JPS62197375A

JPS62197375A - 窒化アルミニウム基板

Info

Publication number: JPS62197375A
Application number: JP3382786A
Authority: JP
Inventors: 英樹佐藤; 水野谷　信幸; 光芳遠藤; 俊一郎田中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-02-20
Filing date: 1986-02-20
Publication date: 1987-09-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術的分野〕 −Ｊ−ｆｉ　ｌ１ｔｌ　ｌｊ　ｍルフ、１−　；　−、
ＪＩ　Ｉ−（Ａ　ｎ　Ｎ　）績鮭１にしその上に形成さ
れた導電性メタライズ層（以下、単に「メタライズ層」
という）とからなる窒化アルミニウム基板に関し、さら
に詳しくはＡｕＮ焼結体とメタライズ層との接合強度が
高い窒化アルミニウム基板に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、電子回路の高集積、高出力、高速化が求められる
なかで、それに用いられる半導体の基板には高い熱伝導
性（放熱性）および電気絶縁性、さらにはシリコンチッ
プに近似した熱膨張率を有することが要求される。この
ような要求を満たすものとして各種のセラミックスが汎
用されているが、通常アルミナＣＡｌ２Ｏ５）やベリリ
ア（Ｂ’ｅＯ）の基板が知られている。しかしながら、
Ａ文２０３基板は熱伝導性が悪く、またＢｅＯ基板は強
い毒性を有するという問題がある。これらの理由から、
最近Ａ！ＬＮ焼結体の基板が注目されている。

このＡｆＬＮ焼結体は、熱伝導率がＡｌ２Ｏ，の約５倍
と高く、また電気絶縁性にも優れており、しかもシリコ
ンチップに近似した熱膨張率を示す。

このようなＡｆＬＮ焼結体の基板を半導体基板として使
用する場合は、この上にシリコンウェハーを搭載し、さ
らにボンディングワイヤ等の金属部材をろう付、半田付
等によって接合、搭載していくことが必要であるが、こ
のＡ文Ｎ焼結体上には上記部材を直接に接合することは
できない、このため通常はＡｕＮ基板上に、導電性のメ
タライズ層を形成し、このメタライズ層上に上記部材を
順次接合することが行われている。

ＡＩＮ焼結体の表面にメタライズ層を形成する方法とし
て、従来はダイレクト・ポンド・カッパー法（ＤＢＣ法
）や銅、金、銀−パラジウムを用いる厚膜法が採用され
ている。しかしながらこれらの方法で形成されたメタラ
イズ層には以下のような問題点がある。

ＤＢＣ法および厚膜法では、約６００〜１．０００℃程
度の低温でメタライズ層を形成する。このために、高温
下においてはＡＩＮ焼結体とメタライズ層の接合強度が
低下し、メタライズ層が剥離してしまうことがある。す
なわち、メタライズ層のＡ文Ｎ焼結体に対する高温下の
接合強度は小さい、したがって、基板上にメタライズ層
を介して金属部材を接合する際に、通常用いられる銀ろ
う等を用いる高温下でのろう付を行うことが困難である
。また、半導体装置中に組み込んだ場合でも使用時に発
生する熱量またはヒートサイクルによってメタライズ層
がＡｉＮ焼結体から剥離するという問題も生じて使用時
における信頼性を低下せしめる。　　。

〔発明の目的〕

本発明は上述してきた問題点を解消し、ＡｆＬＮ焼結体
との接合強度が高く、耐熱サイクル性が優れているメタ
ライズ層が形成されているＡｕＮ基板の提供を目的とす
る。

〔発明の概要〕

すなわち本発明のＡｕＮ基板は焼結助剤を用いて製造し
た窒化アルミニウム焼結体の表面に、（イ）モリブデン
、タングステンおよびタンクルの群から選ばれる少なく
とも１種と；（ロ）該焼結助剤を構成する金属元素の少
なくとも１種と；を構成相の成分元素とする導電性メタ
ライズ層が形成されていることを特徴とする。

本発明の基板の構成要素であるＡＩＬＮ焼結体は、その
製造時に焼結助剤を用いる。この場合の焼結助剤として
は、例えば酸化イツトリウム（Ｙ２０ｓ　）　、酸化カ
ルシウム（Ｃａｂ）、７−／化イツトリウム（ＹＦ３）
、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）、酸化アルミニウム（Ａ
Ｊ１２０ｓ　）、酸化ランタン（Ｌａ２０３）および酸
化セリウム（Ｃａｂ）等を挙げることができ、これらは
一種以上で用いることができる。この焼結助剤のＡｕＮ
粉末重量に対する配合量は、１〜１０％、好ましくは３
〜５％である。

このＡｉＮ焼結体は、公知の方法によりＡｉＮ粉末と焼
結助剤を混合し、成形し、そして焼結することによって
得ることができる。このようにして得られるＡｆＬＮ焼
結体は、その熱伝導率が５０Ｗ／ｍのに以上であるもの
が好ましい、熱伝導率があまり低すぎると放熱性が低下
するために好ましくない、このＡｉＮ焼結体の形状は、
特に制限されず、用途に応じて適宜決定することができ
る。

このようなＡｉＮ焼結体の少くとも一面に後述するメタ
ライズ層が形成される。このメタライズ層は、前述した
（イ）および（ロ）から構成される。

（イ）のモリブデン、タングステンおよびタンタルは、
１種または２種以上が組合わされてメタライズ層に含ま
れている。この場合にこれらの元素は、例えば各元素の
単体または各元素を含む化合物もしくは固溶体として、
またはこれら単体。

化合物および固溶体から選ばれた２種以上の混合体とし
て存在する。このうち、各元素の化合物としては、酸化
物、窒化物、炭化物、酸窒化物、炭窒化物、炭酸化物、
炭酸窒化物、ホウ化物、ケイ化物等を挙げることができ
る。

また、（ロ）の焼結助剤を構成する金属とは。

Ａ見Ｎ焼結体の製造時に用いた焼結助剤を構成する金属
元素と同じものである。このメタライズ層には、最終的
にＡＩＮ焼結体の製造時に用いた焼結助剤を構成する金
属元素と同じ金属元素を少くとも１種含有することが必
要である。したがって、同じ金属元素を有するものであ
れば、後述するメタライズ層を形成するためのペースト
状物には、金属単体、もしくは次に列挙する化合物また
はこれらの混合物を含有させてもよい、この化合物とし
ては前記金属を含む硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、亜硫酸
塩、ホウ酸塩、炭酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩、亜リン酸
塩、塩化物、弗化物、塩素融塩、アンモニウム塩、蓚酸
塩、水酸化物、水素化物、ヨウ化物、臭化物、アルコキ
シド、ケイ化物、炭化物、硼化物、窒化物、酸化物およ
びゾル−ゲル等を挙げることができる。この場合には。

例えばＡＩＮ焼結体の製造時に用いた焼結助剤と同じも
のを用いてもよい、具体的には、ＡｉＮ焼結体の製造時
に焼結助剤としてＹ２Ｏ３を用いた場合は、メタライズ
層原料ペーストにはＹＦ、、Ｙ２Ｏ３等を含有させるこ
とができる。このメタライズ層に含有される焼結助剤を
構成する金属元素は、３〜５０重量％、好ましくは１０
〜２０重量％である。

このメタライズ層は、メタライズ層を構成すべき上記各
金属または化合物の粉末を所定量比で混合した混合物を
単独でまたは適当な媒体中に分散中混合し、液状物また
はペースト状物にしたのち、次いでこれらをＡ！Ｑ、Ｎ
焼結体上に印刷、塗布または浸漬等の方法で被着させ、
乾燥させたのち、特定雰囲気中で加熱することによって
形成することができる。

この場合に用いる媒体としては１例えばエチルセルロー
ス、ニトロセルロース等を有機溶剤（例えば、テルピネ
オール、テトラリン）に溶解したもの等を挙げることが
できる。また、雰囲気ガスとしては窒素ガス、ドライホ
ーミングガス、ウェットホーミングガスを用いることが
できる。

加熱は、１，１００〜１，８００℃で０．５〜２時間行
う。

本発明のＡ９．Ｎ基板は半導体基板として有用であるが
、この場合には、さらに反り直しのための加熱工程、め
っき工程、アニール工程（例えばホーミングガス中にお
いて８００℃で加熱する）等の各処理を適宜行ったのち
、各種の金属部材をろう付または半田付によって接合す
る。

〔発明の実施例〕

実施例１〜６表に示した各金属または化合物の粉末と焼結助剤を表示
の割合で混合し、得られた混合物１００重量部を６重量
部のエチルセルロースと４０重量部のテルピネオールに
分散せしめてメタライズ層用のペーストを調製した０次
にこのペースｈＩＡ文Ｎ焼結体表面に、１０〜２０ＩＬ
の厚さになるように塗布した。乾燥後衣に示す条件で加
熱し、メタライズ層を形成した。形成されたメタライズ
層をＸ線回折法により観測した。その結果メタライズ層
はモリブデン化合物とＹＡＧ　（イツトリウム−アルミ
ニウムガーネット）で構成されていた。

その後、形成されたメタライズ層上に、Ｎｉメッキを行
ったのち、ホーミングガス中、約８００℃で加熱し、ア
ニールした。

このようにして得られたＡｉＮ焼結体とメタライズ層の
接合強度を測定した。この測定方法は、メッキをしたメ
タライズ面にコパールのピンをろう付または半田付し、
プッシュプルゲージにより引張り試験をすることにより
行った。

なお表中メタライズ層原料ペーストの第１の群とは、モ
リブデン、タングステンおよびタンタルの単体、化合物
またはこれらの混合物である。第２の群とは、金属単体
もしくはその化合物またはこれらの混合物であり、これ
らに含有される金属元素の少なくとも１種が、ＡＩＬＮ
焼結体製造時に用いた焼結助剤を構成する金属と同一な
ものである。

上記の測定結果から明らかなように、本発明のＡ交Ｎ、
ｌ板においては、ＡｉＮ焼結体とメタライズ層が高い接
合強度を示している。また、上記の接合強度をはるかに
超える強度で、引っ張り試験を行った場合、本発明の基
板は、メタライズ層のみならず、焼結体の一部がえぐり
とられた。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり１本発明のＡｉＮ基板は、基板を構
成するＡＪＩＮ焼結体とメタライズ層が高い接合強度を
有している。また、このＡＩＮ基板を半導体基板として
用いた場合においても、使用時に発生する高い熱量また
ヒートサイクルに対しても優れた耐性を有するものであ
る。したがって、近年の高集積、高出力電子回路用基板
、イグナイタ、高周波トランジスタ、レーザ管、マグネ
トロンまたは各種ヒータとして用いることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）焼結助剤を用いて製造した窒化アルミニウム焼結
体の表面に、（イ）モリブデン、タングステンおよびタンタルの群か
ら選ばれる少なくとも１種と；（ロ）該焼結助剤を構成する金属元素の少なくとも１種
と；を構成相の成分元素とする導電性メタライズ層が形
成されていることを特徴とする窒化アルミニウム基板。
（２）焼結助剤が酸化イットリウム、酸化カルシウム、
フッ化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニ
ウム、酸化ランタンおよび酸化セリウムの群から選ばれ
る少くとも１種である特許請求の範囲第１項記載の窒化
アルミニウム基板。