessary portion is etched using an ion milling method or a laser processing method to form a fine circuit pattern. It is another object of the present invention to provide a metallized substrate that can ensure insulation between wirings.

また、本発明は、窒化アルミニウム系メタライズ基板にイオンミリング法やレーザー加工法を適用し、信頼性の高い微細回路を形成する方法を提供することを第二の目的とする。   A second object of the present invention is to provide a method for forming a highly reliable fine circuit by applying an ion milling method or a laser processing method to an aluminum nitride metallized substrate.

本発明者等は、特許文献1に開示されているメタライズ基板において、前記したような問題が発生する原因について検討を行った。その結果、特許文献1に開示されている酸化方法を採用した場合には、酸化膜に幅の大きな分岐のあるクラックが発生することを防止することはできるものの、クラック自体の発生を完全に抑制することはできず、そのクラックの隙間に入り込んだ金属が通常のエッチングでは除去できない場合があり、その残さ金属によって配線間が電気的に接合してしまうのが原因であることを突き止めた。   The present inventors have examined the cause of the above-described problem in the metallized substrate disclosed in Patent Document 1. As a result, when the oxidation method disclosed in Patent Document 1 is adopted, it is possible to prevent the occurrence of cracks with a wide branch in the oxide film, but the generation of cracks is completely suppressed. It has been found that the metal that has entered the gap between the cracks cannot be removed by ordinary etching, and the wiring is electrically joined by the remaining metal.

また、後者の問題の原因について検討を行ったところ、窒化アルミニウム基板上に直接金属層を形成したメタライズ基板にイオンミリング法やレーザー加工法を適用しときには、特開平2003−218518号公報の0008段落に記載されているように、レーザー加工を施した場合には、窒化アルミニウムの窒素原子が脱離して金属Alが形成されることがあり、それによって絶縁が破壊されることが原因であることが判明した。   Further, when the cause of the latter problem was examined, when an ion milling method or a laser processing method is applied to a metallized substrate in which a metal layer is directly formed on an aluminum nitride substrate, paragraph 0008 of JP-A-2003-218518 is disclosed. As described in the above, when laser processing is performed, nitrogen atoms of aluminum nitride may be detached and metal Al may be formed, which may be caused by breakdown of insulation. found.

本発明者等は、アルミニウム原子に陰性の原子がより強固に結合している酸化アルミニウムではイオンミリング法やレーザー加工法を適用しても金属Alは形成されないのではないかと考え、窒化アルミニウムの表面に、金属が入り込むようなクラックが存在しない酸化膜を形成することができれば、上記2つの問題は一挙に解決できると考え、そのような酸化膜の形成方法について検討を行った。   The present inventors consider that aluminum oxide in which negative atoms are more firmly bonded to aluminum atoms does not form metal Al even when an ion milling method or a laser processing method is applied, and the surface of aluminum nitride In addition, if it is possible to form an oxide film that does not have cracks in which metal enters, the above two problems can be solved at once, and a method for forming such an oxide film was studied.

その結果、窒化アルミニウム基板を酸化処理するに際し、加熱処理前に窒化アルミニウム基板を導入した炉内を真空脱気処理してから不活性ガスを導入した雰囲気中で加熱し、酸化温度に達してからも同雰囲気中で保持し続けた場合にも不活性ガス中に含まれる極微量の酸化性ガスによって窒化アルミニウム基板の酸化が進行すること、及びこのようにして表面酸化処理した基板を用いてメタライズ基板を形成した場合には、前記したような問題が起こらないという知見を得るに到った。   As a result, when oxidizing the aluminum nitride substrate, the inside of the furnace in which the aluminum nitride substrate was introduced before the heat treatment was vacuum degassed and heated in an atmosphere introduced with an inert gas, and after reaching the oxidation temperature However, even if the substrate is kept in the same atmosphere, the oxidation of the aluminum nitride substrate proceeds with a trace amount of oxidizing gas contained in the inert gas, and metallization is performed using the substrate thus surface-oxidized. In the case of forming a substrate, the inventors have obtained knowledge that the above-described problems do not occur.

本発明は、このような知見に基づき成されたメタライズドセラミック基板の製造方法であり、200℃以上に昇温してから、1100℃未満に降温するまでの間の雰囲気中の露点を−50℃以下とし、かつ酸素分圧が10−4気圧以下である雰囲気中で窒化アルミニウム基板の表面を1100〜1700℃で5時間以上酸化することにより表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板を得る工程、及び該工程で得られた基板の酸化アルミニウム層上に金属からなる配線パターンを形成する工程を含むことを特徴とする。 The present invention is a method for producing a metallized ceramic substrate based on such knowledge, and the dew point in the atmosphere from when the temperature is raised to 200 ° C. or higher until the temperature is lowered to less than 1100 ° C. is −50 ° C. And obtaining an aluminum nitride substrate having an aluminum oxide layer on the surface by oxidizing the surface of the aluminum nitride substrate at 1100 to 1700 ° C. for 5 hours or more in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 10 −4 atm or less, And a step of forming a wiring pattern made of metal on the aluminum oxide layer of the substrate obtained in this step.

上記本発明のメタライズドセラミック基板の製造方法における前段の工程は、表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板を製造する方法としても新規なものであり、該方法によって得られる表面酸化窒化アルミニウム基板も、前記特許文献1に開示されている方法で得られる表面酸化窒化アルミニウム基板と比べて、酸化層に含まれる空隙の数が多く、しかも口径が大きい空隙の割合が高い。より具体的には、酸化アルミニウム層に存在する複数の空隙のうち口径が円相当径で0.25μm以上である空隙の全空隙数に占める割合が5%以上で且つ空隙を含む該酸化アルミニウム層の面積に対する全空隙の総面積が占める割合が7〜30%であるという特徴を有する新規なものである。   The preceding step in the method for producing a metallized ceramic substrate of the present invention is also a novel method for producing an aluminum nitride substrate having an aluminum oxide layer on the surface, and a surface aluminum oxynitride substrate obtained by the method is also provided. Compared to the surface aluminum oxynitride substrate obtained by the method disclosed in Patent Document 1, the number of voids contained in the oxide layer is large, and the proportion of voids having a large aperture is high. More specifically, among the plurality of voids existing in the aluminum oxide layer, the proportion of the voids having a diameter equivalent to a circle of 0.25 μm or more in the total number of voids is 5% or more and includes the voids. The ratio that the total area of all the voids occupies with respect to the area is 7 to 30%.

即ち、第二の本発明は、窒化アルミニウム基板の表面を酸化することにより表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板を製造する方法において、前記酸化を、200℃以上に昇温してから、1100℃未満に降温するまでの間の雰囲気中の露点を−50℃以下とし、かつ酸素分圧が10−4気圧以下である雰囲気中で1100〜1700℃で5時間以上加熱することにより行うことを特徴とする方法であり、第三の本発明は、該方法で製造される表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板である。



That is, according to the second aspect of the present invention, in the method for producing an aluminum nitride substrate having an aluminum oxide layer on the surface thereof by oxidizing the surface of the aluminum nitride substrate, the oxidation is performed at a temperature of 200 ° C. or higher, and then 1100 It is carried out by heating at 1100 to 1700 ° C. for 5 hours or more in an atmosphere where the dew point in the atmosphere until the temperature falls below -50 ° C. is -50 ° C. or lower and the oxygen partial pressure is 10 −4 atm or lower. A third feature of the present invention is an aluminum nitride substrate having an aluminum oxide layer on the surface produced by the method.



本発明の方法によれば、前記特許文献1に開示されている窒化アルミニウム系のメタライズ基板の優れた特徴を保持し、且つ、金属層(メタライズ層)の不要部をエッチングすることにより微細回路パターンを形成しても配線間の絶縁が良好に保たれた窒化アルミニウム系メタライズ基板を製造することができる。また、不要な金属層の除去方法としてイオンミリング法やレーザー加工法を適用しても下地セラミックスの金属化が起こらないので、これら方法を採用して、より微細なパターン形成を行うこともできる。   According to the method of the present invention, the fine circuit pattern is maintained by maintaining the excellent characteristics of the aluminum nitride-based metallized substrate disclosed in Patent Document 1 and etching an unnecessary portion of the metal layer (metallized layer). Even if formed, an aluminum nitride metallized substrate in which the insulation between the wirings is kept good can be manufactured. Moreover, even if an ion milling method or a laser processing method is applied as a method for removing an unnecessary metal layer, metallization of the underlying ceramic does not occur. Therefore, these methods can be employed to form a finer pattern.

このような優れた効果が得られる機構の詳細は不明であるが、本発明の方法で得られる表面酸化窒化アルミニウム基板について、その酸化層について分析を行ったところ、該酸化層には多くの空隙が存在し、しかも口径が大きい空隙の割合が高かったことから、上記機構は次のようなものであると推定している。すなわち、本発明の方法では窒化アルミニウム基板を極低濃度の酸素中で非常にゆっくり酸化するために上記したような特徴を有する空隙が形成され、酸化膜形成時或いは冷却時における応力(形成されたアルミナと窒化アルミニウムの格子定数の違いに起因して発生する)を空隙が吸収又は分散する(緩和する)ために、クラックの発生が大幅に抑制されるとともに、クラックが発生してもその隙間が非常に狭くなるため、メタライズにおいて金属がクラックの隙間に入り込むことがなくなるためであると推定している。ちなみに前記特許文献1に開示されている表面に酸化層を有する窒化アルミニウム基板の表面のクラック幅は100nmを下回ることがないのに対し、本発明の方法によれば酸化膜厚が5μmまでは0〜50nm程度であり、酸化膜厚が10μmの場合でも100nm程度である。   Although the details of the mechanism for obtaining such an excellent effect are unknown, the surface of the surface aluminum oxynitride substrate obtained by the method of the present invention was analyzed for the oxidized layer. In addition, since the ratio of voids having a large aperture is high, the mechanism is estimated to be as follows. That is, in the method of the present invention, a void having the above-described characteristics is formed in order to oxidize an aluminum nitride substrate very slowly in oxygen at a very low concentration, and stress (formed during oxide film formation or cooling) is formed. The voids absorb or disperse (relax) that occurs due to the difference in the lattice constant between alumina and aluminum nitride), so that the generation of cracks is greatly suppressed, and even if cracks occur, the gaps remain. It is estimated that this is because the metal is not so narrow that the metal does not enter the gap between the cracks. Incidentally, the crack width of the surface of the aluminum nitride substrate having an oxide layer on the surface disclosed in Patent Document 1 does not fall below 100 nm, whereas according to the method of the present invention, the thickness of the oxide film is up to 5 μm. Even when the oxide film thickness is 10 μm, it is about 100 nm.

本発明の製造方法で使用する窒化アルミニウム基板は、単結晶或いは多結晶等の結晶性のもの、アモルファス、又は結晶相とアモルファス層が混在するもの、さらには焼結助剤および必要に応じて他の添加剤を添加して窒化アルミニウム基板粉末を焼結した焼結体等が使用できる。また、その形状や大きさ等も特に限定されず、板状や異形等の任意の形状に加工された形成体が使用できる。   The aluminum nitride substrate used in the production method of the present invention may be a single crystalline or polycrystalline crystalline material, amorphous, or a mixture of a crystalline phase and an amorphous layer, and a sintering aid and other materials as necessary. A sintered body obtained by sintering the aluminum nitride substrate powder by adding the above additives can be used. Further, the shape and size thereof are not particularly limited, and a formed body processed into an arbitrary shape such as a plate shape or an irregular shape can be used.

たとえば、窒化アルミニウム粉末にイットリア、カルシア、硝酸カルシウム及び炭酸バリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤を添加して定法により所定の形状に成形した後に焼結したもの及びこれを更に加工したものが好適に使用できる。   For example, at least one additive selected from the group consisting of yttria, calcia, calcium nitrate, and barium carbonate is added to aluminum nitride powder, and it is molded into a predetermined shape by a conventional method and then sintered. A thing can be used conveniently.

本発明の製造方法においては、まず窒化アルミニウム基板の表面を酸素分圧が10−4気圧以下の雰囲気中で酸化する。窒化アルミニウムの酸化開始温度は図1に示されるように1100℃であるから、当該温度以上では雰囲気中の酸素分圧を10−4気圧以下とする必要がある。 In the production method of the present invention, the surface of the aluminum nitride substrate is first oxidized in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 10 −4 atm or less. Since the oxidation start temperature of aluminum nitride is 1100 ° C. as shown in FIG. 1, the oxygen partial pressure in the atmosphere needs to be 10 −4 atm or less above the temperature.

不活性ガス中の酸素分圧は、酸化層の形成速度に影響を与え、一般に酸素濃度が高いほど酸化層の形成速度は速くなる。しかしながら、酸化に際して雰囲気中の酸素分圧が10−4気圧よりも高い場合には、本発明のような効果は得られない。即ち、酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウムセラミックス上に金属からなる配線パターンを形成する場合において、該工程で被覆された金属膜の一部をイオンミリング法やレーザー加工法によって除去した場合、窒化アルミニウムの窒素原子が脱離して金属Alが形成されることがあり、それによって絶縁が破壊されるという問題がある。なお、酸素分圧が10−4気圧は酸素含有量が100vol ppmの窒素ガスを大気圧で使用した場合がこれに相当する。 The partial pressure of oxygen in the inert gas affects the formation rate of the oxide layer. In general, the higher the oxygen concentration, the faster the formation rate of the oxide layer. However, when the oxygen partial pressure in the atmosphere is higher than 10 −4 atm during oxidation, the effect of the present invention cannot be obtained. That is, in the case of forming a wiring pattern made of metal on an aluminum nitride ceramic having an aluminum oxide layer, when a part of the metal film coated in the step is removed by an ion milling method or a laser processing method, There is a problem that nitrogen atoms may be eliminated and metal Al may be formed, thereby breaking the insulation. The oxygen partial pressure of 10 −4 atm corresponds to the case where nitrogen gas having an oxygen content of 100 vol ppm is used at atmospheric pressure.

酸化に際して雰囲気中の酸素分圧は、好ましくは10−5気圧以下である。一方、酸素分圧は10−25気圧以上であることが好ましく、10−10気圧以上であることがより好ましい。窒化アルミニウムとその酸化物である酸化アルミニウムとの反応が平衡に達するときの酸素分圧は極めて小さく、例えば1300Kでは10−25気圧であるため、これ以上高い酸素分圧下においては窒化アルミニウムの酸化反応が支配的となる。通常、市販の不活性ガス中には高純度乃至超高純度のものでも0.1〜数ppm程度の酸素が含まれており、窒化アルミニウムの酸化用ガスとして十分に機能する。 The oxygen partial pressure in the atmosphere during the oxidation is preferably 10 −5 atm or less. On the other hand, the oxygen partial pressure is preferably 10 −25 atm or more, and more preferably 10 −10 atm or more. Oxygen partial pressure when the reaction of the aluminum nitride and aluminum oxide is the oxide has reached equilibrium is extremely small, for example because it is 1300K in 10 -25 atm, the oxidation reaction of aluminum nitride in more high oxygen partial pressure Becomes dominant. In general, a commercially available inert gas contains oxygen of about 0.1 to several ppm even if it has a high purity or an ultrahigh purity, and functions sufficiently as an oxidizing gas for aluminum nitride.

酸素分圧を上記範囲にする方法は特に制限されないが、一般的には、窒素、アルゴン等の純度99.995%以上の市販のボンベ入り不活性ガス等を用いればよい。酸素分圧をより厳密に制御するためには、99.999%以上、より好ましくは99.9999%以上、最も好ましくは99.99995%以上の高純度不活性ガスを用いる。このような高純度不活性ガスに、必要に応じて所望の酸素分圧となるように酸素ガスを混合すればよい。   The method for setting the oxygen partial pressure in the above range is not particularly limited, but generally, a commercially available cylinder-containing inert gas having a purity of 99.995% or more such as nitrogen or argon may be used. In order to more precisely control the oxygen partial pressure, a high-purity inert gas of 99.999% or more, more preferably 99.9999% or more, and most preferably 99.99995% or more is used. What is necessary is just to mix oxygen gas so that it may become a desired oxygen partial pressure with such a high purity inert gas.

さらに必要に応じて、一酸化炭素ガスや二酸化炭素ガス、あるいはこれらのガスと窒素との混合ガスと窒化アルミニウム基板との化学平衡を利用して極低酸素分圧雰囲気を作り出すことも可能である。但し、一酸化炭素ガスや二酸化炭素ガスの市販品は不純物として酸素ガスを比較的多く含むため、酸素分圧が高すぎる場合には酸素捕集剤を用いて被処理物に達する前にガス中の酸素を十分に取り除く必要がある。酸素捕集材としてはグラファイトやチタンスポンジなど活性の高い還元剤を用いることができる。また真空ポンプなどを用いて炉内の酸素分圧を制御してもよい。   Furthermore, if necessary, it is possible to create an extremely low oxygen partial pressure atmosphere by utilizing the chemical equilibrium between carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, or a mixed gas of these gases and nitrogen and an aluminum nitride substrate. . However, since commercial products of carbon monoxide gas and carbon dioxide gas contain a relatively large amount of oxygen gas as an impurity, if the oxygen partial pressure is too high, the gas will not reach the object to be processed using an oxygen scavenger. It is necessary to remove enough oxygen. As the oxygen scavenger, a highly active reducing agent such as graphite or titanium sponge can be used. Moreover, you may control the oxygen partial pressure in a furnace using a vacuum pump.

酸化温度は、1100℃以上であれば特に制限されないが、酸化層の厚さを適切に制御するために酸化開始温度より600℃高い温度以下(即ち、1100〜1700℃)とするのが好適である。好ましくは1150〜1500℃、特に1200〜1400℃である。   The oxidation temperature is not particularly limited as long as it is 1100 ° C. or higher. However, in order to appropriately control the thickness of the oxide layer, it is preferable to set the temperature to 600 ° C. or lower (that is, 1100 to 1700 ° C.) higher than the oxidation start temperature. is there. Preferably it is 1150-1500 degreeC, Especially 1200-1400 degreeC.

また本発明においては、酸化時間は5時間以上必要である。本発明の製造方法では、酸素分圧が低いため空気中での酸化等に比して酸化速度が遅い。そのため短時間の酸化では必要な酸化膜厚が得られない。酸化温度及び、得ようとする酸化層の厚さ(後述する)に応じて適宜決定できるが、好適な酸化時間は10〜500時間であり、より好適には30〜200時間である。   In the present invention, the oxidation time must be 5 hours or more. In the production method of the present invention, since the oxygen partial pressure is low, the oxidation rate is slower than oxidation in air. Therefore, the required oxide film thickness cannot be obtained by short-time oxidation. Although it can determine suitably according to oxidation temperature and the thickness (it mentions later) of the oxidation layer to obtain, suitable oxidation time is 10 to 500 hours, More preferably, it is 30 to 200 hours.

上記酸化温度に昇温するまでの雰囲気、及び昇温速度等の条件は特に限定されるものではないが、より良質な酸化層を得るためには、好ましくは1000℃よりも高い温度、さらに好ましくは800℃よりも高い温度では、雰囲気中の酸素分圧を10−4気圧(より好ましくは10−5気圧)以下とする。 Conditions such as the atmosphere until the temperature is raised to the oxidation temperature and the rate of temperature rise are not particularly limited, but in order to obtain a better quality oxide layer, the temperature is preferably higher than 1000 ° C., more preferably At a temperature higher than 800 ° C., the oxygen partial pressure in the atmosphere is set to 10 −4 atm (more preferably 10 −5 atm) or less.

さらに、窒化アルミニウム基板の温度が200℃以上、より好ましくは100℃以上になってから、800℃に到達するまでも酸素分圧を低く保つことが好ましい。これは昇温時の雰囲気を大気等の酸素分圧が高い雰囲気とした場合には、昇温加熱時に被処理窒化アルミニウム基板中に酸素が固溶してしまい、酸化反応時に比較的幅が広く枝分かれの多いクラックが数多く発生する可能性が高いためである。   Furthermore, it is preferable to keep the oxygen partial pressure low until the temperature reaches 800 ° C. after the temperature of the aluminum nitride substrate reaches 200 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher. This is because when the atmosphere at the time of temperature rise is an atmosphere having a high oxygen partial pressure such as air, oxygen is dissolved in the aluminum nitride substrate to be treated at the time of temperature rise and heating, and the width is relatively wide during the oxidation reaction. This is because there is a high possibility that a lot of cracks with many branches will occur.

100℃(又は200℃)〜800℃の範囲における酸素分圧は、10−2気圧以下であることが好ましく、10−4気圧以下であることがより好ましく、10−5気圧以下であることが特に好ましい。 The oxygen partial pressure in the range of 100 ° C. (or 200 ° C.) to 800 ° C. is preferably 10 −2 atm or less, more preferably 10 −4 atm or less, and preferably 10 −5 atm or less. Particularly preferred.

また、雰囲気制御の容易さという点から、酸化を行う炉内に被処理対象の窒化アルミニウム基板を導入した後、200℃(好ましくは100℃)に到達する前に炉内の酸素分圧を10−4気圧以下、より好ましくは10−5気圧以下とし、その後、降温工程において酸化温度(1100℃)未満に到達するまでは当該酸素分圧を保持するのが好適である。 Further, from the viewpoint of easy atmosphere control, the oxygen partial pressure in the furnace is set to 10 before reaching 200 ° C. (preferably 100 ° C.) after introducing the aluminum nitride substrate to be processed into the furnace for oxidation. It is preferable that the oxygen partial pressure is −4 atm or less, more preferably 10 −5 atm or less, and then the oxygen partial pressure is maintained until the temperature falls below the oxidation temperature (1100 ° C.) in the temperature lowering step.

なお本発明の製造方法において、酸化中、即ち、基板温度が1100℃以上となっている間は常に酸素分圧が前記範囲下にあることが好ましいが、一時的には10−4気圧以上となる場合があってもよい。基板温度が1100℃以上となっている時間のうち、80%以上が前記範囲下であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましく、100%であることが最も好ましい。 Note In the production method of the present invention, during the oxidation, i.e., it is preferable to always oxygen partial pressure is under the range while the substrate temperature is in the 1100 ° C. or more, temporarily 10 -4 atm or more and It may be. Of the time when the substrate temperature is 1100 ° C. or more, 80% or more is preferably within the above range, more preferably 90% or more, further preferably 95% or more, and 100%. Most preferably it is.

また水分(水蒸気)は酸化に大きく関与するため、本発明の製造方法は、200℃以上(好ましくは100℃以上)に昇温してから、1100℃未満に降温するまでの間は露点が−50℃以下、好ましくは−60℃以下、さらには−65℃以下、特に−70℃以下に管理された雰囲気中で行うことが望ましい。   In addition, since water (water vapor) is greatly involved in oxidation, the production method of the present invention has a dew point of −200 ° C. or higher (preferably 100 ° C. or higher) until the temperature drops below 1100 ° C. It is desirable to carry out in an atmosphere controlled at 50 ° C. or lower, preferably −60 ° C. or lower, more preferably −65 ° C. or lower, particularly −70 ° C. or lower.

酸化温度よりも低い温度での雰囲気制御も、酸化温度における雰囲気制御と同様に行うことができる。なお、酸化を行う炉内の初期の酸素を確実に除去し、酸化時の酸素分圧を10−4気圧以下とするために、窒化アルミニウム基板を炉内に導入した後、炉内を真空脱気し、前述のような不活性ガスで置換することが望ましい。当該真空脱気と不活性ガス置換は複数回行うことがより好ましい。真空脱気時の減圧度は特に限定されないが、炉内の圧力を100Pa以下、特に20Pa以下とするのが好適であり、1Pa以下とするのが最も好ましい。 The atmosphere control at a temperature lower than the oxidation temperature can be performed in the same manner as the atmosphere control at the oxidation temperature. In addition, in order to reliably remove the initial oxygen in the furnace where the oxidation is performed and to reduce the oxygen partial pressure during the oxidation to 10 −4 atm or less, the aluminum nitride substrate is introduced into the furnace, and then the inside of the furnace is evacuated. It is desirable to replace it with an inert gas as described above. The vacuum degassing and inert gas replacement are more preferably performed a plurality of times. The degree of pressure reduction during vacuum degassing is not particularly limited, but the pressure in the furnace is preferably 100 Pa or less, particularly 20 Pa or less, and most preferably 1 Pa or less.

酸化に際しての昇降温速度は特に限定されず、実用的に制御可能な昇温速度の範囲、例えば10〜80℃/分、好ましくは30〜50℃/分で昇温すればよい。なお、当該昇温速度を極めて速い速度、例えば80℃/分以上とすれば、窒化アルミニウム基板中に酸素が固溶する割合が低く、よって、800℃までの昇温に際して酸素分圧等を低く制御する必要性を低下させることができる。   The temperature increasing / decreasing rate at the time of oxidation is not particularly limited, and the temperature may be increased within a practically controllable temperature rising rate range, for example, 10 to 80 ° C./min, preferably 30 to 50 ° C./min. Note that if the temperature rising rate is set to an extremely high rate, for example, 80 ° C./min or more, the proportion of oxygen dissolved in the aluminum nitride substrate is low. The need for control can be reduced.

一方、降温に際しては、酸化処理された窒化アルミニウム基板にできるだけ熱衝撃を与えないよう3℃/分以下、好ましくは1℃/分以下、より好ましくは0.5℃/分以下の速さで冷却するのがよい。   On the other hand, when the temperature is lowered, cooling is performed at a rate of 3 ° C./min or less, preferably 1 ° C./min or less, more preferably 0.5 ° C./min or less so as not to give a thermal shock to the oxidized aluminum nitride substrate as much as possible. It is good to do.

このようにして得られた表面酸化された窒化アルミニウム基板は、その表面の酸化層として酸化アルミニウム(アルミナ)層を有する。当該酸化層の厚さは、イオンミリング法又はレーザー加工法によって配線パターンを形成する際に窒化アルミニウムの導体化を防止するという観点から3μm以上であることが好ましい。他方、当該酸化層の厚さが厚すぎる場合、窒化アルミニウムと酸化アルミニウムとの熱膨張係数の差に由来すると推定される比較的幅が広く枝分かれの多いクラックが発生しやすく、密着性が低下する場合がある。このため、本発明の製造方法で形成する酸化アルミニウム層の厚さは15μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましい。形成される酸化層の厚さは、酸化条件に依存し、高温で酸化するほど、また長時間酸化するほど厚くなる。   The surface-oxidized aluminum nitride substrate thus obtained has an aluminum oxide (alumina) layer as an oxide layer on the surface. The thickness of the oxide layer is preferably 3 μm or more from the viewpoint of preventing aluminum nitride from becoming a conductor when forming a wiring pattern by an ion milling method or a laser processing method. On the other hand, if the thickness of the oxide layer is too thick, cracks that are relatively wide and have many branches that are presumed to be derived from the difference in thermal expansion coefficient between aluminum nitride and aluminum oxide are likely to occur, resulting in a decrease in adhesion. There is a case. For this reason, the thickness of the aluminum oxide layer formed by the production method of the present invention is preferably 15 μm or less, and more preferably 10 μm or less. The thickness of the oxide layer to be formed depends on the oxidation conditions, and becomes thicker as it is oxidized at a higher temperature or for a longer time.

また本発明者らの検討によれば、上記の如き方法で形成した酸化層は、空隙を有する特定の構造を有することが明らかとなった。即ち、後述する実施例に記載の方法で測定・解析を行うと、酸化層中における空隙部の割合が7〜30%であり、また当該空隙に占める円相当径で0.25μm以上の空隙が面積で5%以上存在するという特徴を有する。   Further, according to the study by the present inventors, it has been clarified that the oxide layer formed by the method as described above has a specific structure having voids. That is, when the measurement / analysis is performed by the method described in Examples described later, the ratio of the void portion in the oxide layer is 7 to 30%, and the void equivalent to the circle equivalent diameter in the void is 0.25 μm or more. It has a feature that it is present in an area of 5% or more.

酸化層の密着性等を考慮すると、酸化層中における空隙部の占める面積の割合が7〜20%、円相当径で0.25μm以上の空隙が全空隙数の5〜25%であることが好ましい。さらに円相当径で0.3μm以上の空隙が全空隙数の2%以上であることが好ましい。   Considering the adhesion of the oxide layer, the ratio of the area occupied by the voids in the oxide layer is 7 to 20%, and the voids with an equivalent circle diameter of 0.25 μm or more are 5 to 25% of the total number of voids. preferable. Furthermore, it is preferable that the voids having an equivalent circle diameter of 0.3 μm or more are 2% or more of the total number of voids.

従来の方法で酸化処理した厚さ0.1〜10μmの酸化層を有する窒化アルミニウム基板からなる電子回路用基板は、その表面に金属層を形成したときに金属層の密着強度が高い。しかしながら通常は酸化層の厚みが3μmを超えるあたりから密着強度が低下し始め、5μm以上にもなると初期強度の半分程度まで強度が低下する。ところが上記の本発明の製造方法で得られる酸化層を有する窒化アルミニウム基板は酸化層の厚みが3μm以上となっても実用十分な密着強度を維持しており、それ以上の厚みになっても急激に密着強度が低下することがない。   An electronic circuit substrate made of an aluminum nitride substrate having an oxide layer with a thickness of 0.1 to 10 μm oxidized by a conventional method has high adhesion strength of the metal layer when the metal layer is formed on the surface thereof. However, usually, the adhesion strength starts to decrease when the thickness of the oxide layer exceeds 3 μm, and when the thickness exceeds 5 μm, the strength decreases to about half of the initial strength. However, the aluminum nitride substrate having an oxide layer obtained by the above-described production method of the present invention maintains practically sufficient adhesion strength even when the thickness of the oxide layer is 3 μm or more. The adhesion strength does not decrease.

従って、上記の方法で製造された表面酸化された窒化アルミニウム基板上に金属配線パターンを形成すれば、基板とメタライズ層との密着性が高く、ヒートサイクルに対する耐久性も高く、さらにメッキ処理を施しても基板が劣化し難く、さらに微細回路パターンを形成しても配線間の絶縁を良好に保ちやすい(歩留まりの良い)メタライズドセラミック基板を製造することができる。   Therefore, if the metal wiring pattern is formed on the surface-oxidized aluminum nitride substrate manufactured by the above method, the adhesion between the substrate and the metallized layer is high, the durability against heat cycle is high, and the plating process is further performed. However, it is possible to manufacture a metallized ceramic substrate in which the substrate is not easily deteriorated, and even if a fine circuit pattern is formed, it is easy to maintain good insulation between wires (good yield).

表面酸化された窒化アルミニウム基板状に金属配線パターンを形成する方法は、公知の方法を適宜採用すればよく、例えば、基板上の全面を金属膜で被覆し、該被覆された金属膜の一部をイオンミリング法又はレーザー加工法により除去する工程が好適に採用できる。   As a method of forming a metal wiring pattern on a surface-oxidized aluminum nitride substrate, a known method may be employed as appropriate. For example, the entire surface of the substrate is coated with a metal film, and a part of the coated metal film is formed. A step of removing by an ion milling method or a laser processing method can be suitably employed.

被覆に用いる金属は、所望に応じて適宜選択すればよく、銅、アルミニウム、金、銀、白金、チタン、タングステン、ニッケル、モリブデン、パラジウム等、或いはこれらの合金により被覆できる。   The metal used for coating may be appropriately selected as desired, and can be coated with copper, aluminum, gold, silver, platinum, titanium, tungsten, nickel, molybdenum, palladium, or an alloy thereof.

金属膜で被覆する方法も特に限定されるものではなく、公知の方法が採用でき、例えば、厚膜法、ポストファイヤー法、電気メッキ、無電解メッキ、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、CVD法、金属板の直接接合等により金属被覆できる。   The method of coating with a metal film is not particularly limited, and a known method can be adopted, for example, a thick film method, a post-fire method, electroplating, electroless plating, vapor deposition, sputtering, ion plating, CVD method, Metal coating is possible by direct bonding of metal plates.

例えば銅の導体ペーストをスクリーン印刷し、焼き付けた後、ニッケル及び金メッキにより被覆した回路基板はパワーモジュール用基板や半導体素子搭載用のサブマンウントとして用いられる。   For example, a circuit board coated with nickel and gold after screen printing and baking of copper conductor paste is used as a power module substrate or a submount for mounting semiconductor elements.

金属被覆厚さも特に限定されず、通常は0.1〜100μm程度である。   The metal coating thickness is not particularly limited, and is usually about 0.1 to 100 μm.

基板の全面に形成された金属被覆に所望の配線パターンを形成するには、例えば、スパッタリングにより金属層を形成した基板上にレジストを塗布し、所定のパターンで露光後に現像を行い、アルゴンイオンビーム照射によって該露光部の金属を除去(イオンミリング)する、或いは金属層に所定のパターンでYAGレーザーやエキシマーレーザーなど特定波長のレーザーを照射して金属層を除去(レーザー加工)すればよい。   In order to form a desired wiring pattern on the metal coating formed on the entire surface of the substrate, for example, a resist is applied on the substrate on which the metal layer has been formed by sputtering, development is performed after exposure with a predetermined pattern, and an argon ion beam is formed. The metal in the exposed portion may be removed by irradiation (ion milling), or the metal layer may be removed (laser processing) by irradiating the metal layer with a specific wavelength laser such as a YAG laser or excimer laser.

上記のようして製造されたメタライズドセラミックス基板は、金属配線パターンの密着性などの種々の性能に優れ、また、微細回路パターンを形成しても配線間の絶縁を良好に保ちやすいため、工業的に優れたメタライズドセラミックス基板である。   The metallized ceramic substrate manufactured as described above is excellent in various performances such as adhesion of metal wiring patterns, and it is easy to maintain good insulation between wirings even if a fine circuit pattern is formed. It is an excellent metallized ceramic substrate.

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

実施例1
長さ50.8mm、幅50.8mm、厚さ0.635mmの板状で、表面粗さRaが0.2μm以下である窒化アルミニウム基板(株式会社トクヤマ製SH30)を内径120mm、長さ1000mmのムライトセラミックスを炉心管とする高温雰囲気炉(株式会社東海高熱工業製小型高温雰囲気炉)内に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて0.1Pa以下に減圧した後、窒素ガス(純度99.99998%、露点−80℃、酸素含有量0.3vol ppm)で大気圧まで復圧置換し、流速0.5(l/分)の窒素流通下で1350℃まで昇温した(昇温速度:3.3℃/分)。基板付近温度が1350℃に達してから、そのまま75時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した(酸素分圧:10−7気圧)。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して3℃/分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
Example 1
An aluminum nitride substrate (SH30 manufactured by Tokuyama Corporation) having a plate shape of 50.8 mm in length, 50.8 mm in width, and 0.635 mm in thickness and having a surface roughness Ra of 0.2 μm or less has an inner diameter of 120 mm and a length of 1000 mm. After introducing into a high-temperature atmosphere furnace (small high-temperature atmosphere furnace manufactured by Tokai High Heat Industry Co., Ltd.) using mullite ceramics as the furnace tube, the inside of the furnace was depressurized to 0.1 Pa or less with a rotary vacuum pump, and then nitrogen gas (purity 99.99). The pressure was replaced to atmospheric pressure at 99998%, dew point −80 ° C., oxygen content 0.3 vol ppm), and the temperature was raised to 1350 ° C. under a nitrogen flow rate of 0.5 (l / min) (heating rate: 3.3 ° C./min). After the temperature in the vicinity of the substrate reached 1350 ° C., the surface of the aluminum nitride substrate was oxidized as it was for 75 hours (oxygen partial pressure: 10 −7 atm). Even after completion of the holding, the atmosphere was maintained as it was, and cooled to room temperature at a cooling rate of 3 ° C./min to obtain the surface aluminum oxynitride material of the present invention.

得られた表面酸化窒化アルミニウム素材(試料)について、X線回折(XRD)、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて分析を行った。各種分析の詳細を以下に示す。   The obtained surface aluminum oxynitride material (sample) was analyzed using X-ray diffraction (XRD) and a scanning electron microscope (SEM). Details of the various analyzes are shown below.

〔XRDによる反応生成物の同定〕
該試料についてX線回折装置(理学電機株式会社製X線回折装置RINT1200)を用いてXRD測定を行ったところ、その回折パターンから該試料の酸化物層はα−アルミナであることが確認された。なお測定は、入射X線Cu−Kα線、管電圧40kV、管電流40mA、受光スリット0.15mm、モノクロ受光スリット0.60mmで行った。
[Identification of reaction product by XRD]
When XRD measurement was performed on the sample using an X-ray diffractometer (X-ray diffractometer RINT1200 manufactured by Rigaku Corporation), the diffraction pattern confirmed that the oxide layer of the sample was α-alumina. . The measurement was performed with incident X-ray Cu—Kα ray, tube voltage 40 kV, tube current 40 mA, light receiving slit 0.15 mm, and monochrome light receiving slit 0.60 mm.

〔SEMによる表面および断面観察〕
該試料をダイヤモンドカッターにて5mm×5mmに切断した後、酸化面を上にして観察用試料台にカーボンテープを用いて固定した。これをイオンスパッタリング装置(日本電子株式会社製マグネトロンスパッタリング装置JUC−5000)を用いてPtコーティングし、FE−SEM(日本電子株式会社製フィールドエミッション走査電子顕微鏡JSM−6400)にて該試料表面の観察を行った。観察は加速電圧15kV、プローブ電流5×10−11A、エミッション電流8μA、倍率10,000倍で行い、任意の視野を観察し、同箇所を写真撮影した。典型的な写真を図2に、そのイラストを図3に示す。図3に示すように、酸化層の表面には下地の表面状態を反映した状態で酸化アルミニウムの結晶が成長しており、細長いクラックがいくつか観察された。図3より、クラックの溝を最短で結ぶ線の長さを測定し、これをクラック幅として30点の平均を求め、同様にして全5視野のクラックの総平均を求めたところ15nmであった。また、試料の破断面のSEM観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で3.4μmであった。任意の視野を10箇所観察し、同箇所を写真撮影した。断面の典型的な写真を図4に、そのイラストを図5に示す。酸化層中には図5、図6に示すような様々な形状の空隙が無数に観察された。これらの断面写真について画像解析を行ったところ、空隙の面積の合計が酸化層に占める割合は10.1%であった。また、空隙の円相当径が0.2μm、0.25μm、0.3μmより大きい空隙の数が空隙全体に占める割合はそれぞれ11%、5%、2%であった。
[SEM and surface observation by SEM]
The sample was cut into 5 mm × 5 mm with a diamond cutter, and then fixed on the observation sample stage with carbon tape with the oxidized surface facing up. This was coated with Pt using an ion sputtering apparatus (magnetron sputtering apparatus JUC-5000 manufactured by JEOL Ltd.), and the surface of the sample was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope JSM-6400 manufactured by JEOL Ltd.). Went. Observation was carried out at an acceleration voltage of 15 kV, a probe current of 5 × 10 −11 A, an emission current of 8 μA, and a magnification of 10,000 times, and an arbitrary field of view was observed, and the same part was photographed. A typical photograph is shown in FIG. 2, and its illustration is shown in FIG. As shown in FIG. 3, aluminum oxide crystals grew on the surface of the oxide layer in a state reflecting the surface state of the base, and some elongated cracks were observed. From FIG. 3, the length of the line connecting the crack grooves in the shortest length was measured, and the average of 30 points was obtained using this as the crack width. . Moreover, when the thickness of the oxide layer was calculated | required by SEM observation of the torn surface of a sample, the thickness was 3.4 micrometers on average. An arbitrary field of view was observed at 10 locations, and the same locations were photographed. A typical photograph of the cross section is shown in FIG. 4, and an illustration thereof is shown in FIG. Innumerable voids having various shapes as shown in FIGS. 5 and 6 were observed in the oxide layer. When image analysis was performed on these cross-sectional photographs, the ratio of the total void area to the oxide layer was 10.1%. Further, the ratio of the number of voids having a circle equivalent diameter of 0.2 μm, 0.25 μm, and 0.3 μm to the entire voids was 11%, 5%, and 2%, respectively.

〔画像解析ソフトによる酸化層断面の空隙解析〕
旭化成工業社製画像解析ソフトIP−1000(統合アプリケーション:A像くん)を用いて、SEM観察による酸化層の断面形状をトレーシングしたデータの解析を行った。まず空隙を含む酸化層の輪郭ついて粒子解析を行い、酸化層の総面積を求めた。次に酸化層中の空隙の輪郭について同様に粒子解析を行い、空隙の総面積、空隙の円相当径別分布データを得た。さらに円相当径φが0.3μm、0.25μm、0.2μmとなる空隙の全空隙数に占める割合及び空隙を含む酸化層の面積に占める全空隙の総面積の割合を求めた。
[Void analysis of oxide layer cross section by image analysis software]
Data obtained by tracing the cross-sectional shape of the oxide layer by SEM observation was analyzed using image analysis software IP-1000 (integrated application: A image-kun) manufactured by Asahi Kasei Kogyo. First, particle analysis was performed on the outline of the oxide layer including voids, and the total area of the oxide layer was determined. Next, particle analysis was similarly performed on the outline of the voids in the oxide layer, and distribution data according to the total area of the voids and the equivalent circle diameters of the voids were obtained. Further, the ratio of the voids having an equivalent circle diameter φ of 0.3 μm, 0.25 μm, and 0.2 μm to the total number of voids and the ratio of the total area of all voids to the area of the oxide layer including the voids were obtained.

〔画像解析ソフトによる酸化層断面の空隙解析のための準備〕
SEMにより撮影した試料の破断面の写真を200倍(等倍=100倍)で2枚複写し、トレーシングペーパーを上に重ねて固定した。1枚は空隙を含む酸化層の輪郭を極細のマジックペンでトレーシングし、もう1枚は酸化層中に存在する空隙の輪郭をトレーシングしてそれぞれをスキャナーで読み取りビットマップ形式で電子保存した。さらに別の視野を撮影した写真について同様の作業を行った。
[Preparation for void analysis of oxide layer cross section by image analysis software]
Two photographs of the fracture surface of the sample taken by SEM were copied at 200 times (equal magnification = 100 times), and tracing paper was placed on top and fixed. One sheet traces the outline of the oxide layer containing voids with an ultra-fine magic pen, and the other sheet traces the outline of the voids present in the oxide layer and reads them with a scanner and stores them electronically in a bitmap format. . The same work was done on a photograph taken from another field of view.

上記の表面酸化窒化アルミニウム素材上にスパッタリングによる薄膜メタライズ(Ti/Pt/Au=0.06/0.2/0.6μm)を施した。メタライズ層上にヘッド径φ1.1mm、Niメッキされた42alloy製ネールヘッドピンをフラックス及びPb−Sn共晶はんだチップにより接合し、ピンを毎分10mmの速度で垂直に引っ張ることにより剥離試験を行なった。ピンが素材から剥離したときの引っ張り強度を剥離強度とし、10点測定したところ、その平均剥離強度は90MPaの高強度であった。また、剥離モードは測定した10箇所中、窒化アルミニウム内部破壊が9つ、はんだ間破壊が1つであった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表1に示す。   Thin film metallization (Ti / Pt / Au = 0.06 / 0.2 / 0.6 μm) was applied on the surface aluminum oxynitride material by sputtering. A 42 alloy nail head pin with a head diameter of 1.1 mm and Ni plated on the metallized layer was joined with a flux and a Pb-Sn eutectic solder chip, and the peel test was performed by pulling the pin vertically at a speed of 10 mm per minute. . The tensile strength when the pin was peeled from the material was taken as the peel strength and measured at 10 points. The average peel strength was a high strength of 90 MPa. The peeling mode was 9 aluminum nitride internal fractures and 1 inter-solder fracture among 10 measured locations. Table 1 shows the peel strength and the fracture mode at each measurement point.

さらにフォトリソ、イオンミリングにより回路間の幅が100μmの幅となるよう回路形成し、株式会社アドバンテスト製デジタルマルチメーターR6871にて回路間の電気抵抗を測定したところ測定上限値(少なくとも100MΩ)以上であった。   Furthermore, when the circuit was formed by photolithography and ion milling so that the width between the circuits was 100 μm, and the electrical resistance between the circuits was measured with a digital multimeter R6871 manufactured by Advantest Co., Ltd., the measurement was above the upper limit of measurement (at least 100 MΩ). It was.

実施例2
長さ50.8mm、幅50.8mm、厚さ0.635mmの板状で、表面粗さRaが0.2μm以下である窒化アルミニウム基板(株式会社トクヤマ製SH30)を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて0.1Pa以下に減圧した後、窒素ガス(純度99.99%、露点−65℃、酸素含有量50vol ppm)で大気圧まで復圧置換し、流速0.5(l/分)の窒素流通下で1300℃まで昇温した(昇温速度:3.3℃/分)。基板付近温度が1300℃に達してから、そのまま100時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した(酸素分圧:10−5気圧)。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して3℃/分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
Example 2
An aluminum nitride substrate (SH30 manufactured by Tokuyama Corporation) having a plate shape of 50.8 mm in length, 50.8 mm in width, and 0.635 mm in thickness and having a surface roughness Ra of 0.2 μm or less is used in the same apparatus as in Example 1. After introducing and reducing the pressure in the furnace to 0.1 Pa or less with a rotary vacuum pump, the pressure was returned to atmospheric pressure with nitrogen gas (purity 99.99%, dew point -65 ° C., oxygen content 50 vol ppm), The temperature was raised to 1300 ° C. under a nitrogen flow of 0.5 (l / min) (heating rate: 3.3 ° C./min). After the temperature in the vicinity of the substrate reached 1300 ° C., the surface of the aluminum nitride substrate was oxidized as it was kept for 100 hours (oxygen partial pressure: 10 −5 atm). Even after completion of the holding, the atmosphere was maintained as it was, and cooled to room temperature at a cooling rate of 3 ° C./min to obtain the surface aluminum oxynitride material of the present invention.

得られた表面酸化窒化アルミニウム素材(試料)について、実施例1と同様にX線回折(XRD)による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡(SEM)による表面並びに破断面の観察を行った。XRDの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。次にSEMによる表面観察結果を図6(写真)および図7(図6のイラスト)に、断面観察結果を図8(写真)および図9(図8のイラスト)に示す。図6に示すように、酸化層の表面には下地の表面状態を反映した状態で酸化アルミニウムの結晶が成長しており、細長いクラックがいくつか観察された。図6及び他の4視野の表面観察写真より、全5視野のクラックの幅の総平均を求めたところ56nmであった。また、試料の破断面のSEM観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で5.4μmであった。酸化層中には図8、図9に示すような様々な形状の空隙が無数に観察された。これらの断面写真について画像解析を行ったところ、空隙の面積の合計が酸化層に占める割合は13.7%であった。また、空隙の円相当径が0.2μm、0.25μm、0.3μmより大きい空隙の数が空隙全体に占める割合はそれぞれ22%、12%、8%であった。   About the obtained surface aluminum oxynitride material (sample), the identification of the oxide layer by X-ray diffraction (XRD) and the observation of the surface and fractured surface by a scanning electron microscope (SEM) were performed as in Example 1. From the XRD diffraction pattern, it was confirmed that the oxidized layer of the sample was α-alumina. Next, FIG. 6 (photograph) and FIG. 7 (illustration of FIG. 6) show the surface observation result by SEM, and FIG. 8 (photograph) and FIG. 9 (illustration of FIG. 8) show the cross-sectional observation result. As shown in FIG. 6, aluminum oxide crystals grew on the surface of the oxide layer in a state reflecting the surface state of the base, and some elongated cracks were observed. From the surface observation photograph of FIG. 6 and other 4 fields, the total average of the crack widths of all 5 fields was determined to be 56 nm. Moreover, when the thickness of the oxide layer was calculated | required by SEM observation of the torn surface of a sample, the thickness was 5.4 micrometers on average. Innumerable voids having various shapes as shown in FIGS. 8 and 9 were observed in the oxide layer. When image analysis was performed on these cross-sectional photographs, the ratio of the total void area to the oxide layer was 13.7%. In addition, the ratio of the number of voids having an equivalent circle diameter of 0.2 μm, 0.25 μm, and 0.3 μm to the entire voids in the voids was 22%, 12%, and 8%, respectively.

上記の表面酸化窒化アルミニウム基板上に実施例1と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、10点の平均剥離強度は77MPaの高強度であった。また、剥離モードは測定した10箇所中、窒化アルミニウム内部破壊が9つ、はんだ間破壊が1つであった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表1に示す。
さらに実施例1と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ測定上限値以上であった。
When a thin film metallization was applied to the above surface aluminum oxynitride substrate in the same manner as in Example 1 and a peel test was conducted, the average peel strength at 10 points was as high as 77 MPa. The peeling mode was 9 aluminum nitride internal fractures and 1 inter-solder fracture among 10 measured locations. Table 1 shows the peel strength and the fracture mode at each measurement point.
Furthermore, when a circuit was formed in the same manner as in Example 1 and the electrical resistance between the circuits was measured, it was equal to or greater than the measurement upper limit.

実施例3
長さ50.8mm、幅50.8mm、厚さ0.635mmの板状で、表面粗さRaが0.2μm以下である窒化アルミニウム基板(株式会社トクヤマ製SH30)を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて0.1Pa以下に減圧した後、窒素ガス(純度99.99998%、露点−80℃、酸素含有量0.3vol ppm)で大気圧まで復圧置換し、流速0.5(l/分)の窒素流通下で1350℃まで昇温した(昇温速度:3.3℃/分)。基板付近温度が1350℃に達してから、そのまま100時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した(酸素分圧:10−7気圧)。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して3℃/分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
Example 3
An aluminum nitride substrate (SH30 manufactured by Tokuyama Corporation) having a plate shape of 50.8 mm in length, 50.8 mm in width, and 0.635 mm in thickness and having a surface roughness Ra of 0.2 μm or less is used in the same apparatus as in Example 1. After introducing and reducing the pressure in the furnace to 0.1 Pa or less with a rotary vacuum pump, the pressure was replaced with nitrogen gas (purity 99.99999%, dew point -80 ° C, oxygen content 0.3 vol ppm) to atmospheric pressure. The temperature was raised to 1350 ° C. under a nitrogen flow with a flow rate of 0.5 (l / min) (temperature increase rate: 3.3 ° C./min). After the temperature near the substrate reached 1350 ° C., the surface of the aluminum nitride substrate was oxidized as it was for 100 hours (oxygen partial pressure: 10 −7 atm). Even after completion of the holding, the atmosphere was maintained as it was, and cooled to room temperature at a cooling rate of 3 ° C./min to obtain the surface aluminum oxynitride material of the present invention.

得られた表面酸化窒化アルミニウム素材(試料)について、実施例1と同様にX線回折(XRD)による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡(SEM)による表面並びに破断面の観察を行った。XRDの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。次にSEMによる表面観察結果を図10(写真)および図11(図10のイラスト)に、断面観察結果を図12(写真)および図13(図12のイラスト)に示す。図10に示すように、酸化層の表面には下地の表面状態を反映した状態で酸化アルミニウムの結晶が成長しており、細長いクラックがいくつか観察された。図10及び他の4視野の表面観察写真より、全5視野のクラックの幅の総平均を求めたところ95nmであった。また、試料の破断面のSEM観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で8.7μmであった。酸化層中には図12、図13に示すような様々な形状の空隙が無数に観察された。これらの断面写真について画像解析を行ったところ、空隙の面積の合計が酸化層に占める割合は15.3%であった。また、空隙の円相当径が0.2μm、0.25μm、0.3μmより大きい空隙の数が空隙全体に占める割合はそれぞれ25%、13%、7%であった。   About the obtained surface aluminum oxynitride material (sample), the identification of the oxide layer by X-ray diffraction (XRD) and the observation of the surface and fractured surface by a scanning electron microscope (SEM) were performed as in Example 1. From the XRD diffraction pattern, it was confirmed that the oxidized layer of the sample was α-alumina. Next, the surface observation result by SEM is shown in FIG. 10 (photograph) and FIG. 11 (illustration of FIG. 10), and the cross-sectional observation result is shown in FIG. 12 (photograph) and FIG. 13 (illustration of FIG. 12). As shown in FIG. 10, aluminum oxide crystals grew on the surface of the oxide layer in a state reflecting the surface state of the base, and some elongated cracks were observed. From the surface observation photograph of FIG. 10 and the other 4 fields, the total average of the crack widths of all 5 fields was determined to be 95 nm. Moreover, when the thickness of the oxide layer was calculated | required by SEM observation of the torn surface of a sample, the thickness was 8.7 micrometers on average. Innumerable voids having various shapes as shown in FIGS. 12 and 13 were observed in the oxide layer. When image analysis was performed on these cross-sectional photographs, the ratio of the total void area to the oxide layer was 15.3%. In addition, the ratio of the number of voids having an equivalent circle diameter of 0.2 μm, 0.25 μm, and 0.3 μm to the entire voids in the voids was 25%, 13%, and 7%, respectively.

表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例1と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、10点の平均剥離強度は64MPaであった。また剥離モードは、測定した10箇所中、窒化アルミニウム内部破壊が9つ、はんだ間破壊が1つであった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表1に示す。   When a thin film metallization was performed on the surface aluminum oxynitride material in the same manner as in Example 1 and a peel test was performed, the average peel strength at 10 points was 64 MPa. The peeling mode was 9 aluminum nitride internal fractures and 1 inter-solder fracture among 10 measured locations. Table 1 shows the peel strength and the fracture mode at each measurement point.

さらに実施例1と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ測定上限値以上であった。   Further, when a circuit was formed in the same manner as in Example 1 and the electrical resistance between the circuits was measured, it was equal to or greater than the measurement upper limit value.

実施例4
長さ50.8mm、幅50.8mm、厚さ0.4mmの板状で、表面粗さRaが0.05μm以下である窒化アルミニウム基板(株式会社トクヤマ製SH30)を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて0.1Pa以下に減圧した後、窒素ガス(純度99.99%、露点−60℃、酸素含有量50vol ppm)で大気圧まで復圧置換し、流速0.5(l/分)の窒素流通下で1350℃まで昇温した(昇温速度:3.3℃/分)。基板付近温度が1300℃に達してから、そのまま80時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した(酸素分圧:10−5気圧)。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して3℃/分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
Example 4
An aluminum nitride substrate (SH30 manufactured by Tokuyama Corporation) having a plate shape of 50.8 mm in length, 50.8 mm in width, and 0.4 mm in thickness and having a surface roughness Ra of 0.05 μm or less is used in the same apparatus as in Example 1. After introducing and depressurizing the inside of the furnace to 0.1 Pa or less with a rotary vacuum pump, the pressure was replaced with nitrogen gas (purity 99.99%, dew point -60 ° C, oxygen content 50 vol ppm) to atmospheric pressure, The temperature was raised to 1350 ° C. under a nitrogen flow of 0.5 (l / min) (heating rate: 3.3 ° C./min). After the temperature in the vicinity of the substrate reached 1300 ° C., the surface of the aluminum nitride substrate was oxidized as it was kept for 80 hours (oxygen partial pressure: 10 −5 atm). Even after completion of the holding, the atmosphere was maintained as it was, and cooled to room temperature at a cooling rate of 3 ° C./min to obtain the surface aluminum oxynitride material of the present invention.

得られた表面酸化窒化アルミニウム素材(試料)について、実施例1と同様にX線回折(XRD)による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡(SEM)による表面並びに破断面の観察を行った。XRDの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。酸化層表面の表面SEM写真より、全5視野のクラックの幅の総平均を求めたところ89nmであった。また、試料の破断面のSEM観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で6.2μmであった。   About the obtained surface aluminum oxynitride material (sample), the identification of the oxide layer by X-ray diffraction (XRD) and the observation of the surface and fractured surface by a scanning electron microscope (SEM) were performed as in Example 1. From the XRD diffraction pattern, it was confirmed that the oxidized layer of the sample was α-alumina. From the surface SEM photograph of the surface of the oxide layer, the total average width of cracks in all five fields was determined to be 89 nm. Moreover, when the thickness of the oxide layer was calculated | required by SEM observation of the torn surface of a sample, the thickness was 6.2 micrometers on average.

表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例1と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、10点の平均剥離強度は93MPaであった。また剥離モードは、測定した10箇所中、窒化アルミニウム内部破壊が2つ、はんだ間破壊が8つであった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表1に示す。   When a thin film metallization was performed on the surface aluminum oxynitride material in the same manner as in Example 1 and a peel test was performed, the average peel strength at 10 points was 93 MPa. In addition, the peeling mode was 2 aluminum nitride internal fractures and 8 inter-solder fractures among 10 measured locations. Table 1 shows the peel strength and the fracture mode at each measurement point.

さらに実施例1と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ測定上限値以上であった。   Further, when a circuit was formed in the same manner as in Example 1 and the electrical resistance between the circuits was measured, it was equal to or greater than the measurement upper limit value.

実施例5
長さ50mm、幅25mm、厚さ0.8mmの板状で、表面粗さRaが0.5μm以下である窒化アルミニウム基板(株式会社トクヤマ製SH30)を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて0.1Pa以下に減圧した後、窒素ガス(純度99.99998%、露点−80℃、酸素含有量0.3vol ppm)で大気圧まで復圧置換し、流速0.5(l/分)の窒素流通下で1250℃まで昇温した(昇温速度:3.3℃/分)。基板付近温度が1250℃に達してから、そのまま100時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した(酸素分圧:10−7気圧)。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して3℃/分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
Example 5
An aluminum nitride substrate (SH30 manufactured by Tokuyama Corporation) having a plate shape of 50 mm in length, 25 mm in width, and 0.8 mm in thickness and having a surface roughness Ra of 0.5 μm or less was introduced into the same apparatus as in Example 1, After reducing the pressure to 0.1 Pa or less with a rotary vacuum pump, the pressure was reduced to atmospheric pressure with nitrogen gas (purity 99.99999%, dew point -80 ° C., oxygen content 0.3 vol ppm), and the flow rate was set to 0. The temperature was raised to 1250 ° C. under a nitrogen flow of 5 (l / min) (heating rate: 3.3 ° C./min). After the temperature in the vicinity of the substrate reached 1250 ° C., the surface of the aluminum nitride substrate was oxidized by maintaining it for 100 hours (oxygen partial pressure: 10 −7 atm). Even after completion of the holding, the atmosphere was maintained as it was, and cooled to room temperature at a cooling rate of 3 ° C./min to obtain the surface aluminum oxynitride material of the present invention.

得られた表面酸化窒化アルミニウム素材(試料)について、実施例1と同様にX線回折(XRD)による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡(SEM)による表面並びに破断面の観察を行った。XRDの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。酸化層表面の表面SEM写真より、全5視野のクラックの幅の総平均を求めたところ29nmであった。また、試料の破断面のSEM観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で3.2μmであった。 表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例1と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、10点の平均剥離強度は86MPaであった。また剥離モードは、測定した10箇所中、窒化アルミニウム内部破壊が8つ、はんだ間破壊が2つであった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表1に示す。   About the obtained surface aluminum oxynitride material (sample), the identification of the oxide layer by X-ray diffraction (XRD) and the observation of the surface and fractured surface by a scanning electron microscope (SEM) were performed as in Example 1. From the XRD diffraction pattern, it was confirmed that the oxidized layer of the sample was α-alumina. It was 29 nm when the total average of the width | variety of the crack of all the 5 visual fields was calculated | required from the surface SEM photograph of the oxide layer surface. Moreover, when the thickness of the oxide layer was calculated | required by SEM observation of the torn surface of a sample, the thickness was 3.2 micrometers on average. When a thin film metallization was applied to the surface aluminum oxynitride material in the same manner as in Example 1 and a peel test was conducted, the average peel strength at 10 points was 86 MPa. The peeling mode was 8 aluminum nitride internal fractures and 2 inter-solder fractures among 10 measured locations. Table 1 shows the peel strength and the fracture mode at each measurement point.

さらに実施例1と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ測定上限値以上であった。   Further, when a circuit was formed in the same manner as in Example 1 and the electrical resistance between the circuits was measured, it was equal to or greater than the measurement upper limit value.

実施例6
長さ50mm、幅25mm、厚さ0.8mmの板状で、表面粗さRaが0.5μm以下である窒化アルミニウム基板(株式会社トクヤマ製SH30)を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて0.1Pa以下に減圧した後、窒素ガス(純度99.99998%、露点−80℃、酸素含有量0.3vol ppm)で大気圧まで復圧置換し、流速0.5(l/分)の窒素流通下で1385℃まで昇温した(昇温速度:3.3℃/分)。基板付近温度が1385℃に達してから、そのまま100時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した(酸素分圧:10−7気圧)。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して3℃/分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
Example 6
An aluminum nitride substrate (SH30 manufactured by Tokuyama Corporation) having a plate shape of 50 mm in length, 25 mm in width, and 0.8 mm in thickness and having a surface roughness Ra of 0.5 μm or less was introduced into the same apparatus as in Example 1, After reducing the pressure to 0.1 Pa or less with a rotary vacuum pump, the pressure was reduced to atmospheric pressure with nitrogen gas (purity 99.99999%, dew point -80 ° C., oxygen content 0.3 vol ppm), and the flow rate was set to 0. The temperature was raised to 1385 ° C. under a nitrogen flow of 5 (l / min) (heating rate: 3.3 ° C./min). After the temperature near the substrate reached 1385 ° C., the surface of the aluminum nitride substrate was oxidized as it was for 100 hours (oxygen partial pressure: 10 −7 atm). Even after completion of the holding, the atmosphere was maintained as it was, and cooled to room temperature at a cooling rate of 3 ° C./min to obtain the surface aluminum oxynitride material of the present invention.

得られた表面酸化窒化アルミニウム素材(試料)について、実施例1と同様にX線回折(XRD)による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡(SEM)による表面並びに破断面の観察を行った。XRDの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。酸化層表面の表面SEM写真より、全5視野のクラックの幅の総平均を求めたところ42nmであった。また、試料の破断面のSEM観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で10.0μmであった。 表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例1と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、10点の平均剥離強度は95MPaであった。また剥離モードは、全てはんだ間破壊であった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表2に示す。   About the obtained surface aluminum oxynitride material (sample), the identification of the oxide layer by X-ray diffraction (XRD) and the observation of the surface and fractured surface by a scanning electron microscope (SEM) were performed as in Example 1. From the XRD diffraction pattern, it was confirmed that the oxidized layer of the sample was α-alumina. From the surface SEM photograph of the surface of the oxide layer, the total average width of cracks in all five fields was determined to be 42 nm. Moreover, when the thickness of the oxide layer was calculated | required by SEM observation of the torn surface of a sample, the thickness was 10.0 micrometers on average. When a thin film metallization was applied to the surface aluminum oxynitride material in the same manner as in Example 1 and a peel test was conducted, the average peel strength at 10 points was 95 MPa. The peeling mode was all inter-solder fracture. Table 2 shows the peel strength and fracture mode at each measurement point.

さらに実施例1と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ測定上限値以上であった。   Further, when a circuit was formed in the same manner as in Example 1 and the electrical resistance between the circuits was measured, it was equal to or greater than the measurement upper limit value.

比較例1
長さ50.8mm、幅50.8mm、厚さ0.635mmの板状で、表面粗さRaが0.05μm以下である窒化アルミニウム基板(株式会社トクヤマ製SH30)を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて0.1Pa以下に減圧した後、窒素ガス(純度99.99998%、露点−80℃、酸素含有量0.3vol ppm)で大気圧まで復圧置換し、流速0.5(l/分)の窒素流通下で1200℃まで昇温した(昇温速度:3.3℃/分)。基板付近温度が1200℃に達してから、窒素ガスの流通を停止し、次いで圧縮空気をドライヤーで乾燥したdry−air(露点−80℃)を流速0.5(l/分)で流通させ、そのまま30時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した(酸素分圧:0.21気圧)。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して3℃/分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
Comparative Example 1
An aluminum nitride substrate (SH30 manufactured by Tokuyama Corporation) having a plate shape of 50.8 mm in length, 50.8 mm in width, and 0.635 mm in thickness and having a surface roughness Ra of 0.05 μm or less is used in the same apparatus as in Example 1. After introducing and reducing the pressure in the furnace to 0.1 Pa or less with a rotary vacuum pump, the pressure was replaced with nitrogen gas (purity 99.99999%, dew point -80 ° C, oxygen content 0.3 vol ppm) to atmospheric pressure. The temperature was raised to 1200 ° C. under a nitrogen flow with a flow rate of 0.5 (l / min) (temperature increase rate: 3.3 ° C./min). After the temperature near the substrate reaches 1200 ° C., the flow of nitrogen gas is stopped, and then dry-air (dew point −80 ° C.) dried with a dryer is allowed to flow at a flow rate of 0.5 (l / min). The surface of the aluminum nitride substrate was oxidized for 30 hours as it was (oxygen partial pressure: 0.21 atm). Even after completion of the holding, the atmosphere was maintained as it was, and cooled to room temperature at a cooling rate of 3 ° C./min to obtain the surface aluminum oxynitride material of the present invention.

得られた表面酸化窒化アルミニウム素材(試料)について、実施例1と同様にX線回折(XRD)による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡(SEM)による表面並びに破断面の観察を行った。XRDの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。次にSEMによる表面観察結果を図14(写真)および図15(図14のイラスト)に、断面観察結果を図16(写真)および図17(図16のイラスト)に示す。図14に示すように、酸化物層の表面には隆起による筋状の模様が観察され、細長いクラックがいくつか観察された。図14及び他の4視野の表面観察写真より、全5視野のクラックの幅の総平均を求めたところ104nmであった。また、試料の破断面のSEM観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で6.1μmであった。酸化層中には図16、図17に示すような様々な形状の空隙が観察されたが、同程度の酸化層の厚みであった実施例2に比較してその径は小さく、全体的に少なかった。特に表面近傍には少なかった。これらの断面写真について画像解析を行ったところ、空隙の面積の合計が酸化層に占める割合は3.4%であった。また、空隙の円相当径が0.2μm、0.25μm、0.3μmより大きい空隙の数が空隙全体に占める割合はそれぞれ6%、3%、1%であった。   About the obtained surface aluminum oxynitride material (sample), the identification of the oxide layer by X-ray diffraction (XRD) and the observation of the surface and fractured surface by a scanning electron microscope (SEM) were performed as in Example 1. From the XRD diffraction pattern, it was confirmed that the oxidized layer of the sample was α-alumina. Next, FIG. 14 (photograph) and FIG. 15 (illustration of FIG. 14) show the surface observation results by SEM, and FIG. 16 (photograph) and FIG. 17 (illustration of FIG. 16) show the cross-sectional observation results. As shown in FIG. 14, streaky patterns due to bulges were observed on the surface of the oxide layer, and some elongated cracks were observed. From the surface observation photograph of FIG. 14 and the other 4 fields, the total average of the crack widths of all 5 fields was found to be 104 nm. Moreover, when the thickness of the oxide layer was calculated | required by SEM observation of the torn surface of a sample, the thickness was 6.1 micrometers on average. In the oxide layer, voids having various shapes as shown in FIGS. 16 and 17 were observed, but the diameter was smaller than that of Example 2 which had the same thickness of the oxide layer. There were few. There was little especially in the vicinity of the surface. When image analysis was performed on these cross-sectional photographs, the ratio of the total void area to the oxide layer was 3.4%. Further, the ratio of the number of voids having a circle equivalent diameter of 0.2 μm, 0.25 μm, and 0.3 μm to the entire voids was 6%, 3%, and 1%, respectively.

上記の表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例1と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、10点の平均剥離強度は41MPaの高強度であった。また、剥離モードは全て酸化層−窒化アルミニウム間破壊であった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表2に示す。   When a thin film metallization was applied to the above surface aluminum oxynitride material in the same manner as in Example 1 and a peel test was conducted, the average peel strength at 10 points was a high strength of 41 MPa. Moreover, all peeling modes were destruction between an oxide layer and aluminum nitride. Table 2 shows the peel strength and fracture mode at each measurement point.

さらに実施例1と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ13.4Ωであった。   Furthermore, when a circuit was formed in the same manner as in Example 1 and the electrical resistance between the circuits was measured, it was 13.4Ω.

比較例2
長さ50.8mm、幅50.8mm、厚さ0.635mmの板状で、表面粗さRaが0.05μm以下である窒化アルミニウム基板(株式会社トクヤマ製SH30)を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて0.1Pa以下に減圧した後、窒素ガス(純度99.99998%、露点−80℃、酸素含有量0.3vol ppm)で大気圧まで復圧置換し、流速0.5(l/分)の窒素流通下で1300℃まで昇温した(昇温速度:3.3℃/分)。基板付近温度が1300℃に達してから、窒素ガスの流通を停止し、次いで圧縮空気をドライヤーで乾燥したdry−air(露点−80℃)を流速0.5(l/分)で流通させ、そのまま15時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した(酸素分圧:0.21気圧)。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して3℃/分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
Comparative Example 2
An aluminum nitride substrate (SH30 manufactured by Tokuyama Corporation) having a plate shape of 50.8 mm in length, 50.8 mm in width, and 0.635 mm in thickness and having a surface roughness Ra of 0.05 μm or less is used in the same apparatus as in Example 1. After introducing and reducing the pressure in the furnace to 0.1 Pa or less with a rotary vacuum pump, the pressure was replaced with nitrogen gas (purity 99.99999%, dew point -80 ° C, oxygen content 0.3 vol ppm) to atmospheric pressure. The temperature was raised to 1300 ° C. under a flow of nitrogen at a flow rate of 0.5 (l / min) (heating rate: 3.3 ° C./min). After the temperature near the substrate reaches 1300 ° C., the flow of nitrogen gas is stopped, and then dry-air (dew point −80 ° C.) dried with a dryer is flowed at a flow rate of 0.5 (l / min), The surface of the aluminum nitride substrate was oxidized for 15 hours as it was (oxygen partial pressure: 0.21 atm). Even after completion of the holding, the atmosphere was maintained as it was, and cooled to room temperature at a cooling rate of 3 ° C./min to obtain the surface aluminum oxynitride material of the present invention.

得られた表面酸化窒化アルミニウム素材(試料)について、実施例1と同様にX線回折(XRD)による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡(SEM)による表面並びに破断面の観察を行った。XRDの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。次にSEMによる表面観察結果を図18(写真)および図19(図18のイラスト)に、断面観察結果を図20(写真)および図21(図20のイラスト)に示す。図18に示すように、酸化物層の表面には隆起による筋状の模様が観察され、細長いクラックがいくつか観察された。図18及び他の4視野の表面観察写真より、全5視野のクラックの幅の総平均を求めたところ175nmであった。また、試料の破断面のSEM観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で8.3μmであった。酸化層中には図20、図21に示すような様々な形状の空隙が観察されたが、同程度の酸化層の厚みであった実施例3に比較してその径は小さく、全体的に少なかった。特に表面近傍には少なかった。これらの断面写真について画像解析を行ったところ、空隙の面積の合計が酸化層に占める割合は3.7%であった。また、空隙の円相当径が0.2μm、0.25μm、0.3μmより大きい空隙の数が空隙全体に占める割合はそれぞれ13%、5%、3%であった。   About the obtained surface aluminum oxynitride material (sample), the identification of the oxide layer by X-ray diffraction (XRD) and the observation of the surface and fractured surface by a scanning electron microscope (SEM) were performed as in Example 1. From the XRD diffraction pattern, it was confirmed that the oxidized layer of the sample was α-alumina. Next, FIG. 18 (photograph) and FIG. 19 (illustration of FIG. 18) show the surface observation result by SEM, and FIG. 20 (photograph) and FIG. 21 (illustration of FIG. 20) show the cross-sectional observation result. As shown in FIG. 18, streaky patterns due to bulges were observed on the surface of the oxide layer, and some elongated cracks were observed. From the surface observation photograph of FIG. 18 and the other four fields, the total average of the crack widths of all the five fields was determined and found to be 175 nm. Moreover, when the thickness of the oxide layer was calculated | required by SEM observation of the torn surface of a sample, the thickness was 8.3 micrometers on average. In the oxide layer, voids having various shapes as shown in FIGS. 20 and 21 were observed, but the diameter was smaller than that of Example 3 which was the same thickness of the oxide layer. There were few. There was little especially in the vicinity of the surface. When image analysis was performed on these cross-sectional photographs, the ratio of the total void area to the oxide layer was 3.7%. Further, the ratio of the number of voids having an equivalent circle diameter of 0.2 μm, 0.25 μm, and 0.3 μm to the entire voids was 13%, 5%, and 3%, respectively.

上記の表面酸化窒化アルミニウム基板上に実施例1と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、10点の平均剥離強度は43MPaであった。また、剥離モードは、全て酸化層−窒化アルミニウム間破壊であった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表2に示す。   When a thin film metallization was applied to the above surface aluminum oxynitride substrate in the same manner as in Example 1 and a peel test was conducted, the average peel strength at 10 points was 43 MPa. Moreover, all peeling modes were destruction between an oxide layer and aluminum nitride. Table 2 shows the peel strength and fracture mode at each measurement point.

さらに実施例1と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ0.6Ωであった。   Furthermore, when a circuit was formed in the same manner as in Example 1 and the electrical resistance between the circuits was measured, it was 0.6Ω.

比較例3
長さ50.8mm、幅50.8mm、厚さ0.635mmの板状で、表面粗さRaが0.05μm以下である窒化アルミニウム基板(株式会社トクヤマ製SH30)を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて0.1Pa以下に減圧した後、窒素ガス(純度99.99998%、露点−80℃、酸素含有量0.3vol ppm)で大気圧まで復圧置換し、流速0.5(l/分)の窒素流通下で1300℃まで昇温した(昇温速度:3.3℃/分)。基板付近温度が1300℃に達してから、窒素ガスの流通を停止し、次いで圧縮空気をドライヤーで乾燥したdry−air(露点−80℃)を流速0.5(l/分)で流通させ、そのまま50時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した(酸素分圧:0.21気圧)。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して3℃/分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
Comparative Example 3
An aluminum nitride substrate (SH30 manufactured by Tokuyama Corporation) having a plate shape of 50.8 mm in length, 50.8 mm in width, and 0.635 mm in thickness and having a surface roughness Ra of 0.05 μm or less is used in the same apparatus as in Example 1. After introducing and reducing the pressure in the furnace to 0.1 Pa or less with a rotary vacuum pump, the pressure was replaced with nitrogen gas (purity 99.99999%, dew point -80 ° C, oxygen content 0.3 vol ppm) to atmospheric pressure. The temperature was raised to 1300 ° C. under a flow of nitrogen at a flow rate of 0.5 (l / min) (heating rate: 3.3 ° C./min). After the temperature near the substrate reaches 1300 ° C., the flow of nitrogen gas is stopped, and then dry-air (dew point −80 ° C.) dried with a dryer is flowed at a flow rate of 0.5 (l / min), The surface of the aluminum nitride substrate was oxidized as it was for 50 hours (oxygen partial pressure: 0.21 atm). Even after completion of the holding, the atmosphere was maintained as it was, and cooled to room temperature at a cooling rate of 3 ° C./min to obtain the surface aluminum oxynitride material of the present invention.

得られた表面酸化窒化アルミニウム素材(試料)について、実施例1と同様にX線回折(XRD)による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡(SEM)による表面並びに破断面の観察を行った。XRDの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。酸化層表面の表面SEM写真より、全5視野のクラックの幅の総平均を求めたところ150nmであった。また、試料の破断面のSEM観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で7.3μmであった。 表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例1と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、10点の平均剥離強度は51MPaであった。また剥離モードは、全て酸化層−窒化アルミニウム間破壊であった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表2に示す。   About the obtained surface aluminum oxynitride material (sample), the identification of the oxide layer by X-ray diffraction (XRD) and the observation of the surface and fractured surface by a scanning electron microscope (SEM) were performed as in Example 1. From the XRD diffraction pattern, it was confirmed that the oxidized layer of the sample was α-alumina. From the surface SEM photograph of the surface of the oxide layer, the total average width of cracks in all five fields was determined to be 150 nm. Moreover, when the thickness of the oxide layer was calculated | required by SEM observation of the torn surface of a sample, the thickness was 7.3 micrometers on average. When a thin film metallization was applied to the surface aluminum oxynitride material in the same manner as in Example 1 and a peel test was performed, the average peel strength at 10 points was 51 MPa. Moreover, all peeling modes were destruction between an oxide layer and aluminum nitride. Table 2 shows the peel strength and fracture mode at each measurement point.

さらに実施例1と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ1.9kΩであった。   Furthermore, when a circuit was formed in the same manner as in Example 1 and the electrical resistance between the circuits was measured, it was 1.9 kΩ.

比較例4
長さ50.8mm、幅50.8mm、厚さ0.635mmの板状で、表面粗さRaが0.05μm以下である窒化アルミニウム基板(株式会社トクヤマ製SH30)を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて0.1Pa以下に減圧した後、窒素ガス(純度99.99998%、露点−80℃、酸素含有量0.3vol ppm)で大気圧まで復圧置換し、流速0.5(l/分)の窒素流通下で1300℃まで昇温した(昇温速度:3.3℃/分)。基板付近温度が1300℃に達してから、窒素ガスの流通を停止し、次いで圧縮空気をドライヤーで乾燥したdry−air(露点−80℃)を流速0.5(l/分)で流通させ、そのまま30時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した(酸素分圧:0.21気圧)。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して3℃/分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
Comparative Example 4
An aluminum nitride substrate (SH30 manufactured by Tokuyama Corporation) having a plate shape of 50.8 mm in length, 50.8 mm in width, and 0.635 mm in thickness and having a surface roughness Ra of 0.05 μm or less is used in the same apparatus as in Example 1. After introducing and reducing the pressure in the furnace to 0.1 Pa or less with a rotary vacuum pump, the pressure was replaced with nitrogen gas (purity 99.99999%, dew point -80 ° C, oxygen content 0.3 vol ppm) to atmospheric pressure. The temperature was raised to 1300 ° C. under a flow of nitrogen at a flow rate of 0.5 (l / min) (heating rate: 3.3 ° C./min). After the temperature near the substrate reaches 1300 ° C., the flow of nitrogen gas is stopped, and then dry-air (dew point −80 ° C.) dried with a dryer is flowed at a flow rate of 0.5 (l / min), The surface of the aluminum nitride substrate was oxidized for 30 hours as it was (oxygen partial pressure: 0.21 atm). Even after completion of the holding, the atmosphere was maintained as it was, and cooled to room temperature at a cooling rate of 3 ° C./min to obtain the surface aluminum oxynitride material of the present invention.

得られた表面酸化窒化アルミニウム素材(試料)について、実施例1と同様にX線回折(XRD)による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡(SEM)による表面並びに破断面の観察を行った。XRDの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。酸化層表面の表面SEM写真より、全5視野のクラックの幅の総平均を求めたところ100nmであった。また、試料の破断面のSEM観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で5.4μmであった。 表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例1と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、10点の平均剥離強度は47MPaであった。また剥離モードは、全て酸化層−窒化アルミニウム間破壊であった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表2に示す。   About the obtained surface aluminum oxynitride material (sample), the identification of the oxide layer by X-ray diffraction (XRD) and the observation of the surface and fractured surface by a scanning electron microscope (SEM) were performed as in Example 1. From the XRD diffraction pattern, it was confirmed that the oxidized layer of the sample was α-alumina. From the surface SEM photograph of the surface of the oxide layer, the total average width of cracks in all five fields was determined to be 100 nm. Moreover, when the thickness of the oxide layer was calculated | required by SEM observation of the torn surface of a sample, the thickness was 5.4 micrometers on average. When a thin film metallization was applied to the surface aluminum oxynitride material in the same manner as in Example 1 and a peel test was conducted, the average peel strength at 10 points was 47 MPa. Moreover, all peeling modes were destruction between an oxide layer and aluminum nitride. Table 2 shows the peel strength and fracture mode at each measurement point.

さらに実施例1と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ32.1Ωであった。   Furthermore, when a circuit was formed in the same manner as in Example 1 and the electrical resistance between the circuits was measured, it was 32.1Ω.

Figure 0004738291
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Figure 0004738291
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本図は、酸素ガス雰囲気中で窒化アルミニウム基板を加熱したときの反応率及びDTAの変化パターンを示すグラフである。This figure is a graph showing a reaction rate and a change pattern of DTA when an aluminum nitride substrate is heated in an oxygen gas atmosphere. 本図は、実施例1の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の酸化層の表面のSEM写真である。This figure is a SEM photograph of the surface of the oxide layer of the aluminum nitride substrate having the oxide layer on the surface obtained in the oxidation step of Example 1. 本図は、図2のSEM写真のスケッチである。This figure is a sketch of the SEM photograph of FIG. 本図は、実施例1の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の破断面のSEM写真である。This figure is a SEM photograph of a fracture surface of an aluminum nitride substrate having an oxide layer on the surface obtained in the oxidation step of Example 1. 本図は、図3のSEM写真のスケッチである。This figure is a sketch of the SEM photograph of FIG. 本図は、実施例2の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の酸化層の表面のSEM写真である。This figure is an SEM photograph of the surface of the oxide layer of the aluminum nitride substrate having the oxide layer on the surface obtained in the oxidation step of Example 2. 本図は、図6のSEM写真のスケッチである。This figure is a sketch of the SEM photograph of FIG. 本図は、実施例2の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の破断面のSEM写真である。This figure is a SEM photograph of a fracture surface of an aluminum nitride substrate having an oxide layer on the surface obtained in the oxidation step of Example 2. 本図は、図8のSEM写真のスケッチである。This figure is a sketch of the SEM photograph of FIG. 本図は、実施例3の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の酸化層の表面のSEM写真である。This figure is a SEM photograph of the surface of the oxide layer of the aluminum nitride substrate having the oxide layer on the surface obtained in the oxidation step of Example 3. 本図は、図10のSEM写真のスケッチである。This figure is a sketch of the SEM photograph of FIG. 本図は、実施例3の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の破断面のSEM写真である。This figure is a SEM photograph of a fracture surface of an aluminum nitride substrate having an oxide layer on the surface obtained in the oxidation step of Example 3. 本図は、図12のSEM写真のスケッチである。This figure is a sketch of the SEM photograph of FIG. 本図は、比較例1の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の酸化層の表面のSEM写真である。This figure is a SEM photograph of the surface of the oxide layer of the aluminum nitride substrate having the oxide layer on the surface obtained in the oxidation step of Comparative Example 1. 本図は、図14のSEM写真のスケッチである。This figure is a sketch of the SEM photograph of FIG. 本図は、比較例1の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の破断面のSEM写真である。This figure is a SEM photograph of a fracture surface of an aluminum nitride substrate having an oxide layer on the surface obtained in the oxidation step of Comparative Example 1. 本図は、図16のSEM写真のスケッチである。This figure is a sketch of the SEM photograph of FIG. 本図は、比較例2の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の酸化層の表面のSEM写真である。This figure is a SEM photograph of the surface of the oxide layer of the aluminum nitride substrate having the oxide layer on the surface obtained in the oxidation step of Comparative Example 2. 本図は、図18のSEM写真のスケッチである。This figure is a sketch of the SEM photograph of FIG. 本図は、比較例2の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の破断面のSEM写真である。This figure is a SEM photograph of a fracture surface of an aluminum nitride substrate having an oxide layer on the surface obtained in the oxidation step of Comparative Example 2. 本図は、図20のSEM写真のスケッチである。This figure is a sketch of the SEM photograph of FIG.

Claims (4)

200℃以上に昇温してから、1100℃未満に降温するまでの間の雰囲気中の露点を−50℃以下とし、かつ酸素分圧が10−4気圧以下である雰囲気中で窒化アルミニウム基板の表面を、1100〜1700℃で5時間以上酸化することにより表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板を得る工程、及び該工程で得られた基板の酸化アルミニウム層上に金属からなる配線パターンを形成する工程を含むメタライズドセラミック基板の製造方法。 The dew point in the atmosphere from when the temperature is raised to 200 ° C. or higher until the temperature is lowered to less than 1100 ° C. is −50 ° C. or lower, and the oxygen partial pressure is 10 −4 atm or lower. A step of obtaining an aluminum nitride substrate having an aluminum oxide layer on the surface by oxidizing the surface at 1100 to 1700 ° C. for 5 hours or more, and forming a wiring pattern made of metal on the aluminum oxide layer of the substrate obtained in the step The manufacturing method of the metallized ceramic substrate including the process to do. 金属からなる配線パターンを形成する方法が、酸化アルミニウム層の全面を金属膜で被覆する工程及び該工程で被覆された金属膜の一部をイオンミリング又はレーザー加工により除去する工程を含む請求項1に記載の方法。 The method for forming a wiring pattern made of metal includes a step of covering the entire surface of the aluminum oxide layer with a metal film and a step of removing a part of the metal film coated in the step by ion milling or laser processing. The method described in 1. 窒化アルミニウム基板の表面を酸化することにより表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板を製造する方法において、前記酸化を、200℃以上に昇温してから、1100℃未満に降温するまでの間の雰囲気中の露点を−50℃以下とし、かつ酸素分圧が10−4気圧以下である雰囲気中、1100〜1700℃で5時間以上加熱することにより行うことを特徴とする表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板の製造方法。 In the method of manufacturing an aluminum nitride substrate having an aluminum oxide layer on the surface by oxidizing the surface of the aluminum nitride substrate, the temperature of the oxidation is increased from 200 ° C. to lower than 1100 ° C. An aluminum oxide layer is formed on the surface by heating at 1100 to 1700 ° C. for 5 hours or more in an atmosphere having a dew point of −50 ° C. or less and an oxygen partial pressure of 10 −4 atm or less. A method for producing an aluminum nitride substrate. 請求項3記載の方法で製造されたものであり、かつ表面に厚さ3〜15μmの酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板であって、前記酸化アルミニウム層には複数の空隙が存在し、該酸化アルミニウム層に存在する複数の空隙のうち口径が円相当径で0.25μm以上である空隙の全空隙数に占める割合が5%以上で且つ空隙を含む該酸化アルミニウム層の面積に対する全空隙の総面積が占める割合が7〜30%であることを特徴とする表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板。 An aluminum nitride substrate manufactured by the method according to claim 3 and having an aluminum oxide layer having a thickness of 3 to 15 μm on the surface, wherein a plurality of voids exist in the aluminum oxide layer, and the oxidation Of the plurality of voids existing in the aluminum layer, the proportion of the voids whose diameter is equal to or greater than 0.25 μm in the total number of voids is 5% or more and the total of all voids relative to the area of the aluminum oxide layer including the voids An aluminum nitride substrate having an aluminum oxide layer on the surface, wherein the area occupies 7 to 30%.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101550882B1 (en) 2014-01-22 2015-09-07 전자부품연구원 Ceramic substrate and manufacturing method thereof
JP6750422B2 (en) * 2016-09-16 2020-09-02 三菱マテリアル株式会社 Method for manufacturing insulated circuit board, insulated circuit board, power module, LED module, and thermoelectric module
KR101961123B1 (en) * 2018-07-04 2019-07-17 한문수 Ceramic metalizing substrate and manufacturing method thereof
JP2021173925A (en) 2020-04-28 2021-11-01 日亜化学工業株式会社 Wavelength conversion member and method of manufacturing light-emitting device
CN115611659A (en) * 2022-09-05 2023-01-17 湖南师范大学 Method for preparing aluminum oxide and copper-nickel-aluminum-oxygen composite film on surface of aluminum nitride substrate

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02153883A (en) * 1988-12-06 1990-06-13 Hitachi Metals Ltd High thermal conductivity base and its production
JP2003209415A (en) * 2002-01-11 2003-07-25 Murata Mfg Co Ltd Forming method for metal wiring
JP2005019645A (en) * 2003-06-25 2005-01-20 Matsushita Electric Works Ltd Circuit pattern forming method, and circuit board with circuit thereon using the same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07115976B2 (en) * 1987-07-20 1995-12-13 三菱マテリアル株式会社 Method for manufacturing aluminum oxide layer coated AlN substrate
JPH0950936A (en) * 1995-08-09 1997-02-18 Mitsubishi Materials Corp Thin-film capacitor built-in module
JPH10152384A (en) * 1996-11-21 1998-06-09 Sumitomo Kinzoku Electro Device:Kk Production of copper-clad aluminum nitride substrate

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02153883A (en) * 1988-12-06 1990-06-13 Hitachi Metals Ltd High thermal conductivity base and its production
JP2003209415A (en) * 2002-01-11 2003-07-25 Murata Mfg Co Ltd Forming method for metal wiring
JP2005019645A (en) * 2003-06-25 2005-01-20 Matsushita Electric Works Ltd Circuit pattern forming method, and circuit board with circuit thereon using the same

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