JPH03252382A - 窒化アルミニウム基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高熱伝導性を有する半導体基板、ヒートシン
ク等に使用される窒化アルミニウム基板およびその製造
方法に関するものである。

［従来の技術］ 近年ＬＳＩの高密度、高集積化に伴い熱伝導性の高い絶
縁性基板材料が要求されている。従来、絶縁性基板材料
としては、酸化アルミニウム焼結体が最も多く使用され
ている。しかし、酸化アルミニウムは熱伝導率が、約２
０Ｗ／ｍ４と低く、熱膨張率がＬＳＩ等を形成するシリ
コンに比べ大きいため接合がうまくできない等の問題が
あった。そこで、熱伝導性に優れ、熱膨張率がシリコン
に近い窒化アルミニウム（Ａ　Ｉ　Ｎ）焼結体が注目さ
れてきている。窒化アルミニウム焼結体は、機械的強度
も比較的高く、かつ誘電率も小さいなどの電気特性にも
優れている。しかしながら、窒化アルミニウムは共有結
合性が強いため焼結性が悪く、高温での焼結が必要であ
った。

これに対し、近年になって種々の焼結助剤の添加により
、焼結性のよい粉末を用いた窒化アルミニウム焼結体が
得られるようになってきた。

また、窒化アルミニウム焼結体に半導体等を実装する場
合、窒化アルミニウムは金属との接合性が悪いため、予
め窒化アルミニウム焼結体表面に、イオンブレーティン
グやスパッタリングなどによる金属薄膜を生成する方法
がとられている。

また、より接合強度を高めるため、特開昭６２−１８２
１８３号公報等には窒化アルミニウムの表面に酸化アル
ミニウム層を形成し、その上にＴｉ−Ｍｏ−Ｎｉ、Ｔｉ
−Ｍｏ−Ａｕ等のメタライズを行なうこと方法も開示さ
れている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のスパッタリングやイオンブレーティングにより生
成した薄膜は、そのままでは窒化アルミニウム焼結体へ
の接着強度が弱いという問題点がある。

また、イオンブレーティングやスパッタリングにより生
成したＴｉおよびＮｉ膜は、その結晶が、柱状に成長し
ており、結晶間に間隙が存在する。このためこの膜にメ
ツキ処理を施すと、メツキ液が浸透し膜が剥がれてしま
うという問題もあった。

また、窒化アルミニウムの表面に酸化アルミニウム層を
形成することは、窒化アルミニウムと酸化アルミニウム
の熱膨張率の違いから、これらの界面の強度が弱く、メ
タライズ膜の剥離の原因になっていた。

本発明の目的は、酸化アルミニウム膜を特に形成しなく
ても、強固なメタライズ層を有する窒化アルミニウム基
板およびその製造方法を提供することである。

［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表面上にＮ１３Ｔｉ
からなるＴｉ−Ｎｉ反応層およびＮｉ層が積層されてな
る窒化アルミニウム基板である。

本発明の窒化アルミニウム基板は窒化アルミニウム焼結
体表面にＴｉ、　Ｎｉの順で薄膜を形成した後、減圧雰
囲気下で加熱する熱処理を行ない、Ｔｉ薄膜とＮｉ薄膜
を反応させ、Ｎｉ３Ｔｉ層およびＮｉ層を形成すること
により得ることができる。

本発明において、減圧雰囲気での熱処理は、金属薄膜と
窒化アルミニウム焼結体の接着強度を向上させることに
寄与する。

また、窒化アルミニウム焼結体の表面は、表面粗さが０
．５〜５μｍが良く、特に２〜５μＩが望ましい。

表面粗さが０．５μｍより小さいと金属薄膜の窒化アル
ミニウム焼結体へのアンカー効果が弱くなり。

５μｍより大きくなると金属薄膜が均一に付かなくなる
。

また、ＴｉおよびＮｉ薄膜は窒化アルミニウム焼結体表
面にイオンブレーティングまたはスパッタリングにより
Ｔｉ、　Ｎｉの順にそれぞれ２５００〜６０００Å，１
００００〜３００００人の厚さで成膜することができる
。

この時ＴｉとＮｉの膜厚の比（Ｎｉ／Ｔｉ）は、４以上
が望ましい。（Ｎｉ／Ｔｉ）が４より小さいと熱処理後
メタライズ膜表面にＮｉ膜がなくなり、この膜上へのメ
ツキ、ハンダ付けがうまく行かなくなる。

ＴｉおよびＮｉを製膜した窒化アルミニウム焼結体を真
空中において熱処理するが、金属薄膜を希望の形状にし
たいときは、熱処理の前にパターンニングしてもよい。

熱処理雰囲気はｌ　Ｘ　１０−’　ｔｏｒｒ以下が望ま
し５ｓ。

圧力がＩ　Ｘ　１０−’　ｔｏｒｒより大きくなると金
属薄膜表面が酸化するため金属薄膜上へのハンダ付け、
メツキ等がうまく行かなくなる。

また熱処理温度は４５０〜８００℃が良＜５００〜７０
０℃が望ましい。４５０℃未満では、熱処理によりＡｌ
Ｎと金Ｆ４薄膜の充分な接着強度が得られず、８００℃
より高い温度では、金属薄膜表面が酸化する恐れがある
。更に、熱処理時間は、３０〜１２０分が良く、４５〜
７５分が望ましい。熱処理時間が３０分未満の場合、充
分な熱処理が行えず、１２０分より長い時間は意味が無
い。

生成したＴｉおよびＮｉ膜は、その結晶が、柱状に成長
しており、結晶間に間隙が存在するが、ＴｉとＮｉを反
応させることによってＮｉ　ｓＴｉの緻密な膜が生成し
、メツキ液の浸透を防止することができる。

また、熱処理期間に窒化アルミニウムとＴｉが反応し、
窒化アルミニウムと金属膜の間にＴｉＮが生成すること
により、窒化アルミニウムと金属薄膜の接着強度が上昇
する。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明は以下の実施例に限定されるものではない。

表面粗さ３μｍの窒化アルミニウム板に、Ｔｉ及びＮｉ
膜を生成し、これを５×１０−“ｔｏｒｒの圧力で熱処
理を行い、窒化アルミニウムと金属簿膜の接着強度を測
定し、第１表に示す結果を得た。

第１図は、ＴｉおよびＮｉをスパッタリングにより生成
し、これを５　Ｘ　１０””　ｔｏｒｒの圧力下、６０
０℃で６０分熱処理した時の窒化アルミニウム基板断面
の結晶構造を示したものであり、第２図は第１図に対応
する元素濃度分布を示したものである。

第１図において、化合物組成については、ｘ３回折によ
り測定した。

窒化アルミニウム焼結体表面に、Ｎｉ　ｓＴｉが生成し
ており、金属薄膜内にアルミニウムおよび窒素が拡散し
ていることがわかる。

比較例として、窒化アルミニウム焼結体表面の粗さを、
０．２μｍにした場合、およびＴｉ、　Ｎｉをイオ−１
，Ｐはイオンブレーティング、　ｓ、ｐはスパッタリン
グを示す。

ンブレーテイングあるいはスパッタリングしただけの場
合の膜の接着強度を示したが、本発明の場合より接着強
度が低いことがわかる。

［発明の効果］ 本発明によれば、窒化アルミニウム表面に強固な金属薄
膜を生成した窒化アルミニウム基板を得ることができる
ため、優れた半導体基板およびヒートシンクを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の窒化アルミニウム基板断面
の結晶構造を示した図、第２図は第１図に対応する元素
濃度分布を示した図である。 １．５ηｍ ＋−刊

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化アルミニウム焼結体表面上にＮｉ＿３Ｔｉか
   らなるＴｉ−Ｎｉ反応層およびＮｉ層が積層されてなる
   窒化アルミニウム基板。
2. （２）窒化アルミニウム焼結体表面にＴｉ、Ｎｉの順で
   薄膜を形成した後、減圧雰囲気下で加熱する熱処理を行
   ない、Ｔｉ薄膜とＮｉ薄膜を反応させ、Ｎｉ＿３Ｔｉ層
   およびＮｉ層を形成することを特徴とする窒化アルミニ
   ウムの製造方法。
3. （３）ＴｉおよびＮｉの薄膜をそれぞれ２５００〜６０
   ００Å，１００００〜３００００Åの厚さに形成するこ
   とを特徴とする請求項２に記載の窒化アルミニウムの製
   造方法。
4. （４）熱処理は１×１０＾−＾５ｔｏｒｒ以下の圧力下
   で、４５０〜８００℃で３０〜１２０分の条件で行なう
   ことを特徴とする窒化アルミニウム基板の製造方法。