JPS6236090A - 窒化アルミニウムの金属化方法 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）の金属化方法に
関する。特に、本発明は、在来のろう付は接合法によっ
て金属部材と接合できる金属化層を、窒化アルミニウム
体表面に形成する方法に関する。

〔発明の背景〕

窒化アルミニウム焼結体は、近年の焼結技術や精製技術
の向上に伴なって、電子部品（特に、半導体集積回路）
用基板材料として好ましい物性が付与されるに至ってい
る。

例えば、安斎氏らによる［グロシーデイング・オフゝ・
ザ・ファースト・アイ・イー・イー・イー・シンポジ為
クムＪ　（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　１ｓ
ｔ　ＩＥＥＥＳｙｍｐｏｓｉｕｍ）の１９８＋年１０月
号４２３〜２８＊における［無加圧焼結による高熱伝導
性窒化アルミニウムの開発Ｊ　（Ｄｅｖｅｉ’ｏｐｅｎ
ｍｎｔ　ｏｆ　ｆ（ｉｇｈ　ＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｄｕ
ｃｔｉｖｅ　Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　Ｎ１ｔｒｉｄｅ　５
ｕｂａｔｒａｔｅ　Ｍａｔｅｒｌａｌｂｙ　Ｐｒｅａ＠
ｕｒｅｌｅｓａ　Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）と題する論文（
以下、文献１という）では、ｙ、ｏ、添加無加圧焼結に
より、窒化アルミニウム体に熱伝導′４４０〜１００Ｗ
／ｍ１１民体積抵抗軍１０１４０ｍ以上（室温）、誘を
率８．８（Ｉ　ＭＨｚ）、誘電強度１４０−１７０　Ｋ
Ｖ／ｃｒｎ（室温）、熱膨張係数４．５　Ｘ　１０−’
／Ｃ（室温〜４００℃）、曲げ強度４０〜５０１１９／
＋ｍ”なる性質を付与できることが開示されている。

また、黒用氏らによる、前携曹第１５〜２２頁における
「高熱伝導性窒化アルミニウム基板」（ＡＩＮ　５ｕｂ
ｓｔｒａｔｅａ　＠ｔｈ　Ｈｌｇｈ　ＴｈｅｒｍａｌＣ
ｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）と題する論文（以下、文献２
という）では、高純度、高密度に精製された窒化アルミ
ニウム粉を加圧焼結して、熱伝導率１６０Ｗ／ｍ−Ｋ　
（室温）、電気抵抗率５×１０目Ωｃｒｎ（室＠）、誘
電率８．９（１ＭＨｚ）、屈曲強度５０００Ｋｆ／ｗｍ
”、熱膨張係数４．３ｘｘｏ−’／℃（室温〜４００℃
）なる性質を有する窒化アルミニウム体を得たことが開
示されている。

これらの先行技術例から、窒化アルミニウムは、その熱
伝導率、絶縁耐力が高く、熱膨張係数がンリコン（Ｓｌ
）のそれに近接し、更に毒性が無い等の特長を積極的に
利用することによシ、電子装置の機能向上に資すること
ができるものと期待される。

この期待実現のためには、窒化アルミニウム体と金属部
材とを、在来のろう付は法によって接合するための金属
化層を、上記窒化アルミニウム体の表面に形成する必要
がある。

上記文献１では、Ａｕ、　Ｐｄ−〜、　Ｃｕの如き導体
ペーストの厚膜焼成法、あるいはＤＢＣ（Ｄｌｒｓｃｔ
　ＢｏｎｄＣｏｐｐ＠ｒ）法によって、前記の金属化層
を形成できることが開示されておシ、また上記文献２で
は、Ｔｉ−Ｐｄ−Ａｕの如き薄膜積層金属化層を、蒸着
やスパッタリング法で、その表面に形成できることが開
示されている。

しかしながら、前述の金属化層には、それぞれつぎのよ
うな欠点がある。

（１）導体ペーストの厚膜焼成による金属化層は、一般
的乾式金属化法によるもので、窒化アルはニウム体と金
属化層との冶金的結合力が弱く、１、５　Ｋｅ／■寓程
度の引張り強度しか持たない。

（２）ＤＢＣ法による金属化層は、酸素の存在を前提に
して成立つ技術であって、窒化アルミニウム体と銅箔の
間には、必然的に酸化アルミニウム層が介在するために
、熱伝導性が損なわれる。

（３）薄膜法による多層金属化層は、７４い金属Ｉ−で
構成されていて、各層を構成する金属の相互拡散により
、接合強度の低Ｆやろう材に対する拡散障壁としての機
能の低下を伴ないやすく、特に銀ろう付けに耐えるよう
な金属化１＃は得られない。

特に上述の欠点は、Ａｇ−２８，１ｗｔＸ　Ｃｕ合金ろ
う（７７９℃）の如き高融点のろう材にて金属部材を一
体化した、複合体の剥離や亀裂を引起す主因となるもの
である。

このことは、電子装置の電気的回路機能を損なう（電気
的接続の不安定性やＦ＠線を生じる）だけでなく、熱的
には熱放散機能の低下をもたらし、さらに外囲器として
の用途においては気密性の低下を伴なうことを意味する
。

したがって、上記諸機能が損なわれないような、好まし
い、高信頼性の電子装置を得るためには、上述した在来
技術によらない新規な、窒化アルミニウム体表面の金属
化技術の出現が望まれる。

〔発明の目的〕

本発明は、窒化アルミニウム体と金属部材とを、ろう付
けの如き方法で容ＡＫ接合でき、接合一体化物の電気回
路機能、熱伝導機能、そして気密性能が損なわれないよ
うにするだめの、新規な窒化アルミニウムの金属化方法
を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明による窒化アルミニウム体の金属化方法は、窒化
アルきニウム体の表面を、クロム、チタニウム、アルミ
ニウム、モリブデン、タングステン、マンガン、銀、パ
ラジウム、白金の群から選択された少くとも１種の第１
金属と、けい素、ゲルマニウム、マンガンの群から選択
された少くとも１種の第２金属からなる物質で被覆する
工程と、次いで上記被覆物質のうちの少くと４第２金属
の一部を上記窒化アルミニウム体内へ拡散せしめると共
に、　少くとも単分子層の上記被覆物質からなる合金を
未拡散層として残すように加熱する工程とを包含する。

本発明において、上記第２金属は、窒化アルミニウム体
構成成分との間及び上記第１金属との間でそれぞれ化合
物を形成して窒化アルミニウム体と第１金属との接合力
を維持する役割を果し、一方、上記第１金属は、直接ろ
う材に接触して接合力を維持するか、又はろう材と金属
化層の間に介在するぬれ性付与のための金属層との接合
力を維持する役割を果するものである。

〔発明の実施例〕

次に、図面を参照して、本発明の実施例を更に詳細に説
明する。

第１図は、本発明の第１実施例の、窒化アルミニウム体
にクロム及びけい素からなる金属化層を設ける工程なａ
ｔｔ明する断面図である。

窒化アルミニウム体２は、高純度アルミナ粉と炭素粉と
の混合物を、窒素雰囲気下で１６００℃、５時間熱処理
し、引続き過剰の炭素を酸素存在子の加熱によって除去
して得られた、高純度合成窒化アルミニウム粉（粒径１
μｍ以下）を、窒素雰囲気中で加圧焼結（２００に４／
ｊ、　２０００Ｃ、−３時間）して得たものである。

この窒化アルミニウム体２上には、Ｃｒ−４２ｗｔＸ５
１合金をソースにした電子ビーム蒸着（温度２００℃、
真空度１．３　Ｘ　１　ｏ−’　Ｐａ）により、同図（
、）Ｋ示すように１厚さ０．２μｍのＣｒ−８１合金層
（一般的には、被着層）ｌを被着せしめた後、窒素雰囲
気中で１４００℃、２時間の熱処理を施した。

この結果、同図（ｂ）に示すように、被着層１の一部が
窒化アルミニウム体２の内部に拡散し、冶金的結合に寄
与する拡散層１１と、その上の残留合金層１２が形成さ
れた。

第２図は、窒化アルミニウム体２上に設けた金属層の界
面付近の構成成分の分布を、遂次スパッタリングしなが
らオージェ分析によりて確認したものである。同図（ａ
）は合金被着層１を形成した後（第１図ａＫ相当）の分
布であり、そして同図（ｂ）は熱処理を施した後（第１
図すに相当）の分布である。

又、第２図（ａ）（ｂ）　Ｋ　ｓｐける横軸はスパッタ
リング時間、縦軸はオージェ信号強度（いずれも任意目
盛）である。なお、このスパッタリング時間はスパッタ
リング深さく厚さ）の関数になるもので、明らかなよう
に、スパッタリング時間Ｏは表面に相当する。

合金層１の被着後は、第２図（、）から分るようＫ、Ｃ
ｒ及びＳｌが合金被着層ｌのほぼ全域にわたって分布し
ているが、窒化アルミニウム体２の構成成分であるＡｌ
十Ｎとの相互拡散は十分にはなされていない。合金層１
内の分析では、オージェ電子エネルギ的０．８５・Ｖの
ピークが認められることがら、遊離Ｓｔが含まれている
ことが確認された。

一方、これを熱処理した後のオージェ分析結果である同
図（ｂ）に注目すると、ｃｒ及びＳｉは窒化アルミニウ
ム体２の側に拡散し、表面部に残留するＣｒ。

Ｓｉの高濃度領域は狭められている。

第２図（ｂ）の結果から、ｃｒ及びｓｉＫ富む表面領域
、すなわちＣｒ−８１の残留合金層１２と、Ａｌ及びＮ
に富む内部領域、すなわち窒化アルミニウム体２との中
間部（拡散層）Ｋは、オージェ電子エネルギからＣｒ、
　ｍ、　Ｎのシリサイド（ケイ化物）すなゎち拡散層１
１が形成されていることが確認された。

残留（合金）層１２と窒化アルミニウム体２０間の接合
強度は、後述するように十分大きい値が得られているが
、本発明者らは、上記シリサイドが接合強度の維持に大
きく寄与しており、また、合金層ｌの被層後における遊
離Ｓｉの存在が上記シリサイドの形成に役立っていると
推測している。

上記拡散熱処理を経た後、第１図（ｃ）に示すよつに、
残留（合金）層１２上には無電界Ｎｉめっきからなる表
面４３　（２〜３μ→を形成して、るり材に対するぬれ
性を付与した。

本発明において、Ｃｒは、合金層１内のＳｌと共に窒化
アルミニウム体２内沈拡散し、その内部でのシリサイド
の形成に関与して窒化アルミニウム体２との接合強度を
保つと同時に１一方では表面層３と前記合金層１との接
合強度を保つ役割を担っている。

このように、シリサイドを形成する観点がら選択される
Ｃｒの代替物質（第１の金属）は、Ｔｉ、　ＡＩ。

Ｍｅ、　Ｗ　、　Ｍｎ、　Ａｇ、　Ｐｄ、　Ｐｔ、　Ｚ
ｒである。

又、Ｓｉは拡散層１１内にあって各種金属間化合物を形
成し、窒化アルミニウム体２及び残留層１２の接合強度
を高める役割を有する。そして、Ｓｌと同様の作用を持
ち得る代替物質（第２の金Ｊ４）としては、伽及びＭｎ
ｙｂＳ挙げられる。

なお、残留層１２は、表面層３との接合力を消失しない
範囲で薄く形成されて良いものであり、通論的には、少
なくとも単分子層の厚さであればよい。

以上の金属化層形成工程を経て得た菫化アルミニウム体
に１銀ろう（Ａｇ−２８，１ｗｔＸ　Ｃｕ合金、作業温
ｇ　ｓｓｏ℃）付は及び鉛−錫はんだ（Ｐｂ−４０ｗｔ
Ｘ　Ｓｎ合金、作業温度２５０℃）付けにてコパール棒
な接合（ろう材厚さ１００μｍ）し、接合面の法線方向
く引張り荷重を印加した。

この結果、銀ろう付けした試料では約１３　Ｋ４／■１
で、そしてはんだ付けした試料では約４〜／四３でそれ
ぞれ破断した。

それぞれの破断面表面をオージェ分析にて調べたところ
、ろう材構成成分は検出されたが金属化層を構成するＣ
ｒ＋　Ｓｔは検出されず、金属化層は破損されていない
ことが確認された。

又、Ｃｒの代替物（第１の金属）としてＴｉ、Ａｌ。

”’　＋　Ｗ＋　Ｍｎ　ｌ　Ａｇ　ｌ　Ｎ　＊　Ｐｔを
用いた場合、及びＳｔの代替物（４２の金属）としてＧ
ｅ４？Ｍｎを用いた場合でも、はぼ等価な破断強度を有
し、破断モードも同様でありた。

比較例 次ＫＳＷ４１金属の代替物としてＮｉ、　Ｃｕ、　Ａｕ
、　Ｚｒ。

Ｂｉを用いた場合、引張り強度は、はんだ付は試料の場
合的４　Ｋｆ／■１（はんだ層破壊）と、上記実施例金
属の場合に比べてほぼ同等であったが、銀ろう付は試料
の場合は２．５〜７　Ｋｔ／■１と劣っていた。

このような傾向は、第２金属の種類には関係なくはソ同
様で、そして銀ろう付は試料の引張り試験による破壊部
が残留層１２、窒化アルミニウム体間界面剥離である点
でも共通性が見られた０この理由については、本発明者
らは次のように推測している。即ち、拡散層１１におい
て第２金属と上紀比較例第１金属との金属間化合物が形
成されにくく、拡散層１１と残留層１２間の接合が強固
に保たれにくいことＫよると考えられる。

次に、拡散層１１内に在って、接合強度を高める役割を
担う第２金属の、好適な添加量範囲について説明する３
、。

第１２図は、第１金属をＣｒとした場合の接合強度（銀
ろう付は試料における引張強Ｉｆ：縦軸）と第２金属の
添加量（重ｆＸ：横軸）との関係を示すもので、曲線人
はＳｌ添加、同ＢはＧｅ添加、同ＣはＭｎ添加の場合で
ある。

同図より明らかなように、約１重量％以下の範囲では、
強度は第２金属添加量に強く依存して変化するが、これ
を超過すると、第２金属の種類に関係なく、安定して高
い強度が得られている。このような傾向は、第１金属な
Ｔｉ　、　ｋｌ　、　Ｍｏ　、　Ｗ　、　Ａｇ＋Ｐｄ、
Ｐｔに選んだ場合でも同様である。

本発明において、表面層３としてのＮ１は、使用すべき
ろう材に対するぬれ性を有し、しかも残留層１２との接
合強度を低めない金属、例えばＣｕ。

Ｑ　＋　Ａｌ、Ｚｎ　ＨＡｕ　、Ｐｔ　ｔ　Ｐ／＠＋　
Ｂｌ　Ｉ　Ｐｄで代替することが可能であり、また必要
ならばＮｉを含む上記金属を任意に積層させても良い。

又、本発明に２いて、表面層３は必ずしも必須のもので
はない。例えば、残留層１２がＣｒ−Ｓｔ合金であり、
ろう材として、残留層１２の４構成分になり得る物質を
含む、例えばＣｕ−Ｍｎ系合金を用いるような場合には
、表面層３は省くことができる０ 本発明において、Ｃｒ及びその代替金属とＳｔ及びその
代替金属は、窒化アルミニウム体２上に［合金」の形で
被着されることを必須とするものではない。これを、第
２実施例として、第３図を用いて説明する。

第３図（ａ）　Ｋ示すよ５に、被着層ｌは、窒化アルミ
ニウム体２上に、電子ビーム蒸着により形成された８１
ノ一１種（０，０５μｍ）、および、次いでその上に積
層蒸着されたＣｒ層ｘｂ（ｏ、ｘｓμｍ）から成る。こ
れらに、窒素雰囲気中で１４００℃、２時間の熱処理を
施した。

この結果、同図（ｂ）に示すように、８１層１ａ及びＣ
ｒ層１ｂの各一部が、窒化アルミニウム体２の内部に拡
散し、冶金的結合に寄与する拡散層１１および、残留層
１２が形成された。なお、残留ノー１２には、８１層１
＆の他の一部も拡散することが確認された。

第４図は、上記第２実施例の金属化層界面付近の構成成
分の分布を示す、オージェ分析結果のグラフであシ、同 図（ａ）は熱処理前の状態を、また同図（ｂ）は熱処理
後の状態をそれぞれ示す。これらの図においては、第２
図と同様に１横軸はスパッタリング時間、縦軸はオージ
ェ信号強度である。

第４図（、）から分るように、熱処理前には、Ｓ１層１
ａはＣｒａｍ　ｌ　ｂと窒化アルミニウム体２との間に
介在してｒるが、熱処理後は、同図（ｂ）に示すように
、　８１及びＣｒが蓋化アルミニウム体２の内部に拡散
すると同時に、Ｃｒは表面側の８１層にも拡散する。

窒化アルミニウム体２の内部に拡散したＳｔは、第１実
施例と同様のシリサイドを形成していることが確認され
た。したがって、第２実施例においても同シリサイドが
接合強度の維持に役立つことが理解される。

このことは、第３図（ｃ）の如く、残留（合金）層１２
上にＮｉめりき層３を設けた後、第１実施例と同様の引
張り試験結果を得たことから裏付けられている。

本実施例の如き金属層または被着層１の被着形態の場合
であっても、上記したＣｒ、Ｓｔ及びこれらの代替金属
を任意に組合せることが可能であり、さらＫこれらの層
を任意の層数に、任意の順序で被着することができる。

本発明において、被着層１は、一般的な真空蒸着の手法
以外にも、スパッタリング法、ＣｖＤ（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　　）法、または
めつき法によることや、蒸着法を含む上記％檎の手法を
任意に組合せることによって形成可能である。

上記手法による被着層１は、被着された状態では、プロ
セス上不可避的に導入される不純物を除いては、目的の
金属のみが形成され、しかも、これらの被着金属と窒化
アルミニウム体とは、相互に少なくても原子間隔オーダ
ーで、既に冶金的接合をなされている。

しかしながら、被着段階で窒化アルミニウム体２と′４
１Ｎ層１が相互に冶金的接合をなされていない場合であ
っても、本発明の主旨は変らない０以下、これを第３実
施例によって説明する。

第５図（ａ）は、窒化アルミニウム体２０表面に、被着
層としてのＷ及びＳｔ混線金属ペースト層１００を印刷
法にて設けた形態を表わす断面図である。

同ペースト層１００は、粒径１μｍ以下のが及びＳｔ粉
末を、バインダとしてのアクリル樹脂、溶媒としてのＣ
ｌ０ＨＩａＯ６とともに混練したもので、厚さ約５μｍ
に形成されている。

１記ペースト層１００は、印刷後７０℃、１時間の空気
中乾燥工程を経た後、窒素、水素、水蒸気からなる混合
ガス雰凹気中で１４００℃、１時間の熱処理を施され、
引続き水蒸気を除いた上記混合ガス中で１３００℃、１
時間の熱処理を施される。

同図（ｂ）は、上記処理を経た後の形態を示す断面図で
、ペースト層構成金属は、窒化アルミニウム体２中に拡
散して拡散層１０１を形成すると同時に、励及びＳ１粉
末が相互に焼結された残留層１０２（厚さ約２・５μｍ
）を形成する。

なお、ペースト中に添加されたバインダや溶媒は、乾燥
及び熱処理工程で飛散する。また、上記ペーストには構
成金属がＭｏ：　９９３１量％、Ｓｉ：１重量％の比率
で添加されている。

第６図は、上記第３実施例における、熱処理後の金属化
層界面付近の構成成分の分布を示す、オージェ分析結果
のグラフである。同図より、ペースト層１００中に含ま
れていたＳｔ及びＭｏが鼠化アルミニウム体２側に拡散
していることが明らかである。

この拡散層１０１の領域には、オージェ電子エネルギか
らＭｏ、　ｋｌ、　Ｎのシリサイドが形成されているこ
とが確認された。本実施例においても、これらの７リサ
イドが窒化アルミニウム体２と残留層１０２との閾の接
合強度を維持するのに寄与している。

第３実施例でも、残留層１０２上ＫＮｉめつき（約３μ
ｍ厚さ）、Ａｕめりき（約１μｍ厚さ）を施した後、第
１実施例と同様の引張シ試験用試料を作成して強度を試
験した。

この結果、第１実施例と同等の強度を有することが確認
された。また、この場合の引張りによる破断は、拡散層
１０１や、残留層１０２においては観測されず、大半が
ろう層破壊によるものであることが確認された。

本発明において、第３実施例にンけるように、被着層１
００としてペースト状物質を用いた場合であっても、Ｍ
−代替物としてＣｒ　、　Ｔｉ　、　）ｄ　、　Ｗ　＋
　＆＋Ａｇ＋　Ｐｄ＊　Ｐｔ＋　Ｚｒ、そしてＳｌの代
替物としてＧｅ、！ｖｂ。

を用いることが可能である。以下、第４実施例として、
Ｓｌの代替物として偽を用い九場合について説明する。

窒化アルミニウム体２０表面に、第３実施例（第５図）
と同様のペースト印刷、乾燥、熱処理を施して、拡散層
１０１及び残留層１０２を形成した。

この際のペースト材は、上記ペーストにおけるＳｉを一
粉末に置換えたものである。

第７図は、熱処理後の金属化層昇面付近の構成成分分布
を示す、オージェ分析結果のグラフである。同図よＦ）
、Ｇｅが窒化アルミニウム体２側に拡散しており、第３
実施例のＳｔと同様の挙動をしていることが明らかでお
る。

このことは、拡散領域のオージェ分析スペクトルからＭ
ｏ、　Ａ１．　Ｈのゲルマニウム化合物が検出されてい
ること、及び引張り試験に２ける破断がろう層でなされ
ている実験結果によっても裏付けられている。

これまでに説明した谷実施例においては、金属化層は、
窒化アルミニウム体２の一方の表面にのみ設けられた。

しかし、金属化ｊ−は窒化アルミニウム体２に対して多
面的に１例えば対向する一対の表面に設けることも可能
で８る。

また、本発明においては、第１および第２金属をソース
として同時に蒸着することによって、前記被着層１を形
成することもできる。

さらに、本発明の金属化ＩｆＡは、窒化アルミニウム体
２の全面に一様な形態で設けられることを必須とするも
のではなく、その一部のみＫＪ択的に設けられることが
できるものである。以下、この点について説明する。

第８図は、本発明の第５実施例としての、混成集積回路
用配線基板の製作手順な繰わす。

同図（、）は、窒化アルミニウム体２０表面（４１着層
としてのＭｏ　及びＳｔ粉末混線ペースト層（被層層）
１００をマスク印刷法にて選択的に設けた形態を表わし
ている。同ペースト層１００は、第３実施例（第５図）
と同様の工程にて乾燥、熱処理を受ける。

この実施例のペースト材は、粒径１μｍ以下のＭｏ　及
びＳｔ粉末を、バインダとしてのアクリル樹脂、溶媒と
してのＣ３゜Ｈ＋８０＠とともに混練したものであるが
、特に印刷性能（パターン精度）向上のため、第２のバ
インダとしてベンゾアルデヒド・ソルビトール縮合体を
添加したものを用いている。

第８図（ｂ）は上記熱処理を経た後の形態を示したもの
で、ＭＯ及びＳｔが窒化アルミニウム体ｚ中に拡散した
拡散層１０１及び残留層１０２が形成されている。

更に１種図（ｃ）は、残留層１０２上に無電解Ｎｉめつ
き層３を形成して、配線基板として完成された状態を表
わしている。

第８図の第５実施例においても、第３実施例におけると
同様に、拡散領域に形成されたシリサイドが接合強度の
維持に寄与していることは明らかでるる。

更に、本発明は、次に説明する第６実施例の如く、多層
配線基板の製作にも適用できる。

第９図（＆）は、窒化アルミニウムグリーンシート（厚
さ２００μｍ　）　２ａ　＋　２ｂの各々の表面に、第
５実施例（第８図）と同様のペースト材をマスク印刷法
により形成して、被着Ｊｉ　１００を選択的に設けた形
態を表わしている。

なお、同図において、ＩＱＯａは、ブリー／シート２ｍ
に設けた貫通孔に、同様のペースト材を充填したもので
、被着層１００の変形とみなしてよいものである。

これらのグリーンシー）２ｍ　、２ｂを相互に３ｔね合
せ、７５℃、２５ＭＰａで加圧して得られた加圧成形品
を、１ｓｓｏ℃で１０時間熱処理することにより、焼結
一体化品が得られた。この際の焼成雰囲気は熱処理の初
期５時間が窒素、水素、水蒸気からなる混合ガスであり
、後半の５時間は窒素、水素の混合ガスである。

第９図（ｂ）は、上記処理な経九後の、焼結一体化品の
形態を示す。焼結された窒化アルミニウム体２Ａ　、２
Ｂには残留層１０２が形成され、配線材としての役割を
担う。同図（ｂ）において、拡散層は表示していないが
、残留層１０２と窒化アルミニウム体２Ａ、２Ｂとの間
に存在していて、両者間の接合強度の維持に寄与してい
る。

本実施例に３いて、多層配線基板は２層配線に限定され
るものではなく、これ以上の多層配線基板であっても本
発明を適用できることは明らかである。

〔発明の効果〕

上記各実施例に２いて説明したように１本発明によれば
、Ｓｔ、Ｇｅ、およびＭｎ　の少なくともｌ橿を、ある
場合にはＣｒ、Ｍｏ　やこれらの代替物質とともに窒化
アルミニウム体に拡散せしめてＳｉ、Ｇｅ。

Ｍｎ　　との化合物を生成し、接合強度を維持する担体
にしているため、窒化アルミニウム体と金属部材のろう
付け、籍に錯ろう付は程度の高温処理にも十分耐えられ
る金属化層を、前記窒化アルミニウム体の表面に形成す
ることができる。

本発明では、上記効果の他に櫨々の効果が得られる。こ
の点を以下の適用例により説明する。

通用例１ 第１０図の断面概略図に示すように、銅ステム（厚さ３
■）　２０１上に窒化アルミニウム板（７■Ｘ　７　＠
　Ｘ　Ｏ，６ｍｍ　）　２を介して、５１ａＩＸ　５　
ｔｍ　Ｘ　Ｏ，２５■のシリコントランジスタチップ２
０２をろう付は一体化し、コレクタ、ペース、エミッタ
の各端子（図示を省略）を有する絶縁型トランジスタを
作成した。

この際、窒化アルミニウム板２０両主面には、本発明に
したがって、Ｃｒ及びＳｔよりなる金属化ノーが形成さ
れ、さらに前記金属化Ｉ＃上にはめっき法によるＮ１層
が設けられている。（図面の簡単化のため図示は省略）
。

また銅ステム２０１と窒化アルミニウム板２とは、厚さ
１５０　μｍの銀ろう箔２ｏ３（処理温度５ｏｏｃ）を
用いてろう付けし、また、窒化アルミニウム板２とトラ
ンジスタチップ２０２との間ハ、厚す１００μｍの９３
．５％Ｐｂ−５％Ｓｎ−１，５Ｘ　Ａｇ（重量Ｘ）はん
だ箔２０４を用いてろう付け（処理温度３５０℃）して
いる。

上記絶縁型トランジスタのチップ２０２−銅ステム２０
１間の熱抵抗は０．２℃／Ｗと低い値が得られた。この
ような低熱抵抗が得られた重要な理由には、雪化アルミ
ニウム板２の熱伝導率が高いとともに１熱伝導経路を担
う金属化層が、緻密であシ、かつ冶金的に窒化アルミニ
ウム板と接合されていることが含まれる。

又、上記絶縁型トランジスタに一５５〜＋１５０℃の温
度サイクル（１，０００サイクル）を与えても熱抵抗の
上昇は認められていない。その後引続いて、さらに３，
０００サイクルまで継続したところ、釧ろう層の熱疲労
破壊は認められたものの、金属化層並びに窒化アルミニ
ウム板には何等の損傷も認められなかった。

このことは、金属化層が冶金的かつ緻密に設けられ、し
かも接合部の残留熱応力が小さくなるように形成されて
いることに起因する。

したがって、本発明の金属化法は、特に半導体装置の信
頼性向上に貢献するところが大である。

尚、当然ながら上記の信頼性向上に関しては、窒化アル
ミニウム板がチップと略等しい熱膨張係数を有している
ことも貢献している。

適用例２ １！１１図の概略断面図に示すように、ＬＳＩチップ２
０２が収納される部分に貫通孔を設けた、三層配線ピン
グリッドアレイ型窒化アルミニウム基板３０１の上下両
面に、前記貫通孔をふさぐように、上記チップ２０２が
搭載される炭化けい素板３０２を、銀ろう２０３付けす
ると共に、更に金−錫はんだ３０４によりコパール板３
０５をろう付けして気密封止した半導体パッケージを作
成した。尚同図におイテ、３０６は配線用Ａｌワイヤ、
３ｏ７はコパールビン、３０８は金−シリコンろうであ
る。

このような半導体パッケージにおいて重要な点の１つに
気密性の問題がある。銀ろう付は部は、内寸法１２ｍＸ
１２＋ａｍ　、幅１．５．で６Ｄ、窒化アルミニウム基
板３０１及び炭化けい素板３０２０両者の対向面には、
同寸法の金属化層（図示省略）を有している。特に、窒
化アルミニウム基板３０１の金属化層は、本発明にした
がい、　Ｍｏ　及びＳｉにて形成したものであり、前記
金属化層上にはＮｉをめっきしている。

上記半導体パッケージに適用例１と同条件の温度サイク
ルを与えたが、ａ、ｏｏｏサイクルで出リーク率５　Ｘ
　１０”　ａｔｍｃｃ／ｓｅｃ以下であった。このよう
に優れた気密性が保たれるのは、上記金属化層が冶金的
かつ緻密に設けられ、しかも接合部の残留熱応力が小さ
いことによる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の工程を説明するための断
面図、第２図は前記第１実施例における窒化アルミニウ
ム体とその表面の金属層との界面付近の構成成分を示す
オージェ分析結果のグラフ、第３図は本発明の第２実施
例の工程を説明するだめの断面図、第４図は前記第２実
施例における、窒化アルミニウム体とその表面の金属層
との界面付近の構成成分を示すオージェ分析結果のグラ
フ、第５図は本発明の！！３実施例の工程を説明するた
めのｗｆｒ面図、第６図は前記第３実施例における、窒
化アルミニウム体とその表面の金属層との界面付近の構
成成分を示すオージェ分析結果のグラフ、第７図は前記
第４実施例に２ける、窒化アルミニウム体と金属層との
界面付近の構成成分を示すオージェ分析結果のグラフ、
第８図３よび第９図はそれぞれ本発明の第５および第６
実施例の工程を説明するためのｉｌ！Ｆｒ面図、第１０
図２よび謂１１図はそれぞれ本発明の通用例の構造を示
す断面図、第１２図は本発明における第２金属の添加量
と接合強度との関係を示すグ２７である。 ｌ・・・合金被着層、２・・・窒化アルミニウム体、３
・・・表面Ｉｎ、１１・・・拡散層、１２・・・残留合
金層代理人弁理士　　平　木　道　人 第１図 （Ｑ） （ｂ） （Ｃ） 第２図 スへＯツタリンフ′５令聞 スｔＸａプ２ワ〉７”晴間 第３図 （Ｃ１） （ｂ） （Ｃ） 第４図 スノ鷺ｊ−ｆ？　＋ルア”晴間 ス／＼°γ２リング時間 第５図 （ＣＩ） （ｂ） 第６図 ズ１ＸＯγ２りニア”時間 ズ１Ｘｌｊ　、　７　＋ノン７°時間 第　８　　固 （ｃ） 第９　図 （Ｑ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）第１０　図 第１１図 第１２図 第２金属のう金相量（を量幻

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化アルミニウム体の表面に、クロム、チタニウ
   ム、アルミニウム、モリブデン、タングステン、マンガ
   ン、銀、パラジウム、白金、ジルコニウムの群から選択
   された少くとも１種の第１金属と、けい素、ゲルマニウ
   ム、マンガンの群から選択された少くとも１種の第２金
   属とからなる物質を被着し、少くとも上記第２金属の一
   部が上記窒化アルミニウム体内に拡散して、上記第２金
   属を含む金属間化合物が形成されるように熱処理するこ
   とを特徴とする窒化アルミニウムの金属化方法。
2. （２）前記金属間化合物は、アルミニウム、窒素、およ
   び第１金属のうちの少なくとも１つと第２金属との化合
   物であることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記
   載の窒化アルミニウムの金属化方法。
3. （３）第１金属および第２金属が、窒化アルミニウム体
   の表面に、任意の順序および態様で被着され、その後熱
   処理されることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項
   または第２項に記載の窒化アルミニウムの金属化方法。
4. （４）第２金属は、窒化アルミニウム体の表面上におい
   て、第１金属との化合物を形成することを特徴とする前
   記特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   の窒化アルミニウムの金属化方法。