JP2003183077A

JP2003183077A - 窒化アルミニウム基板およびそれを用いた薄膜基板

Info

Publication number: JP2003183077A
Application number: JP2001381838A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Shinosawa; 和弘篠澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2021-12-14
Also published as: JP4280009B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロ波集積回路やＶＬＤサブマウントに
おいては、窒化アルミニウム基板表面にＴｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕあるいはＴｉ／Ｐｄ／Ａｕなどの薄膜が形成されてい
るが、この薄膜の密着性が悪いとワイヤーボンディング
時に膜剥がれが生じたり、高温下や長期間使用時に薄膜
に膨れなどが生じることがある。【解決手段】希土類アルミニウム酸化物を含む窒化ア
ルミニウム焼結体からなる基板であって、前記基板表面
は鏡面加工することにより算術平均粗さＲａが０．２μ
ｍ以下された後にエッチング処理が施されたものであ
り、前記基板表面の単位面積中に占める前記希土類アル
ミニウム酸化物の面積率をＭ１、前記基板の中心の単位
面積中に占める前記希土類アルミニウム酸化物の面積率
をＭ２としたとき、Ｍ１／Ｍ２が０．９５以下、かつ前
記Ｍ１が７％以下であるもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高い放熱性を有す
るとともに、高い薄膜密着性を有する窒化アルミニウム
基板およびそれを用いた薄膜基板に関し、特にマイクロ
波集積回路基板やＶＬＤ用サブマウントに用いられる窒
化アルミニウム基板およびそれを用いた薄膜基板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波集積回路は、半導体チップを
マイクロ波帯のインピーダンス整合回路と直接接続する
ことができるため、パッケージやリード線により生じる
寄生リアクタンスの影響を極めて低減することが可能と
なり、その結果として小型でかつ高精度のマイクロ波周
波数帯能動回路を実現することができる。

【０００３】このようなマイクロ波集積回路の特徴を活
かして、最近では光通信用ハイブリッドＩＣ、移動体通
信用ハイブリッドＩＣ、レーザダイオード用ハイブリッ
ドＩＣ、自動車用ハイブリッドＩＣなどに急速に使用さ
れはじめている。

【０００４】上述したようなマイクロ波集積回路におい
ては、回路の高精度化や高信頼性化などが要求されるこ
とから、回路形成にはスパッタ法や真空蒸着法などの薄
膜形成技術、特にＰＶＤ（Physical Vapor Depositio
n：物理的気相成長）法を適用することが一般的であ
る。ＰＶＤ法などの薄膜形成技術を適用した回路（薄膜
回路）は、パターン精度が厚膜回路に比べて1桁以上優
れており、また膜材の純度も高く、さらに膜素子の精
度、雑音特性、温度特性、安定性などに優れるという利
点を有している。

【０００５】薄膜回路を適用した薄膜ハイブリッドＩＣ
においては、回路を高集積化することが可能であること
ことから、回路動作に伴う発熱量は増大する傾向にあ
る。さらに、半導体チップ自体のハイパワー化なども進
められており、半導体チップからの発熱量も年々増大し
ている。このため、マイクロ波集積回路用の基板は放熱
性に優れることが重要であり、熱伝導性に優れる窒化ア
ルミニウム基板が多用されるようになってきている（特
開2000-124566公報など参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】マイクロ波集積回路や
ＶＬＤサブマウントにおいては、窒化アルミニウム基板
表面に例えばＴｉ／Ｐｔ／ＡｕあるいはＴｉ／Ｐｄ／Ａ
ｕなどの薄膜が形成されている。しかしながら、この薄
膜の密着性が悪いとワイヤーボンディング時に膜剥がれ
が生じたり、高温下や長期間使用時に薄膜に膨れなどが
生じることがある。

【０００７】このためマイクロ波集積回路用などの基板
には放熱性に加えて、上述したような薄膜回路を精度よ
く形成することが可能な表面性を有することが求められ
ている。すなわち、スパッタ法などで薄膜回路を形成す
る場合、基板の薄膜被着面（回路形成面）の表面性が重
要であり、表面に凹凸などが存在していると回路の形成
精度を低下させることになる。

【０００８】このような基板の薄膜被着面の表面性を向
上させ、薄膜密着性を高めるために、例えば窒化アルミ
ニウム基板表面に算術平均粗さＲａが０．０５μｍ程度
となるまでポリッシュ仕上を施し、表面部分のうねり成
分を除去した後、薄膜を形成する手法がとられる。ま
た、薄膜密着性をさらに向上させる場合には、窒化アル
ミニウム基板表面に算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下
となるまでラッピング加工を施した後、さらに酸やアル
カリによりエッチング処理を施し、薄膜形成部分の比表
面積を増やしてから薄膜を形成する手法がとられる。

【０００９】しかしながら、窒化アルミニウム基板（焼
結体）には高い熱伝導率を達成するために窒化アルミニ
ウム結晶間（粒界）に希土類アルミニウム酸化物、例え
ばＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット
材）などが偏析されており、この希土類アルミニウム酸
化物はガラス質成分であるため、上記したようなエッチ
ング処理によりこの希土類アルミニウム酸化物が窒化ア
ルミニウム結晶粒子より先に腐食する。

【００１０】このようなエッチングが過度に施された場
合、基板内部までエッチング液が入り込み、薄膜形成後
にこれが染み出し、密着性を低下させる。逆に、エッチ
ングが不充分である場合、アンカー効果が低下し、薄膜
の密着強度が向上しない。

【００１１】本発明はこのような課題に対処するために
なされたもので、窒化アルミニウム基板の高放熱特性を
維持しつつ、各種回路の形成などに使用される薄膜との
密着性や薄膜の形成精度などに優れる窒化アルミニウム
基板およびそれを用いた信頼性に優れる薄膜基板を提供
することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化アルミニウ
ム基板は、希土類アルミニウム酸化物を含む窒化アルミ
ニウム焼結体からなる基板であって、前記基板の少なく
とも一方の表面の単位面積中に占める前記希土類アルミ
ニウム酸化物の面積率をＭ１、前記基板の中心の単位面
積中に占める前記希土類アルミニウム酸化物の面積率を
Ｍ２としたとき、Ｍ１／Ｍ２が０．９５以下であること
を特徴とする。

【００１３】このような基板において、前記基板表面の
算術平均粗さＲａは０．２μｍ以下、かつ前記基板表面
の単位面積中に占める希土類アルミニウム酸化物の面積
率Ｍ１は７％以下であることが好ましい。このような基
板表面は、例えば鏡面加工により算術平均粗さＲａを
０．２μｍ以下とした後、エッチング処理が施されたも
のであることが好ましい。また、エッチング処理は、エ
ッチングによる質量減少率が０．０２〜０．５％の範囲
となるように行われることが好ましい。

【００１４】前記希土類アルミニウム酸化物は、イット
リウムアルミニウム酸化物であることが好ましく、前記
基板の窒化アルミニウム結晶粒の平均粒径は３μｍ以上
５μｍ以下であり、かつ結晶粒径分布の標準偏差が２μ
ｍ以下であることが好ましい。また、前記基板の２５℃
での熱伝導率は１６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ま
しい。また、イットリウムアルミニウム酸化物はＹＡ
Ｇ、ＹＡＭ、ＹＡＬなど様々な形態があり、本発明にお
いてはどのような形態であっても有効である。言い換え
れば、本発明では希土類元素とアルミニウムと酸素を含
む化合物であるものは、希土類アルミニウム酸化物に含
まれるものである。

【００１５】本発明の薄膜基板は上記したような窒化ア
ルミニウム基板の表面に薄膜が形成されてなることを特
徴とする。この薄膜基板は、例えばマイクロ波集積回路
基板、ＶＬＤ用サブマウントに好適に使用することがで
きる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。

【００１７】図１は本発明の窒化アルミニウム基板１を
薄膜形成用基板として用い、これに薄膜２を形成した薄
膜基板３の一実施形態の概略構成を示す断面図である。
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板１は、希土類アルミニ
ウム酸化物を含む窒化アルミニウム焼結体からなるもの
である。

【００１８】本発明の窒化アルミニウム基板１では、窒
化アルミニウム焼結体の高熱伝導率を維持しつつ薄膜の
密着性を向上させるために、窒化アルミニウム基板１の
うち薄膜が形成される基板表面１ａを大きなアンカー効
果が期待できる表面形状とするとともに、該基板表面以
外における希土類アルミニウム酸化物の分布を緻密なも
のとしたことを特徴とする。

【００１９】すなわち、本発明の窒化アルミニウム基板
１は、希土類アルミニウム酸化物を含む窒化アルミニウ
ム焼結体からなる基板であって、前記基板の少なくとも
一方の基板表面１ａの単位面積中に占める前記希土類ア
ルミニウム酸化物の面積率をＭ１、前記基板の基板中心
１ｂの単位面積中に占める前記希土類アルミニウム酸化
物の面積率をＭ２としたとき、Ｍ１／Ｍ２を０．９５以
下としたことを特徴とする。

【００２０】本発明においては、基板中心１ｂの希土類
アルミニウム酸化物の量に対して基板表面１ａの希土類
アルミニウム酸化物の量を少なくしている。すなわち基
板表面１ａの希土類アルミニウム酸化物のみを適量除去
することにより、適度に基板表面１ａが粗された状態と
なり、アンカー効果により薄膜の密着性を向上させるこ
とができる。また、基板中心１ｂの希土類アルミニウム
酸化物の量はほとんど変化させていないため、緻密な構
造が維持され、窒化アルミニウム基板の高熱伝導率も維
持することができる。

【００２１】本発明では、Ｍ１／Ｍ２を０．９５以下と
することにより、上記したように表面部分の希土類アル
ミニウム酸化物が適量除去され、適度に表面が粗された
状態とすることができ、薄膜の密着性を向上させること
ができる。Ｍ１／Ｍ２が０．９５を超える場合には、基
板表面１ａの希土類アルミニウム酸化物の除去量が不足
しており、薄膜の密着性を向上させるために必要な表面
性状を得られない。

【００２２】Ｍ１／Ｍ２は少なくとも０．７５以上とす
ることが好ましい。過度に粒界相成分およびそこに存在
する凝集体成分である希土類アルミニウム酸化物が除去
されると、結晶粒の脱落などにより比較的大きな凹部が
発生し、このような凹部が形成された基板表面１ａに薄
膜２を形成すると、窒化アルミニウム基板１と薄膜２と
の間に空隙が生じてしまう。また、この空隙は、その後
の製造工程や回路使用時に印加される熱により、薄膜２
に膨れを生じさせ、回路精度の低下や薄膜の剥がれの原
因となる。本発明におけるより好ましいＭ１／Ｍ２の値
は、０．８０〜０．９５である。

【００２３】また、基板表面１ａの単位面積中に占める
希土類アルミニウム酸化物の面積率Ｍ１は７％以下とす
ることが好ましい。基板表面１ａの単位面積中に占める
希土類アルミニウム酸化物の面積率Ｍ１が７％を超える
場合、基板表面１ａに占める希土類アルミニウム酸化物
の量が多くなり、アンカー効果により薄膜の密着性を向
上させることが難しくなる。基板表面１ａの単位面積中
に占める希土類アルミニウム酸化物の面積率Ｍ１のより
好ましい値としては、２〜４％である。

【００２４】なお、本発明における単位面積とは２０μ
ｍ×２０μｍの面積であり、面積率Ｍ１、Ｍ２は、基板
表面１ａまたは基板中心１ｂにおける５個所の単位面積
で測定した希土類アルミニウム酸化物の面積を、測定個
所数（＝５）で平均した値とする。また、基板中心１ｂ
における希土類アルミニウム酸化物の面積の測定は、窒
化アルミニウム基板の厚さ方向の中心部を通り、かつ前
記基板表面１ａと平行な平面上で行うものとする。

【００２５】希土類アルミニウム酸化物の面積の測定
は、基板表面１ａおよび基板中心１ｂを走査型電子顕微
鏡（ＳＥＭ）で観察したり、あるいは電子線プローブマ
イクロアナライザ（ＥＰＭＡ）で調べることにより測定
することができる。

【００２６】窒化アルミニウム基板１の少なくとも薄膜
２が形成される基板表面１ａの表面粗さはJIS B0601-19
94で規定する算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下とする
ことが好ましい。基板表面１ａの算術平均粗さＲａが
０．２μｍを超える場合、薄膜２の形成面としての要求
特性を満たすことが難しい。このような算術平均粗さＲ
ａを有する基板表面１ａは、例えば窒化アルミニウム焼
結体を作製した後、鏡面加工を行うことにより形成でき
る。

【００２７】さらに、この鏡面加工が行われ算術平均粗
さＲａが０．２μｍ以下となった基板表面１ａにはエッ
チングが行われることが好ましい。このようなエッチン
グにより、基板表面１ａの希土類アルミニウム酸化物を
適切に除去することができ、基板表面１ａの単位面積中
に占める希土類アルミニウム酸化物の面積率Ｍ１を制御
することができる。これによりＭ１／Ｍ２の制御も可能
となる。

【００２８】すなわち、基板中心１ｂの希土類アルミニ
ウム酸化物はエッチングにより除去されにくく、基板表
面１ａの希土類アルミニウム酸化物はエッチングにより
除去しやすいため、基板表面１ａの希土類アルミニウム
酸化物のエッチング量を制御できるようになり、面積率
の比、Ｍ１／Ｍ２を例えば０．９５以下とすることがで
きる。

【００２９】このようなエッチングは、例えば窒化アル
ミニウム焼結体を一定の温度に保温された酸液に浸漬す
ることにより行われる。このエッチングによる質量減少
率は０．０２〜０．５％以下となるようにすることが好
ましい。

【００３０】質量減少率が０．０２％未満であると、希
土類アルミニウム酸化物の除去が少ないことになり、薄
膜の密着性を向上させるために必要な表面部分の粗さを
得られなくなり、アンカー効果が低下し、薄膜の密着強
度が低下してしまう。また、希土類アルミニウム酸化物
が多く存在する窒化アルミニウム基板表面に薄膜を形成
すると、高温環境下に置かれたときに希土類アルミニウ
ム酸化物が膨張（または溶けだし）し薄膜の膨れなどの
不具合の原因となり易い。

【００３１】また、質量減少率が０．５％を超える場合
には、過度に粒界相成分である希土類アルミニウム酸化
物が除去されることになり、結晶粒の脱落などにより比
較的大きな凹部が発生するとともに、エッチングに使用
された酸液などが基板内部まで入り込み、薄膜形成後に
これが染み出し、薄膜の密着性を低下させる。また、仮
に基板内部に入り込んだ酸液などを十分除去・乾燥など
を行ったとしても、基板表面部に空隙が必要以上にでき
てしまう。このような空隙が必要以上に存在する基板表
面に薄膜を形成すると高温環境下に置かれたときに空隙
中に存在する空気が膨張し、薄膜の膨れなどの不具合の
原因となり易い。

【００３２】エッチングによる質量減少率を上記したよ
うな０．０２〜０．５％とするには、例えば窒化アルミ
ニウム焼結体を４０℃に保温された２０％希釈濃度の酸
液、すなわち硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、塩酸（ＨＣｌ）、硝
酸（ＨＮＯ_３）などの酸液に５〜６０分間程度浸漬する
ことにより行うことができる。

【００３３】また、上記したような窒化アルミニウム基
板１を構成する窒化アルミニウム焼結体については、そ
の結晶粒径（窒化アルミニウム結晶粒の粒径）の平均値
を３〜５μｍの範囲とすると共に、粒径分布の標準偏差
を２μｍ以下とすることが好ましい。

【００３４】このように、窒化アルミニウム結晶粒の粒
径を微細化すると共に、粒径分布をシャープにすること
によって、焼結助剤成分（粒界相成分）の析出並びに凝
集を抑制することができる。なお、窒化アルミニウム結
晶粒の粒径は、それを含む最小円の直径（すなわち窒化
アルミニウム結晶粒の最大径）を示すものとする。

【００３５】窒化アルミニウム結晶粒の平均粒径が５μ
ｍを超えると、窒化アルミニウム結晶粒同士の隙間（例
えば三重点）が大きくなるため、焼結助剤成分（粒界相
成分）の析出量が増大し、焼結助剤成分の凝集体が大き
くなると共に、凝集体の面積の総和が増大する傾向にあ
る。結晶粒径分布の標準偏差についても同様であり、そ
の値が２μｍを超えると焼結助剤成分（粒界相成分）の
析出量が増大しやすくなる。焼結助剤成分の析出や凝集
体が必要以上に存在すると、Ｍ１または／およびＭ２の
値が好ましいものが得難くなる。

【００３６】一方、窒化アルミニウム結晶粒の平均粒径
が３μｍ未満になると、窒化アルミニウム焼結体の熱伝
導率の低下が著しくなり、例えば常温で１６０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上という熱伝導率を満たさなくなるおそれがある。

【００３７】窒化アルミニウム焼結体の結晶粒径の微細
化については、例えば上記した焼結助剤の組成や添加
量、さらに焼結条件を制御することで実現することがで
きる。ただし、単に結晶粒径を微細化しただけでは、窒
化アルミニウム焼結体の熱伝導率の低下が著しくなるお
それがあるが、例えば窒化アルミニウム焼結体の製造過
程において、脱バインダ後の残留炭素量を低減するなど
によって、結晶粒径の微細化を図った上で１６０Ｗ／ｍ
・Ｋ以上という熱伝導率を満足させることができる。

【００３８】窒化アルミニウム基板１の熱伝導率は、上
記したように１６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上（２５℃）であるこ
とが好ましい。窒化アルミニウム基板１の常温での熱伝
導率が１６０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、薄膜基板３を例
えばマイクロ波集積回路などに適用する際に、十分な放
熱性を確保することができず、窒化アルミニウム基板１
を用いることの利点が損なわれてしまう。

【００３９】また、窒化アルミニウム基板１（焼結体）
に含まれる希土類アルミニウム酸化物は、焼結助剤とし
て、予め希土類アルミニウム酸化物を添加してもよい
し、希土類酸化物を添加して窒化アルミニウムまたは／
および窒化アルミニウム粉末中の不純物酸素などと反応
させて希土類アルミニウム酸化物を形成させてもよい。
希土類酸化物としては、例えば酸化イットリウム（Ｙ_２
Ｏ_３）、酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）、酸化ディスプ
ロシウム（Ｄｙ_２Ｏ_３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ
_２Ｏ_３）などが挙げられる。また、希土類酸化物を添加
する場合は、窒化アルミニウム焼結体中にすべて希土類
アルミニウム酸化物の形態で存在する必要はなく、希土
類アルミニウム酸化物と希土類酸化物の両方が存在する
形態であってもよい。なお、焼結体中に希土類アルミニ
ウム酸化物と希土類酸化物の両方の形態で存在する場合
であっても、Ｍ１およびＭ２の値は希土類アルミニウム
酸化物の面積率のみで算出するものとする。

【００４０】このような希土類アルミニウム酸化物を構
成する焼結助剤としての希土類酸化物の配合量は、窒化
アルミニウム粉末に対して１〜９質量％の範囲とするこ
とが好ましい。希土類酸化物の配合量が９質量％を超え
ると、主として焼結助剤成分からなる粒界相が凝集しや
すくなり、窒化アルミニウム基板１の基板表面１ａにお
ける焼結助剤成分の凝集体の存在量が増加しやすくな
る。

【００４１】一方、希土類酸化物の配合量が１質量％未
満であると、窒化アルミニウム焼結体の焼結性などが低
下してポアの増大などを招いたり、また熱伝導性が低下
するおそれがある。希土類酸化物の配合量は３〜５質量
％の範囲とすることがさらに好ましい。

【００４２】焼結助剤としては希土類酸化物に加えて、
Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属元素の酸化
物、さらにＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４などのＳｉ化合物、Ｂ
_２Ｏ_３、Ｂ_４Ｃ、ＴｉＢ_２、ＬａＢ_６などの硼素化合物
などを併用してもよい。なお、希土類酸化物やアルカリ
土類酸化物などは、焼成時に酸化物となる炭酸塩、シュ
ウ酸塩、硝酸塩、フッ化物などとして配合してもよい。
また、ＴｉＯ_２、ＨｆＯ _２、ＺｒＯ_２などの黒色化材を
併用することも可能である。これらの化合物を希土類酸
化物と併用する場合には、焼結助剤の総量が酸化物換算
で２〜１０質量％の範囲となるように添加量を調整する
ことが好ましい。

【００４３】次に、本発明の窒化アルミニウム基板の作
製について一例を挙げる。

【００４４】まず、窒化アルミニウム焼結体を作製する
ための窒化アルミニウム原料粉末および焼結助剤などを
用意する。窒化アルミニウム原料粉末としては、平均粒
径が１μｍ以下、不純物酸素濃度が１質量％以下のもの
用いることが好ましい。また、焼結助剤粉末としては、
例えば酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化エルビウム
（Ｅｒ_２Ｏ_３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）が
挙げられ、高純度で微細な粉末であることが好ましい。
焼結助剤の添加量は１〜９重量％とすることが好まし
い。

【００４５】次に、焼結助剤のみを溶媒中にて１０分以
上、好ましくは１時間〜３時間程度攪拌する。この攪拌
により焼結助剤が偏析せず均一に混合できるようにな
る。攪拌を終えた焼結助剤は窒化アルミニウム原料粉末
および適量の有機バインダと混合し、ドクターブレード
法などにより板状に成形する。得られた成形体は６００
〜８００℃の温度で脱脂を行う。

【００４６】脱脂処理を施したＡｌＮ成形体は、例えば
ＡｌＮ、ＢＮなどからなる焼成容器中に配置する。焼成
容器は蓋付きの密閉型を使用することが好ましい。この
際、焼成容器内へのＡｌＮ成形体の充填量は体積比で５
０〜７０％の範囲とすることが好ましい。また、ＡｌＮ
成形体は敷板上に一定の間隔を空けて対称に配置するこ
とが好ましい。図２（ａ）および図２（ｂ）にＡｌＮ成
形体の対称配置の例を示す。これらの図において、４は
ＡｌＮ成形体、５は焼成容器の底面または焼成容器内に
収めた敷板である。図２（ａ）はＡｌＮ成形体４を左右
（または前後）に対称に配置した例である。図２（ｂ）
はＡｌＮ成形体４を左右および前後に対称に配置した例
である。

【００４７】このようなＡｌＮ成形体を充填した焼成容
器を焼成炉内に配置する。焼成炉内への焼成容器の充填
量は体積比で４０〜７０％の範囲とすることが好まし
い。なお、焼成容器はカーボン製容器収納部材（円筒状
部材）中に入れて焼成炉内に配置することがある。この
ような二重容器を使用する場合には、カーボン製容器収
納部材への焼成容器の充填量を体積比で４０〜７０％の
範囲とすることが好ましい。図３に二重容器の一構成例
を示す。図３において、６は焼成容器、７は容器収納部
材である。焼成容器６が収納された容器収納部材７を重
ねて使用したり、複数の焼成容器６を重ねて容器収納部
材７内に収納してもよい。

【００４８】上記したような状態で焼成炉内に配置した
ＡｌＮ成形体は、窒素雰囲気のような不活性雰囲気中に
て１６５０〜１９００℃の範囲の温度で１〜１０時間焼
成される。焼成工程は常圧もしくは雰囲気加圧下で行わ
れる。このような焼成工程によって、上述したような特
性を有するＡｌＮ焼結体が得られる。この際、焼成時の
雰囲気ガスは純度９９％以上の窒素ガスを使用すること
が好ましい。焼成炉内の圧力は２×１０^５〜１０×１０
^５Ｐａの範囲とすることが好ましい。また、焼成炉内の
圧力は設定値に対して±１×１０^５Ｐａの範囲となるよ
うに調整することが好ましく、さらに好ましくは±０．
３×１０^５Ｐａの範囲である。

【００４９】さらに、得られた窒化アルミニウム焼結体
のうち、少なくとも薄膜を形成する表面部分に鏡面加工
を施し、さらにこの鏡面加工を行った表面部分にエッチ
ングを施して本発明の窒化アルミニウム基板１が作製さ
れる。なお、エッチングは希土類アルミニウム酸化物の
面積率（Ｍ１／Ｍ２）が０．９５以下、質量減少率が
０．０２〜０．５％の範囲となるように、硫酸溶液など
に浸漬する時間や温度を調整して行うことが好ましい。

【００５０】本発明の薄膜基板３は、このような窒化ア
ルミニウム基板１の鏡面加工およびエッチングを行った
基板表面１ａに薄膜２を形成することによって構成され
る。

【００５１】薄膜２は例えばスパッタ法、真空蒸着法、
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、イオンプレーティン
グ法、レーザデポジション法、イオンビームデポジショ
ン法などのＰＶＤ法により形成されるものである。ま
た、場合によっては、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、
光ＣＶＤ法などのＣＶＤ（Chemical Vapor Depositio
n：化学的気相成長）法を適用することもできる。薄膜
２は回路構造を有するものに限らず、ベタ膜であっても
よい。また、ここで言う薄膜２とは、膜の総厚が３μｍ
以下のものを示すものとする。

【００５２】上述したように、基板中心１ｂに対する基
板表面１ａの希土類アルミニウム酸化物の面積率（Ｍ１
／Ｍ２）を０．９５以下とした窒化アルミニウム基板１
の基板表面１ａ上に薄膜２を形成することによって、そ
の密着性並びに形成精度を大幅に高めることが可能とな
る。

【００５３】なお、本発明の窒化アルミニウム基板は薄
膜を形成する面に所定の構成を有するものであればよ
く、薄膜を形成しない基板表面を必ずしも上述したよう
な構成とする必要はない。

【００５４】このような薄膜（回路）２を有する薄膜基
板３は、例えば光通信用ハイブリッドＩＣ、移動体通信
用ハイブリッドＩＣ、レーザーダイオード用ハイブリッ
ドＩＣ、自動車用ハイブリッドＩＣなどのマイクロ波集
積回路に対して好適に用いられ、またＶＬＤ（Visible
Laser Diode）用サブマウント基板などとしても有効で
ある。

【００５５】

【実施例】以下、本発明について実施例を参照して詳細
に説明する。

【００５６】（実施例１〜７、比較例１〜８）平均粒径
０．８μｍのＡｌＮ粉末１００重量部および平均粒径
０．８μｍのＹ _２Ｏ_３粉末３〜６重量部を用意した。

【００５７】まず、焼結助剤であるＹ_２Ｏ_３粉末のみを
溶媒中にて６０分間攪拌した後、これにＡｌＮ粉末およ
び有機バインダを添加・混合してスラリを作製し、この
スラリをドクターブレード法により板状に成形した。こ
の成形体を６００〜８００℃で脱脂した後、純度９９％
以上の窒素ガス雰囲気下、焼成温度１７００〜１９００
℃、焼成時間１〜８時間にて焼成することにより、厚さ
０．８ｍｍのＡｌＮ焼結体を作製した。なお、ＡｌＮ焼
結体の熱伝導率はいずれも１６０〜２３０Ｗ／ｍ・Ｋ、
ＡｌＮ結晶粒の平均粒径は３〜５μｍ、結晶粒径分布の
標準偏差は２μｍ以下とした。

【００５８】次に、該ＡｌＮ焼結体の薄膜を形成する表
面部分に対し、算術平均粗さが０．２μｍとなるように
鏡面加工を施した後、この鏡面加工が施された表面部分
を２０％希釈濃度の硫酸溶液に浸漬してエッチングを行
うことにより表１に示すような希土類アルミニウム酸化
物（Ｙ−Ａｌ−Ｏ化合物）の分散状態および質量減少率
を有するＡｌＮ基板を作製した。なお、比較例１につい
ては、エッチングを行わないものとした。

【００５９】

【表１】

【００６０】（実施例８〜１６、比較例３〜４）次に、
実施例１〜７および比較例２のＡｌＮ基板の基板表面に
１０^−２Ｐａ以下の真空中でＴｉ薄膜を真空蒸着により
形成し薄膜基板を作製した。なお、Ｔｉ薄膜は、エッチ
ング処理を行ったものについては、エッチング処理を行
った基板表面に形成した。また、各実施例についてはＴ
ｉ薄膜上にＰｔまたはＰｄ薄膜を形成した後、Ａｕ薄膜
を形成した。

【００６１】これらの金属薄膜を形成した薄膜基板につ
いて、薄膜の接合強度（ピール強度）および加熱後の膨
れの有無を調べた。ピール強度の測定は、直径２．０ｍ
ｍのネイルピンをＡｇ−Ｃｕ共晶ろう材を介して薄膜状
に接合した後、速度１０ｍｍ／ｍｉｎで該ネイルピンを
引張ることにより行った。なお、膨れの有無の測定は薄
膜基板をホットプレート上にて４５０℃×１０分の条件
でそれぞれ加熱し、これらの加熱処理後の薄膜の膨れの
有無を調べた。結果を表２に示す。

【００６２】

【表２】

【００６３】表２から明らかなように、基板表面の単位
面積中に占める希土類アルミニウム酸化物の面積率Ｍ１
と基板中心の単位面積中に占める希土類アルミニウム酸
化物の面積率Ｍ２との比（Ｍ１／Ｍ２）を０．９５以
下、かつエッチングによる質量減少率を０．０２〜０．
５％の範囲内とした本発明の実施例においてはいずれも
高い接合強度を有し、かつ膨れも発生しないことが認め
られた。

【００６４】（実施例１７〜２０および２１〜２４）次
に、希土類酸化物の種類および添加量を表３のように変
えてＡｌＮ基板を作製した。さらに、このＡｌＮ基板に
表４に記載したような金属薄膜を設けて接合強度の測定
を行った。結果を表３、表４に示す。なお、ＡｌＮ基板
および薄膜基板の作製・評価は、実施例１および実施例
８に準じた方法で行った。

【００６５】

【表３】

【００６６】

【表４】表３および表４から分かるように、希土類酸化物を変え
たとしても、本実施例にかかる薄膜基板は良好な結果が
得られた。

【００６７】（実施例２５〜３３、比較例５〜１１）焼
結助剤として表５に示されるような粉末を用意し、この
焼結助剤粉末を有機溶媒（エタノール）中に投入して撹
拌した。撹拌はボールミルを使用し、表に示すような撹
拌時間（予備混合時間）で行った。

【００６８】一方、表５に示されるような平均粒子径、
不純物酸素量を有するＡｌＮ粉末に、適量の有機バイン
ダと溶媒などを加えて混合してスラリ状とした。このＡ
ｌＮスラリに、上記焼結助剤粉末の分散体を表５に示さ
れるような配合量となるように添加した。これをさらに
ボールミルで２４時間混合した。

【００６９】

【表５】

【００７０】次に、上記した原料スラリーをドクターブ
レード法により板状に成形し、このＡｌＮ成形体を６０
０〜８００℃の温度で脱脂した。この脱脂後のＡｌＮ成
形体を、焼成容器なしで、または密閉型あるいは開放型
の焼成容器を使用して焼成した。なお、焼成容器を使用
した焼成は、脱脂後の複数のＡｌＮ成形体を高純度Ａｌ
Ｎ（純度９９．９質量％以上）製の焼成容器中に配置
し、さらに焼成容器をカーボン製円筒部材中に入れた状
態で焼成炉内に配置することにより行った。

【００７１】焼成は１７００〜１９００℃×１〜８時間
の条件で実施した。焼成雰囲気は純度９９％以上の窒素
ガスとし、焼成炉内の圧力は３×１０^５〜７×１０^５Ｐ
ａの範囲とした。その他、焼成容器の種類、焼成容器内
の成形体の充填量、２重容器内の焼成容器の充填量、雰
囲気調整の有無等の焼成条件については、表６に示すと
おりとした。

【００７２】

【表６】

【００７３】このようにして得たＡｌＮ焼結体の平均結
晶粒径と結晶粒径分布を調べた。ＡｌＮ結晶粒の粒径に
ついては、ＡｌＮ焼結体の破断面の任意の３箇所で単位
面積５０×５０μｍ内の結晶粒径を測定し、これらの平
均値に基づいて平均粒径および粒径分布を求めた。な
お、結晶粒径を測定する単位面積のうち、少なくとも１
箇所は加工面に隣接するＡｌＮ結晶粒を含む箇所とする
ことが望ましい。さらに、ＡｌＮ焼結体の熱伝導率を測
定した。これらの測定結果を表７に示す。

【００７４】

【表７】

【００７５】表７に示したように、実施例２５〜３３に
よる各ＡｌＮ焼結体は、いずれもＡｌＮ結晶粒の粒径が
微細であると共に、粒径分布の標準偏差が小さいことが
分かる。

【００７６】

【発明の効果】本発明の窒化アルミニウム基板では、少
なくとも薄膜が形成される基板表面を大きなアンカー効
果が期待できる表面性状とするとともに、該表面部分以
外における希土類アルミニウム酸化物の分布を緻密なも
のとすることにより、窒化アルミニウム基板の高熱伝導
率を維持しつつ、薄膜の密着性を向上させることができ
る。

【００７７】また、本発明の薄膜基板では、上記窒化ア
ルミニウム基板に薄膜を形成することによって、薄膜の
接合強度が向上されるとともに膨れの発生も抑制され、
信頼性に優れたものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の窒化アルミニウム基板を用いた薄膜基
板の一実施形態の概略構成を示す断面図である。

【図２】本発明の窒化アルミニウム基板の焼成工程にお
ける成形体の配置例を示す図である。

【図３】本発明の窒化アルミニウム基板の焼成工程に適
用する二重容器の一構成例を一部切り欠いて示す斜視図
である。

【符号の説明】

１…窒化アルミニウム基板、２…薄膜、３…薄膜基
板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希土類アルミニウム酸化物を含む窒化ア
ルミニウム焼結体からなる基板において、前記基板の少
なくとも一方の表面の単位面積中に占める前記希土類ア
ルミニウム酸化物の面積率をＭ１、前記基板の中心の単
位面積中に占める前記希土類アルミニウム酸化物の面積
率をＭ２としたとき、Ｍ１／Ｍ２が０．９５以下である
ことを特徴とする窒化アルミニウム基板。
【請求項２】前記基板表面の算術平均粗さＲａが０．
２μｍ以下、かつ前記基板表面の単位面積中に占める希
土類アルミニウム酸化物の面積率Ｍ１が７％以下である
ことを特徴とする請求項１記載の窒化アルミニウム基
板。
【請求項３】前記基板表面は、鏡面加工により算術平
均粗さＲａを０．２μｍ以下とした後、エッチング処理
が施されたものであることを特徴とする請求項２記載の
窒化アルミニウム基板。
【請求項４】前記基板に対するエッチング処理は、エ
ッチングによる質量減少率が０．０２〜０．５％の範囲
となるように行われることを特徴とする請求項３記載の
窒化アルミニウム基板。
【請求項５】前記希土類アルミニウム酸化物がイット
リウムアルミニウム酸化物であることを特徴とする請求
項１乃至４のいずれか１項記載の窒化アルミニウム基
板。
【請求項６】前記基板の窒化アルミニウム結晶粒の平
均粒径が３μｍ以上５μｍ以下であり、かつ結晶粒径分
布の標準偏差が２μｍ以下であることを特徴とする請求
項１乃至５のいずれか１項記載の窒化アルミニウム基
板。
【請求項７】前記基板の２５℃での熱伝導率が１６０
Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１乃至６
のいずれか１項記載の窒化アルミニウム基板。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか１項記載の前
記窒化アルミニウム基板の前記基板表面に薄膜が形成さ
れてなることを特徴とする薄膜基板。
【請求項９】マイクロ波集積回路基板に使用されるこ
とを特徴とする請求項８記載の薄膜基板。
【請求項１０】ＶＬＤ用サブマウントに使用されるこ
とを特徴とする請求項８記載の薄膜基板。