JPH09275166A - 窒化アルミニウム基材を用いた半導体装置用部材及びその製造方法 - Google Patents

窒化アルミニウム基材を用いた半導体装置用部材及びその製造方法

Info

Publication number
JPH09275166A
JPH09275166A JP8336830A JP33683096A JPH09275166A JP H09275166 A JPH09275166 A JP H09275166A JP 8336830 A JP8336830 A JP 8336830A JP 33683096 A JP33683096 A JP 33683096A JP H09275166 A JPH09275166 A JP H09275166A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
base material
semiconductor device
copper
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP8336830A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3845925B2 (ja
Inventor
Kazutaka Sasaki
一隆 佐々木
Hirohiko Nakada
博彦 仲田
Akira Sasame
彰 笹目
Akinori Kobayashi
晄▲徳▼ 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP33683096A priority Critical patent/JP3845925B2/ja
Priority to US08/792,147 priority patent/US5998043A/en
Priority to CA002196641A priority patent/CA2196641A1/en
Priority to DE69736144T priority patent/DE69736144T2/de
Priority to EP97101803A priority patent/EP0788153B1/en
Publication of JPH09275166A publication Critical patent/JPH09275166A/ja
Priority to US10/454,288 priority patent/US6783867B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3845925B2 publication Critical patent/JP3845925B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/581—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on aluminium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62655—Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
    • C04B37/026—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of metals or metal salts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49822—Multilayer substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00844—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for electronic applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6025—Tape casting, e.g. with a doctor blade
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/604—Pressing at temperatures other than sintering temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/123—Metallic interlayers based on iron group metals, e.g. steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/36—Non-oxidic
    • C04B2237/366—Aluminium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/407—Copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/55—Pre-treatments of a coated or not coated substrate other than oxidation treatment in order to form an active joining layer
    • C04B2237/555—Pre-treatments of a coated or not coated substrate other than oxidation treatment in order to form an active joining layer on a substrate not containing an interlayer coating, leading to the formation of an interlayer coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/72—Forming laminates or joined articles comprising at least two interlayers directly next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means 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
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means 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
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01019—Potassium [K]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/14—Integrated circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/156—Material
    • H01L2924/157—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2924/15738—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950 C and less than 1550 C
    • H01L2924/15747—Copper [Cu] as principal constituent
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12576—Boride, carbide or nitride component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子やリードフレーム等をＡｌＮ基材
に実装する際に、従来のロウ付けや酸化銅共晶を用いた
接合で発生していた基材の破損変形をなくし、高強度で
接合された信頼性の高い半導体装置用部材を提供する。 【解決手段】 ＡｌＮ基材１上に、該基材１側から順
に、主にＷやＭｏ等の高融点金属からなる高融点金属化
層２と、融点が１０００℃以下でＮｉ、Ｃｕ、Ｆｅの少
なくとも１種を主成分とする金属介在層３とを備え、金
属介在層３上に銅を主体とする導体層４がロウ材層を介
さず直接接合されている。この半導体装置用の部材５
に、半導体素子８等を実装搭載して半導体装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化アルミニウム
基材に銅を主体とする導体層を接合した半導体装置用部
材、及びその製造方法、並びに該半導体装置用部材を用
いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体用パッケージに用いられる絶縁基
材としては、従来よりアルミナ(Ａｌ2Ｏ3)が広く用いら
れ、同基材上にタングステンを主体とするメタライズ回
路を構成し、これらを積層したものが半導体ＩＣ用の回
路基板として利用されてきた。しかし、アルミナは電気
絶縁性及び機械強度には優れているが、熱伝導率が１７
Ｗ／ｍ・Ｋ程度と小さいため熱放散性が悪く、高容量の
半導体ＩＣを搭載する回路基板としては不適当である。
【０００３】これに対して窒化アルミニウム(ＡｌＮ)
は、アルミナとほぼ同等の電気絶縁性と機械的強度を有
し、１００Ｗ／ｍ・Ｋを越す高い熱伝導率であると共
に、軽量であり、回路基板用基材として最近脚光を浴び
ている材料である。また、窒化アルミニウムは室温から
銀ろう付け温度（約８００℃）までの平均熱膨張率が
５.５×１０-6℃と小さいため、Ｓｉ半導体ＩＣチップ
（熱膨張率４.０×１０-6／℃）との接合整合性は良
い。しかしながら、窒化アルミニウムは基板への通貫リ
ード又は外囲器材として用いるコバール（熱膨張率１０
×１０-6／℃）や４２アロイ（熱膨張率１１×１０-6／
℃）とは逆に接合整合性が悪い。
【０００４】一般に、窒化物セラミックスと金属との接
合に関しては、同セラミックスと金属の間に種々の介在
層を形成した事例が知られている。例えば特公平２−３
４９０８号公報には、セラミックスの側から順に低弾性
率金属及び／又は展延性を有する金属からなる層、脆性
材料層、低熱膨張率材料層を介在させたものが記載され
ている。しかし、この種の多層介在層による接合は、接
合用の多層介在層で熱伝導率を低下させ易いため、窒化
アルミニウム放熱基板への適用には実用上限界がある。
【０００５】そこで通常は、窒化アルミニウム基材とリ
ードフレームや外囲器等の金属部材とを接合する場合、
窒化アルミニウム基材の表面にＷ、Ｍｏ等のメタライズ
層を設け、これを介して銀ロウ付けによって接合を行っ
てきた。例えば特開昭６３−２８９９５０号公報には、
窒化アルミニウム上のＷメタライズ層に、高熱伝導で且
つ熱緩衝性の高い無酸素銅をリードフレームとして用い
（同公報第１図及び第２図参照）、場合によっては窒化
アルミニウム上のＷメタライズ層と無酸素銅リードフレ
ームに濡れ性を改善するためのＮｉ層を形成して、これ
らを銀ロウ付けにより接合している。
【０００６】上記のメタライズ層を介して無酸素銅リー
ドフレームを接合させる方法によれば、通常のコバール
等のリードフレームに比べ、確かにロウ付け時の加熱に
よる熱応力が大幅に緩和され、コバールの場合に生じる
接合強度の低下は生じない。しかし、無酸素銅は軟質で
あるため、リードフレームとしての形状維持が難しいと
いう問題がある。更に、このように銀ロウ層を介して銅
系の部材を窒化アルミニウム基材に接合する場合には、
銀ロウと窒化アルミニウムとの熱膨張差によるろう付で
の熱応力作用が大きいため、冷却後窒化アルミニウム基
材に割れや反り等の破損変形が生じ易い。従って、銀リ
ッチでより軟質の特殊で高価な銀ロウ材を用いて冷却時
の応力を低下させたり、銀ロウ層をより薄くするために
少量領域での厳密なコントロールが必要になるという問
題がある。
【０００７】このような事情から、銀ロウ等のロウ材層
を介在させずに、導体である金属部材を窒化アルミニウ
ム基材に接合する種々の方法が検討されてきた。その１
つに、金属部材である銅と窒化アルミニウム基材の接合
に、Ｗメタライズ層やロウ材層を介さない方法として、
いわゆるＤＢＣ（ダイレクトボンディングカッパー）法
がある。
【０００８】例えば、特開昭５９−４０４０４号公報に
は、窒化アルミニウム表面に同焼結体の焼結助剤である
アルミニウム、希土類、アルカリ土類元素の酸化物から
なる結合層又は単に窒化アルミニウム自体の酸化層を形
成し、少量の同種酸化物結合剤（酸素のみの場合を含
む）を含むか、又は予めその表面にこれらの層を形成し
た金属被接合材を用意して、窒化アルミニウム上の同結
合層と金属被接合材の同結合層の親和性を利用して両者
を直接接合する方法が開示されている。例えば金属が銅
である場合には、その表面の銅酸化物を利用して、銅の
融点以下で且つ銅酸化物と銅の共晶温度以上の温度範囲
で熱処理を行って、表面に酸化層を形成した窒化アルミ
ニウム基材と接合している。
【０００９】また、類似の方法が特開昭６０−３２３４
３号公報にも開示されており、同公報には窒化アルミニ
ウム基材と銅放熱板との間に薄い活性金属（Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆなど）を含む銅合金共晶層を介在させる接合法
が開示されている。更に、「エレクトロニクスセラミッ
クス」１９８８年１１月号の第１７頁〜第２１頁には、
ＤＢＣ法が記載されている。これによると、まず窒化ア
ルミニウム基材表面に数μｍまでの薄い酸化アルミニウ
ム層を形成し、これにＣｕ2Ｏ−Ｃｕ共晶層を介して銅
との接合を行っている。
【００１０】しかしながら、以上のような銅酸化物と銅
の共晶域を利用した銅と窒化アルミニウムの接合は、上
記報文「エレクトリニクスセラミックス」の図４に記載
のように、窒化アルミニウム上の酸化物層の厚みを狭い
範囲でコントロールしない限り、接合強度のバラツキが
大きくなり易い。また、この方法でも基本的には、窒化
アルミニウムと銅部材間の酸化アルミニウム及び銅酸化
物共晶成分からなる介在層が薄いため、銅と窒化アルミ
ニウムとの熱膨張率差による基材の割れや反り等の破損
変形が生じ易い。更に、１０００℃近辺での銅−酸化銅
共晶接合のため、特殊な酸素分圧雰囲気を作る必要があ
る。これによって銅部材表面が酸化されるため、銅部材
に更に半田接合を行う際には、表面を研磨する等の余分
の手間がかかる。また、銅部材を窒化アルミニウム基材
に実装する場合、その非実装部を設ける際の位置決め及
び実装する溶触部との境目を再現性よく形成するための
手間がかかる。
【００１１】尚、上記特開昭６０−３２３４３号公報記
載の活性金属による方法では、高価な活性金属ロウ材が
必要となり、ロウ付時には１０-4Ｔｏｒｒ以下の高い真
空度が必要となる。また、窒素中でのロウ付時には、予
めロウ材に多量のＴｉを含有させるなど、特殊な金属ロ
ウの調整を必要とする場合が多い。更に、活性金属ロウ
材を用いると、窒化アルミニウムとの界面にボイドが生
じ易くなるため割れやすく、上記ロウ材の介在があるた
め熱抵抗が増加する恐れもある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
の事情に鑑み、窒化アルミニウムを基材とした半導体装
置、特にハイパワーモジュールの接続構造において、金
属部材を窒化アルミニウム基材に高い信頼性で実装する
ため、同基材上に銅を主体とする導体層を形成するに当
たり、上記した従来のＷメタライズ上へのロウ付け時に
生じる基材の損傷や、上記した酸化銅共晶を利用して基
材に直接銅導体層を接合する時に生じる基材の破損変
形、及び接合後に同部材を半導体装置に固定する際に発
生する変形（たわみ）による破損を回避すると共に、ロ
ウ付時及び実装時の材料費や加工費の増加を回避して、
窒化アルミニウム基材と導体層との高強度での接合が可
能な接続構造のとれる半導体装置用部材を提供すること
を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する半導体装置用部材は、窒化アルミ
ニウム基材上に、該基材側から順に設けた、主に高融点
金属からなる高融点金属化層と、融点が１０００℃以下
でニッケル、銅、鉄の少なくとも１種を主成分とする金
属介在層とを備え、該金属介在層上に銅を主体とする導
体層が接合されていることを特徴とする。
【００１４】つまり、本発明の半導体装置用部材は、放
熱性に優れた窒化アルミニウム基材を用いて、ハイパワ
ーモジュール用に代表される銅を主体とする導体層を形
成した半導体装置用部材に関するものである。よって、
この部材の導体層に半導体素子をダイボンディングする
ことにより、ハイパワーモジュール等の半導体装置を得
ることができる。
【００１５】従来の銅放熱基板と窒化アルミニウム基材
との酸化層若しくは活性化金属ロウ層を介在した直接接
合では、銅放熱基板と窒化アルミニウム基材の熱膨張率
差によって、製造時や使用時に発生する熱応力が窒化ア
ルミニウム基材に割れや反りを生じさせたり、銅放熱基
板の剥がれを生じさせたりするなど、著しく信頼性に欠
けていた。また、酸化層を介在させた上記の銅共晶接合
法では、接合界面に酸化層を形成し易くするために導体
層となる銅板との界面に溝を設けることがあり、この溝
が接合後に隙間として残り、強度低下をきたすことがあ
った。また、活性金属ロウによる接合では、接合時の位
置ズレや、回路形成時のエッチング時にエッチング液が
接合界面に周り込むことがあり、窒化アルミニウム基材
と銅導体層との間に空隙が生じ、やはり接合強度の低下
をきたすことがあった。
【００１６】従って、これらの問題点を解決して信頼性
を大幅に向上させるために、本発明では、窒化アルミニ
ウム基材と銅を主体とする導体層の間に、高融点金属化
層と、融点が１０００℃以下でニッケル、銅、鉄の少な
くとも１種を主成分とする金属介在層とを備える構造と
したものである。高融点金属化層の役割は、メッキ析出
やロウ流れ安定化のためや回路形成等の一般的な表面金
属化処理だけに留まらず、銅を主体とする導体層と窒化
アルミニウム基材の熱膨張率差によって生ずる熱応力を
ヤング率が高い高融点金属化層が受け止め、窒化アルミ
ニウム基材に支障を来す熱応力を緩和する。また、金属
介在層の役割は、１０００℃以下で溶け、高融点金属化
層と銅を主体とする導体層とを接合せしめるものであ
る。この金属介在層としては、一般的な銀ロウや活性化
金属ロウに比べて発生する熱応力を低減せしめるため、
硬度が低い材質、若しくは簡単に厚みを薄くできるよう
な材質が好ましい。
【００１７】特に導体層となる銅板と窒化アルミニウム
基材との間に放電現象が生じるのを避け、更に信頼性の
高い半導体装置用部材を提供するためには、導体層の平
面方向の長さ及び幅を高融点金属化層及び金属介在層の
平面方向の長さ及び幅よりも０.０５ｍｍ以上短くする
ことが好ましい。更に、この銅板で形成される導体層の
端面形状において、導体層の金属化層との接合界面と導
体層の側面とのなす角度を８０度以下とし、且つ導体層
の表面と側面とのなす角度を８０度以上とするとするこ
とによって、放電現象防止の効果が一層促進される。こ
の場合の導体層側面の断面形状は、外側又は内側に凸状
をなす曲線状であって良い。尚、この導体層の端面部
が、窒化アルミニウム基材との放電現象を避けるため
に、出来る限り平滑な面であることが好ましく、特にＲ
maxで２０μｍ以下とすることが好ましい。また、同じ
理由で、導体層のコーナーや稜にはバリ等の突起がない
ことが好ましく、特にコーナーや稜に小さな曲面を設け
ることが好ましい。
【００１８】窒化アルミニウム基材として用いる窒化ア
ルミニウム焼結体は、通常知られているＹ2Ｏ3等の希土
類元素化合物、ＣａＯ等のアルカリ土類元素化合物、及
び必要によりＴｉＮ等の他の遷移元素化合物等々の添加
成分の含まれたものでよく、相対密度が９５％以上、好
ましくは９８％以上のものを用いる。また、熱伝導率は
少なくとも１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが好ましく、１
５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが更に好ましい。尚、その金
属化層形成面には予め酸素を含む薄層が形成されていて
もよい。この薄層は高融点金属化層との結合を促進する
ことを主目的とするもので、例えばＡｌ、Ｓｉ、希土類
元素、アルカリ土類元素等と酸素とを含むものである。
【００１９】高融点金属化層の主成分は高融点金属であ
り、例えばＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ等の金属であ
る。この高融点金属化層には、窒化アルミニウムとの接
合性を改善するため、同焼結体中に添加される上記の希
土類元素、アルカリ土類元素、Ｓｉ、Ａｌ並びにその他
の遷移元素を含むガラスフリットを含んでいてもよい。
この高融点金属化層の厚みは３〜５０μｍとするのが望
ましい。
【００２０】高融点金属化層上に設ける金属介在層は、
Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕの少なくも１種を主成分とした融点１
０００℃以下の組成物からなる層であることが好まし
い。金属介在層は２層以上を積層してもよい。この金属
介在層の厚みは２〜４０μｍとするのが好ましく、５〜
２０μｍが更に好ましい。また、特にＮｉ−Ｐの組成が
好適な金属介在層の一つであり、中でもＮｉ−Ｂ組成の
層の上にＮｉ−Ｐ組成の層を積層した構造が特に好まし
い。
【００２１】以上の２層を介して窒化アルミニウム基材
に接合される銅を主体とする導体層としては、無酸素
銅、タフピッチ銅等の銅単体を初め、銅モリブデン合
金、銅タングステン合金、銅モリブデン・タングステン
合金等の銅合金、また高い電気電導度と低い熱膨張率を
兼ね備えた銅−モリブデン−銅のようなクラッド材があ
げられる。また、この導体層上には、必要に応じて、例
えばコバール等のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、４２アロイ
等のＦｅ−Ｎｉ系合金、Ｎｉ及びＮｉ系合金、Ｃｕ及び
Ｃｕ系合金、並びにＷ、Ｍｏ及びＷ又はＭｏ系合金等の
ような、半導体装置として窒化アルミニウムの外囲に配
設される金属部材が直接又は間接に接合されていてもよ
い。
【００２２】次に、本発明の半導体装置用部材の製造方
法を説明する。まず、前記した窒化アルミニウム基材に
高融点金属化層を形成する。その方法の一つは、予め窒
化アルミニウム焼結体を用意し、必要により前述の表面
処理（酸素含有薄層の形成）を行い、これに前記高融点
金属を主成分とする金属単体若しくはこれらの混合物又
はこれに前記ガラスフリットを含ませ、これらに有機バ
インダー（粘質材）と有機溶媒（バイダーの粘度調整
材）を混ぜたペーストを、印刷等によって好ましくは５
〜６０μｍの厚みで塗布した後、焼き付ける。この手順
は、いわゆるポストファイアメタライズ法である。
【００２３】これとは別の方法として、所定の組成に配
合した窒化アルミニウム系原料粉末混合物に成形用有機
バインダを加え、これを成形した成形体に、上記と同様
の高融点金属ペーストを塗布し、成形体の焼結と同時に
同ペーストを焼き付ける方法がある。この方法は、いわ
ゆるコファイアメタライズ法である。この方法の場合に
は、ペースト中の高融点金属粒子は可能な限り細粒を用
い、窒化アルミニウムの焼結促進のための添加剤につい
ても低温で液相を作るものを選ぶことによって、より低
温で同時焼結できるよう、また双方の収縮率も同程度に
するように工夫し、焼結時の基材の変形を防止すること
が重要である。また、低温で焼結させることにより、窒
化アルミニウム基材の結晶粒子が微細になり、基材の強
度が上がることも期待される。
【００２４】以上のごとく高融点金属化層を形成した
後、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅを主成分とした融点１０００℃以
下の組成からなる金属介在層を形成する。この金属介在
層の形成は、(１)相手側である銅を主体とする導体層の
接合界面に形成する、(２)窒化アルミニウム基材の高融
点金属化面上に形成をする、(３)窒化アルミニウム基材
の高融点金属化面と相手側である銅を主体とする導体層
との接合界面の双方に形成する、のいずれの方法でもよ
い。また、必要により金属介在層として異種の２層以上
を積層形成することもできる。例えば、その代表例であ
るニッケル−リン層を窒化アルミニウム基材上の高融点
金属化層に施す場合、高融点金属化面に予めニッケル−
ボロンメッキを施した後、その上にニッケル−リンメッ
キを施すこともできる。
【００２５】その後、上記いずれかの組合せで形成した
金属介在層を挟んで、窒化アルミニウム基材と前記した
銅を主体とする導体層を形成するための素材とを合わ
せ、窒素含有雰囲気中において前記導体層の融点未満の
温度で焼成して接合を行い、本発明の半導体装置用部材
とする。本発明によって得られる半導体装置用部材の接
合部の強度は、ピール強度で０.５ｋｇ／１ｍｍ以上の
高い強度が安定して得られる。
【００２６】尚、上記接合のための焼成の際に、必要に
より、例えば炭素質、アルミナ質、窒化アルミニウム質
等の耐火物を素材とするセット治具を用いて双方の仮固
定を行うと共に、更に必要であれば、両者を積層したセ
ット上に適当な荷重をかけてもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明で用いる窒化アルミニウム
基材において、その相対密度が９５％以上のものが好ま
しい理由は、９５％未満では焼結体の強度が落ち、製品
として用いた場合に熱衝撃に対する信頼性が低下するこ
とがあるからである。また、その熱伝導率が少なくとも
１００Ｗ／ｍ・Ｋが好ましいのは、１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満
では特にパワー素子への用途において、素子の動作時に
発生する熱の効果的な放熱が得られにくいからである。
【００２８】高融点金属化層の焼付け後の成分構成は、
高融点金属を８０体積％以上とし、前述のようなガラス
フリットを２０体積％以下含むようにすることが好まし
い。高融点金属成分が８０体積％未満では高融点金属化
層の熱伝導性が低下し易くなり、ガラスフリットが２０
体積％を越える場合も同様である。また、焼付後の高融
点金属化層の厚みは３〜５０μｍにコントロールするの
が望ましい。厚みが３μｍ未満では高融点金属化層と窒
化アルミニウム基材との間の機械的な密着が充分には得
られにくくなる恐れがあり、また５０μｍを越えると金
属介在層形成後の反り量が増す傾向が出やすくなる。
【００２９】金属介在層はＮｉ、Ｆｅ、Ｃｕを主成分と
する融点１０００℃以下の組成を含むもので形成する
が、特に前述のようにニッケル−リン系を用いることが
望ましい。本発明でニッケル−リン系の金属介在層を好
ましいとする理由は以下の通りである。金属Ｎｉ自体の
溶融温度よりも低温でＮｉ−Ｐの共融体が界面に形成さ
れ、反応が促進される。その際Ｎｉは溶融するため、導
体層や高融点金属化層のＷ等と導体層との良好な接合体
を得ることができるためである。
【００３０】金属介在層の厚みは、焼結時で２〜４０μ
ｍとする。厚みが２μｍ未満では接合に十分な液相が得
られないため非接合箇所が生じ易く、それによって熱抵
抗が増大したり、導体層である銅系金属部分とＡｌＮの
熱収縮差に起因する応力が集中することがある。厚みが
４０μｍを越えると、Ｎｉ−Ｐがヤング率の高い金属で
あるため、窒化アルミニウム基材との接合面積が大きく
なるに伴って同基材との熱応力の差の絶対量が大きくな
り、基材に過大な応力がかかるため、基材の強度劣化の
懸念がある。
【００３１】尚、金属介在層をメッキにより形成する方
法としては、電解メッキ又は無電解メッキのいずれでも
よい。また、金属介在層の形成方法として、メッキの他
に印刷法、蒸着等の方法を採用することもできる。この
ようにして形成した金属介在層は、非酸化性雰囲気中で
焼成することが好ましい。
【００３２】金属化層上に金属介在層を予め形成した窒
化アルミニウム基材と導体層素材との接合は、窒素含有
雰囲気中で導体層素材の融点未満の温度で行う。接合時
の温度が導体層素材の融点以上になると、接合後におけ
る導体層の所望の寸法が得られなくなると共に、この導
体層は予め一定の回路パターンを形成しているため、こ
のパターンが崩れて、場合によってはパターンが短絡す
る危険があるので好ましくない。尚、本発明の半導体装
置用部材においては、例えば、ハイパワーモジュール基
板の一つとして、銅の代わりにアルミニウムを主体とす
る導体層を適用した構造も可能である。
【００３３】
【実施例】実施例１ 平均粒径１.２μｍのＡｌＮ粉末、平均粒径０.６μｍの
Ｙ2Ｏ3粉末、及び平均粒径０.３μｍのＣａＯ粉末を、
それぞれ９７重量％、１.５重量％、及び１.５重量％と
なるように秤取し、エタノール溶媒中ボールミルにて２
４時間均一混合した。更に、この混合粉末１００重量部
に対しバインダーとしてＰＶＢを１０重量部加え、スラ
リー化した。
【００３４】このスラリーの一部を噴霧乾燥し、粉末成
形プレスにて板状に成形した後、窒素雰囲気中にて１７
００℃で５時間焼結して平板状のＡｌＮ焼結体を得た。
得られたＡｌＮ焼結体の一面に、平均粒径１μｍのＷ粉
末を主成分とし且つ５重量％のＳｉＯ2系フリットを含
むペーストを塗布し、脱ガスした後、窒素雰囲気中にて
１６００℃で焼き付けて高融点金属化層を形成した（ポ
ストファイアメタライズ法）。
【００３５】また、上記スラリーの残りをドクターブレ
ード法によって厚さ１.０ｍｍ、幅１００ｍｍのシート
状に成形し、打抜きによって平板状の成形体とした。こ
の平板状の成形体に、上記と同じペーストを同様に塗布
し、脱ガスした後、窒素雰囲気中にて１７００℃で５時
間焼成し、ペーストの焼付と同時に窒化アルミニウムの
焼結を行った（コファイアメタライズ法）。
【００３６】以上の工程で得たＷ高融点金属化層を形成
したメタライズＡｌＮ基材は、下記表１に示す種類であ
る。尚、ポストファイアメタライズ法で作製したもの
と、コファイアメタライズ法で作製したものは、いずれ
も同じ形状とした。また、焼結した窒化アルミニウムの
密度は９９％で表面に空孔は見られず、その熱伝導度は
１５０Ｗ／ｍ・Ｋから１６０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内であっ
た。
【００３７】
【表１】
【００３８】次に、各々の試料の中から１０枚ずつ選
び、高融点金属化面上にＮｉ−Ｐメッキを行った後、窒
素雰囲気中において６００℃で３０分間保持して同メッ
キ層を焼結した。得られた金属介在層にはフクレ、ハガ
レ等の異常は見られなかった。また、いずれの試料のメ
ッキ厚も６±０.３μｍの範囲に入っていた。
【００３９】これらの各試料に長さ、幅ともにＡｌＮ基
材と同じで、厚みが１ｍｍの導体層としてＪＩＳ Ｃ１
０２０の電気銅素材を載せて、黒鉛製のセッター上に並
べ、窒素気流中において９７０℃×３０分間の無負荷で
の炉中接合を行った。接合後の各試料に、超音波探傷面
分析をした結果、異常な欠陥は認められなかった。更
に、接合後の断面を１０００倍のＳＥＭ（走査型電子顕
微鏡）で観察をしたところ、界面には特にクラック、ピ
ンホール等は見られなかった。
【００４０】得られた各試料ごとに、ピール強度と反り
量について測定し、結果をポストファイアメタライズ法
とコファイアメタライズ法に分けてそれぞれ表２及び表
３に示した。尚、反り量については、導体層側を上にし
て定盤上に乗せた状態で対角線上を実測し、対角線上で
の定盤面からの最大高さと最小高さとの差を測定し、こ
れを対角線長さ１ｍｍ当たりに換算した値をもって反り
量とした。また、接合部のピール強度については、図１
に示すように、ＡｌＮ基材１の高融点金属化層２上に設
けた金属介在層３を介して、厚さ０.１ｍｍ×幅４.０ｍ
ｍの導体層４を長さｌ＝３ｍｍとなるように接合し、導
体層４の一端から上方に直角に突出させた把持部４ａを
２０ｍｍ／分の速度で上方に引っ張ることにより測定し
た。
【００４１】
【表２】ポストファイアメタライズ法試料 ピール強度(kg／1mm) 反り量(μm／mm) 1 0.5〜0.6 0.2〜0.3 2 0.7〜1.2 0.3〜0.4 3 1.4〜1.8 0.6〜0.8 4 1.5〜1.9 1.0〜1.2 5 1.5〜1.7 1.8〜2.1 6 1.4〜1.9 2.0〜2.1 7 1.6〜1.8 2.3〜2.4 8 1.5〜1.6 2.4〜2.6 9 1.3〜1.8 0.7〜0.9 10 1.7〜2.0 1.1〜1.3 11 1.6〜1.8 1.7〜2.1 12 1.7〜1.9 2.1〜2.3 13 1.2〜1.8 0.6〜0.9 14 1.6〜2.1 1.1〜1.3 15 1.7〜2.0 1.9〜2.2 16 1.7〜1.9 2.1〜2.2
【００４２】
【表３】コファイアメタライズ法試料 ピール強度(kg／1mm) 反り量(μm／mm) 1 0.5〜0.6 0.4〜0.5 2 0.8〜1.4 0.4〜0.5 3 2.6〜3.2 0.6〜0.8 4 2.8〜3.2 1.1〜1.3 5 3.1〜3.4 1.7〜2.0 6 3.3〜3.5 2.2〜2.4 7 3.4〜3.8 2.4〜2.6 8 3.0〜3.5 2.5〜2.8 9 2.8〜3.8 0.8〜1.0 10 2.8〜3.2 1.1〜1.4 11 3.2〜3.5 1.8〜2.2 12 3.1〜3.9 2.2〜2.3 13 2.8〜3.4 0.7〜1.0 14 3.2〜3.4 1.2〜1.4 15 3.4〜3.5 2.0〜2.2 16 3.0〜3.8 2.1〜2.2
【００４３】以上の結果より、本発明の構造であれば、
長さ及び幅が２５ｍｍ以上の大サイズの基材でも反りは
高々３.０μｍ／ｍｍ程度、ピール強度は最低でも０.５
ｋｇ／ｍｍ程度であり、実用に問題のないレベルである
ことが分かる。また、高融点金属化層の厚みを３μｍ〜
５０μｍとすることによりピール強度が０.５ｋｇ／１
ｍｍを越え、反り量は３.０μｍ／ｍｍ未満となり、実
用上充分に安定したレベルの高融点金属化層が得られる
ことが分かる。
【００４４】また、表２と表３のデータより、ポストフ
ァイアメタライズ法とコファイアメタライズ法を比べる
と以下の点が明らかである。コファイア品のピール強度
はポストファイア品のそれに較べると概ね２倍近く高
い。これは、焼結体上でＷのみを焼き付けるポストファ
イアメタライズ法に対して、成形体の焼結と同時にＷを
焼き付けるコファイアメタライズ法では、ＷとＡｌＮが
いわゆるアンカー効果によって強固に接合する上に、Ｗ
そのものも緻密になるためである。
【００４５】比較例 実施例１のコファイアメタライズ法による試料４、試料
１０、試料１４と同サイズのメタライズＡｌＮ基材を用
いて、実施例１と同一サイズのＣｕ製金属部材を従来公
知の銀ロウ付け又は銅共晶接合により接合し、それぞれ
１０ケのサンプルを作製した。
【００４６】銀ロウ付けは、ロウ材としてＡｇ７８％−
Ｃｕ２２％であるＪＩＳ規格の１３Ａｇ−８銀ろう材を
用い、実施例１と同様のメタライズＡｌＮ基材とＣｕ製
金属部材を窒素雰囲気中にて７８０℃で無負荷で３０分
間保持して接合を行った。また、銅共晶接合について
は、メタライズされていない同一サイズのＡｌＮ基材を
予め大気中にて１１００℃で表面酸化し、表層にＡｌ2
Ｏ3層の形成された基材に長さと幅が基材と同じで表面
がＣｕ2Ｏに酸化された厚さ０.３ｍｍのＣｕ製金属部材
を載せて両者を接合した。
【００４７】接合界面の外観観察において、特に５０ｍ
ｍ□の試料１０と１００ｍｍ□の試料１４には、いずれ
のサンプルにもセラミック部分に微小なクラックがみら
れ、また接合層のロウ材層とＮｉメッキ層との間及びＣ
ｕ共晶層とＮｉメッキ層との間に微小なボイドが認めら
れた。尚、２５ｍｍ□の試料４のサンプルには、外観上
クラックやボイドのような異常欠陥はみられなかった
が、超音波探傷での面分析では２５ｍｍ□のものでも３
０％前後の欠陥部（空洞部）が検出された。
【００４８】また、上記の各サンプルについて、実施例
１と同様にピール強度及び反り量を測定し、その結果を
表４に示した。尚、銅共晶接合法の場合は、金属介在層
を介さず直接接合した銅導体層の部分を同様に引っ張り
上げて測定した。更に、各サンプルについて、０℃×１
５分→１００℃×１５分の繰り返しを１０サイクル負荷
した昇降温熱衝サイクル（サーマルショック）テストを
行い、その結果も表４に併せて示した。尚、表４中の
「割れ」とはＡｌＮ基材に厚み方向に亀裂の入ったも
の、「剥がれ」とはＡｌＮ基材と高融点金属化層の界面
付近で接合部が剥がれたものを意味する。また、同じコ
ファイアメタライズ法により、ＡｌＮ基材でＮｉ−Ｐ介
在層の上に上記と同じ形状で酸化処理を施していないＣ
ｕ製金属部材を接合した本発明の上記３試料の各部材
は、同様のサーマルショックテスト後でも比較例に見ら
れたような割れは全く見られなかった。
【００４９】
【表４】 ピール強度 反り量 サーマルショック試 料 試料寸法 接合法 (kg／1mm) (μm／mm) １０回後の評価 4−a 25mm□ Agロウ 1.2〜2.0 1.3〜1.8 割れ 10−a 50mm□ Agロウ 1.2〜2.0 2.3〜3.0 割れ 14−a 100mm□ Agロウ 測定不能 3.4〜4.6 割れ 4−b 25mm□ Cu共晶 1.5〜2.2 1.4〜2.1 剥がれ 10−b 50mm□ Cu共晶 1.5〜2.2 2.6〜3.8 割れ 14−b 100mm□ Cu共晶 測定不能 3.6〜4.8 割れ
【００５０】この結果より、実施例１の本発明品と対応
させてみると以下の点が明らかになった。Ａｇロウ付け
及びＣｕ共晶接合による製品は、サーマルショックによ
って破壊もしくはメタライズが剥がれてしまう。これ
は、Ａｇ−ＣｕとＣｕの熱膨張係数がＡｌＮに較べて大
きく、熱応力が発生するためである。また、Ａｇロウ付
け及びＣｕ共晶接合では接合後のソリが大きく、１５ｍ
ｍ□以上のものは作製困難である。これは、Ａｇロウと
Ｃｕの熱膨張係数が大きいためである。尚、Ｃｕ共晶接
合に比べてＡｇロウ付け接合の方が若干反り量が小さい
のは、Ｗによる応力緩和が原因と考えられる。
【００５１】実施例２ 実施例１の表１に示す試料４と同一の条件で金属化層を
形成したメタライズＡｌＮ基材を用意し、実施例１と同
様に厚み６±０.３ｍｍ内のＮｉ−Ｐメッキによる金属
介在層を金属化層全面に形成した。この金属介在層には
フクレ、ハガレ等の異常は見られなかった。
【００５２】次に、金属介在層の表面に、厚み０.３ｍ
ｍのＪＩＳ Ｃ１０２０の銅素材を載せて、このセット
を黒鉛製のセッター上に並べ、窒素気流中において９０
０℃×３０分間の無負荷条件下での炉中接合を行い、導
体層を形成した。この場合、上記銅素材は、金属介在層
の長さ及び幅の両平面方向に対し、下記表５のように変
化させた。これら各１２０ケの試料を作製し、接合面で
の全数超音波探傷面分析したところ、異常な欠陥は認め
られなかった。更に接合後の断面を抜き取り５ケの各試
料につき１０００倍のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観
察したところ、界面にはクラック、ピンホール等の欠陥
は確認されなかった。
【００５３】次に、抜き取りで各試料１５ケについてピ
ール強度と反り量を実施例１と同様の方法にて確認した
ところ、前記表３の試料４と同等のレベルであった。こ
の後各試料１００ケについて厚み方向の絶縁耐圧につい
て、ＡＣ１０００Ｖ×１０分印加前後の同耐圧の劣化の
有無を確認し、その結果も表５に合わせて示した。表５
の結果より、金属介在層の平面方向の長さ及び幅に対
し、導体層の対応する長さ、幅のいずれもが同等か又は
小さい方が、絶縁耐圧の劣化現象の発生確率が小さいこ
とが分かる。また、金属介在層と導体層の長さの差が
０.０５ｍｍ以上であれば、絶縁耐圧の劣化現象は生じ
ないことが分かる。
【００５４】
【表５】 金属介在層−導体層の長さの差 １００ケ中の試料 長手方向(mm) 幅方向(mm) 絶縁耐圧劣化数 17 0.25 0.25 0 18 0.10 0.10 0 19 0.07 0.07 0 20 0.05 0.05 0 21 0 0 0 22 −0.03 −0.03 5 (実用上支障なし) 23 0.07 −0.03 3 (実用上支障なし) 24 −0.03 0.07 3 (実用上支障なし)
【００５５】実施例３ 実施例２と同じ条件で金属化層並びにニッケル−リンメ
ッキによる金属介在層を形成し、実施例２と同じ銅素材
により同様の条件で導体層を形成した。この場合、図２
に示すように、導体層４は平面方向の長さ及び幅ともに
金属介在層３のそれらよりも０.１０ｍｍ短くすると同
時に、予めこの銅素材の全ての側面をエッチングするこ
とによって、導体層４の表面４1と側面４2とのなす角度
θ1、及び導体層４の側面４2と金属介在層３との接合界
面４3とのなす角度θ2を、それぞれ下記表６に示す角度
だけ傾斜させた。
【００５６】これらの各１２０ケの試料の全数について
超音波探傷面分析を行ったところ異常な欠陥は認められ
ず、又各試料の抜き取り５ケについての実施例２と同様
の断面観察でも欠陥は観察されなかった。更に、実施例
２と同様の抜き取りでのピール強度、反り量の確認で
も、前記表３の試料４程度のレベルを確認した。この
後、各試料１００ケについて、この部材を共晶半田を用
いて銅製の放熱板上に接合し、図３に示す構造の半導体
装置を作製した。
【００５７】即ち、各試料の部材５は図４に示すよう
に、ＡｌＮ基材１の両表面に、Ｗの高融点金属化層２と
Ｎｉ−Ｐの金属介在層３と銅の導体層４とを、この順に
接合した構造のものである。この部材５を、銅製の放熱
板６に共晶半田７を用いて接合し、更に半導体素子８を
部材５にダイボンディングしてリード９で接続した。こ
れを図３に示すように、外部端子１２を備えたケーシン
グ１１に収納し、樹脂充填層１３を充填して半導体装置
とした。
【００５８】これら各部材を組み込んだ半導体装置の各
々１００ケについて、実施例２と同じ条件下で電圧を負
荷し、負荷前後での絶縁耐圧の変化を測定して、その結
果を表６に示した。図２に示す導体層４の表面４1と側
面４2とのなす角度θ1を８０度以上とし、同時に導体層
４の側面４2と金属介在層３との接合界面４3とのなす角
度θ2を８０度以下にしたものは、電圧負荷後に絶縁耐
圧の劣化が認められなかったが、角度θ1を８０度未満
とするか及び／又は角度θ2を８０度を越える角度とし
たものは、導体層からの放電による樹脂の変質による絶
縁耐圧の劣化が確認された。尚、全ての試料について、
電圧負荷後に半導体装置内のＡｌＮ基材及び導体層の周
辺にクラックや反りによる不具合は認められなかった。
【００５９】
【表６】
【００６０】実施例４ ＡｌＮ基材に高融点金属化層を形成した実施例１の試料
１０と同一サイズのメタライズＡｌＮ基材を用い、この
高融点金属化層上にそれぞれ各１０ケずつ厚みが３μ
ｍ、４μｍ、５μｍ、８μｍ、１０μｍ、４０μｍ、５
０μｍのＮｉ−Ｐメッキを行い、金属介在層とした。
【００６１】次に、このＮｉ−Ｐの金属介在層の上に、
厚み０.３ｍｍで長さと幅がＡｌＮ基材と同一サイズの
ＪＩＳ Ｃ１０２０のＣｕ板を載せ、実施例１と同様の
条件下で加熱して接合した。得られた各試料について、
実施例１と同様にピール強度と反り量を測定し、更に超
音波面分析による欠陥部の評価を行って、その結果を表
７に示した。
【００６２】
【表７】 メッキ厚 ピール強度 反り量 超音波面分析試料 (μm) (kg／1mm) (μm／mm) 欠陥部(％) 33 3 0.6〜0.9 1.4〜2.0 14 (実用可能) 34 4 0.7〜0.9 1.5〜2.4 5 (実用可能) 35 5 0.5〜1.6 1.4〜2.0 0 (実用可能) 36 8 1.5〜1.7 1.6〜2.3 0 (実用可能) 37 10 1.4〜1.8 1.3〜2.2 0 (実用可能) 38 40 1.5〜1.8 1.3〜2.0 0 (実用可能) 39 42 1.7〜1.8 2.6〜2.9 0 (実用可能)
【００６３】更に、実施例１の試料１０と同一サイズの
メタライズＡｌＮ基材を用い、これに８μｍのＮｉ−Ｐ
メッキを施して焼結した後、厚み０.３ｍｍの上記と同
じＣｕ板を実施例１と同様の条件下に８５０〜１０００
℃の任意の温度で接合した。得られた各試料について上
記と同じ評価を行い、その結果を表８に示した。この結
果から、接合温度がＣｕの融点を越える試料４４では、
Ｃｕ板が溶解してしまい、良好な接合が得られないこと
が分かる。
【００６４】
【表８】 接合温度 ピール強度 反り量 超音波面分析試料 (℃) (kg／1mm) (μm／mm) 外 観 欠陥部(％) 40 880 1.6〜1.8 1.3〜1.6 良好 20 (実用可能) 41 900 1.5〜1.7 1.4〜1.7 良好 4 (実用可能) 42 950 1.8〜2.0 1.4〜1.8 良好 0 (実用可能) 43 １070 1.7〜1.9 1.3〜1.7 良好 0 (実用可能) 44＊ １090 測定不可能 Cu溶解 (実用不可能) （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００６５】実施例５ 実施例１の試料１０と同一サイズであり、実施例１と同
様のポストファイヤメタライズ法により高融点金属化層
を形成したメタライズＡｌＮ基材を、各試料毎に１０ケ
ずつ用意した。これとは別に、接合面（長さ、幅）のサ
イズが同一で、厚みが０.３ｍｍの銅板を用意した。この
銅板の基材との接合面に、Ｎｉ−Ｂメッキを３μｍ施し
た後、Ｎｉ−Ｐメッキ及びＣｕ−Ｚｎメッキを種々の厚
みに形成することにより金属介在層とした。
【００６６】この銅板の金属介在層とＡｌＮ基材のメタ
ライズ面を合わせ、実施例１と同一条件で両者を接合し
た（試料４５〜５１）。また、上記と同じメッキをメタ
ライズＡｌＮ基材側に施し、これと上記銅板を実施例１
と同一条件で接合した（試料５２〜５８）。
【００６７】得られた各試料について、実施例１と同様
にピール強度及び反り量を測定し、外観観察及び超音波
面分析の結果とともに表９に示した。表９より、金属介
在層がいずれの側であっても、金属介在層の厚みが３〜
４０μｍの範囲にコントロールされれていれば、より一
層良好な接合が得られることが分かる。
【００６８】
【表９】 メッキ メッキ厚 ピール強度 反り量 超音波面分析試料 種 類 (μm) (kg／1mm) (μm／mm) 外観 欠陥部(％) 45 Ni−P 3 0.7〜0.9 1.2〜1.6 良好 20 (実用可能) 46 Cu−Zn 4 0.6〜0.9 1.4〜1.7 良好 15 (実用可能) 47 Ni−P 5 2.0〜2.4 1.3〜1.6 良好 3 (実用可能) 48 Ni−P 8 1.9〜2.3 1.2〜1.7 良好 0 (実用可能) 49 Ni−P 10 1.9〜2.2 1.4〜1.7 良好 0 (実用可能) 50 Cu−Zn 30 1.8〜2.1 1.2〜1.6 良好 0 (実用可能) 51 Ni−P 42 1.9〜2.2 2.6〜2.9 良好 0 (実用可能) 52 Ni−P 3 0.6〜0.9 1.2〜1.7 良好 22 (実用可能) 53 Cu−Zn 4 0.7〜0.9 1.4〜1.8 良好 17 (実用可能) 54 Ni−P 5 1.9〜2.5 1.4〜1.9 良好 2 (実用可能) 55 Ni−P 8 1.7〜2.2 1.4〜1.6 良好 0 (実用可能) 56 Ni−P 10 1.8〜2.4 1.3〜1.7 良好 0 (実用可能) 57 Cu−Zn 30 1.7〜2.2 1.1〜1.5 良好 0 (実用可能) 58 Ni−P 43 1.8〜2.2 2.7〜2.9 良好 0 (実用可能)
【００６９】実施例６ 実施例１の試料１０と同一サイズであり、実施例１と同
様のコファイヤメタライズ法により高融点金属化層を形
成したメタライズＡｌＮ基材を各試料毎に１０ケずつ用
意し、実施例５と同様にＮｉ−ＢメッキとＮｉ−Ｐメッ
キ又はＣｕ−Ｐメッキを種々の厚みに形成したＣｕ板
と、実施例１と同一条件で金属介在層（メッキ層）を介
して接合した。
【００７０】得られた各試料について、実施例５と同様
の評価を行い、その結果を表１０に示した。表１０から
分かるように、実施例３のポストファイアメタライズ法
による試料の場合と同様の効果が確認された。
【００７１】
【表１０】 メッキ メッキ厚 ピール強度 反り量 超音波面分析試料 種 類 (μm) (kg／1mm) (μm／mm) 外観 欠陥部(％) 59 Ni−P 3 0.7〜1.1 1.4〜1.7 良好 21 (実用可能) 60 Cu−P 4 0.9〜1.4 1.3〜1.9 良好 13 (実用可能) 61 Ni−P 5 3.1〜3.6 1.6〜1.8 良好 4 (実用可能) 62 Cu−P 8 2.9〜3.4 1.3〜1.9 良好 0 (実用可能) 63 Ni−P 10 3.2〜3.6 1.4〜1.8 良好 0 (実用可能) 64 Cu−P 30 3.0〜3.2 1.5〜1.6 良好 0 (実用可能) 65 Ni−P 42 3.0〜3.2 2.6〜2.9 良好 0 (実用可能)
【００７２】実施例７ 実施例１の試料１０と同様の条件下で高融点金属化層を
形成したメタライズＡｌＮ基材上に、Ｐを１２モル％含
有したＮｉペーストをスクリーン印刷法にて塗布し、ベ
ルト炉にて乾燥後、実施例１と同一条件でＣｕ板を接合
した。得られた各試料について、上記と同様の評価を行
い、その結果をＮｉ−Ｐ介在層の厚みごとに表１１に示
した。この結果より、金属介在層をメッキ以外の方法で
形成したものであっても、メッキによる場合と同様の効
果が得られることが分かる。
【００７３】
【表１１】 Ｎｉ介在層 ピール強度 反り量 超音波面分析試料 厚み(μm) (kg／1mm) (μm／mm) 欠陥部(％) 66 5 2.0〜2.5 1.3〜1.5 6 (実用可能) 67 8 1.9〜2.4 1.5〜1.8 0 (実用可能) 68 10 2.1〜2.6 1.4〜1.7 0 (実用可能) 69 42 2.2〜2.5 2.7〜2.9 0 (実用可能)
【００７４】実施例８ 実施例１のコファイアメタライズ法で作製した試料１０
の部材と、比較例で作製した表４の試料４−ａ及び試料
４−ｂの部材を、共晶半田を用いてＣｕ製の放熱板上に
接合し、図３に示す構造の半導体装置を製造した。
【００７５】即ち、試料１０の部材は、図４に示すよう
に、ＡｌＮ基材１の両表面に、Ｗの高融点金属化層２
と、Ｎｉ−Ｐの金属介在層３と、Ｃｕの導体層４とをこ
の順序に接合した構造の部材５である。この部材５を放
熱板６に共晶半田７を用いて接合し、更に通常のごとく
半導体素子８を部材５にダイボンディングしてリード９
で接続した。これを図３に示すように、外部端子１２を
備えたケーシング１１に収納し、樹脂充填層１３を充填
して半導体装置とした。
【００７６】また、比較例の部材では、図５に示すよう
に、試料１０のＷの高融点金属化層２とＮｉ−Ｐの金属
介在層３に代わる接合層１０として、試料４−ａではＡ
ｇロウ層及び試料４−ｂではＣｕ共晶層が、それぞれＡ
ｌＮ基材１の両表面に形成された構造となっている。こ
れ以外の比較例の部材、及びこれに半導体素子８を搭載
した半導体装置の構造は、図４及び図３に示す本発明の
試料１０の場合と同じである。
【００７７】これらの各半導体装置を１０００サイクル
のヒートサイクル試験にかけたところ、本発明の試料１
０の部材を搭載した半導体装置においては、ＡｌＮ基材
１及びＣｕの導体層４の周辺に割れや反りによる不具合
は発生しなかった。これに対して試料４−ａ及び試料４
−ｂの部材を搭載した半導体装置では、いずれもＡｌＮ
基材１とＣｕの導体層４との界面にＡｌＮ基材１の方向
に向かってクラックが発生していた。
【００７８】このように、高融点金属化層を配したＡｌ
Ｎ基材上に金属介在層を設け、この上に銅を主体とする
導体層を形成した接続構造の部材とすることにより、従
来の接続構造に比べ格段に信頼性の高い半導体装置を得
ることができる。特にかかる接続構造をとる本発明の部
材は、ハイパワーモジュール用として優れた信頼性を示
す。
【００７９】
【発明の効果】本発明によれば、銅やコバール等からな
るリードフレームのような金属部材を窒化アルミニウム
基材に実装する際に、従来のメタライズ上でのロウ付け
や酸化銅共晶を利用した接合で生じる基材の破損変形を
回避し、割れや反りがなく高強度で接合した信頼性の高
い半導体装置用部材を簡単且つ安価に提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における半導体装置用部材の接合部のピ
ール強度の測定方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の導体層の端面形状を示す概略の説明図
である。
【図３】実施例３及び実施例８で作製した本発明の半導
体装置の概略を示す一部切欠側面図である。
【図４】実施例３及び実施例８で作製した本発明の半導
体装置用部材を示す概略の断面図である。
【図５】実施例８で作製した比較例の半導体装置用部材
を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
１ ＡｌＮ基材 ２ 高融点金属化層 ３ 金属介在層 ４ 導体層 ４ａ 把持部 ４1 表面 ４2 側面 ４3 接合界面 ５ 部材 ６ 放熱板 ７ 共晶半田 ８ 半導体素子 ９ リード １０ 接合層 １１ ケーシング １２ 外部端子 １３ 樹脂充填層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 晄▲徳▼ 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 窒化アルミニウム基材上に、該基材側か
    ら順に設けた、主に高融点金属からなる高融点金属化層
    と、融点が１０００℃以下でニッケル、銅、鉄の少なく
    とも１種を主成分とする金属介在層とを備え、該金属介
    在層上に銅を主体とする導体層が接合されていることを
    特徴とする半導体装置用部材。
  2. 【請求項２】 前記導体層の平面方向の長さ及び幅が前
    記高融点金属化層及び前記金属介在層の該平面方向の長
    さ及び幅より０.０５ｍｍ以上短いことを特徴とする、
    請求項１に記載の半導体装置用部材。
  3. 【請求項３】 前記導体層の端面形状において、該導体
    層の前記金属化層との接合界面と該導体層の側面とのな
    す角度が８０度以下であり、且つ該導体層の表面と側面
    とのなす角度が８０度以上であることを特徴とする、請
    求項１又は２に記載の半導体装置用部材。
  4. 【請求項４】 前記高融点金属化層の厚みが３〜５０μ
    ｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに
    記載の半導体装置用部材。
  5. 【請求項５】 前記金属介在層の厚みが２〜４０μｍで
    あることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載
    の半導体装置用部材。
  6. 【請求項６】 前記金属介在層がニッケル−リンからな
    ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の
    半導体装置用部材。
  7. 【請求項７】 前記金属介在層が前記基材側から順に、
    ニッケル−ボロンとニッケル−リンの２層からなること
    を特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体
    装置用部材。
  8. 【請求項８】 窒化アルミニウム基材に銅を主体とする
    導体層を接合した半導体装置用部材の製造方法であっ
    て、 窒化アルミニウム焼結体上に高融点金属を含むペースト
    を塗布し、焼成して高融点金属化層を形成する工程と、 該高融点金属化層上又は銅を主体とする導体層上若しく
    はその両方に、融点が１０００℃以下でＮｉ、Ｃｕ、Ｆ
    ｅの少なくとも１種を主成分とする金属介在層を形成す
    る工程と、 該金属介在層を介して窒化アルミニウム基材と銅を主体
    とする導体層とを、該導体層の融点未満の温度で接合す
    ることを特徴とする、前記半導体装置用部材の製造方
    法。
  9. 【請求項９】 窒化アルミニウム基材に銅を主体とする
    導体層を接合した半導体装置用部材の製造方法であっ
    て、 窒化アルミニウム系原料粉末の成形体上に高融点金属を
    含むペーストを塗布した後、焼成して窒化アルミニウム
    基材を得ると同時に高融点金属化層を形成する工程と、 該高融点金属化層上又は銅を主体とする導体層上若しく
    はその両方に、融点が１０００℃以下でＮｉ、Ｃｕ、Ｆ
    ｅの少なくとも１種を主成分とする金属介在層を形成す
    る工程と、 該金属介在層を介して窒化アルミニウム基材と銅を主体
    とする導体層とを、該導体層の融点未満の温度で接合す
    ることを特徴とする、前記半導体装置用部材の製造方
    法。
  10. 【請求項１０】 請求項１の半導体装置用部材に、半導
    体素子をダイボンディングしてなる半導体装置。
JP33683096A 1996-02-05 1996-12-17 窒化アルミニウム基材を用いた半導体装置用部材及びその製造方法 Expired - Fee Related JP3845925B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33683096A JP3845925B2 (ja) 1996-02-05 1996-12-17 窒化アルミニウム基材を用いた半導体装置用部材及びその製造方法
US08/792,147 US5998043A (en) 1996-02-05 1997-01-31 Member for semiconductor device using an aluminum nitride substrate material, and method of manufacturing the same
CA002196641A CA2196641A1 (en) 1996-02-05 1997-02-03 Member for semiconductor device using an aluminum nitride substrate material, and method of manufacturing the same
DE69736144T DE69736144T2 (de) 1996-02-05 1997-02-05 Teil für Halbleiter aus Aluminiumnitrid-Substratmaterial und seine Herstellungsmethode
EP97101803A EP0788153B1 (en) 1996-02-05 1997-02-05 Member for semiconductor device using an aluminum nitride substrate material, and method of manufacturing the same
US10/454,288 US6783867B2 (en) 1996-02-05 2003-06-04 Member for semiconductor device using an aluminum nitride substrate material, and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8-18504 1996-02-05
JP1850496 1996-02-05
JP33683096A JP3845925B2 (ja) 1996-02-05 1996-12-17 窒化アルミニウム基材を用いた半導体装置用部材及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09275166A true JPH09275166A (ja) 1997-10-21
JP3845925B2 JP3845925B2 (ja) 2006-11-15

Family

ID=26355184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33683096A Expired - Fee Related JP3845925B2 (ja) 1996-02-05 1996-12-17 窒化アルミニウム基材を用いた半導体装置用部材及びその製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5998043A (ja)
EP (1) EP0788153B1 (ja)
JP (1) JP3845925B2 (ja)
CA (1) CA2196641A1 (ja)
DE (1) DE69736144T2 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6122170A (en) * 1998-06-30 2000-09-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Power module board and power module using the board
JP2001156413A (ja) * 1999-11-26 2001-06-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 銅回路接合基板及びその製造方法
US6261703B1 (en) 1997-05-26 2001-07-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Copper circuit junction substrate and method of producing the same
JP2008283184A (ja) * 2007-05-12 2008-11-20 Semikron Elektronik Gmbh & Co Kg 焼結されたパワー半導体基板並びにそのための製造方法
JPWO2008029847A1 (ja) * 2006-09-06 2010-01-21 株式会社トクヤマ セラミック基板の製造方法、および、セラミック基板
KR101011685B1 (ko) * 2004-11-25 2011-01-31 가부시끼가이샤 도꾸야마 소자 탑재용 기판의 제조 방법
JP2012253125A (ja) * 2011-06-01 2012-12-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体装置及び配線基板

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6783867B2 (en) * 1996-02-05 2004-08-31 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Member for semiconductor device using an aluminum nitride substrate material, and method of manufacturing the same
JP2000311575A (ja) * 1999-02-26 2000-11-07 Sanyo Electric Co Ltd ヒューズとヒューズを内蔵するパック電池
US6259161B1 (en) * 1999-06-18 2001-07-10 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Circuit electrode connected to a pattern formed on an organic substrate and method of forming the same
JP4756200B2 (ja) * 2000-09-04 2011-08-24 Ｄｏｗａメタルテック株式会社 金属セラミックス回路基板
DE10062108B4 (de) * 2000-12-13 2010-04-15 Infineon Technologies Ag Leistungsmodul mit verbessertem transienten Wärmewiderstand
US7321098B2 (en) * 2004-04-21 2008-01-22 Delphi Technologies, Inc. Laminate ceramic circuit board and process therefor
US7253504B1 (en) * 2004-12-13 2007-08-07 Advanced Micro Devices, Inc. Integrated circuit package and method
EP1967312A1 (de) * 2007-03-06 2008-09-10 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Lötreparatur eines Bauteils unter Vakuum und einem eingestellten Sauerstoffpartialdruck
EP2284883A4 (en) * 2008-04-25 2014-12-10 Kyocera Corp HEAT-DISPERSING BASE BODY AND THIS USE ELECTRONIC ARRANGEMENT
DE102011103746A1 (de) 2011-05-31 2012-12-06 Ixys Semiconductor Gmbh Verfahren zum Fügen von Metall-Keramik-Substraten an Metallkörpern
US10784221B2 (en) * 2011-12-06 2020-09-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method of processing solder bump by vacuum annealing
US10165669B2 (en) 2011-12-22 2018-12-25 Kyocera Corporation Wiring board and electronic device
CN105047790B (zh) * 2015-08-14 2018-01-12 南陵旺科知识产权运营有限公司 一种实用的大功率led封装结构
JP6687109B2 (ja) * 2016-05-19 2020-04-22 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板
EP3326986B1 (en) * 2016-11-28 2020-11-25 Infineon Technologies AG Process for the manufacture of a metal-ceramic substrate
DE102019135097A1 (de) * 2019-12-19 2021-06-24 Rogers Germany Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrats und Metall-Keramik-Substrat, hergestellt mit einem solchen Verfahren
CN113284994B (zh) * 2021-03-30 2023-03-14 华灿光电（浙江）有限公司 深紫外发光二极管的外延片及其制备方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5940404A (ja) * 1982-08-30 1984-03-06 株式会社東芝 熱伝導性基板
JPS6032343A (ja) * 1983-08-02 1985-02-19 Toshiba Corp パワ−半導体モジユ−ル基板
JPS62207789A (ja) * 1986-03-08 1987-09-12 日本特殊陶業株式会社 窒化アルミニウム製基材の表面構造及びその製造法
US4883704A (en) * 1987-03-30 1989-11-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Circuit substrate comprising nitride type ceramics, method for preparing it, and metallizing composition for use in it
JPS63289950A (ja) * 1987-05-22 1988-11-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体用パツケ−ジ
CA1284536C (en) * 1987-07-03 1991-05-28 Akira Sasame Member for semiconductor apparatus
EP0297511B1 (en) * 1987-07-03 2003-10-08 Sumitomo Electric Industries, Limited Connection structure between components for semiconductor apparatus
JP2544398B2 (ja) * 1987-08-27 1996-10-16 富士通株式会社 Ａ１ｎセラミックスのメタライズ方法
EP0326077B1 (en) * 1988-01-25 1995-04-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Circuit board
JPH01203270A (ja) * 1988-02-08 1989-08-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体及びその製造法
JPH0234908A (ja) * 1988-07-25 1990-02-05 Nec Corp 回転塗布装置
US5258218A (en) * 1988-09-13 1993-11-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Aluminum nitride substrate and method for producing same
JPH02208274A (ja) * 1989-02-06 1990-08-17 Nippon Haiburitsudo Technol Kk セラミックス表面の金属化組成物、表面金属化方法及び表面金属化製品
EP0480038B1 (en) * 1990-04-16 1997-07-09 Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Ceramic circuit board
US5370907A (en) * 1990-06-15 1994-12-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Forming a metallized layer on an AlN substrate by applying and heating a paste of a metal composed of W and Mo
JP2712778B2 (ja) * 1990-07-16 1998-02-16 昭和電工株式会社 金属・セラミックス複合基板の製造方法
US5217589A (en) * 1991-10-03 1993-06-08 Motorola, Inc. Method of adherent metal coating for aluminum nitride surfaces
US5221639A (en) * 1991-10-20 1993-06-22 Motorola, Inc. Method of fabricating resistive conductive patterns on aluminum nitride substrates
JPH05218229A (ja) * 1992-01-28 1993-08-27 Toshiba Corp セラミック回路基板
US5561321A (en) * 1992-07-03 1996-10-01 Noritake Co., Ltd. Ceramic-metal composite structure and process of producing same
CA2105448A1 (en) * 1992-09-05 1994-03-06 Michio Horiuchi Aluminum nitride circuit board and method of producing same
JP3575068B2 (ja) * 1994-08-02 2004-10-06 住友電気工業株式会社 平滑なめっき層を有するセラミックスメタライズ基板およびその製造方法
US5760466A (en) * 1995-04-20 1998-06-02 Kyocera Corporation Semiconductor device having improved heat resistance
EP0789397B1 (en) * 1996-02-07 2004-05-06 Hitachi, Ltd. Circuit board and semiconductor device using the circuit board

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6261703B1 (en) 1997-05-26 2001-07-17 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Copper circuit junction substrate and method of producing the same
US6122170A (en) * 1998-06-30 2000-09-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Power module board and power module using the board
JP2001156413A (ja) * 1999-11-26 2001-06-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 銅回路接合基板及びその製造方法
KR101011685B1 (ko) * 2004-11-25 2011-01-31 가부시끼가이샤 도꾸야마 소자 탑재용 기판의 제조 방법
US7888187B2 (en) 2004-11-25 2011-02-15 Tokuyama Corporation Element mounting substrate and method for manufacturing same
JPWO2008029847A1 (ja) * 2006-09-06 2010-01-21 株式会社トクヤマ セラミック基板の製造方法、および、セラミック基板
JP2008283184A (ja) * 2007-05-12 2008-11-20 Semikron Elektronik Gmbh & Co Kg 焼結されたパワー半導体基板並びにそのための製造方法
JP2012253125A (ja) * 2011-06-01 2012-12-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体装置及び配線基板

Also Published As

Publication number Publication date
DE69736144D1 (de) 2006-08-03
DE69736144T2 (de) 2007-05-03
CA2196641A1 (en) 1997-08-06
US5998043A (en) 1999-12-07
EP0788153A3 (en) 1998-05-13
EP0788153B1 (en) 2006-06-21
JP3845925B2 (ja) 2006-11-15
EP0788153A2 (en) 1997-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3845925B2 (ja) 窒化アルミニウム基材を用いた半導体装置用部材及びその製造方法
JP4077888B2 (ja) セラミックス回路基板
US6261703B1 (en) Copper circuit junction substrate and method of producing the same
JP6319643B2 (ja) セラミックス−銅接合体およびその製造方法
JPH07202063A (ja) セラミックス回路基板
JP2000323618A (ja) 銅回路接合基板及びその製造方法
US6783867B2 (en) Member for semiconductor device using an aluminum nitride substrate material, and method of manufacturing the same
JPH06296084A (ja) 高熱伝導体及びこれを備えた配線基板とこれらの製造方法
JP3834351B2 (ja) セラミックス回路基板
JP3887645B2 (ja) セラミックス回路基板の製造方法
JPH0957487A (ja) ろう材
JP5016756B2 (ja) 窒化物系セラミックス部材と金属部材の接合体およびそれを用いた窒化物系セラミックス回路基板
JP3982111B2 (ja) セラミックを用いた半導体装置用部材及びその製造方法
JP2001156413A (ja) 銅回路接合基板及びその製造方法
JPH0613494A (ja) 半導体装置用基板
JP3577109B2 (ja) メタライズ基板
JP2000311969A (ja) 銅回路接合基板及びその製造方法
JP2000349098A (ja) セラミック基板と半導体素子の接合体及びその製造方法
JP2000340716A (ja) 配線基板
JP2004327945A (ja) セラミック電子回路部品
JPH0748180A (ja) セラミックス−金属接合体
JPH0794624A (ja) 回路基板
KR20220005497A (ko) 전자 부품 모듈, 및 질화규소 회로 기판
JP3260512B2 (ja) 窒化アルミニウム回路基板
KR20210142616A (ko) 질화규소 회로 기판, 및, 전자 부품 모듈

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050308

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050428

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050607

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050727

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060801

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060814

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees