JPH0633207B2 - 半導体用窒化アルミニウム基板 - Google Patents
半導体用窒化アルミニウム基板Info
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- JPH0633207B2 JPH0633207B2 JP63133786A JP13378688A JPH0633207B2 JP H0633207 B2 JPH0633207 B2 JP H0633207B2 JP 63133786 A JP63133786 A JP 63133786A JP 13378688 A JP13378688 A JP 13378688A JP H0633207 B2 JPH0633207 B2 JP H0633207B2
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- substrate
- sintered body
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、窒化アルミニウム質焼結体に金属層を形成し
た半導体素子用基板に関するもである。
た半導体素子用基板に関するもである。
従来絶縁性基体部品、例えば半導体用基板、IC基板、各
絶縁部品などには、一般的にアルミナ磁器が用いられて
きた。しかし、アルミナ基板は熱伝導性が十分でなく、
近年、さらに高い熱伝導性のセラミック基板が求められ
た結果、窒化アルミニウム質焼結体基板が注目されてき
た。
絶縁部品などには、一般的にアルミナ磁器が用いられて
きた。しかし、アルミナ基板は熱伝導性が十分でなく、
近年、さらに高い熱伝導性のセラミック基板が求められ
た結果、窒化アルミニウム質焼結体基板が注目されてき
た。
窒化アルミニウムは、その熱伝導率がアルミナの約３〜
４倍以上で、熱膨張率がアルミナの約半分であり、強度
はアルミナ、ベリリアと大差ないことなどの優良な特性
を有するものである。
４倍以上で、熱膨張率がアルミナの約半分であり、強度
はアルミナ、ベリリアと大差ないことなどの優良な特性
を有するものである。
一般に半導体用基板、IC基板等はその一部表面を金属化
する必要があり、多くのメタライズ方法が提案されてい
る。
する必要があり、多くのメタライズ方法が提案されてい
る。
従来、アルミナセラミック基板にメタライズする方法
は、モリブデン−マンガン法をはじめ多くの優れた方法
が開発されてきたが、非酸化物系セラミックのメタライ
ズ法は余り開発されていない。
は、モリブデン−マンガン法をはじめ多くの優れた方法
が開発されてきたが、非酸化物系セラミックのメタライ
ズ法は余り開発されていない。
特に、窒化アルミニウム焼結体は濡れ性が悪く、これに
対する強固なメタライズ層の形成は困難であり、現在種
々の研究、技術開発が進められている。最近公知のもの
として、例えばPb又はSiの少なくとも一種を含有する厚
膜ペーストにより回路を形成した窒化アルミニウム基板
が、特開昭61-84089号公報に提示されているが、密着
強度が２kg/mm2以下と低く、スクリーン印刷による回
路形成のため、ファインパターン化ができにくいなどの
問題がある。
対する強固なメタライズ層の形成は困難であり、現在種
々の研究、技術開発が進められている。最近公知のもの
として、例えばPb又はSiの少なくとも一種を含有する厚
膜ペーストにより回路を形成した窒化アルミニウム基板
が、特開昭61-84089号公報に提示されているが、密着
強度が２kg/mm2以下と低く、スクリーン印刷による回
路形成のため、ファインパターン化ができにくいなどの
問題がある。
また、蒸着法又はRFスパッタ法により窒化アルミニウム
表面をメタライズしてなる半導体装置が特開昭61-11905
1号公報に開示されているが、この場合は半導体素子ペ
レットとヒートシンク間の接着力は2.5kg/mm2程度で、
充分に高いものではない。
表面をメタライズしてなる半導体装置が特開昭61-11905
1号公報に開示されているが、この場合は半導体素子ペ
レットとヒートシンク間の接着力は2.5kg/mm2程度で、
充分に高いものではない。
本発明者等は上記事情に鑑み更に研究の結果、薄膜メタ
ライズ層の密着強度を更に向上させた半導体用窒化アル
ミニウム基板を開発した。
ライズ層の密着強度を更に向上させた半導体用窒化アル
ミニウム基板を開発した。
本発明は即ち、AINを主体とし、カルシウム及びイット
リウム化合物をCaO,Y2O3換算でCaO：４重量％以下、Y2O
3：12重量％以下の範囲で包み、かつ焼結体中の全酸素
量が0.01〜10重量％の範囲にある窒化アルミニウム質焼
結体の表面に、Ti,Cr,Ni-Cr,Ta：Ｎ（窒化タンタル），
Al,Mo,Ｗのうちの１種以上からなる金属薄膜層が形成さ
れたもので、かつ窒化アルミニウム質焼結体と金属薄膜
層間の密着強度が2.5kg/mm2以上であることを特徴とす
る半導体用窒化アルミニウム基板である。
リウム化合物をCaO,Y2O3換算でCaO：４重量％以下、Y2O
3：12重量％以下の範囲で包み、かつ焼結体中の全酸素
量が0.01〜10重量％の範囲にある窒化アルミニウム質焼
結体の表面に、Ti,Cr,Ni-Cr,Ta：Ｎ（窒化タンタル），
Al,Mo,Ｗのうちの１種以上からなる金属薄膜層が形成さ
れたもので、かつ窒化アルミニウム質焼結体と金属薄膜
層間の密着強度が2.5kg/mm2以上であることを特徴とす
る半導体用窒化アルミニウム基板である。
本発明によれば、窒化アルミニウム質焼結体表面のメタ
ライズ金属の密着強度は2.5kg/mm2以上であって非常に
強固であるため、メタライズ回路ファインパターンの形
成が可能となる。
ライズ金属の密着強度は2.5kg/mm2以上であって非常に
強固であるため、メタライズ回路ファインパターンの形
成が可能となる。
本発明は特に窒化アルミニウム質焼結体基板の組成に特
徴があり、イットリウム、カルシウム及び酸素の含有量
に特徴がある。
徴があり、イットリウム、カルシウム及び酸素の含有量
に特徴がある。
即ち、窒化アルミニウムを主体とし、カルシウム及びイ
ットリウム化合物をCaO,Y2O3換算でCaO：４重量％以
下、Y2O3：12重量％以下の範囲で含み、より好ましくは
0.01≦Y2O3≦12重量％、0.01≦CaO≦４重量％の範囲で
含み、かつ焼結体中の全酸素量が0.01〜10重量％、より
好ましくは0.01〜7.0重量％を含む窒化アルミニウム質
焼結体基板を用いることが重要で、そして、該基板上に
通常のスパッタリング法、イオンプレティング法、真空
蒸着法等により、薄膜メタライズを施すことにより、本
発明は達成される。
ットリウム化合物をCaO,Y2O3換算でCaO：４重量％以
下、Y2O3：12重量％以下の範囲で含み、より好ましくは
0.01≦Y2O3≦12重量％、0.01≦CaO≦４重量％の範囲で
含み、かつ焼結体中の全酸素量が0.01〜10重量％、より
好ましくは0.01〜7.0重量％を含む窒化アルミニウム質
焼結体基板を用いることが重要で、そして、該基板上に
通常のスパッタリング法、イオンプレティング法、真空
蒸着法等により、薄膜メタライズを施すことにより、本
発明は達成される。
こうした基板組成は、密着用金属としTi,Cr,Ni-Cr,Ta：
Ｎ（窒化タンタル）Al,Mo,Ｗのうちの１種以上のメタラ
イズ層との間に2.5kg/mm2以上の強固な接着力を確保す
ることができるものである。
Ｎ（窒化タンタル）Al,Mo,Ｗのうちの１種以上のメタラ
イズ層との間に2.5kg/mm2以上の強固な接着力を確保す
ることができるものである。
Ta：Ｎ（窒化タンタル）としてはTa及びTaとＮとの化合
物（例えばTaN,Ta2N等）及びアモルファス状のTa-N系薄
膜がある。
物（例えばTaN,Ta2N等）及びアモルファス状のTa-N系薄
膜がある。
上記組成範囲外の窒化アルミニウム質焼結体基板では、
上記金属との充分な密着性が得られない。
上記金属との充分な密着性が得られない。
充分な密着性を確保するには、特に酸素の存在は重要で
あって、0.01重量％未満では良好な密着性が得られず、
10重量％より多いと密着性の向上が見られないばかり
か、基板の熱伝導率が低下して好ましくなくなる。
あって、0.01重量％未満では良好な密着性が得られず、
10重量％より多いと密着性の向上が見られないばかり
か、基板の熱伝導率が低下して好ましくなくなる。
カルシウム及び／又はイットリウムの存在も密着性に大
きな影響を与える。これらカルシウム、イットリウム、
酸素は焼結体中で主としてAIN結晶粒子間に第２相を形
成して存在しているがこの第２相が金属との密着性の向
上に寄与すると推定できる。すなわち、本来純粋なAIN
は金属との密着性に乏しいが、第２相中の酸素（又は若
干のAIN中への固溶酸素）と金属との結合で密着力の向
上が図られているものと推定できる。
きな影響を与える。これらカルシウム、イットリウム、
酸素は焼結体中で主としてAIN結晶粒子間に第２相を形
成して存在しているがこの第２相が金属との密着性の向
上に寄与すると推定できる。すなわち、本来純粋なAIN
は金属との密着性に乏しいが、第２相中の酸素（又は若
干のAIN中への固溶酸素）と金属との結合で密着力の向
上が図られているものと推定できる。
前記の薄膜メタライズ法としては、以下のような方法が
挙げられる。
挙げられる。
スパッタリング法 （条件）Arガス：圧力 0.2〜2.0Pa 流量 40〜80cc/min パワー： １〜３KW 基板温度： 室温〜250℃ イオンプレーティング法 （条件）真空度： ２×10-3Pa以下 イオン化電圧： 20〜100V 基板印加電圧： 500〜2000V 基板温度： 室温〜250℃ 真空蒸着法 （条件）真空度：２×10-3Pa以下 基板温度：室温〜250℃ なお、メタライズ回路ファィンパターンの形成において
は、従来法と同様に前記薄膜メタライズ層上に更に導体
層、例えばNi,Co,Cu,Au,Ag,Pd,Pt等が形成される。
は、従来法と同様に前記薄膜メタライズ層上に更に導体
層、例えばNi,Co,Cu,Au,Ag,Pd,Pt等が形成される。
つぎに本発明を実施例によって説明する。
実施例１ 平均粒径1.4μｍのAIN粉末に、平均粒径0.8μｍのY2O3
粉末を５重量％添加し、ボールミルを用いて粉砕、混合
して原料調製した。
粉末を５重量％添加し、ボールミルを用いて粉砕、混合
して原料調製した。
次にこの原料にパラフィンワックス６重量％を添加して
造粒した後、1000kg/cm2の圧力でプレス成形し、45×45
×３mmの圧粉体とした。この圧粉体を窒素ガス雰囲気中
で、まず300℃まで加熱して脱脂した。
造粒した後、1000kg/cm2の圧力でプレス成形し、45×45
×３mmの圧粉体とした。この圧粉体を窒素ガス雰囲気中
で、まず300℃まで加熱して脱脂した。
その後、前記脱脂済み圧粉体をカーボン型中に収納し、
窒素ガス雰囲気中、1800℃で0.5時間常圧焼結した。
窒素ガス雰囲気中、1800℃で0.5時間常圧焼結した。
得られた窒化アルミニウム質焼結体からなる基板は、そ
の組成が第１表、試料番号１に示す通り、CaO（換算
量）：0.01重量％、Y2O3（換算量）5.0重量％、全酸素
量：2.8重量％のものであった。
の組成が第１表、試料番号１に示す通り、CaO（換算
量）：0.01重量％、Y2O3（換算量）5.0重量％、全酸素
量：2.8重量％のものであった。
次いでこの基板の表面に、スパッタリング法により薄膜
Ti金属層を0.1μｍの厚さで形成した。
Ti金属層を0.1μｍの厚さで形成した。
試験の結果、この金属の密着強度は5.3kg/mm2であっ
て、非常に高い密着強度のものであることが判った。
て、非常に高い密着強度のものであることが判った。
実施例２〜19 実施例１と同様にしてCa源として平均粒径1.8μｍの粉
体を使用することにより、第１表に示す試料番号２〜９
の窒化アルミニウム質焼結体からなる基板を作成し、そ
れらの上に同表に示す各種金属薄膜を各種方法で形成し
た。それらの厚み、密着強度等は第１表に示す通りであ
った。
体を使用することにより、第１表に示す試料番号２〜９
の窒化アルミニウム質焼結体からなる基板を作成し、そ
れらの上に同表に示す各種金属薄膜を各種方法で形成し
た。それらの厚み、密着強度等は第１表に示す通りであ
った。
比較例 実施例１と同様にして、第１表に示す試料番号20〜25の
窒化アルミニウム質焼結体からなる基板を作成し、それ
らの上に同表に記した各種金属薄膜を各種方法で形成し
た。それらの厚み、密着強度は同表記載のとおりであっ
た。
窒化アルミニウム質焼結体からなる基板を作成し、それ
らの上に同表に記した各種金属薄膜を各種方法で形成し
た。それらの厚み、密着強度は同表記載のとおりであっ
た。
以上の結果からみて、CaO量、Y2O3量及び全酸素量が前
記本発明の規定範囲内にある実施例１〜19の基板は、そ
の表面に形成された金属層の密着強度が2.9kg/mm2ない
し7.0kg/mm2であって、従来公知の窒化アルミニウム質
焼結体基板におけるものに比べて、非常に高い密着強度
を有していることが判る。
記本発明の規定範囲内にある実施例１〜19の基板は、そ
の表面に形成された金属層の密着強度が2.9kg/mm2ない
し7.0kg/mm2であって、従来公知の窒化アルミニウム質
焼結体基板におけるものに比べて、非常に高い密着強度
を有していることが判る。
一方、本発明規定組成範囲外の比較例の試料番号20〜25
の基板の場合は、密着強度が1.7〜2.4kg/mm2であって、
不充分な値のものであった。
の基板の場合は、密着強度が1.7〜2.4kg/mm2であって、
不充分な値のものであった。
なお、前記基板と薄膜金属間の密着強度の測定方法は、
基板上に１mm□のメタライズテストパターンを形成し、
これにハンダディッピングした後、ワイヤー付けし、引
張り試験により、密着力を判定することによって行っ
た。
基板上に１mm□のメタライズテストパターンを形成し、
これにハンダディッピングした後、ワイヤー付けし、引
張り試験により、密着力を判定することによって行っ
た。
上記試験とは別に、試料番号５と同一の基板材料に対
し、蒸着法によってAl金属膜を22μｍの厚みで形成した
ところ、密着強度は2.3kg/mm2と低いものであったが、
これは引張による破壊が接合面からではなくAl金属層自
体が破壊するものと見受けられた。これに対して、膜厚
20μｍ以下のものにあっては、金属層自体のみが破壊さ
れることはなく、密着強度も2.5kg/mm2を越えるものと
なった。
し、蒸着法によってAl金属膜を22μｍの厚みで形成した
ところ、密着強度は2.3kg/mm2と低いものであったが、
これは引張による破壊が接合面からではなくAl金属層自
体が破壊するものと見受けられた。これに対して、膜厚
20μｍ以下のものにあっては、金属層自体のみが破壊さ
れることはなく、密着強度も2.5kg/mm2を越えるものと
なった。
従って、金属膜厚が余り厚いものはその金属自体の強度
が問題となるため、好ましくなく、メタライズ膜厚は20
μｍ以下とすることが好ましい。
が問題となるため、好ましくなく、メタライズ膜厚は20
μｍ以下とすることが好ましい。
以上実施例等において述べた通り、本発明の半導体用窒
化アルミニウム基板は、各種金属との密着強度が2.5kg/
mm2以上であって非常に高く、よって基板上に金属導体
パターン間のピッチが非常に狭いファインピッチでかつ
強固なメタライズ回路パターンを形成することができ
る。
化アルミニウム基板は、各種金属との密着強度が2.5kg/
mm2以上であって非常に高く、よって基板上に金属導体
パターン間のピッチが非常に狭いファインピッチでかつ
強固なメタライズ回路パターンを形成することができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/15
Claims (4)
- 【請求項１】AINを主体とし、カルシウム及びイットリ
ウム化合物をCaO,Y2O3換算でCaO：４重量％以下、Y
2O3：12重量％以下の範囲で含み、かつ焼結体中の全酸
素量が0.01〜10重量％の範囲にある窒化アルミニウム質
焼結体の表面に、Ti,Cr,Ni-Cr,Ta：Ｎ（窒化タンタ
ル），Al,Mo,Ｗのうちの１種以上からなる金属薄膜層が
形成されたもので、かつ窒化アルミニウム質焼結体と金
属薄膜層間の密着強度が2.5kg/mm2以上であることを特
徴とする半導体用窒化アルミニウム基板。 - 【請求項２】半導体用窒化アルミニウム基板が、その金
属薄膜層の上に導体層を有するものであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の半導体用窒化アルミニ
ウム基板。 - 【請求項３】金属薄膜層の厚みが20μｍ以下であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
半導体用窒化アルミニウム基板。 - 【請求項４】導体層がNi,Co,Cu,Au,Ag,Pd,Ptのうちの１
種以上であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
至第３項のいずれかに記載の半導体用窒化アルミニウム
基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63133786A JPH0633207B2 (ja) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | 半導体用窒化アルミニウム基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63133786A JPH0633207B2 (ja) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | 半導体用窒化アルミニウム基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01301575A JPH01301575A (ja) | 1989-12-05 |
| JPH0633207B2 true JPH0633207B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=15112971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63133786A Expired - Lifetime JPH0633207B2 (ja) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | 半導体用窒化アルミニウム基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0633207B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69127927T2 (de) * | 1990-05-02 | 1998-06-04 | Mitsubishi Materials Corp | Keramisches Substrat verwendet für eine elektrische oder elektronische Schaltung |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0649613B2 (ja) * | 1984-11-08 | 1994-06-29 | 株式会社東芝 | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
| JPH0712981B2 (ja) * | 1985-03-13 | 1995-02-15 | 株式会社東芝 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
| JPS61119051A (ja) * | 1984-11-15 | 1986-06-06 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPH0679989B2 (ja) * | 1985-02-26 | 1994-10-12 | ティーディーケイ株式会社 | 窒化アルミニウム上の銅電極形成法 |
| JPS6241766A (ja) * | 1985-08-13 | 1987-02-23 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法 |
| JP2525167B2 (ja) * | 1985-10-31 | 1996-08-14 | 京セラ株式会社 | 窒化アルミニウム質焼結体 |
| JPH0712983B2 (ja) * | 1986-01-30 | 1995-02-15 | ティーディーケイ株式会社 | 金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
| JPS62197375A (ja) * | 1986-02-20 | 1987-09-01 | 株式会社東芝 | 窒化アルミニウム基板 |
| JPS62226881A (ja) * | 1986-03-28 | 1987-10-05 | 株式会社東芝 | 封着部を有する窒化アルミニウム焼結体製窓部材 |
| JP2563809B2 (ja) * | 1987-09-28 | 1996-12-18 | 京セラ株式会社 | 半導体用窒化アルミニウム基板 |
-
1988
- 1988-05-31 JP JP63133786A patent/JPH0633207B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01301575A (ja) | 1989-12-05 |
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