JPH08217577A - 窒化アルミニウム基板及びその製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム基板及びその製造方法Info
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- JPH08217577A JPH08217577A JP2388695A JP2388695A JPH08217577A JP H08217577 A JPH08217577 A JP H08217577A JP 2388695 A JP2388695 A JP 2388695A JP 2388695 A JP2388695 A JP 2388695A JP H08217577 A JPH08217577 A JP H08217577A
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Abstract
に薄膜回路形成のためにエッチャントとしてフッ酸を用
いるときも表面が浸食されない。 【構成】 窒化アルミニウム基板10は、窒化アルミニ
ウム焼結体11と、この焼結体11上に焼結体を酸化し
て形成された酸化層12と、この酸化層12上に形成さ
れたZrO2、Al2O3又はTiO2からなる金属酸化物
層14とを備える。金属酸化物層14の下地層としてS
iO2層13を有することが好ましい。
Description
平滑性及び耐食性に優れた窒化アルミニウム基板及びそ
の製造方法に関する。詳しくは薄膜回路用基板に適する
窒化アルミニウム基板及びその製造方法に関するもので
ある。
度、電気的絶縁性に優れたAl2O3(アルミナ)基板が
用いられていたが、近年薄膜回路用基板では電子機器の
小型化から基板上のIC等の素子の実装密度が高まり、
或いはパワー半導体等の搭載により基板上における発熱
量が大きくなり、このため基板は放熱性が高いことが要
求されるようになってきた。このAl2O3基板はAl2
O3の熱伝導率が20W/m・K程度と低く、基板側か
らの放熱は必ずしも十分でなく、上記要求を満たしてい
ない。この点を改良した基板として、熱伝導率が100
〜180W/m・Kの窒化アルミニウム(AlN)基板
が採用されてきている。
薄膜導体、薄膜抵抗体を形成する場合に、基板表面を研
磨して鏡面加工する方法や基板表面をガラス層などによ
り被覆する方法(特開平2−263445)が知られて
いる。このガラス層はSiアルコキシド溶液に基板を浸
漬して引上げ、基板表面にコーティングされたアルコキ
シド溶液を加水分解するゾル−ゲル法や、石英ガラスを
ターゲットとするスパッタリング法により基板表面に直
接作られる。またガラス層は窒化アルミニウム基板を酸
化して多孔質のAl2O3層からなる酸化層を形成した
後、この酸化層上にガラス粒子が溶剤に分散した懸濁液
を塗布し乾燥した後焼成し、このガラスが軟化する温度
で熱処理して軟化したガラスを酸化層中に侵入させる方
法によっても作られる。
ウム基板を鏡面加工する方法では、鏡面加工中に基板表
面で脱粒等の欠陥を生じたときには、薄膜のファインパ
ターンを形成することが困難となり、抵抗値のような薄
膜特性にばらつきを生じていた。また窒化アルミニウム
は他のセラミックスに比べてアルカリに比較的腐食され
やすいため、薄膜回路形成のためのウエットエッチング
処理を行うことが困難であった。また、窒化アルミニウ
ム基板の表面にガラス層をゾル−ゲル法やスパッタリン
グ法で形成する方法では、ガラス層を厚く形成できない
ため、十分な耐食性が得られない不具合があった。また
ガラスを軟化してガラス層を形成する方法では、上記不
具合は解消され、ファインパターンを形成でき、アルカ
リに対しても安定した基板が得られるものの、ガラスの
系や組成に制約を受けたり、或いは窒化アルミニウム基
板の熱伝導度が低下する問題点があった。
形成しても、この基板表面に薄膜導体、薄膜抵抗体等を
形成するために基板表面にスパッタリング処理を施し、
基板表面にパターンを形成するときに、フッ酸をエッチ
ャントとして用いる場合には、ガラス層の主成分である
SiO2が基板表面に存在するとこのガラス層がフッ酸
に溶解するため、ガラス層以外のフッ酸に浸食されない
保護層が望まれていた。
面平滑性に優れた窒化アルミニウム基板及びその製造方
法を提供することにある。本発明の別の目的は、薄膜回
路形成のためにエッチャントとしてフッ酸を用いるとき
も表面が浸食されない窒化アルミニウム基板及びその製
造方法を提供することにある。
明の第1の窒化アルミニウム基板10は、窒化アルミニ
ウム焼結体11と、この焼結体11上に焼結体を酸化し
て形成された酸化層12と、この酸化層12上に形成さ
れたZrO2、Al2O3又はTiO2からなる金属酸化物
層14とを含むものである。図2に示すように、本発明
の第2の窒化アルミニウム基板20は、上記酸化層20
と金属酸化物層14との間にSiO2層13を含むもの
である。
の製造方法は、窒化アルミニウム焼結体11を酸化して
この焼結体11上に酸化層12を形成し、この酸化層1
2上にZrアルコキシド溶液、Alアルコキシド溶液又
はTiアルコキシド溶液を塗布し加熱する、所謂ゾル−
ゲル法により、ZrO2、Al2O3又はTiO2からなる
金属酸化物層14を形成する方法である。
の製造方法は、窒化アルミニウム焼結体11を酸化して
この焼結体11上に酸化層12を形成し、この酸化層1
2上にSiアルコキシド溶液を塗布し加熱する、所謂ゾ
ル−ゲル法により、SiO2層13を形成し、このSi
O2層13上にZrアルコキシド溶液、Alアルコキシ
ド溶液又はTiアルコキシド溶液を塗布し加熱すること
によりZrO2、Al2O3又はTiO2からなる金属酸化
物層14を形成する方法である。
単体のみからなる焼結体に限らず、窒化アルミニウムを
主成分とし、各種添加物、例えばCaO,Y2O3等を含
有する焼結体でもよい。この焼結体上に設けられる酸化
層は、窒化アルミニウム焼結体を1×10-2atm以上
の酸素分圧であってかつ1×10-3atm以下の水蒸気
分圧の雰囲気において、1100〜1500℃で3〜
0.5時間程度熱処理することにより作られる。温度を
高くする程、処理時間は短くてよい。この熱処理により
窒化アルミニウム焼結体の表面が酸化され、気孔率0.
01〜15容積%の多孔質の酸化層(Al2O3層)が形
成される。酸化層は0.1〜10μmの厚さに形成され
る。0.1μm未満では基板の耐食性が不十分であり、
10μmを越えると酸化層にクラック、割れ等が生じ易
くなる。
Alアルコキシド溶液又はTiアルコキシド溶液を塗布
し加熱することによりZrO2、Al2O3又はTiO2か
らなる金属酸化物層が形成される。塗布の方法として
は、ディップコーティング、スピンコーティング等の方
法が挙げられる。この金属酸化物層は0.01〜1μm
の厚さに形成される。0.01μm未満では基板の耐食
性が不十分であり1μmを越えると窒化アルミニウムの
熱伝導性を低下させるようになる。
物層の下地層としてゾル−ゲル法によりSiO2層を設
けたことにある。このSiO2層は第1の窒化アルミニ
ウム基板における金属酸化物層の厚さでは耐食性、表面
平滑性の点で十分でない用途に対して、これらの特性を
補うために設けられる。Siアルコキシド溶液の加水分
解によるSiO2層は上述した金属酸化物層と比べて約
2倍の成膜性があり、本発明の基板を量産する場合に効
果的である。即ち、このSiO2層は0.2〜2μmの
厚さに形成される。0.2μm未満では基板の耐食性が
不十分であり2μmを越えると窒化アルミニウムの熱伝
導性を低下させ、SiO2層にクラック等を生じるよう
になる。
ニウム焼結体の表面に焼結体を酸化して形成された酸化
層を介してゾル−ゲル法により形成されたZrO2、A
l2O3又はTiO2からなる金属酸化物層を設けたの
で、窒化アルミニウムの放熱性の良さに加えて、金属酸
化物層による高い耐食性及び表面平滑性が得られる。第
2の窒化アルミニウム基板では、金属酸化物層の下地層
としてゾル−ゲル法によりSiO2層を設けたので、ク
ラックのない保護層を厚く形成でき、耐食性、表面平滑
性により一層効果的になる。
る。 <実施例1>先ず厚さ1mmの窒化アルミニウム焼結体
を76×76mmの正方形に切り出し、大気中、130
0℃で1時間熱処理し、焼結体の表面に3.0μm厚の
多孔質Al2O3層からなる酸化層を形成した。テトラノ
ルマルブトキシジルコニウムと3−オキソブタン酸エチ
ルとイソプロピルアルコールと塩酸とを均一に混合して
Zrアルコキシド溶液を調製した後、この溶液中に上記
窒化アルミニウム焼結体を浸漬し、10cm/分の速度
で引上げた。この焼結体を300℃で1時間乾燥させた
後、大気中900℃で30分間焼成してZrO2層を上
記酸化層上に形成した。このアルコキシド溶液への浸
漬、乾燥、焼成を5回繰返すことにより、厚さ0.35
μmのZrO2層を有する窒化アルミニウム基板を得
た。
溶液の代わりに、トリイソプロポキシアルミニウムと2
−メトキシエタノールとジエタノールアミンとを均一に
混合して調製されたAlアルコキシド溶液を用いた以外
は、実施例1と同様にして厚さ0.3μmのAl2O3層
を有する窒化アルミニウム基板を得た。
溶液の代わりに、テトライソプロポキシチタンと2−メ
トキシエタノールとジエタノールアミンとを均一に混合
して調製されたTiアルコキシド溶液を用いた以外は、
実施例1と同様にして厚さ0.35μmのTiO2層を
有する窒化アルミニウム基板を得た。
ルミニウム焼結体の表面に3.0μm厚の多孔質Al2
O3層からなる酸化層を形成した。次にエチルシリケー
トとエタノールとイソプロピルアルコールと塩酸とを均
一に混合したSiアルコキシド溶液を調製し、この溶液
中に上記窒化アルミニウム焼結体を浸漬し、10cm/
分の速度で引上げた。この焼結体を300℃で1時間乾
燥させた後、大気中900℃で30分間焼成してSiO
2層を上記酸化層上に形成した。このアルコキシド溶液
への浸漬、乾燥、焼成を2回繰返すことにより、厚さ
0.40μmのSiO2層を得た。続いて実施例1と同
様にしてテトラノルマルブトキシジルコニウムと3−オ
キソブタン酸エチルとイソプロピルアルコールと塩酸と
を均一に混合してZrアルコキシド溶液を調製した後、
この溶液中に上記窒化アルミニウム焼結体を浸漬し、1
0cm/分の速度で引上げた。この焼結体を300℃で
1時間乾燥させた後、大気中900℃で30分間焼成し
てZrO2層を上記SiO2層上に形成した。このアルコ
キシド溶液への浸漬、乾燥、焼成を2回繰返すことによ
り、厚さ0.14μmのZrO2層を得た。
窒化アルミニウム焼結体の表面にガラス粒子が均一に溶
剤に分散した懸濁液を塗布し、150℃で30分間乾燥
してガラス粒子層を形成した。続いて1000℃で30
分間焼成し、ガラス粒子層のガラスを軟化させ、酸化層
上に厚さ10μmのガラス層を形成した。
アルミニウム基板の耐食性を評価するために、これらの
基板をそれぞれ25×25mmの大きさに切り出し、金
属酸化物層又はガラス層が形成された面だけをpH13
のアルカリ溶液中に1時間浸漬した。また別に同一サイ
ズに切り出した基板を同様にして5%のフッ酸に1分間
浸漬した。その結果を表1に示す。表1で◎印は金属酸
化物層又はガラス層が全く溶解しないことを、○印は極
微量溶解したことを、×印は一部溶解したことをそれぞ
れ意味する。
アルミニウム基板の表面平滑性を評価するために、表面
粗さ計にて表面粗さを測定した。その結果を表1に示
す。表1においてRaは表面粗さの平均値を、Rmaxは表
面粗さの最大値をそれぞれ意味する。
アルミニウム基板がフッ酸系エッチャントに若干浸食さ
れたのに対して実施例1〜4の窒化アルミニウム基板は
全く浸食されていなかった。また比較例1の表面粗さは
実施例1〜4の表面粗さより2〜3倍大きかった。これ
は比較例1ではガラスが軟化して酸化層に侵入し、窒化
アルミニウムと反応してガスを生じたためと考えられ
る。
化アルミニウム焼結体の酸化層の上に、直接又はSiO
2層を介してZrO2、Al2O3又はTiO2からなる金
属酸化物層を形成したので、従来の鏡面加工した窒化ア
ルミニウム基板と比べて耐食性、表面平滑性に優れる。
特に従来の酸化層を介してガラス層を設けた窒化アルミ
ニウム基板と比べてフッ酸をエッチャントして用いる薄
膜回路形成に対しても基板表面が浸食されない優れた効
果を奏する。
分の拡大断面図。
分の拡大断面図。
Claims (4)
- 【請求項1】 窒化アルミニウム焼結体(11)と、前記焼
結体(11)上に前記焼結体を酸化して形成された酸化層(1
2)と、前記酸化層(12)上に形成されたZrO2、Al2O
3又はTiO2からなる金属酸化物層(14)とを含む窒化ア
ルミニウム基板。 - 【請求項2】 窒化アルミニウム焼結体(11)と、前記焼
結体(11)上に前記焼結体を酸化して形成された酸化層(1
2)と、前記酸化層(12)上に形成されたSiO2層(13)
と、前記SiO2層(13)上に形成されたZrO2、Al2
O3又はTiO2からなる金属酸化物層(14)とを含む窒化
アルミニウム基板。 - 【請求項3】 窒化アルミニウム焼結体(11)を酸化して
前記焼結体(11)上に酸化層(12)を形成し、前記酸化層(1
2)上にZrアルコキシド溶液、Alアルコキシド溶液又
はTiアルコキシド溶液を塗布し加熱することによりZ
rO2、Al2O3又はTiO2からなる金属酸化物層(14)
を形成する窒化アルミニウム基板の製造方法。 - 【請求項4】 窒化アルミニウム焼結体(11)を酸化して
前記焼結体(11)上に酸化層(12)を形成し、前記酸化層(1
2)上にSiアルコキシド溶液を塗布し加熱することによ
りSiO2層(13)を形成し、前記SiO2層(13)上にZr
アルコキシド溶液、Alアルコキシド溶液又はTiアル
コキシド溶液を塗布し加熱することによりZrO2、A
l2O3又はTiO2からなる金属酸化物層(14)を形成す
る窒化アルミニウム基板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02388695A JP3236882B2 (ja) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | 窒化アルミニウム基板及びその製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH08217577A true JPH08217577A (ja) | 1996-08-27 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007029750A1 (ja) * | 2005-09-06 | 2007-03-15 | Kyoto University | 有機薄膜光電変換素子及びその製造方法 |
JP2009520344A (ja) * | 2005-12-19 | 2009-05-21 | キュラミーク エレクトロニクス ゲーエムベーハー | 金属−セラミック基板 |
JP2010153927A (ja) * | 2002-05-23 | 2010-07-08 | Schott Ag | 高周波用途のためのガラス材料 |
-
1995
- 1995-02-13 JP JP02388695A patent/JP3236882B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2010153927A (ja) * | 2002-05-23 | 2010-07-08 | Schott Ag | 高周波用途のためのガラス材料 |
WO2007029750A1 (ja) * | 2005-09-06 | 2007-03-15 | Kyoto University | 有機薄膜光電変換素子及びその製造方法 |
US8012530B2 (en) | 2005-09-06 | 2011-09-06 | Kyoto University | Organic thin-film photoelectric conversion element and method of manufacturing the same |
JP2009520344A (ja) * | 2005-12-19 | 2009-05-21 | キュラミーク エレクトロニクス ゲーエムベーハー | 金属−セラミック基板 |
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