JPH0717775A - セラミックスとシリコン板との接合方法 - Google Patents

セラミックスとシリコン板との接合方法

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JPH0717775A
JPH0717775A JP18722393A JP18722393A JPH0717775A JP H0717775 A JPH0717775 A JP H0717775A JP 18722393 A JP18722393 A JP 18722393A JP 18722393 A JP18722393 A JP 18722393A JP H0717775 A JPH0717775 A JP H0717775A
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信之 南
Yoichi Ishida
陽一 石田
Shigeru Takahashi
繁 高橋
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    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミックスと、ICやLSIなどのシリコ
ン板とを簡便に、しかも高強度に接合すること。 【構成】 炭化珪素セラミックス表面に、先ずスパッタ
リング法により膜厚500〜3000Åのシリコン被膜
を形成し、その面上に1μm以上の厚みを有する金箔を
介してシリコン板を重ね、非酸化性雰囲気中において5
30〜700℃で加熱処理することにより、両者を接合
する方法とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスとシリコ
ン板との接合方法に関し、特に熱伝導性の良好な炭化珪
素セラミックスと、シリコン板との接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】炭化珪素セラミックスは、
熱伝導性、及び電気絶縁性が良好で、しかも熱膨張係数
がシリコン単結晶のそれに近い特性を有し、また機械的
強度をも兼ね備えていることから、ICやLSIなどの
半導体素子の搭載基板としての適用が進められている。
【0003】ここで、従来の炭化珪素セラミックスと、
ICやLSIなどのシリコン板との接合は、有機樹脂に
よる接着、或いは炭化珪素セラミックスにメタライズを
施し、該メタライズ面とシリコン板とをロウで接合する
方法等が採られていた。
【0004】しかしながら、先ず前者として記載した有
機樹脂を用いる方法にあっては、簡便に両者を接合し得
る方法ではあるものの、その得られた接合体は耐熱性に
乏しく、例えば耐熱性に優れていると言われるイミド系
樹脂を用いた場合においても、その実用上の耐熱温度は
精々300℃が限度であり、例えば500℃以上の高温
環境下においても耐え得る接合を期待できる方法ではな
かった。
【0005】また、後者のセラミックス表面にメタライ
ズを施す方法にあっては、耐熱性を有する接合が期待で
きるものの、セラミックス表面にクロムやタングステン
等でメタライズを施す工程自体が長く、また煩雑である
ことから広くは実用化されていなかった。
【0006】本発明は、上述した従来のセラミックスと
シリコン板との接合方法が有する課題に鑑みなされたも
のであって、その目的は、例えば炭化珪素のようなセラ
ミックスと、ICやLSIなどのシリコン板とを簡便
に、しかも高温環境下においても耐え得る高強度な接合
が可能なセラミックスとシリコン板との接合方法を提供
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、セラミックス表面に先ずシリコン被膜を形
成し、その面上に金箔を介してシリコン板を高温度で接
合するセラミックスとシリコン板との接合方法とした。
【0008】ここで、上記したセラミックスとしては、
炭化珪素セラミックスであることが望ましい。これは、
炭化珪素セラミックスは熱伝導性、及び電気絶縁性が良
好で、しかも熱膨張係数がシリコン単結晶のそれに近い
特性を有し、また機械的強度をも兼ね備えているため、
ICやLSI等のシリコン板の搭載に最適な材料である
ためである。
【0009】また、上記セラミックス表面に形成された
シリコン被膜は、スパッタリング法により形成された膜
厚500〜3000Åのシリコン被膜とすることが望ま
しい。これは、シリコンを、上記スパッタリング法以外
の例えば真空蒸着法でセラミックス表面に付着させたも
のは、その付着強度が弱く後工程で剥離する憂いがある
ためである。また形成したシリコン被膜の膜厚が、50
0Åに満たないものである場合には、やはりセラミック
ス表面への付着強度が弱く後工程で剥がれてしまい、逆
に3000Åを越える膜厚のシリコン被膜を形成する
と、その成膜工程中に該シリコン被膜が剥がれてしまう
ことがあるためである。
【0010】さらに、上記接合に使用される金箔の厚み
としては、1μm以上の厚みを有していることが望まし
い。これは、熱膨張係数がシリコン単結晶のそれに近い
炭化珪素セラミックスであっても、その熱膨張係数には
差異(炭化珪素:4.6×10-6/℃、シリコン:4.
0×10-6/℃)があり、1μmに満たない金箔の厚み
では、上記熱膨張係数の差異に基づく炭化珪素とシリコ
ン板との熱膨張差を緩衝しきれず、接合強度が低下する
ためである。
【0011】さらにまた、上記セラミックスとシリコン
板との接合は、シリコンが酸化しない条件、即ち真空
中、窒素,アルゴン等の不活性ガス中、或いは水素等の
還元ガス中のように非酸化性雰囲気において、530〜
700℃で行われることが望ましい。これは、530℃
に満たない接合温度では、セラミックスとシリコン板と
の間に高温環境下においても耐え得る十分な接合強度が
得られないためであり、また700℃を越えて加熱する
と、シリコンが熱分解してしまい、電子部品としての役
に立たなくなるためである。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例とともに挙
げ、本発明をより詳細に説明する。
【0013】−実施例1〜14− 10mm角で、厚さ3mmの炭化珪素セラミックス
〔(株)日本セラテック社製〕の表面に、5×10-3To
rrのアルゴン雰囲気中において、スパッタリング法によ
り膜厚500、1000、或いは3000Åのシリコン
被膜を形成した。
【0014】次に、上記シリコン被膜が形成された炭化
珪素セラミックスの面上に、膜厚が1、2、5、10、
或いは20μmの金箔を介して、5mm角の接合面と、
引っ張り治具の取付け部とを有するシリコン板を、その
5mm角の接合面において重ね合わせ、水素の還元ガス
中、窒素,アルゴンの不活性ガス中、或いは真空中とい
った非酸化性雰囲気中において、530、600、65
0、或いは700℃で加熱することにより、上記炭化珪
素セラミックスとシリコン板とを接合した。
【0015】得られた接合体を、500℃に加熱した状
態で接合面に対して垂直方向に引っ張り、炭化珪素セラ
ミックスとシリコン板との付着強度を測定した。その測
定結果を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】−比較例1〜9− 比較のため、上記シリコン被膜の形成を、5×10-6To
rrの真空雰囲気中において、電子ビーム蒸着により10
00Åのシリコン被膜としたもの(比較例1)、またス
パッタリング法により形成するシリコン被膜の膜厚を、
500〜3000Å以外の300、或いは3500Åの
被膜としたもの(比較例2,3)、さらには、上記接合
に使用される金箔の厚みを、1μmに満たない0.8μ
mの金箔としたもの(比較例4)、また接合温度を、5
30〜700℃以外の380、430、480、或いは
750℃にして行ったもの(比較例5〜8)、さらに、
接合雰囲気が、酸化性雰囲気である大気中で成されたも
の(比較例9)について、各々他の接合条件を表2に示
す条件で炭化珪素セラミックスとシリコン板とを接合し
た。
【0018】得られた接合体を、上記実施例と同様に5
00℃に加熱した状態で接合面に対して垂直方向に引っ
張り、炭化珪素セラミックスとシリコン板との付着強度
を測定した。その測定結果を表2に示す。
【0019】
【表2】
【0020】表1及び表2より、本発明に規定する条件
で接合された炭化珪素セラミックスとシリコン板とは、
高温環境下においても30MPa以上の実用強度を示す
が、シリコン被膜の形成方法、形成されたシリコン被膜
の膜厚、接合に使用される金箔の厚み、或いは接合温
度、接合雰囲気が規定する条件から外れて成された接合
体は、高温環境下における付着強度が弱いことがわか
る。
【0021】
【発明の効果】以上、説明した本発明にかかるセラミッ
クスとシリコン板との接合方法によれば、例えば炭化珪
素のようなセラミックスと、ICやLSIなどのシリコ
ン板とを簡便に、しかも高温環境下においても十分耐え
得る高強度な接合が可能となる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックス表面に先ずシリコン被膜を
    形成し、その面上に金箔を介してシリコン板を高温度で
    接合することを特徴とする、セラミックスとシリコン板
    との接合方法。
  2. 【請求項2】 上記セラミックスが、炭化珪素セラミッ
    クスであることを特徴とする、請求項1記載のセラミッ
    クスとシリコン板との接合方法。
  3. 【請求項3】 上記セラミックス表面に形成されたシリ
    コン被膜が、スパッタリング法により形成された膜厚5
    00〜3000Åのシリコン被膜であることを特徴とす
    る、請求項1又は2記載のセラミックスとシリコン板と
    の接合方法。
  4. 【請求項4】 上記接合に使用される金箔の厚みが、1
    μm以上であることを特徴とする、請求項1、2又は3
    記載のセラミックスとシリコン板との接合方法。
  5. 【請求項5】 上記セラミックスとシリコン板との接合
    が、非酸化性雰囲気において530〜700℃で行われ
    ることを特徴とする、請求項1、2、3又は4記載のセ
    ラミックスとシリコン板との接合方法。
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