JPH10256686A - Ceramics circuit board and semiconductor device, and method for ceramics circuit board - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramics circuit board comprising an insulating layer which is strong and high in thermal conductivity while excellent in heat radiation and a low conductor layer whose conductor resistance is low. SOLUTION: A ceramics circuit board 1 comprises an insulating layer 2 of sintered silicon nitride and conductor layers 3 and 4 containing a conductive component and halogen component selected among tungsten and molybdenum. Relating to the conductor layer, a layer which comprises a conductive component and a halogen component for preventing the conductive component from generating silicide is so formed as to correspond to the conductor layer, and the layer is heated for generation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁材料として窒
化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）を用いたセラミック回路基板およ
び半導体装置並びにセラミック回路基板の製造方法に関
し、特に機械的強度と放熱特性に優れ、回路の導電性に
優れたセラミック回路基板および半導体装置並びにセラ
ミック回路基板の製造方法に関する。The present invention relates to relates to a method of manufacturing a ceramic circuit substrate and a semiconductor device and a ceramic circuit board using a silicon nitride (Si ₃ N ₄₎ as an insulating material, particularly a thermally enhanced mechanical strength, The present invention relates to a ceramic circuit board and a semiconductor device having excellent circuit conductivity, and a method for manufacturing a ceramic circuit board.

【０００２】[0002]

【従来の技術】窒化珪素セラミックスは、一般に１００
０℃以上の高温下でも優れた耐熱性を示し、かつ耐熱衝
撃性にも優れていることから、従来の耐熱性超合金にか
わる高温構造材料としてガスタービン用部品、エンジン
部品などの各種高強度耐熱部品への応用が試みられてい
る。また、金属に対する耐食性が優れていることから溶
融金属の耐溶材料としての応用も試みられ、さらに耐摩
耗性も優れていることから、軸受け等の摺動部材、切削
工具への実用化も検討されている。2. Description of the Related Art Silicon nitride ceramics are generally 100
It shows excellent heat resistance even at high temperatures of 0 ° C or higher, and has excellent thermal shock resistance, making it a high-temperature structural material that replaces conventional heat-resistant superalloys. Application to heat-resistant parts is being attempted. In addition, because of its excellent corrosion resistance to metals, application of molten metal as a melting-resistant material has been attempted, and because of its excellent wear resistance, practical application to sliding members such as bearings and cutting tools has also been studied. ing.

【０００３】窒化珪素セラミックスの製造に関しては、
窒化珪素に希土類元素あるいはアルカリ土類元素の酸化
物を焼結助剤として添加して焼結することにより、緻密
で高強度な焼結体が得られることが知られている。この
ような窒化珪素による構造部材は、窒化珪素粉末に上記
のような焼結助剤を添加して成形した後に、成形体を焼
成炉で１６００〜１８５０℃程度の温度で所定時間焼成
した後に炉冷し、得られた焼結体を加工する方法で製造
されている。[0003] Regarding the production of silicon nitride ceramics,
It is known that a dense and high-strength sintered body can be obtained by adding an oxide of a rare earth element or an alkaline earth element to silicon nitride as a sintering aid and sintering. Such a structural member made of silicon nitride is formed by adding a sintering aid as described above to silicon nitride powder, forming the formed body, and then firing the formed body in a firing furnace at a temperature of about 1600 to 1850 ° C. for a predetermined time. It is manufactured by cooling and processing the obtained sintered body.

【０００４】しかし、従来法によって製造された窒化珪
素構造部材では、靱性値、曲げ強度などの機械的強度は
優れているものの、熱伝導性の点では他のセラミック材
料、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化ベリリウ
ム（ＢｅＯ）、ならびに炭化珪素（ＳｉＣ）などと比べ
て著しく低いため、特に放熱性を要求される半導体用回
路基板などの電子用材料としてはまだ実用化されておら
ず、用途が拡大していないのが現状であった。However, although the silicon nitride structural member manufactured by the conventional method has excellent mechanical strength such as toughness and bending strength, other ceramic materials, such as aluminum nitride (AlN), have a high thermal conductivity. , Beryllium oxide (BeO), silicon carbide (SiC), etc., it is not yet practically used as an electronic material such as a circuit board for a semiconductor which requires heat radiation, and its use is expanding. It was not at the moment.

【０００５】一方、上記窒化アルミニウムは、熱伝導率
が他のセラミック材料と比較して非常に高く、熱膨張係
数もシリコン（Ｓｉ）とほぼ同じ位低いため、高速化、
高出力化、多機能化、大型化が進展する半導体素子の回
路基板部品やパッケージ材料として普及しつつあるが、
機械的強度が十分満足できるものはまだ得られていな
い。このため、高強度を有するとともに高い熱伝導率を
併せ持ったセラミック回路基板の開発が急務であった。On the other hand, the above-mentioned aluminum nitride has a very high thermal conductivity as compared with other ceramic materials, and has a thermal expansion coefficient almost as low as that of silicon (Si).
It is becoming popular as a circuit board component and package material for semiconductor devices, which are becoming more powerful, multifunctional and larger.
No satisfactory mechanical strength has been obtained yet. Therefore, there is an urgent need to develop a ceramic circuit board having both high strength and high thermal conductivity.

【０００６】高強度を有する材料として窒化珪素セラミ
ックスに注目し、これを回路基板として用いる試みもい
くつか行われている。例えば、特開平４−２１２４４１
号公報には、窒化珪素セラミックスを絶縁部材とし、タ
ングステンやモリブデンなどを導体として用い、同時焼
成によって回路基板を製造することが開示されている。Attention has been paid to silicon nitride ceramics as a material having high strength, and some attempts have been made to use this as a circuit board. For example, JP-A-4-212441
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-157, discloses that a circuit board is manufactured by simultaneous firing using silicon nitride ceramics as an insulating member and tungsten, molybdenum, or the like as a conductor.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、緻密な窒化珪
素を得るためには高温で焼成することが必要で、焼成を
高温で行うと、導体層の電気抵抗の上昇が起こる。従っ
て、結果的に信号伝達遅延につながるという回路基板と
しては大きな問題点を抱えていた。However, in order to obtain dense silicon nitride, it is necessary to fire at a high temperature, and if the firing is performed at a high temperature, the electrical resistance of the conductor layer will increase. Therefore, the circuit board has a serious problem that results in signal transmission delay.

【０００８】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、窒化珪素セラミックスが本来備え
る高強度特性に加え、熱伝導率が高く放熱性に優れた緻
密な窒化珪素セラミックスを絶縁層として備え、かつ導
体抵抗が十分低いセラミック回路基板、及びこれを用い
た半導体装置、並びにセラミック回路基板の製造方法を
提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In addition to the high strength characteristics inherent in silicon nitride ceramics, the present invention provides a dense silicon nitride ceramic having high thermal conductivity and excellent heat dissipation. An object of the present invention is to provide a ceramic circuit board provided as an insulating layer and having sufficiently low conductor resistance, a semiconductor device using the same, and a method of manufacturing the ceramic circuit board.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、導体層にハロ
ゲン成分を添加すると焼成時の電気抵抗の上昇を抑制で
きることを見いだし、本発明のセラミック回路基板及び
半導体装置並びにセラミック回路基板の製造方法を発明
するに至った。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present inventors have conducted intensive studies and as a result, have found that the addition of a halogen component to a conductor layer can suppress an increase in electric resistance during firing. The present invention has led to the invention of a ceramic circuit board, a semiconductor device, and a method of manufacturing a ceramic circuit board according to the present invention.

【００１０】本発明のセラミック回路基板は、窒化珪素
焼結体からなる絶縁層と、タングステン及びモリブデン
からなる群より選択される導電性成分とハロゲン成分と
を含有する導体層とを有する。The ceramic circuit board of the present invention has an insulating layer made of a silicon nitride sintered body and a conductor layer containing a conductive component selected from the group consisting of tungsten and molybdenum and a halogen component.

【００１１】上記絶縁層は、希土類元素を酸化物換算で
１．０〜１２．５重量％含有し、上記絶縁層に不純物陽
イオン元素として含まれるＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｃ
ａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｂの総量が０．３重量％
以下であり、上記導体層におけるハロゲン成分の濃度が
３０００ppm 以下である。The insulating layer contains a rare earth element in an amount of 1.0 to 12.5% by weight in terms of oxide, and contains Li, Na, K, Fe, C contained as an impurity cation element in the insulating layer.
a, Mg, Sr, Ba, Mn, B total amount of 0.3% by weight
And the concentration of the halogen component in the conductor layer is 3000 ppm or less.

【００１２】又、本発明のセラミック回路基板の製造方
法は、窒化珪素焼結体からなる絶縁層とタングステン及
びモリブデンからなる群より選択される導電性成分を含
有する導体層とを有するセラミック回路基板を製造する
セラミック回路基板の製造方法であって、窒化珪素を含
有する第１層を上記絶縁層に対応するように形成する工
程と、上記導電性成分と該導電性成分のシリサイドが生
成するのを防止するためのハロゲン成分とを含有する第
２層を上記導体層に対応するように形成する工程と、該
第１層を加熱して窒化珪素焼結体からなる絶縁層に焼成
する工程と、該第２層を加熱して該導体層を生成する工
程とを有する。A method of manufacturing a ceramic circuit board according to the present invention is directed to a ceramic circuit board having an insulating layer made of a silicon nitride sintered body and a conductive layer containing a conductive component selected from the group consisting of tungsten and molybdenum. Forming a first layer containing silicon nitride so as to correspond to the insulating layer; and forming the conductive component and a silicide of the conductive component. A step of forming a second layer containing a halogen component for preventing the occurrence of the above-mentioned problem, and a step of heating the first layer to sinter it into an insulating layer made of a silicon nitride sintered body. Heating the second layer to form the conductor layer.

【００１３】更に、本発明の半導体装置は、窒化珪素セ
ラミック焼結体からなる絶縁層と、タングステン及びモ
リブデンからなる群より選択される導電性成分とハロゲ
ン成分とを含有する導体層とを有するセラミック回路基
板とを有し、該セラミック回路基板に半導体素子が搭載
される。Further, the semiconductor device of the present invention is a ceramic having an insulating layer made of a silicon nitride ceramic sintered body and a conductor layer containing a conductive component selected from the group consisting of tungsten and molybdenum and a halogen component. And a semiconductor element is mounted on the ceramic circuit board.

【００１４】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

【００１５】窒化珪素セラミックスを絶縁層として用
い、ＷやＭｏを導体層として用いて回路基板を作成する
際、特に絶縁層及び導体層を同時焼成によって形成して
回路基板を作製する場合には、高温での熱処理中に絶縁
層成分のＳｉと導体層金属との間で反応が起こり、Ｗや
Ｍｏのシリサイドが生成して導体抵抗が高くなる問題が
発生する。これまでの窒化アルミニウム回路基板やアル
ミナ基板ではシリコン成分がほとんど含まれていないた
め、このような導体金属とシリコンとの反応はほとんど
問題となっていない。従って、窒化珪素セラミックスを
絶縁層として用いた場合に特有の問題である。通常、Ｗ
やＭｏの固有抵抗がおよそ５×１０^-6Ω・cm程度である
のに対し、そのシリサイド化合物はおよそ６倍程度の３
０×１０^-6Ω・cmと非常に高く、導体層中にわずかでも
シリサイド化合物が生成すると、急激に導体層の抵抗が
増加する。特に、窒化珪素セラミックスの焼成温度は１
８００〜２０００℃と高温であるため、絶縁層と導体層
の界面のみならず導体層全体にシリコンが拡散する可能
性が高く、何らかの方法で導体金属とシリコンの反応を
防ぐ方法が必要である。When fabricating a circuit board using silicon nitride ceramics as an insulating layer and using W or Mo as a conductor layer, particularly when fabricating a circuit board by forming an insulating layer and a conductor layer by simultaneous firing, During the heat treatment at a high temperature, a reaction occurs between Si of the insulating layer component and the metal of the conductor layer, and a problem arises in that silicide of W or Mo is generated to increase the conductor resistance. Conventional aluminum nitride circuit boards and alumina substrates hardly contain a silicon component, and thus, such a reaction between the conductive metal and silicon is hardly a problem. Therefore, this is a particular problem when silicon nitride ceramics is used as the insulating layer. Usually W
And Mo have a specific resistance of about 5 × 10 ⁻⁶ Ω · cm, whereas the silicide compound has a
It is as high as 0 × 10 ⁻⁶ Ω · cm, and when a small amount of silicide compound is generated in the conductor layer, the resistance of the conductor layer rapidly increases. In particular, the firing temperature of silicon nitride ceramics is 1
Since the temperature is as high as 800 to 2000 ° C., there is a high possibility that silicon will diffuse not only at the interface between the insulating layer and the conductor layer but also throughout the conductor layer, and a method for preventing the reaction between the conductor metal and silicon by some method is required.

【００１６】本発明者等は、鋭意検討した結果、導体層
に意図的にハロゲン成分を添加することで、この反応を
防ぐことができ、ひいては導体層の抵抗を低く維持する
ことができることを見出した。具体的には、ハロゲン成
分は以下のように作用する。導体層を形成した窒化珪素
セラミックスを高温で熱処理すると、窒化珪素セラミッ
クスのＳｉ成分が導体層中へと拡散するが、この時、ハ
ロゲン元素が存在すると、導体金属であるＷやＭｏとＳ
ｉとが反応する前に、ハロゲン元素とＳｉが反応して、
シリコンのハロゲン化物へと変化する。従って、ＷやＭ
ｏのシリサイドの生成が抑制され、結果として導体層は
低抵抗な状態を保持することができる。さらに、シリコ
ンのハロゲン化物は蒸気圧が比較的高いため、大部分が
焼成中に導体層から系外へと揮散し、導体層の電気伝導
特性に何ら問題を生じないという利点がある。さらに、
残存する少量のハロゲン元素は、Ｗ及びＭｏあるいは後
述する添加剤と反応して液相生成を助ける働きがあり、
結果として導体層の緻密化に効果がある。As a result of intensive studies, the present inventors have found that this reaction can be prevented by intentionally adding a halogen component to the conductor layer, and that the resistance of the conductor layer can be kept low. Was. Specifically, the halogen component acts as follows. When the silicon nitride ceramic on which the conductor layer is formed is heat-treated at a high temperature, the Si component of the silicon nitride ceramic diffuses into the conductor layer. At this time, if a halogen element is present, the conductor metals W, Mo and S
Before i reacts, the halogen element reacts with Si,
Changes to silicon halide. Therefore, W or M
Generation of o silicide is suppressed, and as a result, the conductor layer can maintain a low resistance state. Furthermore, since the halide of silicon has a relatively high vapor pressure, most of it is volatilized out of the system from the conductor layer during firing, and there is an advantage that there is no problem in the electric conduction characteristics of the conductor layer. further,
The remaining small amount of halogen element has a function of reacting with W and Mo or an additive described below to assist in the generation of a liquid phase,
As a result, it is effective for densification of the conductor layer.

【００１７】このように、本発明によれば、導体層にハ
ロゲン成分を導入して焼成することにより、シリサイド
の生成が抑制され緻密且つ低抵抗な導体層と高熱伝導性
の絶縁層とを備えるセラミック回路基板が得られる。As described above, according to the present invention, by introducing a halogen component into the conductive layer and firing it, the conductive layer is provided with a dense and low-resistance conductive layer in which the formation of silicide is suppressed and an insulating layer having high thermal conductivity. A ceramic circuit board is obtained.

【００１８】まず、本発明に係るセラミック回路基板の
窒化珪素セラミック絶縁層について説明する。First, the silicon nitride ceramic insulating layer of the ceramic circuit board according to the present invention will be described.

【００１９】絶縁層を構成する窒化珪素セラミックス
は、窒化珪素を母相とし、場合により例えば希土類元素
の焼結助剤を含む。好ましい態様として、希土類元素を
酸化物換算で１．０〜１２．５重量％の割合で含有し、
不純物陽イオン元素として含有されるＬｉ、Ｎａ、Ｋ、
Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｂは、合計で
０．３重量％以下である。The silicon nitride ceramic constituting the insulating layer has silicon nitride as a mother phase and optionally contains, for example, a sintering aid of a rare earth element. As a preferred embodiment, a rare earth element is contained at a ratio of 1.0 to 12.5% by weight in terms of oxide,
Li, Na, K contained as impurity cation element,
Fe, Ca, Mg, Sr, Ba, Mn, and B are 0.3% by weight or less in total.

【００２０】微細組織構造の観点においては、窒化珪素
セラミックスは、窒化珪素粒子と粒界相とから構成さ
れ、好ましくは気孔率が１．５体積％以下である。この
粒界相は、粒界相全体に対して好ましくは２０体積％以
上、より好ましくは５０体積％以上の割合で結晶化合物
を含有する。From the viewpoint of the microstructure, the silicon nitride ceramic is composed of silicon nitride particles and a grain boundary phase, and preferably has a porosity of 1.5% by volume or less. The grain boundary phase contains a crystalline compound at a ratio of preferably at least 20% by volume, more preferably at least 50% by volume, based on the entire grain boundary phase.

【００２１】本発明のセラミック回路基板の絶縁層を構
成する窒化珪素セラミックスとして、２５℃下における
熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは８０Ｗ／
ｍＫ以上で、三点曲げ強度が室温で６０ kgf／mm² 以
上、より好ましくは８０ kgf／mm² 以上という物性を有
する高熱伝導性窒化珪素セラミックスは非常に有効な材
料である。このような高熱伝導性窒化珪素セラミックス
は、例えば以下のような方法で製造される。The silicon nitride ceramic constituting the insulating layer of the ceramic circuit board of the present invention has a thermal conductivity at 25 ° C. of 60 W / mK or more, more preferably 80 W / mK.
High thermal conductive silicon nitride ceramics having physical properties of not less than mK and a three-point bending strength of not less than 60 kgf / mm ² , more preferably not less than 80 kgf / mm ² at room temperature are very effective materials. Such a high thermal conductive silicon nitride ceramic is manufactured, for example, by the following method.

【００２２】まず、焼結性、強度および熱伝導性を考慮
して、主原料である窒化珪素粉末としては、酸素含有量
が１．７重量％以下、好ましくは０．５〜１．５重量
％、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、
Ｍｎ、Ｂなどの不純物陽イオン元素の含有量が０．３重
量％以下、好ましくは０．２重量％以下で、焼結性に優
れたα相窒化珪素を９０重量％以上、好ましくは９３重
量％以上含有し、平均粒径が０．８μｍ以下、好ましく
は０．４〜０．６μｍ程度の微細な窒化珪素粉末を使用
する。平均粒径が０．８μｍ以下の微細な原料粉末を使
用することにより、少量の焼結助剤であっても気孔率が
１．５体積％以下の緻密な焼結体を形成することが可能
である。また、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｂの元素は不純物陽イオンとして熱伝
導率を低下させるため、６０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を
達成するためには、上記不純物陽イオン元素の含有量は
合計で０．３重量％以下であることが必要である。さら
に、β層と比較して焼結性に優れたα相の窒化珪素を９
０体積％以上含有する窒化珪素原料粉末を使用すること
により、高密度で高熱伝導率の窒化珪素セラミックスを
製造することができる。First, considering the sinterability, strength and thermal conductivity, the silicon nitride powder as the main raw material has an oxygen content of 1.7% by weight or less, preferably 0.5 to 1.5% by weight. %, Li, Na, K, Fe, Mg, Ca, Sr, Ba,
The content of impurity cation elements such as Mn and B is 0.3% by weight or less, preferably 0.2% by weight or less, and α-phase silicon nitride excellent in sinterability is 90% by weight or more, preferably 93% by weight. % Of fine silicon nitride powder having an average particle diameter of 0.8 μm or less, preferably about 0.4 to 0.6 μm. By using a fine raw material powder having an average particle size of 0.8 μm or less, it is possible to form a dense sintered body with a porosity of 1.5% by volume or less even with a small amount of sintering aid. It is. Li, Na, K, Fe, Mg, Ca, S
Since the elements r, Ba, Mn, and B lower the thermal conductivity as impurity cations, in order to achieve a thermal conductivity of 60 W / mK or more, the total content of the impurity cation elements is 0. It is necessary that the content be 3% by weight or less. In addition, α-phase silicon nitride, which has better sinterability than
By using the silicon nitride raw material powder containing 0% by volume or more, a silicon nitride ceramic having high density and high thermal conductivity can be manufactured.

【００２３】上述のような微細な粒径を有し不純物含有
量が少ない窒化珪素粉末に対して所定量の焼結助剤、有
機バインダなどの必要な添加剤を添加し混合して原料混
合粉末を調整する。得られた原料混合粉体は、金型プレ
ス法、あるいはドクターブレード法などのシート成形法
を用いて成形し、所定形状の成形体を得る。A predetermined amount of additives such as a sintering aid and an organic binder are added to and mixed with the silicon nitride powder having a fine particle size and a low impurity content as described above to obtain a raw material mixed powder. To adjust. The obtained raw material mixed powder is molded using a sheet molding method such as a mold pressing method or a doctor blade method to obtain a molded body having a predetermined shape.

【００２４】焼結助剤としては、Ｙ、Ｌａ、Ｓｃ、Ｐ
ｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｇｄ、Ｙｂなどの希土類
元素の酸化物もしくは熱処理によってこれらの酸化物と
なる化合物、例えば炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、アル
コキサイド等が挙げられる。これらの化合物は、単独、
あるいは必要に応じて２種類以上を組み合わせて添加し
てもよいが、特に酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）が好ま
しい。これらの焼結助剤は、焼結工程中に窒化珪素原料
粉末と反応して液相を生成し、焼結を促進する。As sintering aids, Y, La, Sc, P
Examples include oxides of rare earth elements such as r, Ce, Nd, Dy, Ho, Gd, and Yb, and compounds that become these oxides by heat treatment, such as carbonates, nitrates, oxalates, and alkoxides. These compounds, alone,
Alternatively, if necessary, two or more kinds may be added in combination, but yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ) is particularly preferable. These sintering aids react with the silicon nitride raw material powder during the sintering process to form a liquid phase and promote sintering.

【００２５】上記焼結助剤の添加量は、酸化物換算で原
料混合粉末の１．０〜１２．５重量％の範囲となるよう
にに設定される。この酸化物換算での含有量が１．０重
量％未満の場合には焼結を促進させる効果が十分に発現
されず、一方、含有量が１２．５重量％を超えると過剰
の粒界相が生成し、熱伝導率や機械的強度の低下につな
がる恐れがある。より好ましくは、３．０〜６．０重量
％の範囲となるように設定する。さらに、上記焼結助剤
である希土類酸化物のうち、その一部を希土類元素のハ
ロゲン化物（フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物）で
置き換えることも可能である。これらのハロゲン化物
は、希土類酸化物と窒化珪素が反応して液相を生ずる温
度を低下させる効果があり、結果的に窒化珪素の低温焼
結を可能とする効果がある。さらに、本発明では導体に
もハロゲン化物を添加するので、ハロゲンが絶縁層にも
導体層にも存在することによって両層間の密着性を向上
させる。従って、焼成後に得られる窒化珪素セラミック
スからなる絶縁層と導体層の界面強度が向上し、導体層
の剥離や断線等が防止され、特に絶縁層内でのクラッ
ク、基板の反りの発生も低減できる。但し、ハロゲン化
物は、窒化珪素に含まれるシリコン（Ｓｉ）とハロゲン
の反応を引き起こして蒸気圧が非常に高いハロゲン化シ
リコンを生成するので、過剰のハロゲン化物が絶縁層に
あると、高温での焼成中に絶縁層から多量のハロゲン化
シリコンが揮散して窒化珪素セラミックスの一部が消失
し、でき上がったセラミックスが緻密でなくなる恐れが
ある。従って、焼結助剤のうちハロゲン化物の形態で添
加する割合は、酸化物換算で原料混合粉末の７重量％以
内であることが望ましい。The addition amount of the sintering aid is set so as to be in the range of 1.0 to 12.5% by weight of the raw material mixed powder in terms of oxide. If the content in terms of oxide is less than 1.0% by weight, the effect of promoting sintering is not sufficiently exhibited, while if the content exceeds 12.5% by weight, excessive grain boundary phase May be generated, leading to a decrease in thermal conductivity and mechanical strength. More preferably, it is set so as to be in the range of 3.0 to 6.0% by weight. Furthermore, it is also possible to replace a part of the rare earth oxides as the sintering aids with halides of rare earth elements (fluoride, chloride, bromide, iodide). These halides have the effect of lowering the temperature at which the rare earth oxide and silicon nitride react to form a liquid phase, and consequently have the effect of enabling low-temperature sintering of silicon nitride. Further, in the present invention, since a halide is added to the conductor, the adhesion between the two layers is improved by the presence of the halogen in both the insulating layer and the conductor layer. Accordingly, the interface strength between the insulating layer made of silicon nitride ceramics obtained after firing and the conductor layer is improved, peeling or disconnection of the conductor layer is prevented, and cracks in the insulating layer and occurrence of warpage of the substrate can be particularly reduced. . However, the halide causes a reaction between the silicon (Si) contained in the silicon nitride and the halogen to generate silicon halide having a very high vapor pressure. During firing, a large amount of silicon halide is volatilized from the insulating layer and part of the silicon nitride ceramics is lost, and the resulting ceramics may not be dense. Therefore, the proportion of the sintering aid added in the form of a halide is preferably within 7% by weight of the raw material mixed powder in terms of oxide.

【００２６】さらに、他の成分としてアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃ ）または窒化アルミニウムの少なくとも一方を添加
すると、上記希土類元素と反応して液相を生成して焼結
を促進する効果があり、特に加圧焼結を行う場合におい
て著しい効果を発揮する。これらの添加量が合計で原料
混合粉末の０．１重量％未満である場合においては緻密
化の効果が十分に発揮されず、一方、２．０重量％を超
えると過剰の粒界相を生じたり、または一部のアルミニ
ウム原子が窒化珪素に固溶しはじめ、熱伝導率の低下が
起こる。添加量は、０．１〜２．０重量％、より好まし
くは０．２〜１．５重量％の範囲に設定することが望ま
しい。Further, as another component, alumina (Al ₂
When at least one of O ₃ ) and aluminum nitride is added, it has an effect of reacting with the rare earth element to generate a liquid phase to promote sintering, and exhibits a remarkable effect particularly in pressure sintering. If the total amount of these additives is less than 0.1% by weight of the raw material mixed powder, the effect of densification is not sufficiently exhibited, while if it exceeds 2.0% by weight, an excessive grain boundary phase is generated. Or some aluminum atoms begin to form a solid solution in silicon nitride, resulting in a decrease in thermal conductivity. It is desirable that the addition amount is set in the range of 0.1 to 2.0% by weight, more preferably 0.2 to 1.5% by weight.

【００２７】また、他の成分としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＷの酸化物、炭化物、
窒化物、ケイ化物、ホウ化物等を添加してもよい。これ
は、結晶組織において窒化硅素粒子を分散させ生地を強
化する効果があり、窒化珪素セラミックスの機械的強度
を向上させるものである。上記化合物の添加量が原料混
合粉末の０．２重量％未満の場合には強度向上の効果が
低く、一方３．０重量％を超えると熱伝導性や電気絶縁
破壊強度の低下につながる。従って、その添加量は０．
２〜３．０重量％、より好ましくは０．３〜２．０重量
％の範囲にすることが望ましい。さらに、上記Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ等の化合物は窒化珪素セラミックスを着色し、
不透明性を付与する効果もある。そのため、特に光によ
って誤動作を生じやすい集積回路などを搭載する回路基
板やパッケージに窒化硅素セラミックを適用する場合に
は、上記化合物を添加することが望ましい。Further, Ti, Zr, Hf,
Oxides, carbides of V, Nb, Ta, Cr, Mo and W,
A nitride, a silicide, a boride, or the like may be added. This has the effect of dispersing silicon nitride particles in the crystal structure to strengthen the fabric, and improves the mechanical strength of the silicon nitride ceramics. When the amount of the compound is less than 0.2% by weight of the raw material mixed powder, the effect of improving the strength is low. On the other hand, when the amount exceeds 3.0% by weight, the thermal conductivity and the electric breakdown strength are reduced. Therefore, the amount of addition is 0.1.
It is desirable that the content be in the range of 2 to 3.0% by weight, more preferably 0.3 to 2.0% by weight. Further, the above Ti, Z
Compounds such as r and Hf color silicon nitride ceramics,
It also has the effect of providing opacity. For this reason, it is desirable to add the above compound especially when silicon nitride ceramic is applied to a circuit board or a package on which an integrated circuit or the like which is likely to malfunction due to light is mounted.

【００２８】窒化珪素セラミックスの気孔率を１．５体
積％以下にし、また窒化珪素セラミックス内に形成され
る粒界相の２０体積％以上が結晶相で占められるように
するためには、窒化珪素セラミックスを温度１８００〜
２０００℃で０．５〜１０時間程度加圧焼結し、さら
に、焼結終了後における冷却速度を毎時１００℃以下、
より好ましくは毎時５０℃以下に制御することが必要で
ある。焼結温度を１８００℃未満に設定した場合には焼
結体の緻密化が不十分となり、機械的強度および熱伝導
性が低下する。一方、焼結温度が２０００℃を超える
と、窒化珪素の分解・蒸発が激しくなり、好ましくな
い。焼結後の冷却速度は粒界相における結晶化にとって
重要な因子であり、ひいては機械的強度と熱伝導性を左
右する。冷却速度が毎時１００℃を超えるような急激な
冷却を行うと、焼結体内部の粒界相に含まれるアモルフ
ァス（非晶質）相の割合が大きくなり、強度と熱伝導率
が低下してしまう。冷却速度を厳密に制御すべき温度範
囲は、焼結温度（１８００〜２０００℃）から、前記焼
結助剤と窒化珪素の反応によって生成する液相が固化す
る温度までの範囲である。例えば、前記のような焼結助
剤を使用した場合の液相固化温度はおおむね１５００〜
１６００℃前後である。焼結温度から液相固化温度範囲
の冷却速度を毎時１００℃以下、より好ましくは毎時５
０℃以下に制御することにより、粒界相の２０体積％以
上を結晶相とすることができ、機械的強度と熱伝導性に
優れた窒化珪素セラミックを得ることが可能となる。条
件をより厳格に設定すれば、５０体積％以上を結晶層と
することも可能である。In order to reduce the porosity of the silicon nitride ceramic to 1.5% by volume or less and to make the crystal phase account for 20% by volume or more of the grain boundary phase formed in the silicon nitride ceramic, Ceramics at a temperature of 1800
Pressure sintering at 2000 ° C. for about 0.5 to 10 hours, and furthermore, a cooling rate after sintering is 100 ° C./hour or less,
More preferably, it is necessary to control the temperature to 50 ° C. or less per hour. When the sintering temperature is set to less than 1800 ° C., the densification of the sintered body becomes insufficient, and the mechanical strength and the thermal conductivity decrease. On the other hand, if the sintering temperature exceeds 2000 ° C., the decomposition and evaporation of silicon nitride becomes severe, which is not preferable. The cooling rate after sintering is an important factor for crystallization in the grain boundary phase, and thus affects mechanical strength and thermal conductivity. When a rapid cooling is performed such that the cooling rate exceeds 100 ° C. per hour, the ratio of the amorphous phase contained in the grain boundary phase inside the sintered body increases, and the strength and the thermal conductivity decrease. I will. The temperature range in which the cooling rate should be strictly controlled is a range from the sintering temperature (1800 to 2000 ° C.) to the temperature at which the liquid phase generated by the reaction between the sintering aid and silicon nitride solidifies. For example, the liquid phase solidification temperature when using the sintering aid as described above is approximately 1500 to
It is around 1600 ° C. The cooling rate in the range from the sintering temperature to the liquid phase solidification temperature is 100 ° C./hour or less, more preferably 5 ° C./hour.
By controlling the temperature to 0 ° C. or lower, a crystal phase can be used for at least 20% by volume of the grain boundary phase, and a silicon nitride ceramic excellent in mechanical strength and thermal conductivity can be obtained. If the conditions are set more strictly, it is possible to make the crystal layer 50% by volume or more.

【００２９】次に、導体層について説明する。Next, the conductor layer will be described.

【００３０】導体層は、上記窒化珪素セラミック焼結体
又は焼結前の成形体を用いて、例えば次のように形成さ
れ、これにより本発明のセラミック回路基板が製造され
る。すなわち、タングステンやモリブデンのような導電
性成分の粉末に、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物
などのハロゲン化物粉末を添加して導体層用の混合粉末
を調製し、さらにバインダーおよび溶媒を加え混練する
ことによって導体ペーストを調整した後、かかる導体ペ
ーストを、前記窒化珪素セラミックの成形体または焼結
体の少なくとも一表面に、スクリーン印刷法などによっ
て所定のパターン形状に印刷する。このように導体ペー
ストを付した窒化珪素セラミック成形体又は焼結体を加
熱することによって導体ペーストから溶媒及びバインダ
ーが除去され、窒化珪素セラミックの絶縁層と導体層と
を有するセラミック回路基板が得られる。The conductor layer is formed, for example, as described below using the silicon nitride ceramic sintered body or the molded body before sintering, whereby the ceramic circuit board of the present invention is manufactured. That is, to a powder of a conductive component such as tungsten or molybdenum, fluoride, chloride, bromide, halide powder such as iodide is added to prepare a mixed powder for a conductor layer, and further a binder and a solvent are added. After adjusting the conductive paste by kneading, the conductive paste is printed on at least one surface of the silicon nitride ceramic compact or sintered body in a predetermined pattern shape by a screen printing method or the like. The solvent and the binder are removed from the conductive paste by heating the silicon nitride ceramic molded body or the sintered body to which the conductive paste is applied, and a ceramic circuit board having a silicon nitride ceramic insulating layer and a conductive layer is obtained. .

【００３１】導体層の導電性成分には、いずれの金属材
料でも使用可能であるが、同時焼成することを考慮する
と、高融点の金属、例えば、タングステン（Ｗ）やモリ
ブデン（Ｍｏ）などが好適である。タングステンやモリ
ブデンの粉末の粒径は、前記窒化珪素セラミックスの焼
結温度を考慮して０．１〜５μmの範囲に設定すること
が望ましい。０．１μmより小さな粒径の粉末を使用す
ると、粉末の取り扱いが容易ではなく、さらにペースト
化が困難になり良好な印刷特性を維持することができな
くなる。一方、５μm以上の粉末を用いると、導体層の
収縮率が過度に小さくなり、窒化珪素絶縁層との収縮率
マッチングがとれず、最終的には得られる回路基板にお
いてクラックやそりなどの欠陥が生じて好ましくない。
より好ましい粒径の範囲は０．２〜２μmである。Although any metal material can be used for the conductive component of the conductor layer, a metal having a high melting point, such as tungsten (W) or molybdenum (Mo), is preferable in consideration of simultaneous firing. It is. The particle size of the tungsten or molybdenum powder is preferably set in the range of 0.1 to 5 μm in consideration of the sintering temperature of the silicon nitride ceramic. If a powder having a particle size smaller than 0.1 μm is used, it is not easy to handle the powder, and it becomes difficult to form a paste, so that good printing characteristics cannot be maintained. On the other hand, when the powder having a thickness of 5 μm or more is used, the contraction rate of the conductor layer becomes excessively small, and the contraction rate matching with the silicon nitride insulating layer cannot be obtained. This is undesirable.
A more preferred particle size range is 0.2 to 2 μm.

【００３２】また、導体層を形成する工程において、窒
化珪素絶縁層と導体層の焼成時の収縮率をマッチングさ
せる目的で、前記導体ペースト中に充填材としてセラミ
ックス粉末を無機フィラーとして添加することも可能で
ある。セラミックス粉末としては、前記絶縁層の焼結温
度（１８００〜２０００℃）を考慮して、絶縁層である
窒化珪素や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ）、マグネシア（ＭｇＯ）、ジルコニア（Ｚｒ
Ｏ₂ ）などのセラミックス粉末のうち少なくとも一種添
加することが挙げられるが、窒化珪素粉末を多量に添加
すると導体金属であるＷやＭｏと反応し、シリサイドを
形成するため多量の添加はあまり好ましくない。また、
Ａｌ₂ Ｏ₃ やＭｇＯ、ＺｒＯ₂ などの酸化物は焼成中に
ＷやＭｏを酸化して、導体層の抵抗をやや高くする恐れ
があるが、最も好適な充填材はＡｌＮである。これらの
無機添加剤の添加量は、好ましくは導体ペーストの全粉
末量に対して０．０１〜１５重量％の範囲に設定され
る。０．０１重量％より少ないと、収縮率マッチングの
効果が少なくなり、結果として得られたセラミック回路
基板のクラック発生やそりなどの原因となる。一方、１
５重量％より多く添加すると、導体層の抵抗上昇とな
り、結果として導体層の信号遅延を引き起こす。より好
ましい添加量の範囲は０．１〜１０重量％の範囲であ
る。In the step of forming the conductor layer, a ceramic powder as a filler may be added as an inorganic filler to the conductor paste for the purpose of matching the shrinkage of the silicon nitride insulating layer and the conductor layer during firing. It is possible. Considering the sintering temperature (1800 to 2000 ° C.) of the insulating layer, the ceramic powder may be silicon nitride, aluminum nitride (AlN), alumina (A
l ₂ O ₃ ), magnesia (MgO), zirconia (Zr
At least one of ceramic powders such as O ₂ ) may be added. However, if a large amount of silicon nitride powder is added, it reacts with W or Mo, which is a conductive metal, to form silicide. . Also,
Oxides such as Al ₂ O ₃ , MgO, and ZrO ₂ may oxidize W and Mo during firing to slightly increase the resistance of the conductor layer, but AlN is the most preferable filler. The addition amount of these inorganic additives is preferably set in the range of 0.01 to 15% by weight based on the total powder amount of the conductive paste. If the amount is less than 0.01% by weight, the effect of the shrinkage ratio matching is reduced, which causes cracks and warpage of the resulting ceramic circuit board. Meanwhile, 1
If it is added in an amount of more than 5% by weight, the resistance of the conductor layer increases, and as a result, the signal delay of the conductor layer is caused. A more preferred range is 0.1 to 10% by weight.

【００３３】前述したように、本発明においては、低抵
抗の導体層を形成する目的でハロゲン成分を用いる。ハ
ロゲン成分としては、フッ化物、酸フッ化物、塩化物、
臭化物、およびヨウ化物等のハロゲン化合物が挙げら
れ、その添加量としては導体層用の粉末全量の０．０１
〜２５重量％の範囲が望ましい。添加量が０．０１重量
％以下では導体中のシリサイド生成を抑制する効果に乏
しく、一方２０重量％を越えると、得られた導体層に残
存するハロゲン濃度が上昇し、導体層の抵抗がかえって
上昇する。従って、回路基板の導体層に残存するハロゲ
ン濃度が３０００ppm以下となるように、添加するハロ
ゲン化合物の量を導体層用の粉末全量の２５重量％以
下、より好ましくは０．１〜２０重量％の範囲とする。As described above, in the present invention, a halogen component is used for the purpose of forming a low-resistance conductor layer. As the halogen component, fluoride, oxyfluoride, chloride,
Halogen compounds such as bromide and iodide may be mentioned.
A range of about 25% by weight is desirable. If the addition amount is less than 0.01% by weight, the effect of suppressing the formation of silicide in the conductor is poor, while if it exceeds 20% by weight, the concentration of halogen remaining in the obtained conductor layer increases, and the resistance of the conductor layer is rather increased. To rise. Therefore, the amount of the halogen compound to be added is set to 25% by weight or less, more preferably 0.1 to 20% by weight of the total amount of the powder for the conductive layer so that the concentration of the halogen remaining in the conductive layer of the circuit board becomes 3000 ppm or less. Range.

【００３４】先述したように導体層の緻密化を促進し絶
縁層との収縮率をマッチングする方法として無機フィラ
ーを添加する方法がある。この場合には、無機フィラ
ー、特にＡｌＮやＡｌ₂ Ｏ₃ 粉末を無機フィラーとする
場合には、希土類元素および／またはアルカリ土類元素
のハロゲン化物を添加すると、より一層の焼結促進効果
が得られる。すなわち、ＡｌＮやＡｌ₂ Ｏ₃ は難焼結性
であるが、希土類元素またはアルカリ土類元素のハロゲ
ン化物を添加することで焼結が促進され、ひいては導体
層の緻密化が促進される。一方で、ハロゲン化物は先述
したように導体金属のシリサイド生成を抑制する効果が
あり、無機フィラーを添加することで緻密で低抵抗な導
体層を形成することが可能となる。希土類元素および／
またはアルカリ土類元素のハロゲン化物の添加量は、無
機フィラーに対して０．０１〜２０重量％の範囲である
ことが望ましく、さらに望ましくは０．０５〜１５重量
％の範囲である。As described above, there is a method of adding an inorganic filler as a method of accelerating the densification of the conductor layer and matching the contraction rate with the insulating layer. In this case, when the inorganic filler, particularly AlN or Al ₂ O ₃ powder, is used as the inorganic filler, a further sintering promoting effect can be obtained by adding a rare earth element and / or an alkaline earth element halide. Can be That is, AlN and Al ₂ O ₃ are difficult to sinter, but adding a halide of a rare earth element or an alkaline earth element promotes sintering, and further promotes densification of the conductor layer. On the other hand, the halide has the effect of suppressing the formation of silicide of the conductive metal as described above, and it becomes possible to form a dense and low-resistance conductive layer by adding an inorganic filler. Rare earth elements and / or
Alternatively, the addition amount of the halide of the alkaline earth element is preferably in the range of 0.01 to 20% by weight, more preferably 0.05 to 15% by weight, based on the inorganic filler.

【００３５】また、先述した導体ペーストに導電性を向
上するためにアルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），金
（Ａｕ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐ
ｄ）などの金属を少量添加することも許容される。さら
には、導体層の緻密化を促進する効果のあるVIII族元素
であるニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆ
ｅ）を添加することも許容される。これらは金属単体で
添加してもよく、そのほかの化合物の形で添加してもよ
い。化合物としてはその安定性から酸化物が望ましい
が、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、シュウ酸塩、アルコキ
サイドやホウ化物、ハロゲン化物、炭化物等などの形で
もよい。その添加量は、一酸化物換算で、導体金属粉末
（Ｗおよび／またはＭｏ）の０．０１〜５重量％の範囲
であることが望ましい。In order to improve the conductivity of the above-mentioned conductor paste, aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (P
It is also acceptable to add a small amount of a metal such as d). Furthermore, nickel (Ni), cobalt (Co), and iron (F), which are Group VIII elements that have the effect of promoting the densification of the conductor layer,
Addition of e) is also acceptable. These may be added as a simple metal or in the form of other compounds. The compound is preferably an oxide in view of its stability, but may be in the form of carbonate, nitrate, hydroxide, oxalate, alkoxide, boride, halide, carbide and the like. The amount of addition is desirably in the range of 0.01 to 5% by weight of the conductive metal powder (W and / or Mo) in terms of monoxide.

【００３６】上述の絶縁層及び導体層を有するセラミッ
ク回路基板の一例を図１に示す。図１のセラミック回路
基板は多層回路基板１であり、この多層回路基板１は、
例えば以下のような工程を経て製造される。FIG. 1 shows an example of a ceramic circuit board having the above-mentioned insulating layer and conductor layer. The ceramic circuit board of FIG. 1 is a multilayer circuit board 1, and this multilayer circuit board 1
For example, it is manufactured through the following steps.

【００３７】まず、前述したように窒化珪素粉末に希土
類酸化物からなる焼結助剤を添加し、十分混合した後、
この混合粉末にさらにバインダーを添加して、所定の溶
媒中で混練して分散させ、所定の粘度に調整した後、造
粒、整粒を行う。続いて得られた懸濁液を用いてセラミ
ックスの成形、すなわち、シート化して乾燥し、グリー
ンシートを形成する。前記バインダーとしては、例えば
アクリル系バインダーやＰＶＢ系バインダーなどが使用
されうる。前記粉末材料およびバインダーを分散させる
溶媒としては、例えばｎ−ブタノール、トルエン、メチ
ルイソブチレン等が使用されうる。また、セラミックス
の成形方法の具体的方法としては、例えばドクターブレ
ード法が採用される。さらに、所定の位置に層間接続用
のビアホールを複数形成する。ここで、ビアホールを形
成する方法としては、ポンチ、ダイ、パンチングマシー
ン等を用いる機械的な方法、レーザー加工等が採用され
うる。First, as described above, a sintering aid made of a rare earth oxide is added to the silicon nitride powder and mixed well.
A binder is further added to the mixed powder, kneaded and dispersed in a predetermined solvent, adjusted to a predetermined viscosity, and then granulated and sized. Subsequently, ceramics are formed using the obtained suspension, that is, formed into a sheet and dried to form a green sheet. As the binder, for example, an acrylic binder or a PVB binder may be used. As a solvent in which the powder material and the binder are dispersed, for example, n-butanol, toluene, methyl isobutylene, or the like can be used. In addition, as a specific method of forming a ceramic, for example, a doctor blade method is employed. Further, a plurality of via holes for interlayer connection are formed at predetermined positions. Here, as a method of forming a via hole, a mechanical method using a punch, a die, a punching machine, or the like, laser processing, or the like can be adopted.

【００３８】次に、タングステンまたはモリブデンの粉
末に、ハロゲン化合物と必要に応じて無機フィラーを添
加した後、さらにバインダーおよび溶媒を加え混練する
ことによって導体ペーストを調整した後、かかる導体ペ
ーストを前記第一工程で形成された窒化珪素グリーンシ
ートの少なくとも一面にスクリーン印刷法などによって
所定のパターン形状に印刷する。こうしてグリーンシー
ト上に微細な信号線、および電源線などによって構成さ
れた所定のパターンの導体層を形成する。前記導体ペー
ストの調整おいて使用されうるバインダーとしては、例
えばセルロース系バインダー、アクリル系バインダー等
が使用され、溶媒としては、例えばテレピネオール、ト
ルエン、エタノール等が使用されうる。この導体ペース
トを印刷する際に、同時に前記ビアホールにも導体ペー
ストが充填される。Next, after adding a halogen compound and, if necessary, an inorganic filler to the powder of tungsten or molybdenum, a binder and a solvent are further added and kneaded to prepare a conductive paste. At least one surface of the silicon nitride green sheet formed in one step is printed in a predetermined pattern shape by a screen printing method or the like. In this way, a conductor layer having a predetermined pattern constituted by fine signal lines and power supply lines is formed on the green sheet. As the binder that can be used in preparing the conductor paste, for example, a cellulose-based binder, an acrylic-based binder, or the like is used. As the solvent, for example, terpineol, toluene, ethanol, or the like can be used. When the conductive paste is printed, the via holes are also filled with the conductive paste at the same time.

【００３９】さらに、これらの導体ペーストが印刷され
たグリーンシートを、各々に形成されたヴィアホールの
位置を適宜あわせた上で積層して熱圧着する。次に、こ
の積層体を非酸化性雰囲気中、例えば窒素雰囲気気流中
で加熱して前記バインダーを除去した後、非酸化性雰囲
気中で１８００〜２０００℃の範囲の温度で加圧焼結を
行い、窒化珪素絶縁層と導体層を焼結させる。続いて、
必要に応じて研削、研磨、薄膜回路形成、メッキ、ピン
形成などを行い、窒化珪素焼結体からなる絶縁層２及び
タングステンまたはモリブデンと微量のハロゲンを含ん
だ導体層（導体配線パターン３及びビア４）からなる多
層回路基板１が製造される。Further, the green sheets on which these conductor pastes are printed are laminated and thermocompression bonded after appropriately adjusting the positions of the via holes formed in each of them. Next, the laminate is heated in a non-oxidizing atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere to remove the binder, and then subjected to pressure sintering in a non-oxidizing atmosphere at a temperature in the range of 1800 to 2000 ° C. Then, the silicon nitride insulating layer and the conductor layer are sintered. continue,
If necessary, grinding, polishing, thin film circuit formation, plating, pin formation, etc. are performed to form an insulating layer 2 made of a silicon nitride sintered body and a conductor layer containing tungsten or molybdenum and a trace amount of halogen (the conductor wiring pattern 3 and vias). 4) is manufactured.

【００４０】図２は、上述と同様の製造方法で形成され
る多層回路基板５を用いて半導体装置６を構成した例を
示す。すなわち、導体配線パターン３及びビア４と絶縁
層２とから構成された多層回路基板５の上面７には半導
体素子８が搭載され、半導体素子８はボンディングワイ
ヤ９を用いて導体配線パターン３と接続されている。更
に、半導体素子８及び導体配線パターン３を覆うための
高熱伝導性の封止部材１０が上面７に固着される。封止
部材１０には放熱フィン１１が取り付けられる。更に、
多層回路基板５の下面１２にはリードピン１３が接合さ
れる。FIG. 2 shows an example in which a semiconductor device 6 is formed using a multilayer circuit board 5 formed by the same manufacturing method as described above. That is, the semiconductor element 8 is mounted on the upper surface 7 of the multilayer circuit board 5 including the conductor wiring pattern 3 and the via 4 and the insulating layer 2, and the semiconductor element 8 is connected to the conductor wiring pattern 3 using the bonding wire 9. Have been. Further, a sealing member 10 having high thermal conductivity for covering the semiconductor element 8 and the conductor wiring pattern 3 is fixed to the upper surface 7. A radiation fin 11 is attached to the sealing member 10. Furthermore,
Lead pins 13 are joined to the lower surface 12 of the multilayer circuit board 5.

【００４１】図３は、本発明に係る半導体装置の他の例
を示し、この半導体装置１４は、リードピン１３に代え
てハンダボール１５が多層回路基板５の下面１２に接合
されている。FIG. 3 shows another example of the semiconductor device according to the present invention. In this semiconductor device 14, solder balls 15 are joined to the lower surface 12 of the multilayer circuit board 5 instead of the lead pins 13.

【００４２】以下、実施例を参照して本発明をさらに詳
細に説明する。なお、これらの実施例は本発明の理解を
容易にする目的で記載されるものであり、本発明を特に
限定するものではない。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. These examples are described for the purpose of facilitating the understanding of the present invention, and do not particularly limit the present invention.

【００４３】[0043]

【実施例】【Example】

（実施例１）酸素を１．２重量％、不純物陽イオンを
０．１５重量％含有し、α相型窒化珪素９７％を含む平
均粒径０．５μｍの窒化珪素粉末に、焼結助剤として平
均粒径１．０μｍの酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）粉末
と、平均粒径０．６μｍのアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）粉末
を、全体量に対してそれぞれ５重量％、０．９重量％と
なるように添加して混合粉末を調製した。この混合粉末
とアクリル系バインダーとをアルコール系溶剤に分散し
て、粘度が約５０００ｃｐｓのスリップを調整した。続
いて、このスリップを用いてドクターブレード法により
約０．３mmの均一な厚さを有するグリーンシートを複数
作製した。グリーンシートを一定の寸法に寸断し、各シ
ート片に層間の電気的接続をとるためのビアホールをパ
ンチングマシーンにより形成した。(Example 1) A sintering aid was added to silicon nitride powder containing 1.2% by weight of oxygen and 0.15% by weight of impurity cations and having an average particle size of 0.5 μm containing 97% of α-phase type silicon nitride. Yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ) powder having an average particle size of 1.0 μm and alumina (Al ₂ O ₃ ) powder having an average particle size of 0.6 μm were respectively 5% by weight and 0.9% by weight based on the total amount. % To prepare a mixed powder. This mixed powder and an acrylic binder were dispersed in an alcohol solvent to adjust a slip having a viscosity of about 5000 cps. Subsequently, using this slip, a plurality of green sheets having a uniform thickness of about 0.3 mm were produced by a doctor blade method. The green sheet was cut into a certain size, and a via hole for making electrical connection between layers was formed in each sheet piece by a punching machine.

【００４４】次に、平均粒径が１．２μmのＹＦ₃ 粉末
５重量％と、平均粒径０．６μｍで不純物酸素量０．９
重量％のＡｌＮ粉末９５重量％とからなる無機フィラー
を調製し、更に、この無機フィラーの割合が３重量％で
前述のＹＦ₃ 粉末の割合が１２重量％となるように、無
機フィラー及びＹＦ₃ 粉末を平均粒径が０．８μｍのタ
ングステン粉末に添加し、有機バインダーとともに有機
溶媒中に分散してボールミルにて十分混合および解砕し
て導体ペーストを調整した。Next, 5% by weight of YF ₃ powder having an average particle diameter of 1.2 μm, and an impurity oxygen amount of 0.9 μm with an average particle diameter of 0.6 μm.
An inorganic filler consisting of 95% by weight of AlN powder is prepared. Further, the inorganic filler and YF ₃ are prepared so that the proportion of the inorganic filler is 3% by weight and the proportion of the YF ₃ powder is 12% by weight. The powder was added to a tungsten powder having an average particle diameter of 0.8 μm, dispersed in an organic solvent together with an organic binder, and sufficiently mixed and crushed by a ball mill to prepare a conductor paste.

【００４５】更に、上記導体ペーストを前述のシート片
のビアホール内に充填し、更にシートの一面にスクリー
ン印刷して導体層を形成した。続いて、導体層が形成さ
れた複数のシート片を、ビアホールの位置が適正になる
ように位置決めしながら積層し、加熱プレスを施して積
層体を得た。得られた積層体を窒素雰囲気中で、最高温
度７００℃で脱脂した後、この脱脂体を７．５気圧の窒
素ガス雰囲気中で１９００℃で６時間焼成し、続いて冷
却速度を毎時８０℃として１５００℃まで冷却し、その
後炉冷を行って、図１に示すような窒化珪素セラミック
多層回路基板を製造した。Further, the above conductor paste was filled in the via hole of the above-mentioned sheet piece, and was then screen-printed on one surface of the sheet to form a conductor layer. Subsequently, the plurality of sheet pieces on which the conductor layers were formed were stacked while positioning the via holes so that the positions of the via holes became appropriate, and subjected to a heat press to obtain a stacked body. After the obtained laminate was degreased in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 700 ° C., the degreased body was baked at 1900 ° C. for 6 hours in a nitrogen gas atmosphere of 7.5 atm. Then, the furnace was cooled to 1500 ° C., and then cooled in a furnace to produce a silicon nitride ceramic multilayer circuit board as shown in FIG.

【００４６】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微細構造を観察した。その結果、窒化珪素を主成分
とする絶縁層は十分緻密化しており、ポアは見られず、
かつ導体層においても空隙などの欠陥は認められなかっ
た。また、回路基板の外観には、そり、うねり、クラッ
クなどの変形は特に認められなかった。The obtained circuit board was cut in the thickness direction, and the internal fine structure was observed. As a result, the insulating layer containing silicon nitride as a main component is sufficiently dense, and no pores are observed.
Also, no defects such as voids were found in the conductor layer. In addition, no deformation such as warpage, undulation, and cracks was observed in the appearance of the circuit board.

【００４７】また、前記多層セラミック回路基板を構成
する窒化珪素を主成分とする絶縁層は、抵抗率が１０¹¹
Ω・cm以上で、比誘電率が８．７であり、誘電損失が１
０^-3以下（ともに１ＭＨｚ条件下）であり、さらに、回
路基板の三点曲げ強度は８６kgf／mm² で、熱伝導率が
９０Ｗ／ｍＫであった。同回路基板を構成する導体層中
の残存ハロゲン量を化学分析により測定したところ、７
００ ppmであり、抵抗率は１２×１０^-6Ω・cmと極めて
低い値であった。The insulating layer containing silicon nitride as a main component of the multilayer ceramic circuit board has a resistivity of 10 ^11.
Ω · cm or more, the relative dielectric constant is 8.7, and the dielectric loss is 1
0 ^-3 is less (both 1MHz conditions), further, three-point bending strength of the circuit board is 86kgf / mm ^2, thermal conductivity of 90W / mK. When the amount of residual halogen in the conductor layer constituting the circuit board was measured by chemical analysis,
The resistivity was extremely low at 12 × 10 ⁻⁶ Ω · cm.

【００４８】さらに、前記多層セラミック回路基板を５
気圧のヘリウムガスで満たしたチャンバ中に４０分間放
置した後、チャンバ内を１０^-3torrオーダーに真空に引
いて再び空気を１気圧まで導入した。このヘリウム洗浄
工程を３回行った後、試料をチャンバから取り出し、空
気中で３０分間放置した。このような処理を施した後、
ヘリウムリーク試験（ファインリーク検知）にかけた。
ヘリウムリーク量の検出は質量分析計で行った。その結
果、ヘリウムリーク特性は１．０×１０^-10 atm・cc・
ｓ^-1以下であり、良好なヘリウムリーク特性を有してい
た。Further, the multilayer ceramic circuit board is
After being left in a chamber filled with helium gas at a pressure of 40 atm for 40 minutes, the chamber was evacuated to the order of 10 ^-3 torr and air was introduced again to 1 atm. After performing this helium washing step three times, the sample was taken out of the chamber and left in the air for 30 minutes. After performing such processing,
A helium leak test (fine leak detection) was performed.
The detection of the helium leak amount was performed by a mass spectrometer. As a result, the helium leak characteristic was 1.0 × 10 ⁻¹⁰ atm · cc ·
s ^-1 or less, and had good helium leak characteristics.

【００４９】（実施例２）酸素を１．２重量％、不純物
陽イオンを０．１２重量％含有し、α相型窒化珪素９６
％を含む平均粒径０．７μｍの窒化珪素粉末に、焼結助
剤として平均粒径が０．９μｍの酸化ディスプロシム
（Ｄｙ₂ Ｏ₃ ）粉末と、平均粒径が０．６μｍのアルミ
ナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）粉末とを、全体量に対して各々４重量
％、１．０重量％となるように添加し、さらにアクリル
系バインダーと共にアルコール系溶剤に分散し、粘度が
約４５００ｃｐｓのスリップを調整した。続いて、前記
スリップをドクターブレード法により約０．３mmの均一
な厚さを有するグリーンシートを複数作製した。続い
て、前記グリーンシートを一定の寸法に寸断し、各シー
ト片に層間の電気的接続をとるためのビアホールをパン
チングマシーンにより形成した。Example 2 An α-phase silicon nitride containing 1.2% by weight of oxygen and 0.12% by weight of impurity cations was used.
% Of silicon nitride powder having an average particle diameter of 0.7 μm, dysprosium oxide (Dy ₂ O ₃ ) powder having an average particle diameter of 0.9 μm as a sintering aid, and alumina (Al) having an average particle diameter of 0.6 μm. ₂ O ₃ ) powder was added so as to be 4% by weight and 1.0% by weight with respect to the total amount, and further dispersed in an alcoholic solvent together with an acrylic binder to adjust a slip having a viscosity of about 4500 cps. did. Subsequently, a plurality of green sheets having a uniform thickness of about 0.3 mm were produced from the slip by a doctor blade method. Subsequently, the green sheet was cut into a predetermined size, and a via hole for making electrical connection between layers was formed in each sheet piece by a punching machine.

【００５０】次に、平均粒径が１．２μｍのＤｙＢｒ₃
粉末７重量％と平均粒径０．６μｍのＡｌ₂ Ｏ₃ 粉末９
３重量％とからなる無機フィラーを調製し、この無機フ
ィラー及び平均粒径が１．５μｍのＣａＣｌ₂ 粉末を平
均粒径が１．７μｍのモリブデン粉末に添加して無機フ
ィラーの割合が５重量％でＣａＣｌ₂ 粉末の割合が８重
量％のモリブデン混合粉を調製した。これを有機バイン
ダーとともに有機溶媒中に分散してボールミルにて十分
に混合および解砕して導体ペーストを調整した。Next, DyBr ₃ having an average particle size of 1.2 μm
Al ₂ O ₃ powder 9 having 7% by weight of powder and an average particle diameter of 0.6 μm
An inorganic filler consisting of 3% by weight was prepared, and the inorganic filler and CaCl ₂ powder having an average particle size of 1.5 μm were added to molybdenum powder having an average particle size of 1.7 μm, and the proportion of the inorganic filler was 5% by weight. To prepare a molybdenum mixed powder having a CaCl ₂ powder ratio of 8% by weight. This was dispersed in an organic solvent together with an organic binder, mixed and crushed sufficiently with a ball mill to prepare a conductor paste.

【００５１】次に、上記導体ペーストを前述のシート片
のビアホール内に充填し、シート片の一面にスクリーン
印刷して導体層を形成した。続いて、導体層が形成され
た複数のシート片をビアホールの位置が適正になるよう
に位置決めしながら積層し、加熱プレスを施して積層体
を得た。ついで、得られた積層体を窒素雰囲気中で、最
高温度７００℃で脱脂した後、この脱脂体を７．０気圧
の窒素ガス雰囲気中で１８５０℃で８時間焼成し、次に
冷却速度を毎時５０℃として１５００℃まで冷却し、そ
の後炉冷を行って実施例１と同様の窒化珪素セラミック
多層回路基板を製造した。Next, the conductor paste was filled in the via hole of the above-mentioned sheet piece, and screen printed on one surface of the sheet piece to form a conductor layer. Subsequently, a plurality of sheet pieces on which the conductor layer was formed were laminated while positioning the via holes so that the positions of the via holes were appropriate, and subjected to a heat press to obtain a laminate. Then, after the obtained laminate was degreased in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 700 ° C., the degreased body was baked at 1850 ° C. for 8 hours in a nitrogen gas atmosphere of 7.0 atm. The temperature was lowered to 1500 ° C. at 50 ° C., and then the furnace was cooled to produce a silicon nitride ceramic multilayer circuit board similar to that of Example 1.

【００５２】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微細構造を観察した。その結果、窒化珪素を主成分
とする絶縁層は十分緻密化しており、ポアは見られず、
かつ導体層においても空隙などの欠陥は認められなかっ
た。また、前記多層回路基板の外観には、そり、うね
り、クラックなどの変形は特に認められなかった。The obtained circuit board was cut in the thickness direction, and the internal fine structure was observed. As a result, the insulating layer containing silicon nitride as a main component is sufficiently dense, and no pores are observed.
Also, no defects such as voids were found in the conductor layer. In addition, no deformation such as warpage, undulation, and crack was observed in the appearance of the multilayer circuit board.

【００５３】また、多層セラミック回路基板を構成する
窒化珪素を主成分とする絶縁層は、抵抗率が１０¹¹Ω・
cm以上で、比誘電率が８．１であり、誘電損失が１０^-3
以下（ともに１ＭＨｚ条件下）であり、さらに、三点曲
げ強度が８９ kgf／mm² で熱伝導率が９２Ｗ／ｍＫであ
った。同回路基板を構成する導体層中の残存ハロゲン量
を化学分析により測定したところ、３５０ ppmであり、
抵抗率は１７×１０^-6Ω・cmと極めて低い値であった。The insulating layer mainly composed of silicon nitride constituting the multilayer ceramic circuit board has a resistivity of 10 ¹¹ Ω ·
cm or more, the relative dielectric constant is 8.1, and the dielectric loss is 10 ^-3.
(Both at 1 MHz), and the three-point bending strength was 89 kgf / mm ² and the thermal conductivity was 92 W / mK. When the amount of residual halogen in the conductor layer constituting the circuit board was measured by chemical analysis, it was 350 ppm,
The resistivity was an extremely low value of 17 × 10 ⁻⁶ Ω · cm.

【００５４】さらに、多層セラミック回路基板を実施例
１と同様の方法でヘリウムリーク試験（ファインリーク
検知）にかけた結果、ヘリウムリーク特性は１．０×１
０^{-1 0} atm・cc・ｓ^-1以下であり、良好なヘリウムリー
ク特性を有していた。Further, the multilayer ceramic circuit board was subjected to a helium leak test (fine leak detection) in the same manner as in Example 1, and as a result, the helium leak characteristic was 1.0 × 1.
^{0 -1 0 atm · cc · s} -1 or less, and had a good helium leak characteristics.

【００５５】（比較例１）導体ペースト中のＹＦ₃ が全
てＹ₂ Ｏ₃ に代わるように、ＹＦ₃ 粉末の代わりにＹ₂
Ｏ₃ 粉末を用いて導体ペーストの調製を行ったこと以外
はすべて実施例１と同様の操作を繰り返して多層セラミ
ック回路基板を得た。得られた回路基板の絶縁部内部を
観察したところ、十分ち密化しておりポアは見られず、
かつ導体層においても空隙などの欠陥は認められなかっ
た。また、前記多層回路基板の外観にはそり、うねり、
クラックなどの変形は特に認められなかった。ところ
が、導体層の抵抗率を測定したところ、４２×１０^-6Ω
・cmと非常に高く、回路基板として供するには不適当で
あった。また導体層の構成相を粉末Ｘ線回折法により同
定したところ、ＭｏＳｉ₂ が生成していた。Comparative Example 1 In place of YF ₃ powder, Y ₂ was replaced with Y ₂ so that all of YF ₃ in the conductor paste was replaced with Y ₂ O _3.
A multilayer ceramic circuit board was obtained by repeating the same operation as in Example 1 except that the conductive paste was prepared using O ₃ powder. When observing the inside of the insulating part of the obtained circuit board, it was sufficiently dense and no pore was seen,
Also, no defects such as voids were found in the conductor layer. Also, the appearance of the multilayer circuit board is warped, undulated,
No deformation such as cracks was observed. However, when the resistivity of the conductor layer was measured, it was found to be 42 × 10 ⁻⁶ Ω.
・ It was extremely high at cm and was unsuitable for use as a circuit board. When the constituent phases of the conductor layer were identified by the powder X-ray diffraction method, MoSi ₂ was generated.

【００５６】（実施例３〜１１）各例において、表１に
示す窒化珪素粉末、焼結助剤、着色剤、導体粉末、添加
剤及び無機フィラーを使用し、表２に示す操作条件に従
って、実施例１の操作手順を繰り返し、窒化珪素多層回
路基板を作製した。得られた回路基板の三点曲げ強度、
熱伝導率、導体抵抗率を測定した結果を表２に示す。い
ずれの回路基板でも良好な特性を示しており、また概観
上もそり、うねりなどはなく、内部の微構造を観察した
結果、十分緻密化していた。(Examples 3 to 11) In each of the examples, the silicon nitride powder, sintering aid, colorant, conductor powder, additive and inorganic filler shown in Table 1 were used. The operation procedure of Example 1 was repeated to produce a silicon nitride multilayer circuit board. Three-point bending strength of the obtained circuit board,
Table 2 shows the measurement results of the thermal conductivity and the conductor resistivity. All of the circuit boards exhibited good characteristics, and there was no warp or undulation in appearance, and as a result of observing the internal microstructure, the circuit board was sufficiently dense.

【００５７】[0057]

【表１】 [Table 1]

【表２】 （比較例２、３）絶縁体層を、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ、比較例２）又はアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ 、比較例３）
で形成した以外は実施例１と同様の操作を繰り返して多
層回路基板を作製した。その結果、概観上は良好な多層
回路基板が得られたが、絶縁体層として窒化アルミニウ
ムを用いた比較例２では三点曲げ強度が３５ kgf／mm²
と低く、一方絶縁体層としてアルミナを用いた比較例３
では、熱伝導率が１８Ｗ／ｍＫと実施例１で作製した窒
化珪素多層回路基板と比べて特性が著しく低かった。[Table 2] (Comparative Examples 2 and 3) The insulator layer was made of aluminum nitride (Al
N, comparative example 2) or alumina (Al ₂ O ₃ , comparative example 3)
A multilayer circuit board was manufactured by repeating the same operation as in Example 1 except that the multi-layer circuit board was formed. As a result, a multilayer circuit board having a good appearance was obtained, but in Comparative Example 2 using aluminum nitride as the insulator layer, the three-point bending strength was 35 kgf / mm ^2.
Comparative Example 3 using alumina as the insulator layer
Has a thermal conductivity of 18 W / mK, which is significantly lower than that of the silicon nitride multilayer circuit board manufactured in Example 1.

【００５８】（実施例１２）実施例１の操作に従って形
成した回路基板の裏面側に、銀ロウを用いてリードピン
を２４０本接合した。この回路基板上に半導体素子とし
て消費電力１２Ｗのシリコン素子を搭載し、ボンディン
グワイヤで電気的接続を行った。(Example 12) 240 lead pins were joined to the back side of the circuit board formed according to the operation of Example 1 using a silver braze. A silicon element with a power consumption of 12 W was mounted as a semiconductor element on this circuit board, and was electrically connected with a bonding wire.

【００５９】さらに、実施例１の絶縁層を作製する手順
を用いて、９８Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する窒化珪素焼
結体からなる封止部材を作製し、金−錫ハンダを用いて
上記多層回路基板上に接合し、さらに封止部材上に放熱
フィンを搭載して半導体装置を得た。Further, a sealing member made of a silicon nitride sintered body having a thermal conductivity of 98 W / mK was manufactured by using the procedure for manufacturing the insulating layer of Example 1, and the above-described sealing member was formed using gold-tin solder. The semiconductor device was obtained by bonding on a multi-layer circuit board and mounting radiating fins on the sealing member.

【００６０】この半導体装置の放熱特性を評価するため
に、冷却風速を１．５ｍ／秒に設定してΔＶＢＥ法によ
り熱抵抗を測定したところ、２．８℃／Ｗと低熱抵抗で
あり、放熱性の非常に高い半導体装置であった。In order to evaluate the heat radiation characteristics of this semiconductor device, the thermal resistance was measured by the ΔVBE method with the cooling air velocity set to 1.5 m / sec. As a result, the thermal resistance was as low as 2.8 ° C./W. It was a semiconductor device with extremely high performance.

【００６１】[0061]

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明に係る窒
化珪素回路基板においては、絶縁体層が窒化珪素が本来
有する高強度、高靭性特性を有し、加えて熱伝導率を大
幅に改善した高熱伝導性窒化珪素を絶縁体層とすること
で、アセンブリや素子駆動に伴う発熱によって生じる応
力によるクラック発生を低減し、信頼性を著しく向上で
き、半導体素子の高集積化、高速化にともなう多大な発
熱を十分放熱することが可能である。更に、導体層は、
断線、剥離などの欠陥がなく、絶縁層に良好に密着し抵
抗率が低いため、半導体素子などの搭載において信号伝
達を高速に行うことが可能なセラミック回路基板を提供
できる。As described above, in the silicon nitride circuit board according to the present invention, the insulator layer has the high strength and high toughness characteristics inherent to silicon nitride, and significantly reduces the thermal conductivity. By using improved high thermal conductivity silicon nitride as the insulator layer, cracks due to stress generated by heat generated during assembly and device driving can be reduced, reliability can be significantly improved, and higher integration and higher speed of semiconductor devices can be achieved. Accordingly, it is possible to sufficiently dissipate a large amount of heat generated. Further, the conductor layer
Since there is no defect such as disconnection or peeling, the insulating layer is in good contact with the insulating layer, and the resistivity is low, a ceramic circuit board capable of transmitting signals at high speed in mounting a semiconductor element or the like can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明のセラミック回路基板の一例を示す部分
切欠斜視図。FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an example of a ceramic circuit board of the present invention.

【図２】本発明に係るセラミック回路基板を用いた半導
体装置の一例を示した垂直断面図。FIG. 2 is a vertical sectional view showing an example of a semiconductor device using the ceramic circuit board according to the present invention.

【図３】本発明に係るセラミック回路基板を用いた半導
体装置の他の例を示した要部断面図。FIG. 3 is an essential part cross-sectional view showing another example of the semiconductor device using the ceramic circuit board according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１，５ 多層回路基板 ２ 絶縁層 ３ 導体層 ４ ヴィアホール ６，１４ 半導体装置 ７ 上面 ８ 半導体素子 ９ ボンディングワイヤ １０ 封止部材 １１ 放熱フィン １２ 下面 １３ リードピン １５ ハンダボール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 5 Multilayer circuit board 2 Insulating layer 3 Conductive layer 4 Via hole 6, 14 Semiconductor device 7 Upper surface 8 Semiconductor element 9 Bonding wire 10 Sealing member 11 Heat radiation fin 12 Lower surface 13 Lead pin 15 Solder ball

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 文雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Fumio Ueno 1 Toshiba, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside Toshiba R & D Center

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 窒化珪素焼結体からなる絶縁層と、タン
グステン及びモリブデンからなる群より選択される導電
性成分とハロゲン成分とを含有する導体層とを有するこ
とを特徴とするセラミック回路基板。1. A ceramic circuit board comprising: an insulating layer made of a silicon nitride sintered body; and a conductor layer containing a conductive component and a halogen component selected from the group consisting of tungsten and molybdenum. 【請求項２】 上記絶縁層は、希土類元素を酸化物換算
で１．０〜１２．５重量％含有し、上記絶縁層に不純物
陽イオン元素として含まれるＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｃ
ａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｂの総量が０．３重量％
以下であり、上記導体層におけるハロゲン成分の濃度が
３０００ppm 以下である請求項１記載のセラミック回路
基板。2. The insulating layer contains 1.0 to 12.5% by weight of a rare earth element in terms of oxide, and contains Li, Na, K, Fe, C contained as an impurity cation element in the insulating layer.
a, Mg, Sr, Ba, Mn, B total amount of 0.3% by weight
2. The ceramic circuit board according to claim 1, wherein the concentration of the halogen component in the conductor layer is 3000 ppm or less. 3. 【請求項３】 窒化珪素焼結体からなる絶縁層とタング
ステン及びモリブデンからなる群より選択される導電性
成分を含有する導体層とを有するセラミック回路基板を
製造するセラミック回路基板の製造方法であって、窒化
珪素を含有する第１層を上記絶縁層に対応するように形
成する工程と、上記導電性成分と該導電性成分のシリサ
イドが生成するのを防止するためのハロゲン成分とを含
有する第２層を上記導体層に対応するように形成する工
程と、該第１層を加熱して窒化珪素焼結体からなる絶縁
層に焼成する工程と、該第２層を加熱して該導体層を生
成する工程とを有することを特徴とするセラミック回路
基板の製造方法。3. A method of manufacturing a ceramic circuit board for manufacturing a ceramic circuit board having an insulating layer made of a silicon nitride sintered body and a conductive layer containing a conductive component selected from the group consisting of tungsten and molybdenum. Forming a first layer containing silicon nitride so as to correspond to the insulating layer; and containing the conductive component and a halogen component for preventing generation of silicide of the conductive component. Forming a second layer corresponding to the conductor layer, heating the first layer to sinter it into an insulating layer made of silicon nitride sintered body, and heating the second layer to form the conductor layer Producing a ceramic circuit board. 【請求項４】 窒化珪素セラミック焼結体からなる絶縁
層と、タングステン及びモリブデンからなる群より選択
される導電性成分とハロゲン成分とを含有する導体層と
を有するセラミック回路基板を有し、該セラミック回路
基板に半導体素子が搭載されることを特徴とする半導体
装置。4. A ceramic circuit board comprising: an insulating layer made of a silicon nitride ceramic sintered body; and a conductor layer containing a conductive component and a halogen component selected from the group consisting of tungsten and molybdenum. A semiconductor device having a semiconductor element mounted on a ceramic circuit board.