JPS6247152A - 半導体装置用基板の製造方法 - 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、半導体装置用基板の製造法、特に半導体素子
の発生する熱を効率よく放熱でき、しかも高い電気絶縁
性を有する半導体素子搭載用基板の製造方法に関するも
のである。

従来の技術 半導体装置、これらを利用する装置、機器では、半導体
素子、抵抗器類、コイル類等における発熱のために複雑
な熱系を構成するが、このような熱は各種熱伝導様式、
例えば熱伝導、熱輻射、対流等により装置外に放出され
ることになる。

一般に、半導体素子には特性−Ｌ並びに信頼性の点から
最大限許される温度（最高許容温度）があり、また、雑
音余裕の点からも素子内あるいは素子相互間の温度差に
も許容範囲が存在する。

従って、これら素子等を安定かつ信頼性よく動作させる
べく、最良の熱設計を行うことは、″ｌｔ−導体装置等
の設計、製作において極めて重要である。

更に、近年、半導体素子の高速化、高密度化、大型化の
動向がみられ、それに伴い半導体素子の発熱量の増大が
大きな問題となっている。そこで、半導体装置用基板に
ついても、放熱性の改良、即ち基板全体としての板厚方
向の熱伝導性のより一層の改良が要求されている。その
ために、半導体装置用基板については、同時に高い電気
絶縁性と、高い放熱性とを有することが要求されること
になる。

しかるに、従来使用されていた半導体装置用基板は、い
ずれも前記２つの特性を同時に満足し得るものではなか
った。例えば、安定な電気絶縁性をｈするという理由か
らＡ１□０３．２Ｍｇ０−Ｓ＋Ｏａ等の焼結セラミック
スが広く利用されているが、このようなセラミックスは
絶縁性においては満足できるものの、熱伝導性に劣り、
放熱性の要求を満足するものではなかった。また、一部
においては、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ等の高熱伝導性金属材料が
半導体装置用基板として使用されている。しかしながら
、これら金属材料は本来導電性材料であるために、電気
絶縁性において問題であり、半導体装置の設計・使用−
し、大きな制約を受ける。更に、電気絶縁性とある程度
の放熱性とを併せ持つことから、一部においてＢｅＯの
使用が試みられていたが、高価でありかつ毒性を有する
ことから、広く利用されるには至っていない。

以上の欠点を解消するために、熱伝導性良好な金属板と
、ガラスやセラミックスなどの電気絶縁性良好な無機物
質とを組合せた複合材を利用する試みもなされている。

このような複合材としては、例えばアルマイト積層板、
ホーロー基板、メタルコア基板等が知られている。しか
しながら、上記特性と、電子部品として当然要求される
高密着性、耐冷熱衝撃性、耐食性を合せ持つ複合材料は
、成品化されていない。

」−記特性のうち、特に耐食性について考察すると、従
来の典型的な例においては第２図に示したような構成が
とられていた。即ち、基板金属ｌに耐食メッキ層２を施
し、耐食メッキ層２を介して基板金属１にセラミックス
コート３を適用したものである。しかしながら、このよ
うな構成では耐食メッキ層２の熱的な不安定性、例えば
耐食メッキ金属の再結晶化、内部応力緩和によるセラミ
ックス層との間の応力増等の理由により、高密着性、高
耐熱性、耐冷熱衝撃性に対するバラツキが大きくなる、
即ちこれら特性の歩留りの変動が大きいという欠点があ
った。

３訓が解決しようとする問題点 上記のように、半導体搭載用の基板を作製する際には、
搭載すべき半導体素子等の機能を最大限発揮し得るよう
に、各種の特性上の厳しい要求がかせられる。例えば、
基板−Ｌに搭載される半導体素子、抵抗器、コイル等は
動作中にかなりの熱を放出する。従って、基板はこの熱
を効率良く放出し１＠、る材料、構造とすることが要求
される。これは、特に半導体素子の高速化、高密度化に
伴って解決すべき重要な課題となっている。また、高い
電気絶縁性も同時に要求されるが、これら２つの特性を
同時に満足するものは今のところ知られていない。例え
ば、従来提案された第２図に示すような複合材にあって
は」−記要件の他に材料間の高密着性、耐冷熱衝撃性、
耐食性などが要求されることになる。

ところが、第２図のような構成の複合材では、セラミッ
クス層の適用の際あるいは完成品の動作の際等において
、耐食メッキ層２の再結晶化や、内部応力緩和によるセ
ラミックス層３との間の応力増がみられ、そのために上
記の高密着性、高耐熱性、耐冷熱衝撃性に対する歩留り
の変動が大きく、実用化のためにはいまだ不満足であっ
た。

ところで、このような要求を満たす半導体装置用基板を
開発することは、半導体素子自体の改良、進歩に応じ得
る基板を提供し、高速化、高密度化された各種半導体素
子の安定性、信頼性を確保する一Ｌで極めて重要である
。

そこで、本発明の目的は半導体素子の発する熱を効率よ
く放出でき、また電気絶縁性に優れると共に複合材に対
して要求される材料間の密着性、高耐熱性、耐冷熱衝撃
性に対する歩留りについても大ｒｌ】に改善された複合
型半導体装置用基板の製法、特に該基板のセラミックス
コーティング法を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者等は半導体装置用複合基板、特にセラミックス
コーティング層を有する基板の上記の如き現状に鑑みて
、前記諸要求を満足する基板の製造方法を開発すべく種
々検討した結果、従来の基板にみられた上記諸欠点が、
耐食メッキ層を焼鈍処理し熱的に安定化することにより
解決し得ることを見出した。本発明はかかる新規知見に
基くものである。

即ち、本発明の半導体装置用基板のセラミックスコーテ
ィング法は、基板金属に耐食メッキ層を形成す工程、該
耐食メッキ層を焼鈍処理する工程およびセラミックス層
を形成する工程を含むことを特徴とする。

本発明の方法において、金属基板としては従来公知の各
種金属材料、例えばＭｏ板、Ａ１板、Ｃｕ板、基板、Ｒ
ｅ板、あるいはこれらの合金板などをいずれも使用でき
、特に制限はない。

また、耐食メッキ層は、ドブ漬は法、電気メツキ法、化
学メッキ法、金属溶射法、拡散浸透法あるいは各種の蒸
着法、例えば真空蒸着法、スパッタ法等により形成する
ことができ、耐食メッキ材料としてはＮｉ、　Ｃｒ５Ｚ
ｎＳＡｕ、５ｎＳＡｌ、などがいずれも使用できる。こ
の耐食メッキ層の厚さは一般に２〜２０μｍ程度である
。

この耐食メッキ層は単層もしくは２層以−１−の同一ま
たは異質の材料の積層構造であり１等る。

かくして、金属基板に耐食メッキ層を施した後、セラミ
ックスコーティングが施されるが、この工程は従来同様
に真空蒸着法、電子ビーム蒸着、イオンブレーティング
法、スパッタリング法、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、化学
輸送法（ＣＶＴ法）、気相反応法、液相反応法などが使
用できるが、コーティング層と基板もしくは耐食メッキ
層との間の密着性等の点で他の方法よりも優れているこ
とから、特にイオンブレーティング法の利用が好ましい
。

セラミックスとしてはＡ１□０３、＾ＩＮ、ｒｌｏ２、
Ｓ　ｒ　０２、Ｓｉ３Ｎ＜、Ｓ　ＩＣ％　Ｚ　ｒ　０２
、ＢＮ、ダイヤモンド、およびその混合体などが使用で
きる。このセラミックス層は基板の電気絶縁特性を決め
るものであり、その厚さは使用する材料によって多少変
化するが一般には２〜１８μｍ程度である。このセラミ
ックスコーティング層についても、２層以上の積層構造
を何等排除するものではない。

本発明の方法において特に好ましい基板金属−メツキ層
−セラミック層の組合せとしてはＭｏ−Ｎｉ−Ａ１．Ｏ
，、Ｃｕ−Ｎｉ　＋Ａｕ−Ａｌ２Ｏ３、Ｗ　　ＮＩ　　
Ａｌ２Ｏ２、Ｗ　　−ＮＩ−９＋　０２、Ｗ−ＮＩ＋＾
ＩＪ　−Ａ　Ｉ　２０　ｓ、Ｍｏ−Ｎｉ−１−Ｃｒ−Ａ
Ｉ□０３、Ｔａ−Ｎｉ−八１□０３などを挙げることが
できる。

かくして、本発明の方法に従って作製される複合型の半
導体装置用基板は第１図に示したように、基板金属１０
と線屑板金属表面に適用された例えばＮ１耐食メッキ層
１１とセラミックスコーティング層１２とから構成され
る。

門 半導体装置用の複合基板において、従来特に問題となっ
ていた点は高密着性、高耐熱性、高冷熱衝撃性に対する
歩留りが著しく変動し、一定した所定の特性を示す基板
製品を工業的に上置な再現性で得ることができなかった
ことにある。

その原因としては、特に耐食メッキ層の時間の経過に伴
う、あるいはセラミックスコーティング処理の際もしく
は完成品の使用時における再結晶化並びに内部応力緩和
によるセラミックス層との界面における応力集中が考え
られる。そのために密着性、特に耐食メッキ層とセラミ
ックス」−ティング層との間の密着性等が不十分となり
、剥離等を生ずることとなる。特に、冷熱衝撃作用があ
った場合には、表面に最大圧縮応力が生じ、割れ等を生
じる恐れがある。

例えば、本発明において典型的なメッキ層用材利の再結
晶化温度についてみると、Ｎ１では３００〜６６０℃、
Ａ１では約１５０℃、Ｚｎで（ま＋５〜５１、八【１で
は約２００℃である。

本発明の方法では、前記のような再結晶化あるいは界面
での応力集中などの問題を、予め耐食メッキＮに特定の
条件下で焼鈍処理を施すことにより解決した。この焼鈍
処理は前述の如（耐食メッキの適用後、完成品の適用用
途に応じた要求特性温度、セラミックスコーティング処
理温度および耐食メッキ金属の再結晶化温度の内で最も
高い温度下で１０〜６０分間加熱することからなり、真
空中あるいは大気雰囲気下で実施される。このような焼
鈍処理によって耐食メッキ層の熱的安定化を図ることに
より、基板作製後のメッキ層の結晶化並びにセラミック
スコーティング過程での内部応力発生等が低減され、界
面における応力集中などが効果的に回避されるので、メ
ッキ層−セラミックス層間の密着性、基板全体としての
耐熱性、耐冷熱衝撃性における歩留りを大［１］に向上
させ、安定化させることができる。

従って、前記焼鈍処理の各条件、焼鈍温度時間等は本発
明の方法において重要であり、特に焼鈍温度は臨界的条
件である。即ち、要求特性温度、セラミックスコーティ
ング温度、耐食メッキ金属の再結晶化温度の最も高い温
度以−Ｌの温度で処理しないと、十分な焼鈍効果を期待
できず、加工中に（例えばセラミックスコーティング中
）に、あるいは基板の使用中において内部応力の発生、
その界面における集中、再結晶化等が有効に防止し得す
、優れた緒特性の複合基板を歩留りよく作製することが
できない。処理時間については、使用する温度に応じて
多少とも変化し、特に臨界的ではないが１０〜６０分間
とすることが好ましい。

以上、本発明の方法を、半導体装置搭載用基板について
説明してきたが、本発明はこれらにのみ制限されるもの
ではなく、例えばその他のエレクトロニクス部品の材料
、メッキ層上にセラミックスコーティングなどを有する
構成の複合体のいずれについても応用でき、同様に優れ
た効果を期待することができる。

実施例 以下実施例によって本発明の方法を更に具体的に説明す
るが、本発明の範囲は以下の実施例によって何隻制限さ
れない。

実施例１ 金属基板として寸法３０ｍｍ　Ｘ３０ｍｍ　ｘ　ｌ　Ｌ
ｍｍのＭｏ基板を用い、これに電気メツキ法により１０
μｍの厚さでＮｉ光沢メッキを施した。次いで、以下の
表に示した各温度・時間条件で焼鈍し、イオンブレーテ
ィング法により、厚さ１０．５μｍのＡ１□０．セラミ
ックス層を、蒸着速度５０　Ａ／ｓｅｃ、基板温度４５
０　’Ｃなる条件下で形成した。得られた複合体の引張
強度、耐熱温度を常法により調べた。また、仕較のため
に焼鈍処理を施さないものをも作製し、これについても
同様な物性測定を行った。結果を第１表に示す。

第１表 第１表の結果から明らかな如く、本発明の方法により６
５０℃（要求特性温度）にて２０分間焼鈍したものにお
いては、引張強度並びに耐熱温度が比較例に社して著し
く改善されており、要求特性における歩留りも良好であ
る。

実施例２ 実施例１と同様にして、ただし金属基板としてはＭｎ基
板の代わりにＷ基板を用い、セラミックス層としては厚
さ５．０μ■ηのＳ　ＩＯ７を用い、また基板温度を２
５０ｔとして、複合体を形成した。この際、メッキ層の
再結晶温度は約４５０τ：であり、要求特性温度は４０
０℃である。

かくして１！）だ複合体および仕較のために作製した焼
鈍処理を施さないサンプル、所定温度量Ｆで焼鈍したサ
ンプルに一つき、実施例１と同様に物性測定を行い、結
果を第２表に示した。

第２表 本例において焼鈍温度は再結晶化温度であり、この温度
で処理した本発明の複合体は、仕較ザンプルと比して、
引張強度並びに耐熱温度いずれにおいても著しく優れて
いることが、Ｌ記第２表の結果から理解できる。

溌明の効果 以−Ｌ詳しく説明したように、本発明の方法によれば、
耐食メッキ層の形成後所定の条件下で焼鈍処理を施すこ
とにより、肖られる複合型基板の各種物性を人１」に改
善することが可能となり、また各種要求特性の歩留りも
改善される。従って、本発明の方法によれば、生産性よ
く、特性の揃った基板を工業的に作製することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法により得られる複合基板の構成を
示す模式的な図であり、 第２図は従来の方法により得られる同様な製品の構成を
模式的に示す図である。 （主な参照番号）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板金属表面に耐食メッキを施し、次いで該メッ
   キ層を介してセラミックス層を形成する工程を含む半導
   体装置用基板の製造方法において、前記耐食メッキ層の
   形成後、該メッキ層を焼鈍処理することを特徴とする上
   記半導体装置用基板の製造方法。
2. （２）前記焼鈍処理が、要求特性温度、セラミックスコ
   ーティング処理温度および耐食メッキ金属の再結晶化温
   度のうち最も高い温度以上の温度にて行われることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）前記焼鈍が真空中または大気雰囲気下で実施され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の方法。
4. （４）前記焼鈍が１０〜６０分間継続されることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の方法。
5. （５）前記耐食メッキ層がＮｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓ
   ｎ、Ａｌからなる群から選ばれる１種のあるいは数種の
   層であることを特徴とする、特許請求の範囲第１〜４項
   のいずれか１項に記載の方法。
6. （６）前記耐食メッキ層が同一または異質の材料の積層
   構造であることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の方法。
7. （７）前記セラミックスコーティング層がＡｌ＿２Ｏ＿
   ３、ＡｌＮ、ＴｉＯ＿２、ＳｉＯ＿２、Ｓｉ＿３Ｎ＿４
   、ＳｉＣ、ＺｎＯ＿２、ＢＮ、ダイヤモンド、及びその
   混合体からなる群から選ばれる１種のあるいは数種の層
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１〜６項のい
   ずれか１項に記載の方法。
8. （８）前記セラミックス層が同一または異種の材料の積
   層構造であることを特徴とする特許請求の範囲第７項記
   載の方法。
9. （９）該コーティング層をイオンブレーティング法で形
   成することを特徴とする特許請求の範囲第７項または第
   ８項記載の方法。