JP2004162147A - 溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物あるいは金属酸化物からなり、密着強度の優れた溶射被膜を形成してなる窒化アルミニウム焼結体を提供する。
【解決手段】窒化アルミニウム焼結体の表面に形成された酸化処理層上に、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物および金属酸化物から選ばれる少なくとも一種の溶射被膜を形成してなることを特徴とする溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体。酸化処理層が、窒化アルミニウム焼結体の粗面化処理された表面に形成されていると、溶射被膜の密着強度がより向上する。
【選択図】 図２
【解決手段】窒化アルミニウム焼結体の表面に形成された酸化処理層上に、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物および金属酸化物から選ばれる少なくとも一種の溶射被膜を形成してなることを特徴とする溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体。酸化処理層が、窒化アルミニウム焼結体の粗面化処理された表面に形成されていると、溶射被膜の密着強度がより向上する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、半導体素子基板、電子回路基板、ヒートシンク等、あるいは半導体製造装置内でウエハーを載せるヒーター、ステージ等の部材として使用するのに適した溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体に関する。
【０００３】
【従来の技術】
近年、電子機器は小型化、高密度化、高速化の進行と同時に半導体部品の高出力化も急速に進展している。このため、これらの電子機器から発生する熱も増大し、この熱の放散対策は重要な技術的課題である。
【０００４】
窒化アルミニウム焼結体は、耐酸化性に優れ、溶融金属に濡れ難く、曲げ強度がアルミナ焼結体を上回るなど優れた機械的性質を有している。また、アルミナの約１０倍の熱伝導率を有し、熱膨張係数がシリコンに近いので半導体デバイスの周辺基材として優れた機能を有している。このため、半導体部品の搭載用基板としてアルミナやベリリヤの焼結体に代わって、窒化アルミニウム焼結体の基板が使用される頻度も高まっている。
【０００５】
窒化アルミニウム焼結体の基板を半導体部品の搭載用基板として使用するためには、電子部品のハンダ付けなどによる実装や回路など形成のために、焼結体表面に導電性金属のメタライズ層を形成する必要がある。ところが、窒化アルミニウム焼結体は各種溶融物質に対する濡れ性が悪く、アルミナ焼結体に較べて密着力の強いメタライズ層を形成することが難しい。
【０００６】
このため、酸素や水蒸気を含む雰囲気下で１０００℃〜１５００℃の温度で加熱処理して窒化アルミニウムの表面に窒化アルミニウムの窒素を酸素に置換したＡｌ−Ｏ系の酸化物層を形成して、アルミナ焼結体において用いられるメタライズ法を適用できるようにすることが提案されている。また、窒化アルミニウム焼結体の表面に印刷して焼成するのに用いる導電性金属のペーストに活性金属や酸化物を添加することにより、密着度を向上させるなどの工夫がなされている。
【０００７】
しかしながら、窒化アルミニウム焼結体表面への従来のメタライズ法は、いずれも導電性金属ペーストまたは銅板を窒化アルミニウム焼結体表面に塗布または接触させて窒素雰囲気の加熱炉で例えば１５００℃以上の高温度で焼成するものである。このため、焼成時の熱歪みにより焼結体自体が変形するおそれがあり、寸法の大きな焼結体へのメタライズ処理は寸法精度の維持が難しいなど問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記問題を解決すべく、窒化アルミニウム焼結体表面へのメタライズ層を形成するのに溶射法を用いることを検討した。溶射法であれば、ペーストの塗布、乾燥、それに続く高温での加熱焼成などの段階的工程を必要とせず、また、処理工程が２５〜３００℃の常温付近であるため、窒化アルミニウム焼結体に熱歪みが生じるおそれがないので、寸法の大きな焼結体へのメタライズ層の形成が可能である。さらに、引き続き同じ溶射工程によってメタライズ層の上にハンダ付けやロー付け可能な金属層の形成が可能である。
【０００９】
また、窒化アルミニウム焼結体表面に、Ａｌ２Ｏ３またはＹ２Ｏ３のような酸化物層を溶射により形成することができれば、窒化アルミニウム焼結体上に多層構造の配線を形成する際の絶縁層形成が可能である。また、これらの金属酸化物は、腐食性の高いハロゲン化物のガスやプラズマに対して耐久性があるため、半導体製造装置内部で使用するヒーター、ステージ等の部材の提供も可能となる。
【００１０】
しかし、窒化アルミニウム焼結体は各種溶融物質に対する濡れ性が悪いため、窒化アルミニウム焼結体の表面に金属、窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物あるいは酸化物等を溶射しても、溶射被膜の密着性が悪い。通常の溶射工程でよく用いられるサンドブラスト等などの粗面化処理を行っても溶射被膜が密着せず被膜が形成されなかったり、被膜が形成されたとしても密着力が弱くて、その後のハンダ付けの工程などで剥離してしまったりなどの問題がある。
【００１１】
この問題を解決し、金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物あるいは金属酸化物からなり密着強度の優れた溶射被膜を形成してなる窒化アルミニウム焼結体を提供するべく研究した結果、窒化アルミニウム焼結体の表面にあらかじめ酸化処理層を形成しておき、その上に溶射被膜を形成すると、実用的な密着強度を有する溶射被膜が得られることを発見し、本発明に到達したものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、窒化アルミニウム焼結体の表面に形成された酸化処理層上に、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物および金属酸化物から選ばれる少なくとも一種の溶射被膜を形成してなることを特徴とする溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体に関する。
【００１３】
本発明はまた、窒化アルミニウム焼結体の粗面化処理された表面に形成された酸化処理層上に、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物および金属酸化物から選ばれる少なくとも一種の溶射被膜を形成してなることを特徴とする溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体に関する。
【００１４】
本発明において、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属の溶射被膜とは、例えば、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、ＴａおよびＴｉから選ばれる金属の溶射によって形成される被膜である。
【００１５】
本発明において、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属窒化物の溶射被膜とは、例えば、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴａＮおよびＮｂＮから選ばれる金属窒化物の溶射によって形成される被膜である。
【００１６】
本発明において、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属炭化物の溶射被膜とは、例えば、ＴｉＣ、ＷＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＮｂＣおよびＶＣから選ばれる金属炭化物の溶射によって形成される被膜である。
【００１７】
本発明において、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属ホウ化物の溶射被膜とは、例えば、ＴｉＢｒ２、ＺｒＢ２、ＴａＢ２、ＮｂＢ２、ＣｒＢ、ＭｏＢおよびＷＢから選ばれる金属ホウ化物の溶射によって形成される被膜である。
【００１８】
本発明において、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属ケイ化物の溶射被膜とは、例えば、ＴａＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＭｏＳｉ２およびＷＳｉから選ばれる金属ケイ化物の溶射によって形成される被膜である。
【００１９】
本発明において、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属酸化物の溶射被膜とは、例えば、Ａｌ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３から選ばれる金属酸化物の溶射によって形成される被膜である。
【００２０】
本発明はまた、上記の窒化アルミニウム焼結体上の融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物あるいは金属ケイ化物の溶射被膜上に、更にハンダ付け性と電気伝導性を有する金属の溶射被膜を形成してなることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体に関する。ここで、ハンダ付け性と電気伝導性を有する金属とは、Ｃｕ、Ｃｕ基合金、Ｎｉ、Ｎｉ基合金、Ｃｏ、Ｃｏ基合金、Ｓｎ、Ｓｎ基合金などである。
【００２１】
本発明者の研究によれば、窒化アルミニウム焼結体の表面を酸化して形成された酸化処理層上に溶射被膜を形成すると、溶射被膜の密着力が向上することが発見された。更に、このような酸化処理層を形成するのに先立って、窒化アルミニウム焼結体表面を粗面化処理しておけば、溶射被膜の密着力が更に向上することが見出された。
【００２２】
また、窒化アルミニウム焼結体の表面に形成された酸化処理層に対して、実用的な密着力を有する溶射被膜を形成することができるのは、融点が１８００℃以上で、熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の溶射材料である。従って、この要件を満足する金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物等を溶射材料として用いて、窒化アルミニウム焼結体表面に形成された酸化処理層上に溶射被膜を形成すれば、密着力の優れた電気伝導性の溶射被膜が形成される。さらに、この溶射被膜の上に、より電気伝導性の高い金属の溶射被膜またはメッキ層を形成することができる。
【００２３】
融点が１８００℃以上で、熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物等の溶射被膜をアンダーコートとしてその上に、ハンダ付け性や電気伝導性に優れたＣｕ、Ｃｕ基合金、Ｎｉ、Ｎｉ基合金、Ｃｏ、Ｃｏ基合金、ＳｎまたはＳｎ基合金などの溶射被膜を形成することにより、ハンダ濡れ性に優れたメタライズ層を有する窒化アルミニウム焼結体を容易に得ることができる。
【００２４】
また、溶射材料として、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属酸化物を用いて、窒化アルミニウム焼結体表面に形成された酸化処理層上に溶射被膜を形成すれば、窒化アルミニウム焼結体表面に絶縁性の金属酸化物の層を容易に形成することができる。Ａｌ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３のような腐食性、耐久性に優れた金属酸化物を用いれば、窒化アルミニウム焼結体表面の保護膜ともなるので、腐食性ガスやプラズマに曝される半導体製造装置の部品として有用な窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明において、窒化アルミニウム焼結体の表面に形成された酸化処理層とは、酸化処理によって、窒化アルミニウム焼結体の表面層を０．１〜１０μｍの厚みでＡｌ−Ｏ系の酸化物に変化させてなる層である。酸化処理層の形成方法は特に限定されないが、例えば、大気中または水蒸気中で窒化アルミニウムを１０００〜１５００℃に加熱する方法（例えば特開昭６１−８４０３７号、特開昭６４−２４０８３号）によって形成することができる。同様な酸化処理層が形成されるならば、酸化剤による薬品処理による方法その他の方法によって形成してもよい。
【００２６】
酸化処理層の厚みの望ましい範囲は、０．１〜１０μｍであり、特に望ましくは、窒化アルミニウム焼結体を構成する窒化アルミニウム一次粒子の粒径に近い２〜４μｍである。０．１μｍより薄いと部分的に酸化未処理の部分が発生する可能性があり、また１０μｍを超えると酸化処理層にクラック、割れ、剥離などが発生するおそれがあるので望ましくない。
【００２７】
酸化処理層を形成するに先立って、窒化アルミニウム焼結体の表面に粗面化処理を行っておくと、溶射被膜の密着性がより向上する。粗面化処理の方法としては、ＮａＯＨ溶液による腐食処理、サンドブラスト処理、ダイヤモンド砥石による研磨処理などを用いることができる。
【００２８】
ＮａＯＨ溶液による処理の場合には、窒化アルミニウム一次粒子の粒界を選択的に腐食して窒化アルミニウム焼結体の網目状の溝を形成させるので、その粗さは、表面にある窒化アルミニウム一次粒子の粒径の半分程度すなわち、Ｒａ１〜２μｍ程度がよい。それより粗いと窒化アルミニウム一次粒子の脱落が起きる。また、サンドブラストによる処理またはダイヤモンド砥石による処理の場合には、Ｒａ５μｍより粗くなると窒化アルミニウム焼結体全体の損傷や変形の問題が起きるので望ましくない。
【００２９】
本発明において、窒化アルミニウム焼結体の表面に形成された酸化処理層上に形成される溶射被膜とは、高温高速のガスによる加温、加速によって溶融状態あるいは半溶融状態にした金属またはセラミックス粒子を高速で基材表面に衝突させ、基材表面上において金属またはセラミックス粒子が凝固して密着することにより形成される被膜である。
【００３０】
溶射被膜を形成するために使用する溶射方式には、大気中プラズマ溶射、減圧雰囲気中で行う減圧プラズマ溶射、電気アーク式溶射、爆発溶射、高速フレーム溶射、ガス燃焼式などの溶射方式があり、溶射材料により選択して使用することができるが、大気中プラズマ溶射または減圧プラズマ溶射は、本発明における溶射被膜形成のための材料すべてについて使用可能であるので、最も適している。
【００３１】
【実施例】
［実施例１〜５］
窒化アルミニウム焼結体から研磨成形して作成した厚さ１ｍｍ、形状５５ｍｍ×３８ｍｍ、表面粗さＲａ０．８μｍ（Ｒｚ３．８μｍ）の研磨成形基板を空気中１０００℃で１０時間加熱し、酸化処理を行った。この加熱酸化処理を施した窒化アルミニウム焼結体の基板の切断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、図１に示すように、窒化アルミニウム焼結体研磨成形基板１の表面に、窒化アルミニウムの窒素が酸素に置換して生成した酸化処理層２が形成されていた。酸化処理層２の厚みは３μｍであり、表面粗さはＲａが０．７〜０．８であった。
【００３２】
プラズマ溶射装置（プラクスクエアー社製 Ｍｏｄｅｌ３６００ ４０ＫＷ ＳＧ１００システム）を用いて、窒化アルミニウム研磨成形基板１の片面側の酸化処理層２上に、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉの５種類の金属粉末（粒度１０〜４５μｍ）を大気中でプラズマ溶射して、図２に示すような、溶射被膜３を形成したテストピースを各金属について３枚ずつ作成した。溶射被膜３の膜厚は、表１に示すように３０〜６０μｍとした。なお、溶射用ガスとしては、主ガスにアルゴン、補助ガスにヘリウムを用いた。
【００３３】
次に、上記の各テストピースの溶射被膜３をアンダーコートとして、この上に、上記と同一のプラズマ溶射装置を用いてＣｕ粉（粒度４５〜７４μｍ）を大気中でプラズマ溶射して、図３に示すように、膜厚１１０μｍのＣｕ溶射被膜４をトップコートとして形成した試験片を作成した。
【００３４】
これらの試験片における溶射被膜の基板１への密着強度を、引っ張り試験機（今田製作所製ＳＶ２型）を用いて測定した。図４は引っ張り試験の模式図であり、Ｃｕ溶射被膜４の表面に、１００％Ｓｎハンダ層５を介して、接合面の直径が５ｍｍで、上部棒状部分の直径が２．６ｍｍの引っ張り試験用端子６を２７０℃で接合した。引っ張り試験用端子６は、銅製のピンに銀めっきを施したものである。７は引っ張り試験用端子クランプ部品、８は引っ張り試験用端子チャック治具である。引っ張り試験用端子６を引っ張り速度１ｍｍ／ｍｉｎで上部に引き上げ、窒化アルミニウム焼結面と溶射被膜との接合が剥離したときの引っ張り強度を溶射被膜の密着強度として測定した結果を表１に示した。表１中の密着強度は、３枚の試験片についての平均値である。
【００３５】
［比較例１〜６］
上記実施例と同様にして窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板１の表面に酸化処理層２を形成したが、その上にアンダーコートを形成せずに、Ｃｕ粉を直接にプラズマ溶射したところ、溶射直後に溶射被膜が剥離し、試験片を作成することができなかった。また、窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板１に酸化処理層２を形成しない他は実施例１〜５と同様にして、実施例１〜５でアンダーコートに用いた金属（Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ）をプラズマ溶射したところ、いずれも溶射中に被膜が剥離し、試験片を作成することができなかった。これらの結果を表１に併記した。
【００３６】
［実施例６〜１５］
実施例１〜５と同様にして、窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板１の表面に厚さ３μｍの酸化処理層２を形成した。アンダーコート用の溶射材料として、表２に示す窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物を用いた以外は、実施例１〜５と同様にして、酸化処理層２上に、各溶射材料粉末（粒度１０〜４５μｍ）を大気中でプラズマ溶射して、溶射被膜３を形成したテストピースを各材料について３枚ずつ作成した。溶射被膜３の膜厚は、表２に示すように３０〜７０μｍとした。
【００３７】
次に、上記の各テストピースの溶射被膜３をアンダーコートとして、この上に、実施例１〜５と同様にして、Ｃｕ粉（粒度４５〜７４μｍ）を大気中でプラズマ溶射して、膜厚１１０μｍのＣｕ溶射被膜４をトップコートとして形成した試験片を作成し、実施例１〜５と同様にして、引っ張り試験を行い、密着強度を測定して結果を表２に示した。
【００３８】
［比較例７〜１６］
窒化アルミニウム研磨成形基板１に酸化処理層２を形成しない以外は実施例６〜１５と同様にして、実施例６〜１５と同じ各溶射材料（ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＴｉＢ２ 、ＺｒＢ２ 、ＭｏＢ、ＣｒＢ、ＭｏＳｉ２）をプラズマ溶射したところ、すべて溶射中に被膜が剥離し、試験片を作成することができなかった。これらの結果を表２に併記した。
【００３９】
［実施例１６〜２０］
実施例１〜５で用いたのと同じ窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板の片側表面に、ブラスト材として粒度＃６０のアルミナ質研削材を使用して、圧縮エアー圧力０．４９ＭＰのサンドブラスト処理を施し、粗面化処理を行ったところ、表面粗さはＲａ１．５μｍ（Ｒｚ８μｍ）となった。上記のようにして片側粗面化処理を行った基板に、実施例１〜５と同様にして空気中１０００℃で１０時間の加熱酸化処理を行い、図５に示すように、基板９の表面の上に、厚さ３μｍの酸化処理層１０を形成した。さらに、基板９の粗面化処理された片側表面上の酸化処理層の上に、表３に示す５種類の溶射材料粉末を実施例１〜５と同様にしてプラズマ溶射し、溶射被膜１１を形成したテストピースを各溶射材料について３枚ずつ作成した。溶射被膜１１の厚さは、表３に示すように、４０〜７０μｍとした。
【００４０】
次に、上記テストピースの溶射被膜１１をアンダーコートとして、この上に、実施例１〜５と同様にして、Ｃｕ粉（粒度４５〜７４μｍ）を大気中でプラズマ溶射して、膜厚１１０μｍのＣｕ溶射被膜１２をトップコートとして形成した試験片を作成した。実施例１〜５と同様にして、引っ張り試験を行い、密着強度を測定した結果を表３に示した。
【００４１】
アンダーコートがＭｏの実施例１と実施例１６との比較、アンダーコートがＴｉＮの実施例６と実施例１７との比較、アンダーコートがＴｉＣの実施例８と実施例１９との比較、アンダーコートがＺｒＢ２の実施例１２と実施例１８との比較、アンダーコートがＭｏＳｉ２の実施例１５と実施例２０との比較から、酸化処理層形成前に窒化アルミニウム焼結体基板表面を粗面化処理しておくことにより、溶射被膜の密着強度が３〜５ＭＰａ程度向上することが判る。
【００４２】
［比較例１７〜２１］
粗面化処理を行った窒化アルミニウム研磨成形基板９に、酸化処理層１０を形成しない以外は実施例１６〜２０と同様にして、実施例１６〜２０と同じ各溶射材料をプラズマ溶射してアンダーコートを形成し、その上にＣｕ粉を溶射してＣｕトップコートを形成したところ、溶射被膜は形成されたが、溶射後の放置冷却時に被膜は基板表面から浮き上がり剥離した。これらの結果を表３に併記した。
【００４３】
［実施例２１、２２］
実施例１〜５と同様にして、窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板の表面に厚さ３μｍの酸化処理層を形成した。実施例１〜５におけるアンダーコート用の溶射材料の代わりにＡｌ２Ｏ３またはＹ２Ｏ３を用いた以外は、実施例１〜５と同様にして、酸化処理層２上に、これらの各溶射材料粉末（粒度１０〜４５μ）を大気中でプラズマ溶射して、溶射被膜を形成したテストピースを作成した。溶射被膜の膜厚はいずれも１５０μｍとした。
【００４４】
これらのテストピースについて、Ｃｕトップコートは形成せずに、図４に示した引っ張り試験における１００％Ｓｎハンダ５の代わりにエポキシ樹脂を用いた以外は、実施例１〜５と同様にして引っ張り試験を行い、密着強度を測定した結果を表４に示した。また、これらのテストピースを２００℃で１時間加熱した後、直ちに常温の水道水中に投入する熱衝撃試験を５サイクル実施した結果、いずれのテストピースの溶射被膜も剥離、クラック、欠け等の発生がなく、溶射被膜に変化が見られなかった。
【００４５】
［比較例２２、２３］
酸化処理層を形成しない以外は、実施例２１、２２と同様にして、窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板の表面に、Ａｌ２Ｏ３またはＹ２Ｏ３の溶射被膜を形成したところ、溶射被膜は、溶射終了後の放置冷却中に基板表面から浮き上がり剥離した。これらの結果を、表４に併記した。
【００４６】
［実施例２３、２４］
実施例１６〜２０と同様にして、片側表面が粗面化処理された窒化アルミニウム焼結体成形基板表面の上に、厚さ３μｍの酸化処理層を形成した。さらに、基板の粗面化処理された片側表面上の酸化処理層の上に、実施例１６〜２０のアンダーコート溶射材料粉末の代わりにＡｌ２Ｏ３またはＹ２Ｏ３の溶射被膜を形成した試験片を作成した。溶射被膜の膜厚はいずれも１５０μｍとした。実施例２１、２２と同様にして、試験片の引っ張り試験を行い、密着強度を測定した結果を表５に示した。
【００４７】
［比較例２４、２５］
酸化処理層２を形成しない以外は、実施例２３、２４と同様にして、窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板の粗面化処理された側の表面に、Ａｌ２Ｏ３、またはＹ２Ｏ３の溶射被膜を形成したところ、溶射被膜は、溶射終了後の放置冷却中に基板表面から浮き上がり剥離した。結果を表５に併記した。
【００４８】
表４の実施例２１、２２と表５の実施例２３、２４との比較により、窒化アルミニウム焼結体基板表面が、酸化処理層の形成前に粗面化処理されていると、密着強度が３ＭＰａ程度向上することがわかる。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【００５１】
【表３】
【００５２】
【表４】
【００５３】
【表５】
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物あるいは金属酸化物からなり密着強度の優れた溶射被膜が形成されてなる窒化アルミニウム焼結体が容易に得られるので、半導体素子基板、電子回路基板、ヒートシンク等として或いは半導体製造装置内で用いる部材として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化処理層を形成した窒化アルミニウム焼結体基板の説明図
【図２】酸化処理層上にアンダーコート溶射被膜を形成した窒化アルミニウム焼結体基板の説明図
【図３】酸化処理層上にアンダーコート溶射被膜とトップコートＣｕ溶射被膜を形成した窒化アルミニウム焼結体基板の説明図
【図４】引っ張り試験の模式図
【図５】粗面化処理された表面上の酸化処理層の上にアンダーコート溶射被膜とトップコートＣｕ溶射被膜を形成した窒化アルミニウム焼結体基板の説明図
【符号の説明】
１・・・窒化アルミニウム焼結体研磨成形基板
２・・・酸化処理層
３・・・アンダーコート溶射被膜
４・・・トップコートＣｕ溶射被膜
５・・・Ｓｎハンダ層
６・・・引っ張り試験用端子
７・・・引っ張り試験用端子クランプ部材
８・・・引っ張り試験用端子チャック治具
９・・・片側表面を粗面化処理した窒化アルミニウム焼結体研磨成形基板
１０・・・酸化処理層
１１・・・アンダーコート溶射被膜
１２・・・トップコートＣｕ溶射被膜
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、半導体素子基板、電子回路基板、ヒートシンク等、あるいは半導体製造装置内でウエハーを載せるヒーター、ステージ等の部材として使用するのに適した溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体に関する。
【０００３】
【従来の技術】
近年、電子機器は小型化、高密度化、高速化の進行と同時に半導体部品の高出力化も急速に進展している。このため、これらの電子機器から発生する熱も増大し、この熱の放散対策は重要な技術的課題である。
【０００４】
窒化アルミニウム焼結体は、耐酸化性に優れ、溶融金属に濡れ難く、曲げ強度がアルミナ焼結体を上回るなど優れた機械的性質を有している。また、アルミナの約１０倍の熱伝導率を有し、熱膨張係数がシリコンに近いので半導体デバイスの周辺基材として優れた機能を有している。このため、半導体部品の搭載用基板としてアルミナやベリリヤの焼結体に代わって、窒化アルミニウム焼結体の基板が使用される頻度も高まっている。
【０００５】
窒化アルミニウム焼結体の基板を半導体部品の搭載用基板として使用するためには、電子部品のハンダ付けなどによる実装や回路など形成のために、焼結体表面に導電性金属のメタライズ層を形成する必要がある。ところが、窒化アルミニウム焼結体は各種溶融物質に対する濡れ性が悪く、アルミナ焼結体に較べて密着力の強いメタライズ層を形成することが難しい。
【０００６】
このため、酸素や水蒸気を含む雰囲気下で１０００℃〜１５００℃の温度で加熱処理して窒化アルミニウムの表面に窒化アルミニウムの窒素を酸素に置換したＡｌ−Ｏ系の酸化物層を形成して、アルミナ焼結体において用いられるメタライズ法を適用できるようにすることが提案されている。また、窒化アルミニウム焼結体の表面に印刷して焼成するのに用いる導電性金属のペーストに活性金属や酸化物を添加することにより、密着度を向上させるなどの工夫がなされている。
【０００７】
しかしながら、窒化アルミニウム焼結体表面への従来のメタライズ法は、いずれも導電性金属ペーストまたは銅板を窒化アルミニウム焼結体表面に塗布または接触させて窒素雰囲気の加熱炉で例えば１５００℃以上の高温度で焼成するものである。このため、焼成時の熱歪みにより焼結体自体が変形するおそれがあり、寸法の大きな焼結体へのメタライズ処理は寸法精度の維持が難しいなど問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記問題を解決すべく、窒化アルミニウム焼結体表面へのメタライズ層を形成するのに溶射法を用いることを検討した。溶射法であれば、ペーストの塗布、乾燥、それに続く高温での加熱焼成などの段階的工程を必要とせず、また、処理工程が２５〜３００℃の常温付近であるため、窒化アルミニウム焼結体に熱歪みが生じるおそれがないので、寸法の大きな焼結体へのメタライズ層の形成が可能である。さらに、引き続き同じ溶射工程によってメタライズ層の上にハンダ付けやロー付け可能な金属層の形成が可能である。
【０００９】
また、窒化アルミニウム焼結体表面に、Ａｌ２Ｏ３またはＹ２Ｏ３のような酸化物層を溶射により形成することができれば、窒化アルミニウム焼結体上に多層構造の配線を形成する際の絶縁層形成が可能である。また、これらの金属酸化物は、腐食性の高いハロゲン化物のガスやプラズマに対して耐久性があるため、半導体製造装置内部で使用するヒーター、ステージ等の部材の提供も可能となる。
【００１０】
しかし、窒化アルミニウム焼結体は各種溶融物質に対する濡れ性が悪いため、窒化アルミニウム焼結体の表面に金属、窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物あるいは酸化物等を溶射しても、溶射被膜の密着性が悪い。通常の溶射工程でよく用いられるサンドブラスト等などの粗面化処理を行っても溶射被膜が密着せず被膜が形成されなかったり、被膜が形成されたとしても密着力が弱くて、その後のハンダ付けの工程などで剥離してしまったりなどの問題がある。
【００１１】
この問題を解決し、金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物あるいは金属酸化物からなり密着強度の優れた溶射被膜を形成してなる窒化アルミニウム焼結体を提供するべく研究した結果、窒化アルミニウム焼結体の表面にあらかじめ酸化処理層を形成しておき、その上に溶射被膜を形成すると、実用的な密着強度を有する溶射被膜が得られることを発見し、本発明に到達したものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、窒化アルミニウム焼結体の表面に形成された酸化処理層上に、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物および金属酸化物から選ばれる少なくとも一種の溶射被膜を形成してなることを特徴とする溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体に関する。
【００１３】
本発明はまた、窒化アルミニウム焼結体の粗面化処理された表面に形成された酸化処理層上に、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物および金属酸化物から選ばれる少なくとも一種の溶射被膜を形成してなることを特徴とする溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体に関する。
【００１４】
本発明において、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属の溶射被膜とは、例えば、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、ＴａおよびＴｉから選ばれる金属の溶射によって形成される被膜である。
【００１５】
本発明において、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属窒化物の溶射被膜とは、例えば、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴａＮおよびＮｂＮから選ばれる金属窒化物の溶射によって形成される被膜である。
【００１６】
本発明において、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属炭化物の溶射被膜とは、例えば、ＴｉＣ、ＷＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＮｂＣおよびＶＣから選ばれる金属炭化物の溶射によって形成される被膜である。
【００１７】
本発明において、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属ホウ化物の溶射被膜とは、例えば、ＴｉＢｒ２、ＺｒＢ２、ＴａＢ２、ＮｂＢ２、ＣｒＢ、ＭｏＢおよびＷＢから選ばれる金属ホウ化物の溶射によって形成される被膜である。
【００１８】
本発明において、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属ケイ化物の溶射被膜とは、例えば、ＴａＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＭｏＳｉ２およびＷＳｉから選ばれる金属ケイ化物の溶射によって形成される被膜である。
【００１９】
本発明において、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属酸化物の溶射被膜とは、例えば、Ａｌ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３から選ばれる金属酸化物の溶射によって形成される被膜である。
【００２０】
本発明はまた、上記の窒化アルミニウム焼結体上の融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物あるいは金属ケイ化物の溶射被膜上に、更にハンダ付け性と電気伝導性を有する金属の溶射被膜を形成してなることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体に関する。ここで、ハンダ付け性と電気伝導性を有する金属とは、Ｃｕ、Ｃｕ基合金、Ｎｉ、Ｎｉ基合金、Ｃｏ、Ｃｏ基合金、Ｓｎ、Ｓｎ基合金などである。
【００２１】
本発明者の研究によれば、窒化アルミニウム焼結体の表面を酸化して形成された酸化処理層上に溶射被膜を形成すると、溶射被膜の密着力が向上することが発見された。更に、このような酸化処理層を形成するのに先立って、窒化アルミニウム焼結体表面を粗面化処理しておけば、溶射被膜の密着力が更に向上することが見出された。
【００２２】
また、窒化アルミニウム焼結体の表面に形成された酸化処理層に対して、実用的な密着力を有する溶射被膜を形成することができるのは、融点が１８００℃以上で、熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の溶射材料である。従って、この要件を満足する金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物等を溶射材料として用いて、窒化アルミニウム焼結体表面に形成された酸化処理層上に溶射被膜を形成すれば、密着力の優れた電気伝導性の溶射被膜が形成される。さらに、この溶射被膜の上に、より電気伝導性の高い金属の溶射被膜またはメッキ層を形成することができる。
【００２３】
融点が１８００℃以上で、熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物等の溶射被膜をアンダーコートとしてその上に、ハンダ付け性や電気伝導性に優れたＣｕ、Ｃｕ基合金、Ｎｉ、Ｎｉ基合金、Ｃｏ、Ｃｏ基合金、ＳｎまたはＳｎ基合金などの溶射被膜を形成することにより、ハンダ濡れ性に優れたメタライズ層を有する窒化アルミニウム焼結体を容易に得ることができる。
【００２４】
また、溶射材料として、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属酸化物を用いて、窒化アルミニウム焼結体表面に形成された酸化処理層上に溶射被膜を形成すれば、窒化アルミニウム焼結体表面に絶縁性の金属酸化物の層を容易に形成することができる。Ａｌ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３のような腐食性、耐久性に優れた金属酸化物を用いれば、窒化アルミニウム焼結体表面の保護膜ともなるので、腐食性ガスやプラズマに曝される半導体製造装置の部品として有用な窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明において、窒化アルミニウム焼結体の表面に形成された酸化処理層とは、酸化処理によって、窒化アルミニウム焼結体の表面層を０．１〜１０μｍの厚みでＡｌ−Ｏ系の酸化物に変化させてなる層である。酸化処理層の形成方法は特に限定されないが、例えば、大気中または水蒸気中で窒化アルミニウムを１０００〜１５００℃に加熱する方法（例えば特開昭６１−８４０３７号、特開昭６４−２４０８３号）によって形成することができる。同様な酸化処理層が形成されるならば、酸化剤による薬品処理による方法その他の方法によって形成してもよい。
【００２６】
酸化処理層の厚みの望ましい範囲は、０．１〜１０μｍであり、特に望ましくは、窒化アルミニウム焼結体を構成する窒化アルミニウム一次粒子の粒径に近い２〜４μｍである。０．１μｍより薄いと部分的に酸化未処理の部分が発生する可能性があり、また１０μｍを超えると酸化処理層にクラック、割れ、剥離などが発生するおそれがあるので望ましくない。
【００２７】
酸化処理層を形成するに先立って、窒化アルミニウム焼結体の表面に粗面化処理を行っておくと、溶射被膜の密着性がより向上する。粗面化処理の方法としては、ＮａＯＨ溶液による腐食処理、サンドブラスト処理、ダイヤモンド砥石による研磨処理などを用いることができる。
【００２８】
ＮａＯＨ溶液による処理の場合には、窒化アルミニウム一次粒子の粒界を選択的に腐食して窒化アルミニウム焼結体の網目状の溝を形成させるので、その粗さは、表面にある窒化アルミニウム一次粒子の粒径の半分程度すなわち、Ｒａ１〜２μｍ程度がよい。それより粗いと窒化アルミニウム一次粒子の脱落が起きる。また、サンドブラストによる処理またはダイヤモンド砥石による処理の場合には、Ｒａ５μｍより粗くなると窒化アルミニウム焼結体全体の損傷や変形の問題が起きるので望ましくない。
【００２９】
本発明において、窒化アルミニウム焼結体の表面に形成された酸化処理層上に形成される溶射被膜とは、高温高速のガスによる加温、加速によって溶融状態あるいは半溶融状態にした金属またはセラミックス粒子を高速で基材表面に衝突させ、基材表面上において金属またはセラミックス粒子が凝固して密着することにより形成される被膜である。
【００３０】
溶射被膜を形成するために使用する溶射方式には、大気中プラズマ溶射、減圧雰囲気中で行う減圧プラズマ溶射、電気アーク式溶射、爆発溶射、高速フレーム溶射、ガス燃焼式などの溶射方式があり、溶射材料により選択して使用することができるが、大気中プラズマ溶射または減圧プラズマ溶射は、本発明における溶射被膜形成のための材料すべてについて使用可能であるので、最も適している。
【００３１】
【実施例】
［実施例１〜５］
窒化アルミニウム焼結体から研磨成形して作成した厚さ１ｍｍ、形状５５ｍｍ×３８ｍｍ、表面粗さＲａ０．８μｍ（Ｒｚ３．８μｍ）の研磨成形基板を空気中１０００℃で１０時間加熱し、酸化処理を行った。この加熱酸化処理を施した窒化アルミニウム焼結体の基板の切断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、図１に示すように、窒化アルミニウム焼結体研磨成形基板１の表面に、窒化アルミニウムの窒素が酸素に置換して生成した酸化処理層２が形成されていた。酸化処理層２の厚みは３μｍであり、表面粗さはＲａが０．７〜０．８であった。
【００３２】
プラズマ溶射装置（プラクスクエアー社製 Ｍｏｄｅｌ３６００ ４０ＫＷ ＳＧ１００システム）を用いて、窒化アルミニウム研磨成形基板１の片面側の酸化処理層２上に、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉの５種類の金属粉末（粒度１０〜４５μｍ）を大気中でプラズマ溶射して、図２に示すような、溶射被膜３を形成したテストピースを各金属について３枚ずつ作成した。溶射被膜３の膜厚は、表１に示すように３０〜６０μｍとした。なお、溶射用ガスとしては、主ガスにアルゴン、補助ガスにヘリウムを用いた。
【００３３】
次に、上記の各テストピースの溶射被膜３をアンダーコートとして、この上に、上記と同一のプラズマ溶射装置を用いてＣｕ粉（粒度４５〜７４μｍ）を大気中でプラズマ溶射して、図３に示すように、膜厚１１０μｍのＣｕ溶射被膜４をトップコートとして形成した試験片を作成した。
【００３４】
これらの試験片における溶射被膜の基板１への密着強度を、引っ張り試験機（今田製作所製ＳＶ２型）を用いて測定した。図４は引っ張り試験の模式図であり、Ｃｕ溶射被膜４の表面に、１００％Ｓｎハンダ層５を介して、接合面の直径が５ｍｍで、上部棒状部分の直径が２．６ｍｍの引っ張り試験用端子６を２７０℃で接合した。引っ張り試験用端子６は、銅製のピンに銀めっきを施したものである。７は引っ張り試験用端子クランプ部品、８は引っ張り試験用端子チャック治具である。引っ張り試験用端子６を引っ張り速度１ｍｍ／ｍｉｎで上部に引き上げ、窒化アルミニウム焼結面と溶射被膜との接合が剥離したときの引っ張り強度を溶射被膜の密着強度として測定した結果を表１に示した。表１中の密着強度は、３枚の試験片についての平均値である。
【００３５】
［比較例１〜６］
上記実施例と同様にして窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板１の表面に酸化処理層２を形成したが、その上にアンダーコートを形成せずに、Ｃｕ粉を直接にプラズマ溶射したところ、溶射直後に溶射被膜が剥離し、試験片を作成することができなかった。また、窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板１に酸化処理層２を形成しない他は実施例１〜５と同様にして、実施例１〜５でアンダーコートに用いた金属（Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ）をプラズマ溶射したところ、いずれも溶射中に被膜が剥離し、試験片を作成することができなかった。これらの結果を表１に併記した。
【００３６】
［実施例６〜１５］
実施例１〜５と同様にして、窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板１の表面に厚さ３μｍの酸化処理層２を形成した。アンダーコート用の溶射材料として、表２に示す窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物を用いた以外は、実施例１〜５と同様にして、酸化処理層２上に、各溶射材料粉末（粒度１０〜４５μｍ）を大気中でプラズマ溶射して、溶射被膜３を形成したテストピースを各材料について３枚ずつ作成した。溶射被膜３の膜厚は、表２に示すように３０〜７０μｍとした。
【００３７】
次に、上記の各テストピースの溶射被膜３をアンダーコートとして、この上に、実施例１〜５と同様にして、Ｃｕ粉（粒度４５〜７４μｍ）を大気中でプラズマ溶射して、膜厚１１０μｍのＣｕ溶射被膜４をトップコートとして形成した試験片を作成し、実施例１〜５と同様にして、引っ張り試験を行い、密着強度を測定して結果を表２に示した。
【００３８】
［比較例７〜１６］
窒化アルミニウム研磨成形基板１に酸化処理層２を形成しない以外は実施例６〜１５と同様にして、実施例６〜１５と同じ各溶射材料（ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴｉＣ、ＷＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＴｉＢ２ 、ＺｒＢ２ 、ＭｏＢ、ＣｒＢ、ＭｏＳｉ２）をプラズマ溶射したところ、すべて溶射中に被膜が剥離し、試験片を作成することができなかった。これらの結果を表２に併記した。
【００３９】
［実施例１６〜２０］
実施例１〜５で用いたのと同じ窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板の片側表面に、ブラスト材として粒度＃６０のアルミナ質研削材を使用して、圧縮エアー圧力０．４９ＭＰのサンドブラスト処理を施し、粗面化処理を行ったところ、表面粗さはＲａ１．５μｍ（Ｒｚ８μｍ）となった。上記のようにして片側粗面化処理を行った基板に、実施例１〜５と同様にして空気中１０００℃で１０時間の加熱酸化処理を行い、図５に示すように、基板９の表面の上に、厚さ３μｍの酸化処理層１０を形成した。さらに、基板９の粗面化処理された片側表面上の酸化処理層の上に、表３に示す５種類の溶射材料粉末を実施例１〜５と同様にしてプラズマ溶射し、溶射被膜１１を形成したテストピースを各溶射材料について３枚ずつ作成した。溶射被膜１１の厚さは、表３に示すように、４０〜７０μｍとした。
【００４０】
次に、上記テストピースの溶射被膜１１をアンダーコートとして、この上に、実施例１〜５と同様にして、Ｃｕ粉（粒度４５〜７４μｍ）を大気中でプラズマ溶射して、膜厚１１０μｍのＣｕ溶射被膜１２をトップコートとして形成した試験片を作成した。実施例１〜５と同様にして、引っ張り試験を行い、密着強度を測定した結果を表３に示した。
【００４１】
アンダーコートがＭｏの実施例１と実施例１６との比較、アンダーコートがＴｉＮの実施例６と実施例１７との比較、アンダーコートがＴｉＣの実施例８と実施例１９との比較、アンダーコートがＺｒＢ２の実施例１２と実施例１８との比較、アンダーコートがＭｏＳｉ２の実施例１５と実施例２０との比較から、酸化処理層形成前に窒化アルミニウム焼結体基板表面を粗面化処理しておくことにより、溶射被膜の密着強度が３〜５ＭＰａ程度向上することが判る。
【００４２】
［比較例１７〜２１］
粗面化処理を行った窒化アルミニウム研磨成形基板９に、酸化処理層１０を形成しない以外は実施例１６〜２０と同様にして、実施例１６〜２０と同じ各溶射材料をプラズマ溶射してアンダーコートを形成し、その上にＣｕ粉を溶射してＣｕトップコートを形成したところ、溶射被膜は形成されたが、溶射後の放置冷却時に被膜は基板表面から浮き上がり剥離した。これらの結果を表３に併記した。
【００４３】
［実施例２１、２２］
実施例１〜５と同様にして、窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板の表面に厚さ３μｍの酸化処理層を形成した。実施例１〜５におけるアンダーコート用の溶射材料の代わりにＡｌ２Ｏ３またはＹ２Ｏ３を用いた以外は、実施例１〜５と同様にして、酸化処理層２上に、これらの各溶射材料粉末（粒度１０〜４５μ）を大気中でプラズマ溶射して、溶射被膜を形成したテストピースを作成した。溶射被膜の膜厚はいずれも１５０μｍとした。
【００４４】
これらのテストピースについて、Ｃｕトップコートは形成せずに、図４に示した引っ張り試験における１００％Ｓｎハンダ５の代わりにエポキシ樹脂を用いた以外は、実施例１〜５と同様にして引っ張り試験を行い、密着強度を測定した結果を表４に示した。また、これらのテストピースを２００℃で１時間加熱した後、直ちに常温の水道水中に投入する熱衝撃試験を５サイクル実施した結果、いずれのテストピースの溶射被膜も剥離、クラック、欠け等の発生がなく、溶射被膜に変化が見られなかった。
【００４５】
［比較例２２、２３］
酸化処理層を形成しない以外は、実施例２１、２２と同様にして、窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板の表面に、Ａｌ２Ｏ３またはＹ２Ｏ３の溶射被膜を形成したところ、溶射被膜は、溶射終了後の放置冷却中に基板表面から浮き上がり剥離した。これらの結果を、表４に併記した。
【００４６】
［実施例２３、２４］
実施例１６〜２０と同様にして、片側表面が粗面化処理された窒化アルミニウム焼結体成形基板表面の上に、厚さ３μｍの酸化処理層を形成した。さらに、基板の粗面化処理された片側表面上の酸化処理層の上に、実施例１６〜２０のアンダーコート溶射材料粉末の代わりにＡｌ２Ｏ３またはＹ２Ｏ３の溶射被膜を形成した試験片を作成した。溶射被膜の膜厚はいずれも１５０μｍとした。実施例２１、２２と同様にして、試験片の引っ張り試験を行い、密着強度を測定した結果を表５に示した。
【００４７】
［比較例２４、２５］
酸化処理層２を形成しない以外は、実施例２３、２４と同様にして、窒化アルミニウム焼結体の研磨成形基板の粗面化処理された側の表面に、Ａｌ２Ｏ３、またはＹ２Ｏ３の溶射被膜を形成したところ、溶射被膜は、溶射終了後の放置冷却中に基板表面から浮き上がり剥離した。結果を表５に併記した。
【００４８】
表４の実施例２１、２２と表５の実施例２３、２４との比較により、窒化アルミニウム焼結体基板表面が、酸化処理層の形成前に粗面化処理されていると、密着強度が３ＭＰａ程度向上することがわかる。
【００４９】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【発明の効果】
本発明によれば、金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物あるいは金属酸化物からなり密着強度の優れた溶射被膜が形成されてなる窒化アルミニウム焼結体が容易に得られるので、半導体素子基板、電子回路基板、ヒートシンク等として或いは半導体製造装置内で用いる部材として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化処理層を形成した窒化アルミニウム焼結体基板の説明図
【図２】酸化処理層上にアンダーコート溶射被膜を形成した窒化アルミニウム焼結体基板の説明図
【図３】酸化処理層上にアンダーコート溶射被膜とトップコートＣｕ溶射被膜を形成した窒化アルミニウム焼結体基板の説明図
【図４】引っ張り試験の模式図
【図５】粗面化処理された表面上の酸化処理層の上にアンダーコート溶射被膜とトップコートＣｕ溶射被膜を形成した窒化アルミニウム焼結体基板の説明図
【符号の説明】
１・・・窒化アルミニウム焼結体研磨成形基板
２・・・酸化処理層
３・・・アンダーコート溶射被膜
４・・・トップコートＣｕ溶射被膜
５・・・Ｓｎハンダ層
６・・・引っ張り試験用端子
７・・・引っ張り試験用端子クランプ部材
８・・・引っ張り試験用端子チャック治具
９・・・片側表面を粗面化処理した窒化アルミニウム焼結体研磨成形基板
１０・・・酸化処理層
１１・・・アンダーコート溶射被膜
１２・・・トップコートＣｕ溶射被膜
Claims (9)
- 窒化アルミニウム焼結体の表面に形成された酸化処理層上に、融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属ケイ化物および金属酸化物から選ばれる少なくとも一種の溶射被膜を形成してなることを特徴とする溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体。
- 酸化処理層が、窒化アルミニウム焼結体の粗面化処理された表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体。
- 融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属が、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、ＴａおよびＴｉから選ばれる一種である請求項１または２に記載の溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体。
- 融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属窒化物が、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴａＮおよびＮｂＮから選ばれる一種である請求項１または２に記載の溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体。
- 融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属炭化物が、ＴｉＣ、ＷＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＮｂＣおよびＶＣから選ばれる一種である請求項１または２に記載の溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体。
- 融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属ホウ化物が、ＴｉＢｒ２、ＺｒＢ２、ＴａＢ２、ＮｂＢ２、ＣｒＢ、ＭｏＢおよびＷＢから選ばれる一種である請求項１または２に記載の溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体。
- 融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属ケイ化物が、ＴａＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＭｏＳｉ２およびＷＳｉから選ばれる一種である請求項１または２に記載の溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体。
- 融点１８００℃以上且つ熱膨張係数が１０×１０−６［１／℃］以下の金属酸化物が、Ａｌ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３から選ばれる一種である請求項１または２に記載の溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体。
- 請求項３〜７のいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の溶射被膜上に、ハンダ付け性と電気伝導性を有する金属の溶射被膜を形成してなることを特徴とする溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体。
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