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JPH03211046A - Setter for baking aluminum nitride ceramics - Google Patents

Setter for baking aluminum nitride ceramics

Info

Publication number
JPH03211046A
JPH03211046A JP678490A JP678490A JPH03211046A JP H03211046 A JPH03211046 A JP H03211046A JP 678490 A JP678490 A JP 678490A JP 678490 A JP678490 A JP 678490A JP H03211046 A JPH03211046 A JP H03211046A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum nitride
setter
base material
nitride ceramics
carbon base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP678490A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Kajita
進 梶田
Noboru Hashimoto
登 橋本
Koji Sawada
康志 沢田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP678490A priority Critical patent/JPH03211046A/en
Publication of JPH03211046A publication Critical patent/JPH03211046A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To eliminate the possibility of the diffusion of impurity and to repeatedly use a setter without generating creep at high temp. by coating a carbon base material with aluminum nitride or boron nitride due to the synthesis from a gaseous phase. CONSTITUTION:As the base material of a setter, an inexpensive carbon base material generating no high temp. creep is used. Then, by coating the surface of the carbon base material with aluminum nitride or boron nitride due to the synthesis from a gaseous phase by a CVD process, the setter for baking aluminum nitride ceramics can be obtained. Since the carbon base material almost generates no high temp. creep, the repeated use life of the setter can be extended in the baking of aluminum nitride ceramics and, since aluminum nitride or boron nitride covering the carbon base material is stable at high temp., there is no possibility such that the setter is bonded to aluminum nitride ceramics or oxidized at the time of the baking of aluminum nitride ceramics.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は、窒化アルミニウムセラミックスを焼成する際
に用いられるセッターに関するものである。
The present invention relates to a setter used when firing aluminum nitride ceramics.

【従来の技術】[Conventional technology]

近年、IC等に代表される半導体素子の高集積化や大電
力化が進むに伴って、放熱性の良い電気絶縁性材料が要
求されるようになっており、これに応えて各種の高熱伝
導性基板が提案されている。 これらのなかでも特に窒化アルミニウムセラミックス基
板が、熱伝導性、熱膨張性、電気絶縁性等の点に優れて
いるということから実用化が進んでいる。 そして窒化アルミニウムセラミックス基板を焼成する際
に焼成物を保持するためのセッターが用いられるが、こ
のセッターとしては酸化アルミニウム(A1203)で
作成されたものが一般的である。 しかし、窒化アルミニウムセラミックス(AIN)は焼
結しにくいためにY 20 、やCaO等の焼結助剤を
必要とし、また焼結温度も1800℃以上の高温を要す
る。このために、上記酸化アルミニウムのセッターは窒
化アルミニウムセラミックスに反応して酸化及び付着が
発生し、また高温によるクリープが発生し易くて繰り返
し使用することができず、使用に適さない。そこで、こ
れらに対する特性に優れた窒化ホウ素(BN)で作成さ
れたセッターが、窒化アルミニウムセラミックス焼成用
のセッターとして使用されている。
In recent years, as semiconductor devices such as ICs have become more highly integrated and have more power, electrically insulating materials with good heat dissipation properties have become required. sexual substrates have been proposed. Among these, aluminum nitride ceramic substrates in particular are being put into practical use because they are excellent in terms of thermal conductivity, thermal expansion, electrical insulation, and the like. When firing an aluminum nitride ceramic substrate, a setter is used to hold the fired product, and this setter is generally made of aluminum oxide (A1203). However, aluminum nitride ceramics (AIN) is difficult to sinter and requires a sintering aid such as Y 20 or CaO, and also requires a high sintering temperature of 1800° C. or higher. For this reason, the aluminum oxide setter is not suitable for use because it reacts with aluminum nitride ceramics to cause oxidation and adhesion, and also tends to cause creep due to high temperatures, making it impossible to use repeatedly. Therefore, a setter made of boron nitride (BN), which has excellent properties against these, is used as a setter for firing aluminum nitride ceramics.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

しかし、窒化ホウ素のセッターは窒化ホウ素を焼結する
ことによって作成されるのであるが、その原料となる窒
化ホウ素粉が高価であると共に、また難焼結性のために
B2O3やCaO等の焼結助剤を添加したりホットプレ
ス等の焼成方法が必要とされたりする等の理由によって
も高価格となるという問題があり、また窒化ホウ素以外
の不純物の含有が避けられず、この不純物が窒化アルミ
ニウムセラミックスを焼成する際に窒化アルミニウムセ
ラミックス中へ拡散を起こし、その結果窒化アルミニウ
ムセラミックス基板に焼けむらや反りが発生したりする
という問題も生じるものであった。 本発明は上記の点に霞みて為されたものであり、安価で
あると共に、窒化アルミニウムセラミックスを酸化させ
たり窒化アルミニウムセラミックスに付着したり、さら
に窒化アルミニウムセラミックスに不純物が拡散したり
するおそれがなく、加えて高温でクリープを起こさず繰
り返し使用の寿3− 命が長い窒化アルミニウムセラミックス焼成用セッター
を提供することを目的とするものである。
However, boron nitride setters are made by sintering boron nitride, but the raw material, boron nitride powder, is expensive and difficult to sinter, so sintering of B2O3, CaO, etc. There is also the problem of high prices due to the addition of auxiliary agents and the need for firing methods such as hot pressing, and the inclusion of impurities other than boron nitride is unavoidable. When firing the ceramic, diffusion occurs into the aluminum nitride ceramic, resulting in problems such as uneven firing and warping of the aluminum nitride ceramic substrate. The present invention has been made in view of the above points, and is inexpensive, and there is no risk of oxidizing aluminum nitride ceramics, adhering to aluminum nitride ceramics, or diffusing impurities into aluminum nitride ceramics. In addition, it is an object of the present invention to provide a setter for firing aluminum nitride ceramics that does not cause creep at high temperatures and can be used repeatedly and has a long life.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本発明に係る窒化アルミニウムセラミックス焼成用セッ
ターは、炭素基材上に気相からの合成による窒化アルミ
ニウムあるいは窒化ホウ素を被覆して成ることを特徴と
するものである。 以下、本発明の詳細な説明する。 本発明においてはセッターの母材として安価で且つ高温
クリープを起こさない炭素基材を用いる。 そしてこの炭素基材の表面にCVD(化学蒸着;Che
++1cal Vapor Deposition)法
で、気相からの合成による窒化アルミニウム(AIN)
あるいは窒化ホウ素(BN)を被覆することによって、
窒化アルミニウムセラミックス焼成用セッターを得るこ
とができる。 窒化アルミニウムを被覆する場合のCVD法の原料とし
ては、Al源にAlC1,、ANBr3等のハロゲン化
アルミニウムや(CH3)3A1()リエチルアルミニ
ウム)等の有機金属などを、N源に主に4 NH3を、それぞれ用いることがで終る。CVD法で炭
素基材の表面に窒化アルミニウムを生成させて被覆させ
るにあたって、反応温度は800℃以上が望ましく、こ
れ以下の温度では窒化アルミニウムの結晶化度が低くな
って水分や酸素に対して不安定になるおそれがある。 また窒化ホウ素を被覆する場合のCVD法の原料として
は、B源にBCム等のハロゲン化ホウ素やジボラン(B
2H6)などを、N源に主にNH,を、それぞれ用いる
ことができる。CVD法で炭素基材の表面に窒化ホウ素
を生成させて被覆させるにあたって、反応温度は180
0℃以上が望ましく、これ以下の温度では結晶化度が低
くなって水分や酸素に対して不安定になる窒化ホウ素が
生成されるおそれがある。 上記のようにして炭素基材の表面を窒化アルミニウムや
窒化ホウ素で被覆してセッターを作成するにあたって、
窒化アルミニウムセラミックスを焼成する際に窒化アル
ミニウムセラミックスと接触する面だけでなく、炭素基
材の全表面を窒化アルミニウムや窒化ホウ素で覆うよう
にするのが望ましい。炭素基材の表面の一部が窒化アル
ミニウムや窒化ホウ素で覆われていず露出していると、
窒化アルミニウムセラミックスを焼成する際の酸化によ
るセッターの早期劣化や、窒化アルミニウムセラミック
スへの気相を通じての炭素の拡散の原因になるおそれが
ある。
The setter for firing aluminum nitride ceramics according to the present invention is characterized in that a carbon base material is coated with aluminum nitride or boron nitride synthesized from a gas phase. The present invention will be explained in detail below. In the present invention, a carbon base material that is inexpensive and does not cause high temperature creep is used as the base material of the setter. Then, CVD (Chemical Vapor Deposition; Che
Aluminum nitride (AIN) synthesized from the gas phase using the ++1cal Vapor Deposition method
Or by coating with boron nitride (BN),
A setter for firing aluminum nitride ceramics can be obtained. The raw materials for the CVD method when coating aluminum nitride include aluminum halides such as AlC1, ANBr3, and organic metals such as (CH3)3A1 () ethylaluminum) as the Al source, and mainly 4 as the N source. NH3, respectively. When producing and coating aluminum nitride on the surface of a carbon substrate using the CVD method, the reaction temperature is preferably 800°C or higher; at temperatures below this, the crystallinity of aluminum nitride decreases and it becomes resistant to moisture and oxygen. There is a risk of stability. In addition, as raw materials for the CVD method when coating boron nitride, boron halides such as BC aluminum and diborane (B
2H6) etc., and NH, can be mainly used as the N source. When producing and coating boron nitride on the surface of a carbon substrate using the CVD method, the reaction temperature is 180℃.
The temperature is preferably 0° C. or higher; if the temperature is lower than this, there is a risk that boron nitride, which has a low crystallinity and is unstable to moisture and oxygen, may be produced. When creating a setter by coating the surface of the carbon base material with aluminum nitride or boron nitride as described above,
When firing the aluminum nitride ceramics, it is desirable to cover the entire surface of the carbon base material with aluminum nitride or boron nitride, not just the surface that comes into contact with the aluminum nitride ceramics. If part of the surface of the carbon base material is not covered with aluminum nitride or boron nitride and is exposed,
This may cause early deterioration of the setter due to oxidation during firing of the aluminum nitride ceramics or diffusion of carbon into the aluminum nitride ceramics through the gas phase.

【作用】[Effect]

上記のようにして得られる窒化アルミニウム焼成用セッ
ターは、安価な炭素基材を母材とし、しかも炭素基材の
表面に被覆される窒化アルミニウムや窒化ホウ素は薄膜
状に形成されるために、安価に作成することができる。 この炭素基材はほとんど高温クリープを起こすことがな
いために、窒化アルミニウムセラミックスの焼成にセッ
ターを繰り返し使用する寿命を長くすることができ、ま
た炭素基材を被覆する窒化アルミニウムや窒化ホウ素は
高温で安定であるために、窒化アルミニウムセラミック
スを焼成する際に窒化アルミニウムセラミックスにセッ
ターが付着したり酸化したりするようなおそれはない。 しかも炭素基材の表面に被覆される窒化アルミニウムや
窒化ホウ素は気相からの合成によって形成されているた
めに、焼結助剤を含まない非常に高純度のものとして得
られるものであり、従って窒化アルミニウムセラミック
スを焼成する際に窒化アルミニウムセラミックスに不純
物が拡散されるようなおそれがなく、窒化アルミニウム
セラミックスの基板に焼けむらや反りなどが発生するこ
とを防ぐことができる。
The aluminum nitride firing setter obtained as described above uses an inexpensive carbon base material as a base material, and the aluminum nitride and boron nitride coated on the surface of the carbon base material are formed in a thin film, so it is inexpensive. can be created. This carbon base material hardly causes high-temperature creep, so the life of the setter that can be repeatedly used for firing aluminum nitride ceramics can be extended, and the aluminum nitride and boron nitride coating the carbon base material can be used at high temperatures. Since it is stable, there is no fear that the setter will adhere to or oxidize the aluminum nitride ceramics when the aluminum nitride ceramics are fired. Moreover, since the aluminum nitride and boron nitride coated on the surface of the carbon base material are formed by synthesis from the gas phase, they can be obtained as extremely pure products that do not contain sintering aids. There is no fear that impurities will be diffused into the aluminum nitride ceramics when the aluminum nitride ceramics are fired, and it is possible to prevent uneven firing or warping of the aluminum nitride ceramics substrate.

【実施例】【Example】

次に、本発明を実施例によって説明する。 K1性1 原料としてAI源にA1.C13を、N源にNH3,f
スを用い、減圧熱CVD法により、セッターの形状に加
工した炭素基材の表面に窒化アルミニウム被膜を被覆し
た。A IC1,は金属AIを入れた容器を250℃に
加熱し、HC1tjスとキャリアガスのH2ガスを導入
して反応させることによって得た。またCVD法による
反応は、反応温度が1000°01反応管内圧力がIT
orr、反応時間が17 時間の条件でおこなわせた。このようにして得られたセ
ッターの窒化アルミニウム被膜の厚みを膜断面のSEM
観察(電子顕微鏡観察)により測定し、また窒化アルミ
ニウム被膜の不純物濃度をICP発光分光分析により測
定した。その結果、窒化アルミニウム被膜の厚みは50
μmであり、金属不純物量は10ppm以下であった。 衷11」ユ CVD法の反応時間を2時間に設定するようにした他は
、実施例1と同様にして炭素基材の表面に窒化アルミニ
ウム被膜を被覆させてセッターを得た。このセッターの
窒化アルミニウム被膜の厚みは100μmであり、金属
不純物量は10ppm以下であった。 犬」「医」− 原料としてB源にBCl23Nスを、N源にNH3〃ス
を用い、それぞれのキャリアがスとしてH2〃スを用い
、減圧熱CVD法により、セッターの形状に加工した炭
素基材の表面に窒化ホウ素被膜を被覆した。、CVD法
による反応は、反応温度が8− 1900℃、反応管内圧力がITorr、反応時間が2
時間の条件でおこなわせた。このようにして得られたセ
ッターの窒化ホウ素被膜の厚みは1゜08mであり、金
属不純物量は10ppm以下であった。 来1」[( CVD法の反応時間を0.5時間に設定するようにした
他は、実施例3と同様にして炭素基材の表面に窒化ホウ
素被膜を被覆させてセッターを得た。このセッターの窒
化ホウ素被膜の厚みは30μmであり、金属不純物量は
10ppm以下であった。 上記の実施例1,2で得た窒化アルミニウムを被覆した
セッター、実施例3.4で得た窒化ホウ素を被覆したセ
ッターをそれぞれ用い、窒化アルミニウムセラミックス
基板の焼成をおこなった。 その結果、いずれのセッターも窒化アルミニウムセラミ
ックス基板と反応して付着が生じることがなく、窒化ア
ルミニウムセラミックス基板に焼けむら、反り、不純物
混入、酸化などは見られなかった。また各センターを窒
化アルミニウムセラミックスの焼成に30回繰り返して
使用しても、高温クリープによるセッターの反りや、窒
化アルミニウム被膜や窒化ホウ素被膜に剥がれが生じた
りクラックが生じたりすることはなかった。 【発明の効果] 上述のように本発明に係るセッターは、炭素基村上に気
相からの合成による窒化アルミニウムあるいは窒化ホウ
素を被覆したものであり、安価な炭素基材を母材とし、
しかも炭素基材の表面に被覆される窒化アルミニウムや
窒化ホウ素は薄膜状に形成されるために、安価に作成す
ることができると共に、この炭素基材はほとんど高温ク
リープを起こすことがないために、窒化アルミニウムセ
ラミックスの焼成に繰り返し使用する寿命を長くするこ
とができるものである。また炭素基材を被覆する窒化ア
ルミニウムや窒化ホウ素は高温で安定であるために、窒
化アルミニウムセラミックスを焼成する際に窒化アルミ
ニウムセラミックスにセッターが付着したり酸化したり
するようなおそれはなく、しかもこれら窒化アルミニウ
ムや窒化ホウ素は気相からの合成によって形成されてい
るために、焼結助剤を含まない非常に高純度のものとし
て得られるものであり、窒化アルミニウムセラミックス
を焼成する際に窒化アルミニツムセラミックスに不純物
が拡散されるようなおそれがなく、窒化アルミニウムセ
ラミックスの基板に焼けむらや反りなどが発生すること
を防ぐことができるものである。
Next, the present invention will be explained by examples. K1 property 1 Add A1 to the AI source as a raw material. C13, NH3,f as N source
An aluminum nitride film was coated on the surface of a carbon base material processed into the shape of a setter by a low-pressure thermal CVD method using a vacuum cleaner. A IC1, was obtained by heating a container containing metal AI to 250° C., introducing HC1tj gas and H2 gas as a carrier gas, and causing a reaction. In addition, in the reaction by CVD method, the reaction temperature is 1000°01 and the pressure inside the reaction tube is IT.
The reaction time was 17 hours. The thickness of the aluminum nitride film of the setter obtained in this way was measured by SEM of the cross section of the film.
It was measured by observation (electron microscopy), and the impurity concentration of the aluminum nitride film was measured by ICP emission spectrometry. As a result, the thickness of the aluminum nitride film was 50
μm, and the amount of metal impurities was 10 ppm or less. A setter was obtained by coating the surface of a carbon substrate with an aluminum nitride film in the same manner as in Example 1, except that the reaction time of the CVD method was set to 2 hours. The thickness of the aluminum nitride film of this setter was 100 μm, and the amount of metal impurities was 10 ppm or less. "Dog" and "Medicine" - As raw materials, BCl23N gas is used as the B source, NH3 gas is used as the N source, and H2 gas is used as the carrier for each of the carbon groups processed into the shape of a setter by the low pressure thermal CVD method. The surface of the material was coated with a boron nitride film. In the reaction by CVD method, the reaction temperature is 8-1900℃, the pressure inside the reaction tube is ITorr, and the reaction time is 2.
This was done under time constraints. The thickness of the boron nitride coating on the setter thus obtained was 1.08 m, and the amount of metal impurities was 10 ppm or less. A setter was obtained by coating the surface of the carbon substrate with a boron nitride film in the same manner as in Example 3, except that the reaction time of the CVD method was set to 0.5 hours. The thickness of the boron nitride coating on the setter was 30 μm, and the amount of metal impurities was 10 ppm or less. Using each coated setter, aluminum nitride ceramic substrates were fired.As a result, none of the setters reacted with the aluminum nitride ceramic substrate to cause any adhesion, and there was no uneven burning, warping, or impurities on the aluminum nitride ceramic substrate. No contamination or oxidation was observed.Also, even when each center was used repeatedly for firing aluminum nitride ceramics 30 times, the setter warped due to high-temperature creep, and the aluminum nitride coating and boron nitride coating did not peel or crack. [Effects of the Invention] As mentioned above, the setter according to the present invention coats the carbon base layer with aluminum nitride or boron nitride synthesized from the gas phase, and uses inexpensive carbon. The base material is the base material,
Moreover, since the aluminum nitride and boron nitride coated on the surface of the carbon base material are formed in the form of a thin film, they can be produced at low cost, and since this carbon base material hardly causes high temperature creep, It is possible to extend the life of repeated use in firing aluminum nitride ceramics. Furthermore, since the aluminum nitride and boron nitride that coat the carbon base material are stable at high temperatures, there is no fear that setters will adhere to or oxidize the aluminum nitride ceramics when the aluminum nitride ceramics are fired. Since aluminum and boron nitride are synthesized from the gas phase, they are obtained as extremely high purity products that do not contain sintering aids, and when aluminum nitride ceramics are fired, aluminum nitride ceramics There is no fear that impurities will be diffused into the aluminum nitride ceramic substrate, and uneven heating or warping can be prevented from occurring in the aluminum nitride ceramic substrate.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)炭素基材上に気相からの合成による窒化アルミニ
ウムを被覆して成ることを特徴とする窒化アルミニウム
セラミックス焼成用セッター。
(1) A setter for firing aluminum nitride ceramics, characterized in that a carbon base material is coated with aluminum nitride synthesized from a gas phase.
(2)炭素基材上に気相からの合成による窒化ホウ素を
被覆して成ることを特徴とする窒化アルミニウムセラミ
ックス焼成用セッター。
(2) A setter for firing aluminum nitride ceramics, characterized in that a carbon base material is coated with boron nitride synthesized from a gas phase.
JP678490A 1990-01-16 1990-01-16 Setter for baking aluminum nitride ceramics Pending JPH03211046A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP678490A JPH03211046A (en) 1990-01-16 1990-01-16 Setter for baking aluminum nitride ceramics

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5932043A (en) * 1997-03-18 1999-08-03 International Business Machines Corporation Method for flat firing aluminum nitride/tungsten electronic modules

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5932043A (en) * 1997-03-18 1999-08-03 International Business Machines Corporation Method for flat firing aluminum nitride/tungsten electronic modules

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