JPH0725673A - 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Info
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- JPH0725673A JPH0725673A JP19174493A JP19174493A JPH0725673A JP H0725673 A JPH0725673 A JP H0725673A JP 19174493 A JP19174493 A JP 19174493A JP 19174493 A JP19174493 A JP 19174493A JP H0725673 A JPH0725673 A JP H0725673A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Die Bonding (AREA)
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、しかも高温環境下においても十分に耐
え、かつ複雑形状の面においてもその接合が可能な方法
を提供すること。 【構成】 炭化珪素セラミックスの表面に、先ずＣＶＤ
法により膜厚５００〜３０００Åのシリコン被膜を形成
し、該シリコン被膜を形成したセラミックスを８００〜
１１００℃で熱処理した後、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５３０〜７００℃で加熱処理することに
より、両者を接合する方法とした。
ン板とを簡便に、しかも高温環境下においても十分に耐
え、かつ複雑形状の面においてもその接合が可能な方法
を提供すること。 【構成】 炭化珪素セラミックスの表面に、先ずＣＶＤ
法により膜厚５００〜３０００Åのシリコン被膜を形成
し、該シリコン被膜を形成したセラミックスを８００〜
１１００℃で熱処理した後、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５３０〜７００℃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
【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、ＩＣやＬＳＩなどのシリコン板との
接合方法に関する。
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、ＩＣやＬＳＩなどのシリコン板との
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。
熱伝導性が良好で、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。
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。
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。
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十分に耐え、かつ複雑
形状の面においてもその接合が可能なセラミックスとシ
リコン板との接合方法を提供することにある。
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十分に耐え、かつ複雑
形状の面においてもその接合が可能なセラミックスとシ
リコン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ＣＶＤ法によりシ
リコン被膜を形成し、該シリコン被膜を形成したセラミ
ックスを熱処理した後、そのシリコン被膜面上に金箔を
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。
成するため、セラミックス表面に先ずＣＶＤ法によりシ
リコン被膜を形成し、該シリコン被膜を形成したセラミ
ックスを熱処理した後、そのシリコン被膜面上に金箔を
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。
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ＣＶＤ法によりセラミックス表
面に形成されたシリコン被膜は、膜厚５００〜３０００
Å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ＣＶＤ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り、またスパッタリング法で
は、シリコンターゲットと対向していなければならない
ことから、複雑形状面には適用できないという欠点を有
しているためである。また、該ＣＶＤ法により形成した
シリコン被膜の膜厚が、５００Å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。
面に形成されたシリコン被膜は、膜厚５００〜３０００
Å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ＣＶＤ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り、またスパッタリング法で
は、シリコンターゲットと対向していなければならない
ことから、複雑形状面には適用できないという欠点を有
しているためである。また、該ＣＶＤ法により形成した
シリコン被膜の膜厚が、５００Å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、本発明においては上記シリコン被
膜を形成した後のセラミックスの熱処理温度は、８００
〜１１００℃に管理されることが望ましい。これは、該
熱処理によって、炭化珪素セラミックス中のシリコン
と、該セラミックス表面にＣＶＤ法により形成したシリ
コン被膜中のシリコンとが、相互に拡散しあって強い付
着力を得るために行うものであるが、その熱処理温度が
８００℃に満たない場合には、上記したシリコンの拡散
が十分に起こらず、付着力を向上させる効果が生じない
ためであり、また逆に、１１００℃を越える温度で熱処
理すると、形成したシリコン被膜自体が分解してしま
い、表面被膜を形成する効果が現れないためである。
膜を形成した後のセラミックスの熱処理温度は、８００
〜１１００℃に管理されることが望ましい。これは、該
熱処理によって、炭化珪素セラミックス中のシリコン
と、該セラミックス表面にＣＶＤ法により形成したシリ
コン被膜中のシリコンとが、相互に拡散しあって強い付
着力を得るために行うものであるが、その熱処理温度が
８００℃に満たない場合には、上記したシリコンの拡散
が十分に起こらず、付着力を向上させる効果が生じない
ためであり、また逆に、１１００℃を越える温度で熱処
理すると、形成したシリコン被膜自体が分解してしま
い、表面被膜を形成する効果が現れないためである。
【００１１】さらにまた、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。
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。
【００１２】さらに、上記セラミックスとシリコン板と
の金箔を介しての接合は、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、ＩＣやＬＳＩ等の電子部品としてのシリコ
ン板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。
の金箔を介しての接合は、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、ＩＣやＬＳＩ等の電子部品としてのシリコ
ン板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。
【００１３】
【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。
げ、本発明をより詳細に説明する。
【００１４】−実施例１〜１３− 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、ＣＶＤ法で、
ＳｉＨ4 → Ｓｉ＋２Ｈ2 の反応により膜厚５００、１
０００、或いは３０００Åのシリコン被膜を形成した。
〔（株）日本セラテック社製〕の表面に、ＣＶＤ法で、
ＳｉＨ4 → Ｓｉ＋２Ｈ2 の反応により膜厚５００、１
０００、或いは３０００Åのシリコン被膜を形成した。
【００１５】次に、上記シリコン被膜が形成された炭化
珪素セラミックスを、真空中（５×１０-6Torr）におい
て８００、９００、或いは１１００℃で加熱処理した。
珪素セラミックスを、真空中（５×１０-6Torr）におい
て８００、９００、或いは１１００℃で加熱処理した。
【００１６】その後、このシリコン被膜の面上に、膜厚
が１、５、或いは１０μｍ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、６
００、６５０、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。
が１、５、或いは１０μｍ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、６
００、６５０、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。
【００１７】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。
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。
【００１８】
【表１】
【００１９】−比較例１〜１０− 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Ｃ
ＶＤ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、シリコン被膜形成
後に熱処理を行わなかったもの（比較例４）、また熱処
理を行ったがその温度が、８００〜１１００℃以外の７
００、或いは１２００℃で行ったもの（比較例５，
６）、また、上記接合に使用される金箔の厚みを、１μ
ｍに満たない０．８μｍの金箔としたもの（比較例
７）、また接合温度を、５３０〜７００℃以外の４８
０、或いは７５０℃にして行ったもの（比較例８，
９）、さらには、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10）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。
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Ｃ
ＶＤ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、シリコン被膜形成
後に熱処理を行わなかったもの（比較例４）、また熱処
理を行ったがその温度が、８００〜１１００℃以外の７
００、或いは１２００℃で行ったもの（比較例５，
６）、また、上記接合に使用される金箔の厚みを、１μ
ｍに満たない０．８μｍの金箔としたもの（比較例
７）、また接合温度を、５３０〜７００℃以外の４８
０、或いは７５０℃にして行ったもの（比較例８，
９）、さらには、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10）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。
【００２０】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。
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。
【００２１】
【表２】
【００２２】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、シリコン被膜形成後の熱処理、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。
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、シリコン被膜形成後の熱処理、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。
【００２３】
【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に耐
え、かつ複雑形状の面においてもその接合が可能なセラ
ミックスとシリコン板との接合方法となる。
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に耐
え、かつ複雑形状の面においてもその接合が可能なセラ
ミックスとシリコン板との接合方法となる。
Claims (6)
- 【請求項１】 セラミックス表面に先ずＣＶＤ法により
シリコン被膜を形成し、該シリコン被膜を形成したセラ
ミックスを熱処理した後、そのシリコン被膜面上に金箔
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。 - 【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。 - 【請求項３】 上記ＣＶＤ法によりセラミックス表面に
形成されたシリコン被膜が、膜厚５００〜３０００Å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。 - 【請求項４】 上記シリコン被膜を形成した後のセラミ
ックスの熱処理温度が、８００〜１１００℃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。 - 【請求項５】 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、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。 - 【請求項６】 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、４又は５記載
のセラミックスとシリコン板との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19174493A JP3293966B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | セラミックスとシリコン板との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19174493A JP3293966B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | セラミックスとシリコン板との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0725673A true JPH0725673A (ja) | 1995-01-27 |
| JP3293966B2 JP3293966B2 (ja) | 2002-06-17 |
Family
ID=16279784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19174493A Expired - Fee Related JP3293966B2 (ja) | 1993-07-05 | 1993-07-05 | セラミックスとシリコン板との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3293966B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997030474A1 (en) * | 1996-02-13 | 1997-08-21 | Northrop Grumman Corporation | DIE ATTACHED SiC AND DIE ATTACH PROCEDURE FOR SiC |
-
1993
- 1993-07-05 JP JP19174493A patent/JP3293966B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997030474A1 (en) * | 1996-02-13 | 1997-08-21 | Northrop Grumman Corporation | DIE ATTACHED SiC AND DIE ATTACH PROCEDURE FOR SiC |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3293966B2 (ja) | 2002-06-17 |
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