JP3198139B2 - ＡｌＮメタライズ基板 - Google Patents
ＡｌＮメタライズ基板Info
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- 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
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- 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
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
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- 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
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、同時焼成による AlNメ
タライズ基板に関する。
タライズ基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、パワ―ＩＣ、高周波トランジスタ
等の大電流を必要とする半導体素子の発展に伴い、半導
体素子からの放熱量は増大する傾向にある。これによっ
て、使用する実装基板やパッケージには、熱伝導率が高
く、放熱性に優れるという特性が要求されている。この
ような基板に対する要求特性に対して、窒化アルミニウ
ム焼結体基板が注目されている。窒化アルミニウム基板
は、熱伝導率が酸化アルミニウム基板の約 5倍以上と高
く放熱性に優れ、加えてSiチップに近似した低熱膨張率
を有する等の優れた特性を有している。
等の大電流を必要とする半導体素子の発展に伴い、半導
体素子からの放熱量は増大する傾向にある。これによっ
て、使用する実装基板やパッケージには、熱伝導率が高
く、放熱性に優れるという特性が要求されている。この
ような基板に対する要求特性に対して、窒化アルミニウ
ム焼結体基板が注目されている。窒化アルミニウム基板
は、熱伝導率が酸化アルミニウム基板の約 5倍以上と高
く放熱性に優れ、加えてSiチップに近似した低熱膨張率
を有する等の優れた特性を有している。
【０００３】ところで、窒化アルミニウム基板を半導体
素子用の実装基板やパッケージ等として使用する場合に
は、回路の形成や電子部品の搭載部の形成等を目的とし
て、窒化アルミニウム基板の表面や内部に導電性を有す
る金属化層（メタライズ層）を形成することが不可欠と
されている。
素子用の実装基板やパッケージ等として使用する場合に
は、回路の形成や電子部品の搭載部の形成等を目的とし
て、窒化アルミニウム基板の表面や内部に導電性を有す
る金属化層（メタライズ層）を形成することが不可欠と
されている。
【０００４】上述したようなメタライズ層をセラミック
ス基板に形成する方法としては、例えば W、Mo、W-Mo等
の高融点金属を用いる方法が知られている。この高融点
金属法は、高融点金属粉末に樹脂結合剤や分散媒を添加
してペ―ストを作製し、この高融点金属ペーストを基板
上に印刷法等によって塗布した後、所定の温度で焼成し
てメタライズ層を形成する方法である。ただし、上述し
た窒化アルミニウムは、酸化アルミニウム等の酸化物系
セラミックスに比べて、金属との濡れ性や反応性に劣る
ため、一般的な高融点金属法ではメタライズ層の接合強
度が極端に低いものとなってしまう。そこで、窒化アル
ミニウム基板と高融点金属層の焼成を同時に行う、いわ
ゆる同時焼成法によりメタライズ層（高融点金属層）を
形成することが行われている。
ス基板に形成する方法としては、例えば W、Mo、W-Mo等
の高融点金属を用いる方法が知られている。この高融点
金属法は、高融点金属粉末に樹脂結合剤や分散媒を添加
してペ―ストを作製し、この高融点金属ペーストを基板
上に印刷法等によって塗布した後、所定の温度で焼成し
てメタライズ層を形成する方法である。ただし、上述し
た窒化アルミニウムは、酸化アルミニウム等の酸化物系
セラミックスに比べて、金属との濡れ性や反応性に劣る
ため、一般的な高融点金属法ではメタライズ層の接合強
度が極端に低いものとなってしまう。そこで、窒化アル
ミニウム基板と高融点金属層の焼成を同時に行う、いわ
ゆる同時焼成法によりメタライズ層（高融点金属層）を
形成することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、窒化
アルミニウムは金属との濡れ性や反応性に劣るため、同
時焼成法によって高融点金属層を窒化アルミニウム基板
に形成することが行われている。しかしながら、上記し
た同時焼成法を適用しても、必ずしも満足いくほどの接
合強度が得られているわけではない。すなわち、窒化ア
ルミニウム基板による半導体パッケージ等を作製する場
合、同時焼成法によって多層化した内部配線を形成して
いるが、個々の窒化アルミニウム層と高融点金属層（内
部配線層）との接合強度が不十分であるため、導通不良
を招いたり、パッケージの気密性が低下したり、さらに
はハガレ等の構造不良を招く等といった問題が生じてい
る。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に高接合強度で高融点
金属層を形成することを可能にし、信頼性に優れたAlN
メタライズ基板を提供することを目的としている。
アルミニウムは金属との濡れ性や反応性に劣るため、同
時焼成法によって高融点金属層を窒化アルミニウム基板
に形成することが行われている。しかしながら、上記し
た同時焼成法を適用しても、必ずしも満足いくほどの接
合強度が得られているわけではない。すなわち、窒化ア
ルミニウム基板による半導体パッケージ等を作製する場
合、同時焼成法によって多層化した内部配線を形成して
いるが、個々の窒化アルミニウム層と高融点金属層（内
部配線層）との接合強度が不十分であるため、導通不良
を招いたり、パッケージの気密性が低下したり、さらに
はハガレ等の構造不良を招く等といった問題が生じてい
る。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に高接合強度で高融点
金属層を形成することを可能にし、信頼性に優れたAlN
メタライズ基板を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用】本発明のＡｌＮメ
タライズ基板は、窒化アルミニウム基板と、この窒化ア
ルミニウム基板に接して設けられた高融点金属層とを具
備する同時焼成ＡｌＮメタライズ基板において、前記高
融点金属層には前記窒化アルミニウム基板の構成材粒子
が分散析出しており、前記窒化アルミニウム基板の接合
界面から１０μｍ以内には前記高融点金属の微粒子が分
散析出しており、さらに前記高融点金属層と前記窒化ア
ルミニウム基板との界面には空隙が存在しないことを特
徴としている。
タライズ基板は、窒化アルミニウム基板と、この窒化ア
ルミニウム基板に接して設けられた高融点金属層とを具
備する同時焼成ＡｌＮメタライズ基板において、前記高
融点金属層には前記窒化アルミニウム基板の構成材粒子
が分散析出しており、前記窒化アルミニウム基板の接合
界面から１０μｍ以内には前記高融点金属の微粒子が分
散析出しており、さらに前記高融点金属層と前記窒化ア
ルミニウム基板との界面には空隙が存在しないことを特
徴としている。
【０００７】本発明における窒化アルミニウム基板とし
ては、焼結助剤を用いた通常の液相焼結法によるものが
用いられる。上記焼結助剤としては、 CaO系や Y2 O 3
系等が用いられる。なお、 CaO系の焼結助剤は、CaCO3
として用いることも可能である。これら焼結助剤は、窒
化アルミニウム粉末に対して 0.5〜10重量％程度の範囲
で添加される。
ては、焼結助剤を用いた通常の液相焼結法によるものが
用いられる。上記焼結助剤としては、 CaO系や Y2 O 3
系等が用いられる。なお、 CaO系の焼結助剤は、CaCO3
として用いることも可能である。これら焼結助剤は、窒
化アルミニウム粉末に対して 0.5〜10重量％程度の範囲
で添加される。
【０００８】また、高融点金属層の形成材料としては、
W、Mo、W-Mo等が用いられる。このような高融点金属か
らなる導電層は、表面配線として窒化アルミニウム基板
の表面に形成してもよいし、また内部配線として窒化ア
ルミニウム基板の内部に形成してもよい。なお、本発明
における高融点金属層は、上記したような高融点金属単
体によって形成しなければならないものではなく、他の
添加物を含むことも可能である。
W、Mo、W-Mo等が用いられる。このような高融点金属か
らなる導電層は、表面配線として窒化アルミニウム基板
の表面に形成してもよいし、また内部配線として窒化ア
ルミニウム基板の内部に形成してもよい。なお、本発明
における高融点金属層は、上記したような高融点金属単
体によって形成しなければならないものではなく、他の
添加物を含むことも可能である。
【０００９】本発明のＡｌＮメタライズ基板は、上述し
た窒化アルミニウム基板と高融点金属層とを同時焼成す
ることにより一体化したものである。そして、上記同時
焼成時の条件を適切に制御することによって、高融点金
属層内に窒化アルミニウム基板の構成材による粒子、す
なわち窒化アルミニウムと焼結助剤成分とを主体とする
化合物粒子を分散析出させており、また窒化アルミニウ
ム基板の接合界面から１０μｍ以内には高融点金属の微
粒子を分散析出させている。さらには、界面空隙部内に
窒化アルミニウム基板の構成材粒子を再析出させること
により、界面空隙部を埋めて連続した界面を形成する。
高融点金属層内における窒化アルミニウム基板の構成材
粒子の析出量は、体積比で１〜１０％程度とすることが
好ましく。また、窒化アルミニウム基板内に析出させる
高融点金属微粒子の析出量は体積比で０．２〜２％程度
とすることが好ましい。一般には後者の粒子の方が小さ
い。
た窒化アルミニウム基板と高融点金属層とを同時焼成す
ることにより一体化したものである。そして、上記同時
焼成時の条件を適切に制御することによって、高融点金
属層内に窒化アルミニウム基板の構成材による粒子、す
なわち窒化アルミニウムと焼結助剤成分とを主体とする
化合物粒子を分散析出させており、また窒化アルミニウ
ム基板の接合界面から１０μｍ以内には高融点金属の微
粒子を分散析出させている。さらには、界面空隙部内に
窒化アルミニウム基板の構成材粒子を再析出させること
により、界面空隙部を埋めて連続した界面を形成する。
高融点金属層内における窒化アルミニウム基板の構成材
粒子の析出量は、体積比で１〜１０％程度とすることが
好ましく。また、窒化アルミニウム基板内に析出させる
高融点金属微粒子の析出量は体積比で０．２〜２％程度
とすることが好ましい。一般には後者の粒子の方が小さ
い。
【００１０】次に、本発明の AlNメタライズ基板の製造
方法について、図１を参照して詳述する。まず、焼結助
剤例えば CaOを含む AlNグリーンシートと、高融点金属
ペースト例えば Wペーストとを用意する。 AlNグリーン
シートは通常のドクターブレード法などにより作製すれ
ばよい。また、高融点金属ペーストは、高融点金属粉末
に樹脂結合剤および必要に応じて分散媒や可塑材を添加
し、均一に分散させて所望の粘度のペーストとして作製
する。
方法について、図１を参照して詳述する。まず、焼結助
剤例えば CaOを含む AlNグリーンシートと、高融点金属
ペースト例えば Wペーストとを用意する。 AlNグリーン
シートは通常のドクターブレード法などにより作製すれ
ばよい。また、高融点金属ペーストは、高融点金属粉末
に樹脂結合剤および必要に応じて分散媒や可塑材を添加
し、均一に分散させて所望の粘度のペーストとして作製
する。
【００１１】上記したような AlNグリーンシートおよび
高融点金属ペーストを用いて、図１（ａ）に示すよう
に、 AlNグリーンシート１上に高融点金属ペースト２を
例えばスクリ―ン印刷法によって所要の形状に塗布す
る。また、 AlN多層配線基板を作製する場合には、複数
の AlNグリーンシート１に高融点金属ペースト２をそれ
ぞれ塗布した後、それらを所定の枚数積層する。この
際、高融点金属ペースト２を塗布した段階では、微視的
に見ると、 AlNグリーンシート１と高融点金属ペースト
２の塗布層との間に空隙３が存在し、必ずしも連続的な
界面が形成されているわけではない。
高融点金属ペーストを用いて、図１（ａ）に示すよう
に、 AlNグリーンシート１上に高融点金属ペースト２を
例えばスクリ―ン印刷法によって所要の形状に塗布す
る。また、 AlN多層配線基板を作製する場合には、複数
の AlNグリーンシート１に高融点金属ペースト２をそれ
ぞれ塗布した後、それらを所定の枚数積層する。この
際、高融点金属ペースト２を塗布した段階では、微視的
に見ると、 AlNグリーンシート１と高融点金属ペースト
２の塗布層との間に空隙３が存在し、必ずしも連続的な
界面が形成されているわけではない。
【００１２】次に、上記高融点金属ペースト２を塗布し
た AlNグリーンシート１を所定の温度で焼成し、図１
（ｂ）に示すように、 AlN基板４と高融点金属層５とを
同時焼成によって形成する。ここで、本発明の AlNメタ
ライズ基板を得るためには、AlN基板４の構成材料、す
なわちAl、 N、焼結助剤成分（図中ではCa）が高融点金
属層５内に拡散すると共に、高融点金属（図中ではW)が
AlN基板４内に拡散し固溶するように、焼成条件を設定
することが重要である。具体的な焼成条件としては、焼
成温度を1750〜1900℃程度と高温に設定する。また、焼
成時間は 0.5〜10時間程度とすることが好ましい。この
ように、高温焼成することによって、相互拡散が促進さ
れる。
た AlNグリーンシート１を所定の温度で焼成し、図１
（ｂ）に示すように、 AlN基板４と高融点金属層５とを
同時焼成によって形成する。ここで、本発明の AlNメタ
ライズ基板を得るためには、AlN基板４の構成材料、す
なわちAl、 N、焼結助剤成分（図中ではCa）が高融点金
属層５内に拡散すると共に、高融点金属（図中ではW)が
AlN基板４内に拡散し固溶するように、焼成条件を設定
することが重要である。具体的な焼成条件としては、焼
成温度を1750〜1900℃程度と高温に設定する。また、焼
成時間は 0.5〜10時間程度とすることが好ましい。この
ように、高温焼成することによって、相互拡散が促進さ
れる。
【００１３】この焼成工程の後に常温まで冷却するが、
この冷却工程においては図１（ｃ）に示すように、相互
拡散したAl、 Nおよび焼結助剤成分の固溶限が減少する
ため、再結合して AlN粒子６となり、また高融点金属の
微粒子７が十分に分散析出するように条件を設定する。
焼成工程で AlN基板４と高融点金属層５との間で各構成
元素を相互拡散させると共に、この相互拡散させた成分
が冷却工程で十分に析出するような条件を設定すること
により、さらに界面空隙部３内で AlNがCaを固溶して再
析出する。この再析出によって、図１（ｄ）に示すよう
に、界面空隙部３がCaを含む AlN８により埋められ、連
続した界面９が形成される。なお、 AlN８は高融点金属
層５と一定の結晶方位関係をもつエピタキシャル成長を
する。
この冷却工程においては図１（ｃ）に示すように、相互
拡散したAl、 Nおよび焼結助剤成分の固溶限が減少する
ため、再結合して AlN粒子６となり、また高融点金属の
微粒子７が十分に分散析出するように条件を設定する。
焼成工程で AlN基板４と高融点金属層５との間で各構成
元素を相互拡散させると共に、この相互拡散させた成分
が冷却工程で十分に析出するような条件を設定すること
により、さらに界面空隙部３内で AlNがCaを固溶して再
析出する。この再析出によって、図１（ｄ）に示すよう
に、界面空隙部３がCaを含む AlN８により埋められ、連
続した界面９が形成される。なお、 AlN８は高融点金属
層５と一定の結晶方位関係をもつエピタキシャル成長を
する。
【００１４】上記した AlN８のエピタキシャル成長によ
り形成された連続界面９は、高接合強度を有するため、
高融点金属層５の信頼性（機械的強度、導通性、気密性
等）を大幅に高めることが可能となる。また、高融点金
属層５内に拡散した窒化アルミニウム基板の構成成分
は、高融点金属の焼結を促進するため、高融点金属層５
の焼結密度が高まり、より一層導電性の向上を図ること
ができる。
り形成された連続界面９は、高接合強度を有するため、
高融点金属層５の信頼性（機械的強度、導通性、気密性
等）を大幅に高めることが可能となる。また、高融点金
属層５内に拡散した窒化アルミニウム基板の構成成分
は、高融点金属の焼結を促進するため、高融点金属層５
の焼結密度が高まり、より一層導電性の向上を図ること
ができる。
【００１５】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。 実施例１ まず、平均粒径 1.0μm の AlN粉末に、焼結助剤として
平均粒径 0.5μm のCaCO3 粉末を、 CaO換算で 1重量％
添加、混合し、基板原料粉末を調製した。次いで、この
基板原料粉末に適量の PVC（ポリビニルブチラール）を
バインダとして加え、十分に混練した後、ドクターブレ
ード法により厚さ 0.4mmの AlNグリーンシートを 8枚作
製した。一方、平均粒径 1.0μm の W粉末に、適量の樹
脂バインタおよび分散媒を混合して、 Wペーストを作製
した。
平均粒径 0.5μm のCaCO3 粉末を、 CaO換算で 1重量％
添加、混合し、基板原料粉末を調製した。次いで、この
基板原料粉末に適量の PVC（ポリビニルブチラール）を
バインダとして加え、十分に混練した後、ドクターブレ
ード法により厚さ 0.4mmの AlNグリーンシートを 8枚作
製した。一方、平均粒径 1.0μm の W粉末に、適量の樹
脂バインタおよび分散媒を混合して、 Wペーストを作製
した。
【００１６】次に、上記した各 AlNグリーンシートに W
ペーストをそれぞれスクリーン印刷し、乾燥させた後に
積層一体化した。なお、 Wペ―ストの塗布厚は約20μm
（乾燥後）とした。次いで、この積層体を脱脂炉内に配
置し、窒素雰囲気中で 700℃× 3時間の条件にて脱脂処
理を行った後、焼成炉で1800℃まで昇温した。この温度
で 6時間保持し、 AlNグリーンシートと Wの塗布層とを
窒素雰囲気中で同時焼成した後、1500℃まで 100℃/hr
の条件で冷却し、その後室温まで炉冷した。以上の工程
により、 AlN基板内に内部配線層として W層が設けられ
た、 PGA用の AlN多層配線基板(AlNメタライズ基板）を
作製した。
ペーストをそれぞれスクリーン印刷し、乾燥させた後に
積層一体化した。なお、 Wペ―ストの塗布厚は約20μm
（乾燥後）とした。次いで、この積層体を脱脂炉内に配
置し、窒素雰囲気中で 700℃× 3時間の条件にて脱脂処
理を行った後、焼成炉で1800℃まで昇温した。この温度
で 6時間保持し、 AlNグリーンシートと Wの塗布層とを
窒素雰囲気中で同時焼成した後、1500℃まで 100℃/hr
の条件で冷却し、その後室温まで炉冷した。以上の工程
により、 AlN基板内に内部配線層として W層が設けられ
た、 PGA用の AlN多層配線基板(AlNメタライズ基板）を
作製した。
【００１７】このようにして得た AlN多層配線基板の A
lN基板と W層との接合界面を、ＳＥＭにより観察すると
共に、ＥＰＭＡ解析により面分析した。図２に、上記 A
lN多層配線基板の接合界面のＳＥＭ写真を示す。また図
３として、図２のＳＥＭ写真を模式化した図を示す。
lN基板と W層との接合界面を、ＳＥＭにより観察すると
共に、ＥＰＭＡ解析により面分析した。図２に、上記 A
lN多層配線基板の接合界面のＳＥＭ写真を示す。また図
３として、図２のＳＥＭ写真を模式化した図を示す。
【００１８】図３から明らかなように、 AlN層１１間に
存在する W層１２内には、 CaOとAl2 O 3 との複合酸化
物を含む AlN粒子１３が析出しており、また AlN層１１
内の界面近傍部には Wの微粒子１４が析出していた。ま
た、ＥＰＭＡによる面分析から、上記 AlN粒子１３の構
成元素はAl、 N、Caおよび Oであり、また微粒子１４の
構成元素は Wであることを確認した。そして、 AlN層１
１と W層１２との接合界面１５は、空隙等が存在しない
連続した界面であることを確認した。なお、 W層１２に
おける AlN粒子１３の析出量は体積比で5%で、 AlN層１
１内の W微粒子１４の析出量は体積比で1%であった。ま
た、 W微粒子１４は接合界面１５から 5〜 6μm の範囲
に析出していた。
存在する W層１２内には、 CaOとAl2 O 3 との複合酸化
物を含む AlN粒子１３が析出しており、また AlN層１１
内の界面近傍部には Wの微粒子１４が析出していた。ま
た、ＥＰＭＡによる面分析から、上記 AlN粒子１３の構
成元素はAl、 N、Caおよび Oであり、また微粒子１４の
構成元素は Wであることを確認した。そして、 AlN層１
１と W層１２との接合界面１５は、空隙等が存在しない
連続した界面であることを確認した。なお、 W層１２に
おける AlN粒子１３の析出量は体積比で5%で、 AlN層１
１内の W微粒子１４の析出量は体積比で1%であった。ま
た、 W微粒子１４は接合界面１５から 5〜 6μm の範囲
に析出していた。
【００１９】また、 AlN層１１内における接合界面１５
との近傍部分の結晶構造を調べるため、断面の高分解能
ＴＥＭ観察を行った。その結果、接合界面１５に向けて
AlNのエピタキシャル成長が生じていることを確認し
た。
との近傍部分の結晶構造を調べるため、断面の高分解能
ＴＥＭ観察を行った。その結果、接合界面１５に向けて
AlNのエピタキシャル成長が生じていることを確認し
た。
【００２０】次に、上記 AlN多層配線基板における AlN
層と W層との接合強度を評価するために、 AlN基板の表
面に W層を上記実施例と同一条件の同時焼成によって形
成した。そして、この W層の接合強度を、両側の AlNに
活性金属法でバルク AlNを接合して曲げ試験片を作製
し、 4点曲げ試験により測定したところ、160MPaという
良好な結果が得られた。また、上記 AlN多層配線基板の
導電性(W層）および気密性を 4端子法およびHeリーク試
験により評価したところ、 9〜10μΩcmおよび1×10-5c
c atm/secという良好な結果が得られた。
層と W層との接合強度を評価するために、 AlN基板の表
面に W層を上記実施例と同一条件の同時焼成によって形
成した。そして、この W層の接合強度を、両側の AlNに
活性金属法でバルク AlNを接合して曲げ試験片を作製
し、 4点曲げ試験により測定したところ、160MPaという
良好な結果が得られた。また、上記 AlN多層配線基板の
導電性(W層）および気密性を 4端子法およびHeリーク試
験により評価したところ、 9〜10μΩcmおよび1×10-5c
c atm/secという良好な結果が得られた。
【００２１】また、本発明との比較として、助剤として
のCaCO3 を CaO換算で 0.5重量％添加し、同時焼成時の
条件を1700℃× 3時間とすると共に、その後の冷却を 5
00℃/hr の条件で行う以外は、上記実施例と同様にし
て、 AlN多層配線基板を作製した。この AlN多層配線基
板の界面構造についても、上記実施例と同様に、ＳＥＭ
およびＥＰＭＡ解析で調べたところ、 AlN粒子および W
微粒子は各々ほとんど析出しておらず、また接合界面に
は僅かな空隙が存在し、連続した界面は形成されていな
かった。
のCaCO3 を CaO換算で 0.5重量％添加し、同時焼成時の
条件を1700℃× 3時間とすると共に、その後の冷却を 5
00℃/hr の条件で行う以外は、上記実施例と同様にし
て、 AlN多層配線基板を作製した。この AlN多層配線基
板の界面構造についても、上記実施例と同様に、ＳＥＭ
およびＥＰＭＡ解析で調べたところ、 AlN粒子および W
微粒子は各々ほとんど析出しておらず、また接合界面に
は僅かな空隙が存在し、連続した界面は形成されていな
かった。
【００２２】また、上記比較例による AlN多層配線基板
の W層の接合強度および導電性、さらに多層基板の気密
性を、実施例１と同様にして評価したところ、 W層の接
合強度は 80MPa、 W層の導電性は13〜15μΩcm、気密性
は 5×10-5cc atm/secと、いずれも実施例に比べて劣る
ものであった。 実施例２ 平均粒径 1.0μm の AlN粉末に、焼結助剤として平均粒
径 1.0μm の Y2 O 3 粉末を 3重量％添加、混合し、基
板原料粉末を調製した。次いで、この基板原料粉末に適
量の PVCをバインダとして加え、十分に混練した後、ド
クターブレード法により厚さ 0.4mmの AlNグリーンシー
トを 8枚作製した。一方、平均粒径 1.0μm の W粉末
に、適量の樹脂バインタおよび分散媒を混合して、 Wペ
ーストを作製した。
の W層の接合強度および導電性、さらに多層基板の気密
性を、実施例１と同様にして評価したところ、 W層の接
合強度は 80MPa、 W層の導電性は13〜15μΩcm、気密性
は 5×10-5cc atm/secと、いずれも実施例に比べて劣る
ものであった。 実施例２ 平均粒径 1.0μm の AlN粉末に、焼結助剤として平均粒
径 1.0μm の Y2 O 3 粉末を 3重量％添加、混合し、基
板原料粉末を調製した。次いで、この基板原料粉末に適
量の PVCをバインダとして加え、十分に混練した後、ド
クターブレード法により厚さ 0.4mmの AlNグリーンシー
トを 8枚作製した。一方、平均粒径 1.0μm の W粉末
に、適量の樹脂バインタおよび分散媒を混合して、 Wペ
ーストを作製した。
【００２３】次に、上記した各 AlNグリーンシートに W
ペーストをそれぞれスクリーン印刷し、乾燥させた後に
積層一体化した。なお、 Wペ―ストの塗布厚は約20μm
（乾燥後）とした。次いで、この積層体を脱脂炉内に配
置し、窒素雰囲気中で 700℃× 3時間の条件にて脱脂処
理を行った後、焼成炉で1800℃まで昇温した。この温度
で 6時間保持し、 AlNグリーンシートと Wの塗布層とを
窒素雰囲気中で同時焼成した後、1500℃まで 100℃/hr
の条件で冷却し、その後室温まで炉冷した。以上の工程
により、 AlN基板内に内部配線層として W層が設けられ
た、 PGA用のAlN多層配線基板(AlNメタライズ基板）を
作製した。
ペーストをそれぞれスクリーン印刷し、乾燥させた後に
積層一体化した。なお、 Wペ―ストの塗布厚は約20μm
（乾燥後）とした。次いで、この積層体を脱脂炉内に配
置し、窒素雰囲気中で 700℃× 3時間の条件にて脱脂処
理を行った後、焼成炉で1800℃まで昇温した。この温度
で 6時間保持し、 AlNグリーンシートと Wの塗布層とを
窒素雰囲気中で同時焼成した後、1500℃まで 100℃/hr
の条件で冷却し、その後室温まで炉冷した。以上の工程
により、 AlN基板内に内部配線層として W層が設けられ
た、 PGA用のAlN多層配線基板(AlNメタライズ基板）を
作製した。
【００２４】このようにして得た AlN多層配線基板の A
lN基板と W層との接合界面を、ＳＥＭにより観察すると
共に、ＥＰＭＡ解析により面分析した。その結果、ＳＥ
Ｍの2次電子像は実施例１と類似のものが得られ、 AlN
層間に存在する W層内には、Y2 O 3 とAl2 O 3 との複
合酸化物を含む AlN粒子が析出しており、また AlN層内
の界面近傍部には Wの微粒子が析出していた。また、Ｅ
ＰＭＡによる面分析から、上記 AlN粒子の構成元素はA
l、 N、 Yおよび Oであり、また微粒子の構成元素は W
であることを確認した。そして、 AlN層と W層との接合
界面は、空隙等が存在しない連続した界面であることを
確認した。なお、 W層における AlN粒子の析出量は体積
比で6%で、 AlN層内の W微粒子の析出量は体積比で1%で
あった。また、 W微粒子は接合界面から 5〜 6μm の範
囲に析出していた。
lN基板と W層との接合界面を、ＳＥＭにより観察すると
共に、ＥＰＭＡ解析により面分析した。その結果、ＳＥ
Ｍの2次電子像は実施例１と類似のものが得られ、 AlN
層間に存在する W層内には、Y2 O 3 とAl2 O 3 との複
合酸化物を含む AlN粒子が析出しており、また AlN層内
の界面近傍部には Wの微粒子が析出していた。また、Ｅ
ＰＭＡによる面分析から、上記 AlN粒子の構成元素はA
l、 N、 Yおよび Oであり、また微粒子の構成元素は W
であることを確認した。そして、 AlN層と W層との接合
界面は、空隙等が存在しない連続した界面であることを
確認した。なお、 W層における AlN粒子の析出量は体積
比で6%で、 AlN層内の W微粒子の析出量は体積比で1%で
あった。また、 W微粒子は接合界面から 5〜 6μm の範
囲に析出していた。
【００２５】また、 AlN層内における接合界面との近傍
部分の結晶構造を調べるため、断面の高分解能ＴＥＭ観
察を行った。その結果、接合界面に向けて AlNのエピタ
キシャル成長が生じていることを確認した。
部分の結晶構造を調べるため、断面の高分解能ＴＥＭ観
察を行った。その結果、接合界面に向けて AlNのエピタ
キシャル成長が生じていることを確認した。
【００２６】次に、上記 AlN多層配線基板における AlN
層と W層との接合強度を評価するために、 AlN基板の表
面に W層を上記実施例２と同一条件の同時焼成によって
形成した。そして、この W層の接合強度を実施例１と同
様の手法により測定したところ、200MPaという良好な結
果が得られた。また、上記 AlN多層配線基板の導電性(W
層）および気密性を実施例１と同様の手法により評価し
たところ、 9〜11μΩcmおよび 1×10-5cc atm/sec以下
という良好な結果が得られた。
層と W層との接合強度を評価するために、 AlN基板の表
面に W層を上記実施例２と同一条件の同時焼成によって
形成した。そして、この W層の接合強度を実施例１と同
様の手法により測定したところ、200MPaという良好な結
果が得られた。また、上記 AlN多層配線基板の導電性(W
層）および気密性を実施例１と同様の手法により評価し
たところ、 9〜11μΩcmおよび 1×10-5cc atm/sec以下
という良好な結果が得られた。
【００２７】また、本発明との比較（比較例２）とし
て、 Y2 O 3 の添加量を 2重量％に減らし、また同時焼
成時の条件を1700℃× 3時間とすると共に、その後の冷
却を500℃/hr の条件で行う以外は、上記実施例２と同
様にして、 AlN多層配線基板を作製した。この AlN多層
配線基板の界面構造についても、上記実施例と同様に、
ＳＥＭおよびＥＰＭＡ解析で調べたところ、 AlN粒子お
よび W微粒子は各々ほとんど析出しておらず、また接合
界面には僅かな空隙が存在し、連続した界面は形成され
ていなかった。
て、 Y2 O 3 の添加量を 2重量％に減らし、また同時焼
成時の条件を1700℃× 3時間とすると共に、その後の冷
却を500℃/hr の条件で行う以外は、上記実施例２と同
様にして、 AlN多層配線基板を作製した。この AlN多層
配線基板の界面構造についても、上記実施例と同様に、
ＳＥＭおよびＥＰＭＡ解析で調べたところ、 AlN粒子お
よび W微粒子は各々ほとんど析出しておらず、また接合
界面には僅かな空隙が存在し、連続した界面は形成され
ていなかった。
【００２８】また、上記比較例２による AlN多層配線基
板の W層の接合強度および導電性、さらに多層基板の気
密性を、実施例１と同様にして評価したところ、 W層の
接合強度は100MPa、 W層の導電性は13〜15μΩcm、気密
性は 5×10-5cc atm/secと、いずれも実施例２に比べて
劣るものであった。
板の W層の接合強度および導電性、さらに多層基板の気
密性を、実施例１と同様にして評価したところ、 W層の
接合強度は100MPa、 W層の導電性は13〜15μΩcm、気密
性は 5×10-5cc atm/secと、いずれも実施例２に比べて
劣るものであった。
【００２９】上記した各実施例および比較例による AlN
多層配線基板の評価結果から分かるように、 W層内に A
lN粒子が分散析出し、かつ AlN基板の界面近傍部内に W
微粒子が分散析出するよう、焼成条件およびその後の冷
却条件を設定することによって、 W層の接合強度を大幅
に高めることができ、よって信頼性に優れた AlN多層配
線基板(AlNメタライズ基板）を得ることが可能となる。
多層配線基板の評価結果から分かるように、 W層内に A
lN粒子が分散析出し、かつ AlN基板の界面近傍部内に W
微粒子が分散析出するよう、焼成条件およびその後の冷
却条件を設定することによって、 W層の接合強度を大幅
に高めることができ、よって信頼性に優れた AlN多層配
線基板(AlNメタライズ基板）を得ることが可能となる。
【００３０】なお、上記実施例では高融点金属層として
の W層を AlN基板内に形成した例について説明したが、
W層を AlN基板の表面に形成したものについても、上記
実施例と同様な効果が得られた。また、上記実施例の A
lN多層配線基板においては、各 W層間を接続するビアホ
ール(W充填）でも同様な界面構造が認められた。
の W層を AlN基板内に形成した例について説明したが、
W層を AlN基板の表面に形成したものについても、上記
実施例と同様な効果が得られた。また、上記実施例の A
lN多層配線基板においては、各 W層間を接続するビアホ
ール(W充填）でも同様な界面構造が認められた。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、窒
化アルミニウム基板と高融点金属層との接合強度を大幅
に向上させることが可能となるため、機械的強度、導通
性、気密性等に優れた AlNメタライズ基板を提供するこ
とができ、よって半導体パッケージや半導体実装基板の
信頼性向上に大きく寄与する。
化アルミニウム基板と高融点金属層との接合強度を大幅
に向上させることが可能となるため、機械的強度、導通
性、気密性等に優れた AlNメタライズ基板を提供するこ
とができ、よって半導体パッケージや半導体実装基板の
信頼性向上に大きく寄与する。
【図１】本発明の AlNメタライズ基板の製造工程の一例
を模式的に示す断面図である。
を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例で作製した AlNメタライズ基
板の接合界面を拡大して示すＳＥＭ写真である。
板の接合界面を拡大して示すＳＥＭ写真である。
【図３】図２に示すＳＥＭ写真を模式化して示す図であ
る。
る。
１…… AlNグリーンシート ２……高融点金属ペーストの塗布層 ３……界面空隙部 ４…… AlN基板 ５……高融点金属層 ６…… AlN基板の構成材による析出粒子 ７……高融点金属の析出微粒子 ８……エピタキシャル成長による ＡｌＮ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/14 C04B 37/02 H05K 3/38
Claims (4)
- 【請求項１】 窒化アルミニウム基板と、この窒化アル
ミニウム基板に接して設けられた高融点金属層とを具備
する同時焼成ＡｌＮメタライズ基板において、前記高融
点金属層には前記窒化アルミニウム基板の構成材粒子が
分散析出しており、前記窒化アルミニウム基板の接合界
面から１０μｍ以内には前記高融点金属の微粒子が分散
析出しており、さらに前記高融点金属層と前記窒化アル
ミニウム基板との界面には空隙が存在しないことを特徴
とするＡｌＮメタライズ基板。 - 【請求項２】 前記窒化アルミニウム基板は焼結助剤を
含んでいることを特徴とする請求項１記載のＡｌＮメタ
ライズ基板。 - 【請求項３】 前記高融点金属層内における前記窒化ア
ルミニウム基板の構成材粒子の析出量は体積比で１〜１
０％であることを特徴とする請求項１または２記載のＡ
ｌＮメタライズ基板。 - 【請求項４】 前記高融点金属がタングステンであるこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のＡ
ｌＮメタライズ基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02619892A JP3198139B2 (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | ＡｌＮメタライズ基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02619892A JP3198139B2 (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | ＡｌＮメタライズ基板 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000287093A Division JP3658539B2 (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | 窒化アルミニウム多層基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05190703A JPH05190703A (ja) | 1993-07-30 |
| JP3198139B2 true JP3198139B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=12186786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02619892A Expired - Lifetime JP3198139B2 (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | ＡｌＮメタライズ基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3198139B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6316116B1 (en) | 1999-04-30 | 2001-11-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ceramic circuit board and method of manufacturing the same |
-
1992
- 1992-01-17 JP JP02619892A patent/JP3198139B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05190703A (ja) | 1993-07-30 |
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