氮化硅基板、氮化硅

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金屬?gòu)?fù)合體、氮化硅電路基板及半導(dǎo)體封裝件

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明涉及氮化硅基板、氮化硅

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金屬?gòu)?fù)合體、氮化硅電路基板及半導(dǎo)體封裝件。

背景技術(shù)：

2.近年來(lái)，作為構(gòu)成電路基板等的絕緣基板，廣泛使用作為陶瓷燒結(jié)體的陶瓷基板。例如，在制造功率模塊的情況下，有時(shí)使用將金屬電路板接合于氧化鋁、氧化鈹、氮化硅、氮化鋁等陶瓷材料而得到的陶瓷電路基板。

3.另外，近年來(lái)，隨著功率模塊的高輸出化、高集成化，來(lái)自功率模塊的發(fā)熱量不斷增加。為了使該發(fā)熱高效地逸散，存在使用具有高絕緣性和高導(dǎo)熱性的氮化硅基板、氮化鋁基板等陶瓷基板的傾向。

4.例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1公開(kāi)了與氮化硅基板的制造方法相關(guān)的技術(shù)，其中，在氮化硅基板的制造工序中，在氮化硅成型體的表面設(shè)置由特定組成的氮化硼形成的分離層。

5.現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

6.專(zhuān)利文獻(xiàn)

7.專(zhuān)利文獻(xiàn)1：國(guó)際公開(kāi)第2013/054852號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

8.發(fā)明要解決的課題

9.然而，就上述以往的技術(shù)而言，難以以穩(wěn)定的成品率得到可靠性高的氮化硅電路基板。其原因之一可舉出氮化硅基板中產(chǎn)生的翹曲。通常，若氮化硅基板的翹曲變大，則金屬板與氮化硅基板的密合性下降，在利用釬料將金屬板與氮化硅基板接合的接合工序中的降溫過(guò)程、功率模塊運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的熱循環(huán)時(shí)，金屬板與氮化硅基板剝離，導(dǎo)致接合不良或熱阻不良，半導(dǎo)體封裝件的可靠性下降的可能性增加。

10.因此，從氮化硅電路基板的成品率提高及可靠性提高的觀點(diǎn)考慮，將氮化硅基板的翹曲調(diào)節(jié)至適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)是重要的，但就以往的技術(shù)而言，存在無(wú)法充分地抑制氮化硅基板的翹曲的情況。

11.本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的。本發(fā)明的目的之一在于提供翹曲少的氮化硅基板。

12.用于解決課題的手段

13.本技術(shù)的發(fā)明人進(jìn)行了深入研究，結(jié)果完成了以下提供的發(fā)明，解決了上述課題。

14.即，根據(jù)本發(fā)明，提供氮化硅基板，

15.其為含有氮化硅和鎂的氮化硅基板，

16.在下述條件i下，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置對(duì)上述氮化硅基板的表面進(jìn)行分析時(shí)，xb/xa為0.8以上、1.0以下。

17.(條件i)

18.利用x射線(xiàn)熒光分析裝置，對(duì)上述氮化硅基板中的任一面的表面的對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)a進(jìn)行分析，將上述交叉點(diǎn)a處的鎂量(mass％，以氧化物換算)設(shè)為xa(％)。另外，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置，對(duì)處于上述對(duì)角線(xiàn)上、且位于從氮化硅基板的角部起在向上述交叉點(diǎn)a的方向上朝內(nèi)側(cè)為3mm的位置的4個(gè)點(diǎn)b1、b2、b3、b4進(jìn)行分析，將該4個(gè)點(diǎn)處的鎂量(mass％，以氧化物換算)的算術(shù)平均值設(shè)為xb(％)。

19.另外，根據(jù)本發(fā)明，提供將金屬板接合于上述氮化硅基板的至少一面而成的氮化硅

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金屬?gòu)?fù)合體。

20.另外，根據(jù)本發(fā)明，提供在上述氮化硅

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金屬?gòu)?fù)合體中除去了上述金屬板的至少一部分而成的氮化硅電路基板。

21.另外，根據(jù)本發(fā)明，提供在上述氮化硅電路基板上搭載半導(dǎo)體元件而成的半導(dǎo)體封裝件。

22.發(fā)明的效果

23.根據(jù)本發(fā)明，能夠提供翹曲被抑制的氮化硅基板、氮化硅電路基板、氮化硅

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金屬?gòu)?fù)合體及半導(dǎo)體封裝件。

附圖說(shuō)明

24.[圖1]為示意性地示出本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板的鎂量及釔量的分析時(shí)的分析部位的俯視圖。

[0025]

[圖2]為示意性地示出本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板的氧量的分析部位的俯視圖。

[0026]

[圖3]為示意性地示出本實(shí)施方式涉及的氮化硅

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金屬?gòu)?fù)合體的截面圖。

具體實(shí)施方式

[0027]

以下，針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式，參照附圖詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。

[0028]

在所有的附圖中，對(duì)同樣的構(gòu)成要素標(biāo)注同樣的標(biāo)記，適當(dāng)省略說(shuō)明。

[0029]

為了避免繁雜，在同一附圖內(nèi)存在多個(gè)同一構(gòu)成要素的情況下，有時(shí)僅對(duì)其中的一個(gè)標(biāo)注標(biāo)記而并不對(duì)所有進(jìn)行標(biāo)記，不對(duì)同樣的構(gòu)成要素重新標(biāo)記。

[0030]

所有附圖均只是用于進(jìn)行說(shuō)明。附圖中的各部分的形狀、尺寸比等并不一定與現(xiàn)實(shí)的物品對(duì)應(yīng)。具體而言，圖中所示的各部分的縱橫尺寸有時(shí)在縱向或橫向上夸張。

[0031]

只要沒(méi)有特別說(shuō)明，數(shù)值范圍的“p～q”表示“p以上、q以下”。

[0032]

首先，對(duì)本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板進(jìn)行說(shuō)明。

[0033]

本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板為含有氮化硅和鎂的氮化硅基板，具體而言，由下述燒結(jié)體形成，該燒結(jié)體包含氮化硅作為主成分、且包含由含鎂的燒結(jié)助劑形成的晶界相。所謂“主成分”，氮化硅基板的80質(zhì)量％以上為基準(zhǔn)，可以為85質(zhì)量％以上，可以為90質(zhì)量％以上。另外，主成分以外的成分具體而言為燒結(jié)助劑彼此反應(yīng)而成的化合物、雜質(zhì)等。

[0034]

另外，具體而言，本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板為板狀，具備成為與板狀金屬的接合面的表面。更具體而言，氮化硅基板的表面形狀為矩形，具有4個(gè)角部，并且具有兩條對(duì)角線(xiàn)。

[0035]

就本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板而言，在下述條件i下，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置

對(duì)該氮化硅基板進(jìn)行分析時(shí)，xb/xa為0.80以上、1.00以下，優(yōu)選為0.82以上、1.00以下，更優(yōu)選為0.90以上、1.00以下。

[0036]

(條件i)

[0037]

利用x射線(xiàn)熒光分析裝置，對(duì)氮化硅基板中的任一面的表面的對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)a進(jìn)行分析，將交叉點(diǎn)a處的鎂量(mass％，以氧化物換算)設(shè)為xa(％)。另外，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置，對(duì)處于對(duì)角線(xiàn)上、且位于從氮化硅基板的角部起在向交叉點(diǎn)的方向上朝內(nèi)側(cè)為3mm的位置的4個(gè)點(diǎn)b1、b2、b3、b4進(jìn)行分析，將該4個(gè)點(diǎn)處的鎂量(mass％，以氧化物換算)的算術(shù)平均值設(shè)為xb(％)。

[0038]

使用圖1，對(duì)條件i的分析部位進(jìn)行說(shuō)明。圖1為示意性地示出本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板的鎂量及釔量(后述)分析時(shí)的分析部位的俯視圖。

[0039]

本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板為板狀，優(yōu)選為矩形。將本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板中的任一面的表面的2條對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)作為交叉點(diǎn)a，將以交叉點(diǎn)a為中心、由x射線(xiàn)熒光分析裝置測(cè)得的鎂量(mass％，以氧化物換算)設(shè)為xa(％)。另外，以存在于上述2條對(duì)角線(xiàn)上且位于從氮化硅基板的角部起在向交叉點(diǎn)a的方向上朝內(nèi)側(cè)為3mm的位置的4個(gè)點(diǎn)b1、b2、b3、b4為中心，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置測(cè)定鎂量(mass％，以氧化物換算)，將測(cè)得的鎂量設(shè)為xb1(％)、xb2(％)、xb3(％)、xb4(％)。進(jìn)而，將xb1(％)、xb2(％)、xb3(％)、xb4(％)的算術(shù)平均值設(shè)為xb(％)。

[0040]

基于x射線(xiàn)熒光分析裝置的分析條件可以如下所示。

[0041]

測(cè)定裝置：株式會(huì)社rigaku制，zsx100e

[0042]

x射線(xiàn)管功率：3.6kw

[0043]

光斑直徑：1mm

[0044]

需要說(shuō)明的是，定量方法優(yōu)選采用基本參數(shù)法(fp法)。在該情況下，關(guān)于硅，全部以氮化物(si3n4)的形成存在，以各成分的合計(jì)成為100％的方式，將氮化硅(si3n4)作為平衡成分進(jìn)行計(jì)算。另外，關(guān)于鎂及釔，各自以氧化物的形式存在，以氧化鎂(mgo)及氧化釔(y2o3)換算計(jì)進(jìn)行計(jì)算。需要說(shuō)明的是，關(guān)于xb/xa，也可以根據(jù)由x射線(xiàn)熒光分析得到的鎂的熒光x射線(xiàn)的強(qiáng)度比直接算出。

[0045]

就本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板而言，通過(guò)如上文那樣對(duì)由x射線(xiàn)熒光分析裝置測(cè)得的鎂量進(jìn)行規(guī)定而能夠抑制氮化硅基板中的翹曲的原因未必明確，推測(cè)如下。

[0046]

氮化硅基板的燒成工序中，作為燒結(jié)助劑的氧化鎂及氧化釔與氮化硅、氧化硅反應(yīng)，形成液相。另外，通過(guò)該液相，氮化硅的燒結(jié)被促進(jìn)，能夠制成致密的氮化硅燒結(jié)體。因此，由燒結(jié)助劑形成的液相在氮化硅的燒結(jié)中發(fā)揮重要的作用，但液相由于在氮化硅基板內(nèi)能夠較容易地移動(dòng)，因此存在下述情況：在燒成工序中，從氮化硅基板外周部揮發(fā)至氮化硅基板體系外；或者，在氮化硅基板內(nèi)的特定部位偏析。其中，就含有氧化鎂的液相成分而言，其熔點(diǎn)低，雖然對(duì)燒結(jié)促進(jìn)的幫助也大，但也容易移動(dòng)，其在基板內(nèi)的分布容易變得不均勻。

[0047]

推測(cè)助劑成分的分布不均勻的氮化硅基板成為助劑成分多的部分與助劑成分少的部分(例如基板外周部與基板內(nèi)部)處的熱膨脹量不同的基板，因此，在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生收縮差，容易發(fā)生翹曲。

[0048]

一直以來(lái)，進(jìn)行了著眼于氮化硅基板的助劑成分等的組成的研究。具體而言，在現(xiàn)

有技術(shù)中，進(jìn)行了使用例如epma(electron probe micro analyzer，電子探針顯微分析儀)等的、著眼于存在于氮化硅基板的最表層(具體而言，距氮化硅基板的表面數(shù)μm以?xún)?nèi))中的助劑的研究。然而，例如在基板尺寸較大的氮化硅基板中，即使使用現(xiàn)有技術(shù)，也無(wú)法充分地穩(wěn)定地抑制翹曲。

[0049]

本技術(shù)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，從宏觀的觀點(diǎn)考慮，控制氮化硅基板的助劑成分的分布與更高度地抑制翹曲相關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)了本實(shí)施方式。

[0050]

即，與利用了各種電子射線(xiàn)的表面分析方法相比，x射線(xiàn)熒光分析為能夠取得更深位置的組成分布的信息的分析方法，例如，能夠?qū)Υ嬖谟诰嚯x氮化硅基板的表面數(shù)十μm～數(shù)mm深度的組成分布進(jìn)行分析。因此，如上文那樣規(guī)定由x射線(xiàn)熒光分析裝置測(cè)得的鎂量相當(dāng)于規(guī)定了包含表層的深度數(shù)十μm至數(shù)mm的主體(bulk)中存在的鎂的分布。

[0051]

此外，本實(shí)施方式的特征還在于，將進(jìn)行x射線(xiàn)熒光分析的分析部位限定為氮化硅基板外周部及氮化硅基板中央部。即，從降低制造成本等的觀點(diǎn)考慮，氮化硅基板通常層疊多張后進(jìn)行燒成，另外，如上文所述，由作為燒結(jié)助劑的氧化鎂、及氧化釔形成的液相有時(shí)在燒成中揮發(fā)。根據(jù)本技術(shù)發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，例如在對(duì)層疊多張的氮化硅基板進(jìn)行燒成的情況下，在氮化硅基板中央部和氮化硅基板的外周部處，燒結(jié)助劑的揮發(fā)容易度不同，例如就氧化鎂而言，存在下述傾向：在氮化硅基板中央部處，最難以揮發(fā)，在氮化硅基板的外周部處，最容易揮發(fā)。即，本技術(shù)的發(fā)明人對(duì)燒成后的氮化硅基板中的主體的組成分布進(jìn)行了深入研究，認(rèn)為通過(guò)對(duì)氮化硅基板中的任一面的表面的對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)a處、以及處于對(duì)角線(xiàn)上且位于從氮化硅基板的角部起在向交叉點(diǎn)a的方向上朝內(nèi)側(cè)為3mm的位置的4個(gè)點(diǎn)b1、b2、b3、b4處的各成分的量進(jìn)行規(guī)定，從而能夠再現(xiàn)性良好地獲知氮化硅基板的燒結(jié)助劑的分布成為最大的部位和成為最小的部位，實(shí)現(xiàn)了本實(shí)施方式。

[0052]

根據(jù)本實(shí)施方式，推測(cè)通過(guò)對(duì)氮化硅基板的原料成分的種類(lèi)及量、以及制造方法(其中，燒成方法中的溫度條件及氣氛調(diào)節(jié)條件)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使得到的氮化硅基板的中央部和外周部的主體的助劑成分為特定量，從以往未曾著眼的宏觀的觀點(diǎn)出發(fā)，使助劑成分的分布極其高度地均勻，由此，即使是較大尺寸的氮化硅基板，也能夠穩(wěn)定地抑制翹曲，另外，即使在同時(shí)層疊大量基板并燒成的情況下，也能夠成品率良好地抑制翹曲。因此，例如在將金屬板接合于本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板的一面而制成氮化硅

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金屬?gòu)?fù)合體的情況下、或者形成氮化硅電路基板并在其上搭載半導(dǎo)體元件等時(shí)，能夠得到氮化硅基板與金屬電路板的接合性等可靠性?xún)?yōu)異的半導(dǎo)體封裝件。

[0053]

另外，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠得到氮化硅基板的特性等的不均被抑制的氮化硅基板，例如，能夠得到斷裂韌性值等機(jī)械特性的面內(nèi)分布均勻的氮化硅基板。

[0054]

需要說(shuō)明的是，本實(shí)施方式并不限于上述推測(cè)機(jī)理。

[0055]

就本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板而言，在下述條件ii下，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置對(duì)該氮化硅基板進(jìn)行分析時(shí)，ya/yb優(yōu)選為0.90以上、1.00以下，更優(yōu)選為0.94以上、1.00以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.97以上、1.00以下。

[0056]

(條件ii)

[0057]

利用x射線(xiàn)熒光分析裝置，對(duì)氮化硅基板中的任一面的表面的對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)a進(jìn)行分析，將交叉點(diǎn)a處的釔量(mass％，以氧化物換算)設(shè)為ya(％)。另外，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置，對(duì)處于對(duì)角線(xiàn)上、且位于從氮化硅基板的角部起在向交叉點(diǎn)a的方向上朝內(nèi)側(cè)為

3mm的位置的4個(gè)點(diǎn)b1、b2、b3、b4進(jìn)行分析，將該4個(gè)點(diǎn)處的釔量(mass％，以氧化物換算)的算術(shù)平均值設(shè)為yb(％)。

[0058]

關(guān)于條件ii的分析部位、即氮化硅基板的交叉點(diǎn)a以及位于從氮化硅基板的角部起在向交叉點(diǎn)a的方向上朝內(nèi)側(cè)為3mm的位置的4個(gè)點(diǎn)b1、b2、b3、b4，與條件i的a、b1、b2、b3、b4同樣。即，將本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板中的任一面的表面的2條對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)作為交叉點(diǎn)a，將以交叉點(diǎn)a為中心、由x射線(xiàn)熒光分析裝置測(cè)得的釔量(mass％，以氧化物換算)設(shè)為ya(％)。另外，以存在于上述2條對(duì)角線(xiàn)上且位于從氮化硅基板的角部起在向交叉點(diǎn)a的方向上朝內(nèi)側(cè)為3mm的位置的4個(gè)點(diǎn)b1、b2、b3、b4為中心，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置測(cè)定釔量(mass％，以氧化物換算)，將測(cè)得的釔量設(shè)為yb1(％)、yb2(％)、yb3(％)、yb4(％)。進(jìn)而，將yb1(％)、yb2(％)、yb3(％)、yb4(％)的算術(shù)平均值設(shè)為yb(％)。x射線(xiàn)熒光分析裝置的分析條件如上文所述。

[0059]

認(rèn)為通過(guò)使由x射線(xiàn)熒光分析測(cè)得的釔量在上述的數(shù)值范圍內(nèi)，能夠更穩(wěn)定地得到翹曲少的氮化硅基板，能夠提高使用了該氮化硅基板的半導(dǎo)體封裝件的可靠性、成品率。

[0060]

本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板中，就以上述條件i進(jìn)行分析時(shí)的氮化硅基板中央部的鎂量xa及氮化硅基板外周部的鎂量xb而言，xb/xa在上述數(shù)值范圍內(nèi)，其絕對(duì)值沒(méi)有限制，xa及xb各自例如可以為0.1質(zhì)量％以上、5質(zhì)量％以下，更優(yōu)選可以為0.5質(zhì)量％以上、3質(zhì)量％以下。另外，xa及xb各自例如為0.1質(zhì)量％以上，優(yōu)選為0.5質(zhì)量％以上，另外，例如為5質(zhì)量％以下，優(yōu)選為3質(zhì)量％以下。

[0061]

另外，本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板中，就以上述條件ii進(jìn)行分析時(shí)的氮化硅基板中央部的釔量ya及氮化硅基板外周部的釔量yb而言，ya/yb優(yōu)選在上述數(shù)值范圍內(nèi)，其絕對(duì)值沒(méi)有限制，ya及yb各自例如可以為0.1質(zhì)量％以上、10質(zhì)量％以下，更優(yōu)選可以為1質(zhì)量％以上、8質(zhì)量％以下。另外，ya及yb各自為例如0.1質(zhì)量％以上，優(yōu)選為1質(zhì)量％以上，另外，例如為10質(zhì)量％以下，優(yōu)選為8質(zhì)量％以下。

[0062]

就本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板而言，可以使氮化硅基板中央部處的鎂量xa與氮化硅基板中央部處的釔量ya之比即xa/ya為例如0.05以上(優(yōu)選0.1以上)、另外為例如0.7以下(優(yōu)選0.5以下)，可以使氮化硅基板外周部處的鎂量xb與氮化硅基板中央部處的釔量yb之比即xb/yb為例如0.05以上(優(yōu)選0.1以上)、另外為例如0.6以下(優(yōu)選0.5以下)。

[0063]

關(guān)于鎂量、釔量以外的成分的含量，若舉出一例，以本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板中的任一面的表面的對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)a、以及位于從氮化硅基板的角部起在向交叉點(diǎn)a的方向上朝內(nèi)側(cè)為3mm的位置的4個(gè)點(diǎn)b1、b2、b3、b4為中心，在上述的條件下利用x射線(xiàn)熒光分析裝置進(jìn)行組成分析時(shí)，可以使氮化硅(si3n4)量為80.0質(zhì)量％以上、98.0％質(zhì)量以下，更優(yōu)選可以使其為85.0質(zhì)量％以上、95.0質(zhì)量％以下。另外，上述氮化硅量例如為80.0質(zhì)量％以上，優(yōu)選為85.0質(zhì)量％以上，另外，例如為98.0％質(zhì)量以下，優(yōu)選為95.0質(zhì)量％以下。另外，包含除氮化硅(si3n4)、鎂(以氧化物換算)、釔(以氧化物換算)以外的其他成分時(shí)，可以使其他成分的量為例如0.10％質(zhì)量以上、0.50％質(zhì)量以下。

[0064]

就本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板而言，在下述條件iii下，利用氧氮分析裝置分析氧濃度時(shí)，優(yōu)選zc及zd各自為0.10％以上、7.00％以下，并且zd/zc為0.85以上、1.00以下，更優(yōu)選zc及zd各自為2.00％以上、5.00％以下、并且zd/zc為0.90以上、1.00以下，進(jìn)一步優(yōu)選zc及zd各自為2.50％以上、3.00％以下、并且zd/zc為0.93以上、1.00以下。

[0065]

在下述條件iii下，利用氧氮分析裝置分析氧濃度時(shí)，zc及zd各自?xún)?yōu)選為0.10％以上，更優(yōu)選為2.00％以上，進(jìn)一步優(yōu)選為2.50％以上，另外，優(yōu)選為7.00％以下，更優(yōu)選為5.00％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為3.00％以下。

[0066]

在下述條件iii下，利用氧氮分析裝置分析氧濃度時(shí)，zd/zc優(yōu)選為0.85以上，更優(yōu)選為0.90以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.93以上，另外，優(yōu)選為1.00以下。

[0067]

(條件iii)

[0068]

從氮化硅基板切出以其表面(具體而言，條件i及ii中前述的氮化硅基板中的任一面的表面)的對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)為中心且邊長(zhǎng)為3mm的正方形，作為氧分析用試樣c。利用氧氮分析裝置對(duì)該氧分析用試樣c進(jìn)行分析，將氧分析用試樣c的氧濃度(mass％)設(shè)為zc(％)。另外，從氮化硅基板切出包含其表面的任一角部且邊長(zhǎng)為3mm的正方形，作為氧分析用試樣d。利用氧氮分析裝置對(duì)該氧分析用試樣d進(jìn)行分析，將氧分析用試樣d的氧濃度(mass％)設(shè)為zd(％)。

[0069]

關(guān)于條件iii的分析部位，使用圖2進(jìn)行說(shuō)明。圖2為示意性地示出本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板的氧量分析時(shí)的分析部位的俯視圖。

[0070]

以本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板的主面表面的對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)為中心，確定以該交叉點(diǎn)為對(duì)角線(xiàn)的交點(diǎn)且邊長(zhǎng)為3mm的正方形。該正方形可以是具有與作為矩形的氮化硅基板平行的邊的正方形。切出該正方形，作為氧分析用試樣c。利用氧氮分析裝置對(duì)該氧分析用試樣c進(jìn)行分析，將氧分析用試樣c的氧濃度(mass％)設(shè)為zc(％)。另外，從氮化硅基板確定包含其任一角部(從作為矩形的氮化硅基板的上表面觀察時(shí)的各頂點(diǎn))且邊長(zhǎng)為3mm的正方形。該正方形可以是具有與作為矩形的氮化硅基板平行的邊的正方形。切出該正方形，作為氧分析用試樣d。利用氧氮分析裝置對(duì)該氧分析用試樣d進(jìn)行分析，將氧分析用試樣d的氧濃度(mass％)設(shè)為zd(％)。

[0071]

作為氧氮分析裝置，可舉出能夠利用非活性氣體熔解

?

非分散型紅外線(xiàn)吸收法(ndir)測(cè)定氧濃度的裝置，具體而言，可舉出株式會(huì)社堀場(chǎng)制作所制emga

?

920。

[0072]

氮化硅基板中包含的氧主要來(lái)自助劑成分。因此，使存在于氮化硅基板中央部中的氧濃度和存在于氮化硅基板的外周部中的氧濃度在上述數(shù)值范圍內(nèi)意味著包含鎂、釔及其他成分的助劑成分整體在面內(nèi)均勻地分布，認(rèn)為根據(jù)本實(shí)施方式，不僅是各助劑成分的分布均勻性，而且作為助劑成分整體，以使其面內(nèi)分布變得均勻的方式進(jìn)行控制，由此能夠更穩(wěn)定地得到翹曲少的氮化硅基板，能夠進(jìn)一步提高使用了該氮化硅基板的半導(dǎo)體封裝件的可靠性、成品率。

[0073]

本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板優(yōu)選為矩形。另外，氮化硅基板的表面的對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度優(yōu)選為150mm以上，更優(yōu)選為200mm以上，進(jìn)一步優(yōu)選為236mm以上。上限沒(méi)有限制，例如可以為254mm以下。

[0074]

就本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板而言，其厚度可以為0.1mm以上3.0mm以下，優(yōu)選為0.2mm以上1.2mm以下，更優(yōu)選為0.25mm以上0.5mm以下。另外，氮化硅基板的厚度例如為0.1mm以上，優(yōu)選為0.2mm以上，更優(yōu)選為0.25mm以上，另外，例如為3.0mm以下，優(yōu)選為1.2mm以下，更優(yōu)選為0.5mm以下。

[0075]

現(xiàn)有技術(shù)中，尺寸較大的氮化硅基板、厚度較薄的氮化硅基板難以抑制翹曲等，難以獲得穩(wěn)定的成品率，但根據(jù)本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板，即使是較大面積的氮化硅基

板、厚度薄的氮化硅基板，也能夠提高制造穩(wěn)定性。

[0076]

就本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板而言，其每單位長(zhǎng)度的翹曲優(yōu)選小于1.0μm/mm。

[0077]

需要說(shuō)明的是，翹曲可以利用實(shí)施例記載的方法來(lái)測(cè)定。

[0078]

本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板的斷裂韌性值優(yōu)選為6.5mpa/m

1/2

以上，更優(yōu)選為6.6mpa/m

1/2

以上。氮化硅基板的斷裂韌性值沒(méi)有限制，例如可以為20mpa/m

1/2

以下。

[0079]

另外，優(yōu)選本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板的機(jī)械特性等的面內(nèi)分布均勻，例如，將基板中央部(以對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)為中心的、半徑3mm以?xún)?nèi)的區(qū)域)處的斷裂韌性值設(shè)為k

ici

、將基板外周部(從角部起，半徑3mm以?xún)?nèi)的區(qū)域)處的斷裂韌性值設(shè)為k

ico

時(shí)，k

ici

/k

ico

優(yōu)選為0.90以上、1.10以下，更優(yōu)選為0.95以上、1.05以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.97以上、1.03以下。另外，k

ici

/k

ico

優(yōu)選為0.90以上，更優(yōu)選為0.95以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.97以上，另外，優(yōu)選為1.10以下，更優(yōu)選為1.05以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1.03以下。

[0080]

根據(jù)本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板，即使是較大面積的氮化硅基板，也能夠使機(jī)械特性等的面內(nèi)分布均勻，能夠進(jìn)一步提高可靠性

·

制造穩(wěn)定性。

[0081]

需要說(shuō)明的是，斷裂韌性可以基于jis

?

r1607、利用if法進(jìn)行測(cè)定。

[0082]

<氮化硅基板的制造方法>

[0083]

以下，對(duì)本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。

[0084]

(原料混合工序)

[0085]

具體而言，氮化硅基板的原料包含氮化硅及鎂原料，鎂原料優(yōu)選以燒結(jié)助劑的形式配合。

[0086]

更具體而言，首先，準(zhǔn)備氮化硅(si3n4)粉末、和氧化鎂(mgo)粉末、氧化硅(sio2)粉末等燒結(jié)助劑粉末，使用滾筒磨機(jī)、旋轉(zhuǎn)磨機(jī)、振動(dòng)磨機(jī)、珠磨機(jī)、砂磨機(jī)、攪拌式磨機(jī)等混合裝置，與溶劑一同進(jìn)行濕式混合，制作漿料(原料混合體)。

[0087]

氮化硅粉末可以使用由直接氮化法、二氧化硅還原法、酰亞胺熱分解法等已知的方法制造的物質(zhì)。氮化硅粉末中的氧量?jī)?yōu)選為2質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為1.5質(zhì)量％以下。氮化硅粉末的平均粒徑(d50值)優(yōu)選為0.4～1.5μm，更優(yōu)選為0.6～0.8μm。通過(guò)使氮化硅粉末的氧量及平均粒徑(d50值)在前述的范圍內(nèi)，從而能夠抑制氮化硅燒結(jié)體的密度及機(jī)械強(qiáng)度的降低。

[0088]

本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板優(yōu)選在其原料的一部分中使用sio2粉末。具體而言，作為氮化硅基板原料的燒結(jié)助劑優(yōu)選以sio2為必需成分。sio2粉末的純度優(yōu)選為98％以上，平均粒徑優(yōu)選為0.1μm以上、3.0μm以下。

[0089]

作為燒結(jié)助劑，優(yōu)選包含氧化硅(sio2)、氧化鎂(mgo)及氧化釔(y2o3)，也可以包含其他氧化物。作為其他氧化物，可舉出稀土金屬的氧化物，例如，可舉出sc2o3、la2o3、ce2o3、pr6o

11

、nd2o3、pm2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、tb2o3、dy2o3、ho2o3、er2o3、tm2o3、yb2o3及l(fā)u2o3。

[0090]

燒結(jié)助劑的平均粒徑優(yōu)選為0.1μm以上、3.0μm以下。

[0091]

就原料粉末的配合而言，將氮化硅(si3n4)粉末及燒結(jié)助劑粉末的合計(jì)作為100質(zhì)量份時(shí)，優(yōu)選使氮化硅(si3n4)粉末為80質(zhì)量份以上、98質(zhì)量份以下，使燒結(jié)助劑粉末為2質(zhì)量份以上、20質(zhì)量份以下。燒結(jié)助劑粉末過(guò)少時(shí)，存在得不到致密的氮化硅燒結(jié)體的情況，另一方面，燒結(jié)助劑粉末過(guò)多時(shí)，存在氮化硅燒結(jié)體的導(dǎo)熱率降低的情況。

[0092]

另外，使用氧化硅、氧化鎂及氧化釔作為燒結(jié)助劑的情況下，就原料粉末的配合而

言，將氮化硅(si3n4)粉末及燒結(jié)助劑粉末的合計(jì)作為100質(zhì)量份時(shí)，優(yōu)選使氮化硅(si3n4)粉末為80質(zhì)量份以上、98質(zhì)量以下，使氧化硅粉末為0.1質(zhì)量份以上、5質(zhì)量份以下，使氧化鎂粉末為0.1質(zhì)量份以上、5質(zhì)量份以下，使氧化釔為0.1質(zhì)量份以上、10質(zhì)量份以下，更優(yōu)選使氮化硅(si3n4)粉末為85質(zhì)量份以上、95質(zhì)量以下，使氧化硅粉末為0.5質(zhì)量份以上、3質(zhì)量份以下，使氧化鎂粉末為0.5質(zhì)量份以上、3質(zhì)量份以下，使氧化釔為1質(zhì)量份以上、8質(zhì)量份以下。

[0093]

需要說(shuō)明的是，認(rèn)為存在通過(guò)降低氧化釔的使用量而使ya/yb下降的傾向。另外，認(rèn)為存在通過(guò)提高氧化硅的使用量而使zd/zc下降的傾向。

[0094]

將上述的原料粉末與有機(jī)溶劑、以及根據(jù)需要加入的有機(jī)粘結(jié)劑混合，制作原料混合體。原料混合體的制作中使用的有機(jī)溶劑、有機(jī)粘結(jié)劑可根據(jù)成型方法來(lái)適當(dāng)選擇已知的物質(zhì)。例如在成型工序中，利用刮刀法進(jìn)行片材成型的情況下，可以使用甲苯、乙醇、丁醇等有機(jī)溶劑、甲基丙烯酸丁酯、聚乙烯醇縮丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯等有機(jī)粘結(jié)劑，制作片材成型用漿料。

[0095]

將原料粉末的合計(jì)作為100質(zhì)量份時(shí)，有機(jī)粘結(jié)劑的添加量例如可以為3質(zhì)量份以上、17質(zhì)量份以下。通過(guò)使有機(jī)粘結(jié)劑的添加量在上述數(shù)值范圍內(nèi)，能夠充分地維持成型體的形狀，能夠多層化而提高量產(chǎn)性，并且能夠防止在脫脂工序后脫脂體的空隙變大、空隙殘留在得到的氮化硅基板中。

[0096]

(成型工序)

[0097]

接著，進(jìn)行將原料混合體成型的成型工序。作為原料混合體的成型方法，沒(méi)有限定，可應(yīng)用模具加壓法、冷等靜壓(cip)法、刮刀法、輥成型法等片材成型法等，從大量且穩(wěn)定地生產(chǎn)厚度較薄的成型體的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選刮刀法。進(jìn)而，根據(jù)需要對(duì)經(jīng)成型的片材進(jìn)行沖裁，能夠得到所期望尺寸的片材成型體。片材的形狀沒(méi)有限定，例如，可以制成各邊的長(zhǎng)度為100mm以上、厚度為0.2mm以上、2mm以下的片材成型體。

[0098]

(bn涂布)

[0099]

接下來(lái)，可以進(jìn)行在得到的成型體(具體而言，片材成型體的至少一面)上涂布bn的bn涂布工序。本工序主要是出于防止經(jīng)層疊的氮化硅基板在燒成工序中彼此固定粘著的目的而進(jìn)行的。

[0100]

涂布bn的方法沒(méi)有限制，例如可舉出：準(zhǔn)備包含bn粉末和有機(jī)溶劑的bn漿料，將得到的bn漿料噴霧涂布于片材成型體的一面或兩面的方法；準(zhǔn)備包含bn粉末、有機(jī)溶劑和有機(jī)粘結(jié)劑的bn膏，將得到的bn膏絲網(wǎng)印刷于片材成型體的一面或兩面的方法；等等。

[0101]

通過(guò)對(duì)涂布有bn漿料或bn膏的片材成型體進(jìn)行干燥，從而能夠得到涂布有bn的片材成型體。

[0102]

(脫脂工序)

[0103]

優(yōu)選在燒成工序之前進(jìn)行成型體的脫脂工序。脫脂工序中，例如主要可以進(jìn)行為了成型而添加的有機(jī)粘結(jié)劑的除去。

[0104]

脫脂工序在大氣(包含氧的氣氛)中、氮?dú)鈿夥?br />
·

氬氣氣氛中等非氧化性氣氛中、真空中均可進(jìn)行，優(yōu)選為大氣中或真空中。

[0105]

另外，脫脂溫度

·

脫脂時(shí)間根據(jù)成型工序中加入的有機(jī)粘結(jié)劑的種類(lèi)而不同，例如，可以于500℃以上、800℃以下進(jìn)行1小時(shí)以上、20小時(shí)以下。

[0106]

脫脂工序中，可以將前一工序中得到的片材成型體層疊并裝入脫脂爐中。層疊片數(shù)例如可以為10片以上、100片以下。另外，脫脂時(shí)優(yōu)選施加10～40kpa的載荷。通過(guò)在脫脂時(shí)以上述范圍施加載荷，從而可抑制燒成工序后的陶瓷基板的翹曲及斷裂。

[0107]

(燒成工序)

[0108]

接下來(lái)，在燒成爐中，對(duì)得到的脫脂體進(jìn)行燒成。在燒成工序的過(guò)程中，燒結(jié)助劑粉成為液相，可經(jīng)由液相反應(yīng)而得到致密的燒結(jié)體。

[0109]

燒成溫度優(yōu)選為1700℃以上、1900℃以下，燒成時(shí)間優(yōu)選為3小時(shí)以上、10小時(shí)以下。

[0110]

另外，在燒成后的冷卻過(guò)程中，在燒結(jié)助劑形成液相的溫度區(qū)域(具體而言，1400℃～1600℃)以上的溫度區(qū)域、即1400度以上的溫度區(qū)域中，降溫速度優(yōu)選為4℃/分鐘以下，更優(yōu)選為2℃/分鐘以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1℃/分鐘以下。

[0111]

通過(guò)使上述燒成溫度、燒成時(shí)間、降溫速度在上述數(shù)值范圍內(nèi)，能夠得到熱特性、機(jī)械特性?xún)?yōu)異、并且助劑分布均勻的氮化硅基板。

[0112]

為了得到本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板、即助劑在面內(nèi)均勻地分散的氮化硅基板，控制燒成工序中的氣氛是重要的。

[0113]

燒成工序中，為了抑制氮化硅基板的分解，優(yōu)選在氮?dú)?、氬氣等非氧化性氣氛下?.6mpa以上的條件進(jìn)行燒成。

[0114]

燒成中的氣體流量例如可以為5l/分鐘以上、200l/分鐘以下。

[0115]

燒成工序中，可以將前一工序中得到的脫脂體層疊并裝入燒成爐中。

[0116]

層疊片數(shù)例如可以為10片以上、100片以下。

[0117]

經(jīng)層疊的脫脂體優(yōu)選以容納于由bn形成的容器(以下，bn容器)內(nèi)的狀態(tài)設(shè)置在燒成爐內(nèi)。需要說(shuō)明的是，bn容器例如由多個(gè)板、框等部件構(gòu)成，優(yōu)選為通過(guò)將這些部件組合而能夠構(gòu)成封閉空間的結(jié)構(gòu)。

[0118]

bn容器的容積例如可以為2000cm3以上、15000cm3以下。bn容器內(nèi)優(yōu)選與脫脂體一同設(shè)置有氣氛調(diào)節(jié)用的氮化硅基板(燒結(jié)體)。將一個(gè)bn容器中容納的脫脂體的重量作為100質(zhì)量份時(shí)，氣氛調(diào)節(jié)用的氮化硅基板優(yōu)選為2質(zhì)量份以上、20質(zhì)量份以下。

[0119]

另外，氣氛調(diào)節(jié)用的氮化硅基板可以相對(duì)于脫脂體沿水平的朝向設(shè)置，也可以沿垂直的朝向設(shè)置，優(yōu)選至少沿垂直的朝向設(shè)置。

[0120]

推測(cè)通過(guò)使用bn容器和氣氛調(diào)節(jié)用的氮化硅基板(燒結(jié)體)，適度地對(duì)要燒成的脫脂體周邊的還原氣氛及揮散的助劑氣氛進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而能夠控制助劑的分布，能夠得到燒成后的翹曲少、由進(jìn)一步施加之后的熱歷程引起的變形少的氮化硅基板。

[0121]

<氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體>

[0122]

接著，對(duì)本實(shí)施方式涉及的氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體進(jìn)行說(shuō)明。

[0123]

可以將金屬板接合于本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板的至少一面，制成氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體。

[0124]

圖3為示意性地示出本實(shí)施方式的氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體的截面圖。

[0125]

氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體10至少具備氮化硅基板1、金屬板2、和存在于這兩層之間的釬料層3。換言之，氮化硅基板1與金屬板2通過(guò)釬料層3而接合。

[0126]

<氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體的制造方法>

[0127]

以下，對(duì)氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體10的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體10例如可以由以下的工序制造。

[0128]

(1)將釬料膏涂布于氮化硅基板1的一面或兩面，使金屬板2與該涂布面接觸。

[0129]

(2)通過(guò)在真空中或非活性氣氛中進(jìn)行加熱處理，從而將氮化硅基板1與金屬板2接合。

[0130]

(金屬板)

[0131]

本實(shí)施方式涉及的氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體10中使用的金屬板2所使用的金屬可舉出銅、鋁、鐵、鎳、鉻、銀、鉬、鈷的單質(zhì)或其合金等。從利用含有活性金屬的銀

?

銅系釬料將金屬板2與氮化硅基板1接合的觀點(diǎn)、導(dǎo)電性、散熱性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選銅。

[0132]

使用銅板的情況下，其純度優(yōu)選為90％以上。通過(guò)使純度為90％以上，成為具有充分的導(dǎo)電性、散熱性的氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體10，另外，在將氮化硅基板1與銅板接合時(shí)，銅板與釬料的反應(yīng)充分進(jìn)行，能夠得到可靠性高的氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體10。

[0133]

上述金屬板2的厚度沒(méi)有限定，通常為0.1mm以上、1.5mm以下。此外，就金屬板2的厚度而言，從散熱性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選為0.2mm以上，從耐熱循環(huán)特性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選為0.5mm以下。

[0134]

(釬料)

[0135]

從使耐熱循環(huán)特性更良好的觀點(diǎn)等考慮，本實(shí)施方式涉及的氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體10中使用的釬料優(yōu)選包含sn及in中的任一者(或sn及in兩者)、以及ag、cu及ti。

[0136]

另外，就釬料而言，將ag、cu、ti、sn及in的總量作為100質(zhì)量份時(shí)，更優(yōu)選ag為78.5質(zhì)量份以上、95質(zhì)量份以下，cu為5.0質(zhì)量份以上、13質(zhì)量份以下，ti為1.5質(zhì)量份以上、5.0質(zhì)量份以下，sn及in的總量為0.4質(zhì)量份以上、3.5質(zhì)量份以下。

[0137]

通過(guò)為上述方式，能夠制成可靠性更高的氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體10。

[0138]

作為上述的ag，使用比表面積為0.1m2/g以上、0.5m2/g以下的ag粉末為宜。通過(guò)使用適度的比表面積的ag粉末，能夠充分地抑制粉末的凝集、接合不良、接合空隙的形成等。需要說(shuō)明的是，比表面積的測(cè)定中，可以應(yīng)用氣體吸附法。

[0139]

就ag粉末的制法而言，通常利用霧化法、濕式還原法等來(lái)制作。

[0140]

作為上述的cu，為了使富ag相連續(xù)化，使用比表面積為0.1m2/g以上1.0m2/g以下、并且由激光衍射法測(cè)得的體積基準(zhǔn)的粒度分布中的中值粒徑d50為0.8μm以上8.0μm以下的cu粉末為宜。通過(guò)使用比表面積、粒徑適度的cu粉末，從而能夠抑制接合不良，抑制富ag相因富cu相而不連續(xù)化的情況等。

[0141]

上述的釬料粉末中含有的sn或in是用于減小釬料與氮化硅基板1的接觸角、改善釬料的潤(rùn)濕性的成分。它們的配合量相對(duì)于ag與cu的合計(jì)100質(zhì)量份而言?xún)?yōu)選為0.4質(zhì)量份以上、3.5質(zhì)量份以下。

[0142]

通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)配合量，能夠使得與氮化硅基板1的潤(rùn)濕性適當(dāng)，降低接合不良的可能性。另外，能夠降低下述情況的可能性：釬料層3中的富ag相因富cu相而不連續(xù)化，成為釬料斷裂的起點(diǎn)，熱循環(huán)特性下降。

[0143]

作為上述的sn或in，可以使用比表面積為0.1m2/g以上1.0m2/g以下、并且d50為0.8μm以上10.0μm以下的sn或in粉末。

[0144]

通過(guò)使用比表面積、粒徑適度的粉末，能夠降低接合不良的可能性、接合空隙產(chǎn)生

的可能性。

[0145]

從提高與氮化硅基板的反應(yīng)性等的觀點(diǎn)考慮，釬料優(yōu)選包含活性金屬。具體而言，由于與氮化硅基板1的反應(yīng)性高、能夠使接合強(qiáng)度非常高，因此優(yōu)選包含鈦。

[0146]

相對(duì)于ag粉末、cu粉末、與sn粉末或in粉末的合計(jì)100質(zhì)量份而言，鈦等活性金屬的添加量?jī)?yōu)選為1.5質(zhì)量份以上、5.0質(zhì)量份以下。通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)活性金屬的添加量，能夠進(jìn)一步提高與氮化硅基板1的潤(rùn)濕性，能夠進(jìn)一步抑制接合不良的產(chǎn)生。另外，未反應(yīng)的活性金屬的殘留被抑制，富ag相的不連續(xù)化等也能夠被抑制。

[0147]

釬料膏可通過(guò)將至少上述的金屬粉末、與根據(jù)需要加入的有機(jī)溶劑、有機(jī)粘結(jié)劑混合而得到。混合中，可以使用混砂機(jī)、自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)混合機(jī)、行星式混合機(jī)、三輥磨機(jī)等。由此，例如能夠得到膏狀的釬料。

[0148]

此處可使用的有機(jī)溶劑沒(méi)有限定。例如，可舉出甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、異佛爾酮、甲苯、乙酸乙酯、萜品醇、二乙二醇

·

單丁基醚、texanol等。

[0149]

此處可使用的有機(jī)粘結(jié)劑沒(méi)有限定。例如，可舉出聚甲基丙烯酸異丁酯、乙基纖維素、甲基纖維素、丙烯酸樹(shù)脂、甲基丙烯酸樹(shù)脂等高分子化合物。

[0150]

(釬料膏涂布工序)

[0151]

上述(1)中將釬料膏涂布于氮化硅基板1的方法沒(méi)有限定。例如，可舉出輥涂法、絲網(wǎng)印刷法、轉(zhuǎn)印法等。從容易均勻地涂布這樣的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選絲網(wǎng)印刷法。

[0152]

為了利用絲網(wǎng)印刷法均勻地涂布釬料膏，優(yōu)選將釬料膏的粘度控制為5pa

·

s以上、20pa

·

s以下。另外，通過(guò)將釬料膏中的有機(jī)溶劑量調(diào)節(jié)為例如5質(zhì)量％以上17質(zhì)量％以下、將有機(jī)粘結(jié)劑量調(diào)節(jié)為例如2質(zhì)量％以上8質(zhì)量％以下，從而能夠提高印刷性。

[0153]

(接合工序)

[0154]

關(guān)于上述(2)的氮化硅基板1與金屬板2的接合，優(yōu)選在真空中或氮、氬等非活性氣氛中于740℃以上、850℃以下的溫度處理10分鐘以上、60分鐘以下的時(shí)間。

[0155]

通過(guò)使溫度為740℃以上，處理時(shí)間為10分鐘以上，或者同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)條件，例如金屬板2為銅板時(shí)，來(lái)自銅板的銅的熔化量變得足夠多，能夠使氮化硅基板1與金屬板2的接合性足夠牢固。

[0156]

另一方面，通過(guò)使溫度為850℃以下，處理時(shí)間為60分鐘以下，或者同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)條件，從而能夠獲得下述優(yōu)點(diǎn)：容易確保得到的釬料層中的富ag相的連續(xù)性；例如金屬板2為銅板時(shí)，釬料向銅板中的過(guò)度擴(kuò)散被抑制；由銅的再結(jié)晶化引起的銅晶體的粗大化被抑制；能夠降低來(lái)自陶瓷與銅的熱膨脹率差的應(yīng)力；等等。

[0157]

通過(guò)上述(1)及(2)這樣的工序，能夠得到氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體10。通過(guò)使用本實(shí)施方式涉及的氮化硅基板1，能夠減少氮化硅基板1的翹曲，因此能夠提高氮化硅基板1與金屬板2的接合的可靠性，另外，認(rèn)為能夠抑制氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體10的制造工序中的氮化硅基板1的變形、熱應(yīng)力的累積，使成品率提高。

[0158]

<氮化硅電路基板>

[0159]

對(duì)得到的氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體10進(jìn)一步進(jìn)行處理，進(jìn)行加工，或者進(jìn)行處理及加工，也能夠得到氮化硅電路基板。例如，可以將氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體10的、至少金屬板2的一部分除去而形成電路。更具體而言，可以通過(guò)利用蝕刻將金屬板2、釬料層3的一部分除去來(lái)形成電路圖案。由此，能夠得到氮化硅電路基板。

[0160]

以下，對(duì)在氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體10上形成電路圖案而得到氮化硅電路基板的步驟進(jìn)行說(shuō)明。

[0161]

·

蝕刻掩模的形成

[0162]

首先，在金屬板2的表面形成蝕刻掩模。

[0163]

作為形成蝕刻掩模的方法，可以適當(dāng)采用照片顯影法(光致抗蝕劑法)、絲網(wǎng)印刷法、例如使用了互應(yīng)化學(xué)公司制per400k油墨的噴墨印刷法等已知技術(shù)。

[0164]

·

金屬板2的蝕刻處理

[0165]

為了形成電路圖案，進(jìn)行金屬板2的蝕刻處理。

[0166]

關(guān)于蝕刻液，沒(méi)有限制。可以使用通常使用的氯化鐵溶液、氯化銅溶液、硫酸、雙氧水等。作為優(yōu)選的蝕刻液，可舉出氯化鐵溶液、氯化銅溶液?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)蝕刻時(shí)間來(lái)使銅電路的側(cè)面傾斜。

[0167]

·

釬料層3的蝕刻處理

[0168]

在利用蝕刻將金屬板2的一部分除去而得到的氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體中，殘留有涂布的釬料、其合金層、氮化物層等。因此，通常使用包含鹵代銨水溶液、硫酸、硝酸等無(wú)機(jī)酸、雙氧水的溶液將它們除去。通過(guò)調(diào)節(jié)蝕刻時(shí)間、溫度、加壓壓力等條件，可以調(diào)節(jié)釬料滲出部的長(zhǎng)度及厚度。

[0169]

·

蝕刻掩模的剝離

[0170]

蝕刻處理后的蝕刻掩模的剝離方法沒(méi)有限定。通常為浸漬于堿性水溶液的方法等。

[0171]

·

鍍敷/防銹處理

[0172]

從提高耐久性、抑制經(jīng)時(shí)變化等觀點(diǎn)考慮，可以進(jìn)行鍍敷處理或防銹處理。

[0173]

作為鍍敷，可舉出ni鍍敷、ni合金鍍敷、au鍍敷等。就鍍敷處理的具體方法而言，可以通過(guò)下述方法來(lái)進(jìn)行：(i)經(jīng)過(guò)脫脂、化學(xué)研磨、利用pd活化的化學(xué)液進(jìn)行的前處理工序，使用含有次磷酸鹽的化學(xué)液作為ni

?

p無(wú)電解鍍液的通常的無(wú)電解鍍的方法、(ii)使電極與銅電路圖案接觸而進(jìn)行電鍍的方法；等等。

[0174]

防銹處理可以通過(guò)例如苯并三唑系化合物來(lái)進(jìn)行。

[0175]

<半導(dǎo)體封裝件>

[0176]

通過(guò)進(jìn)行例如在以上述方式形成有電路的氮化硅電路基板上配置適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體元件等操作，從而能夠得到功率模塊等半導(dǎo)體封裝件。

[0177]

關(guān)于功率模塊的具體構(gòu)成、詳細(xì)內(nèi)容，例如，請(qǐng)參見(jiàn)前述的專(zhuān)利文獻(xiàn)1～3的記載、日本特開(kāi)平10

?

223809號(hào)公報(bào)的記載、日本特開(kāi)平10

?

214915號(hào)公報(bào)的記載等。

[0178]

以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了陳述，但這些是本發(fā)明的示例，可以采用上述以外的各種構(gòu)成。另外，本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方式，能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)的變形、改良等包括在本發(fā)明中。

[0179]

實(shí)施例

[0180]

基于實(shí)施例及比較例，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明不限于實(shí)施例。

[0181]

[實(shí)施例1]

[0182]

<原料混合工序>

[0183]

準(zhǔn)備si3n4粉末以及作為燒結(jié)助劑的sio2粉末、mgo粉末及y2o3粉末，以成為表1中記載的配合量的方式進(jìn)行稱(chēng)取。然后，向球磨機(jī)的樹(shù)脂制筒體中投入上述混合粉末、有機(jī)溶劑及作為粉碎介質(zhì)的氮化硅制球，進(jìn)行濕式混合。進(jìn)而，添加有機(jī)粘結(jié)劑(相對(duì)于原料粉末的合計(jì)100質(zhì)量份而言為20質(zhì)量份)，進(jìn)行濕式混合，得到片材成型用漿料。

[0184]

需要說(shuō)明的是，使用的原料粉末如下所示。

[0185]

si3n4粉末：denka公司制，產(chǎn)品號(hào)sn

?

9fws，平均粒徑(d50)為0.7μm

[0186]

sio2粉末：denka公司制，產(chǎn)品號(hào)sfp

?

30m，平均粒徑(d50)為0.6μm

[0187]

mgo粉末：巖谷化學(xué)公司制，產(chǎn)品號(hào)mtk

?

30，平均粒徑(d50)為0.2μm

[0188]

y2o3粉末：信越化學(xué)公司制，制品名球狀微粉，平均粒徑(d50)為1.0μm

[0189]

<片材成型工序>

[0190]

針對(duì)得到的片材成型用漿料，通過(guò)脫泡、溶劑除去來(lái)調(diào)節(jié)粘度，利用刮刀法成型為片材。另外，利用沖裁，得到?jīng)_裁后片材。對(duì)沖裁后片材的尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使得燒成后的氮化硅基板的尺寸成為148mm

×

200mm

×

0.32mm。

[0191]

<bn涂布>

[0192]

為了在上述片材的上表面(一面)涂布bn，準(zhǔn)備包含bn粉末和有機(jī)溶劑的bn漿料。另外，利用涂布法或絲網(wǎng)法，將上述bn漿料涂布于上述片材的一面，使其干燥，得到涂布有bn的片材。

[0193]

<脫脂工序>

[0194]

將60張上述涂布有bn的片材進(jìn)行層疊，將該層疊體在大氣(含有氧氣的氣氛)中進(jìn)行加熱，由此將有機(jī)粘結(jié)劑脫脂(除去)，得到脫脂體。

[0195]

需要說(shuō)明的是，脫脂的溫度條件如下所示。

[0196]

保持溫度：500℃

[0197]

保持時(shí)間：10小時(shí)

[0198]

<燒成工序>

[0199]

將得到的經(jīng)層疊的脫脂體60張(2040g)設(shè)置在由bn形成的容器(bn容器)內(nèi)。需要說(shuō)明的是，bn容器由框、下蓋、上蓋構(gòu)成，是通過(guò)從下起依次設(shè)置下蓋、框、上蓋從而使下蓋與框、框與上蓋嵌合而構(gòu)成封閉空間的結(jié)構(gòu)，其容積為5544cm3。在bn容器內(nèi)，與脫脂體一同設(shè)置了氣氛調(diào)節(jié)用的氮化硅基板(燒結(jié)體)100g。需要說(shuō)明的是，氮化硅基板沿與脫脂體垂直的朝向(相對(duì)于bn容器的框而言平行的朝向)設(shè)置。將容納有脫脂體和氮化硅基板的bn容器放入燒成爐內(nèi)進(jìn)行燒成。

[0200]

需要說(shuō)明的是，燒成的條件如下所示。

[0201]

保持溫度：1850℃

[0202]

保持時(shí)間：5小時(shí)

[0203]

降溫速度(1850

?

1400℃)：0.8℃/分鐘

[0204]

降溫速度(1400℃以下)：6℃/分鐘

[0205]

氣氛：氮?dú)夥?0.88mpa，氣體流量為30l/分鐘)

[0206]

通過(guò)以上的工序，得到了148mm

×

200mm

×

0.32mm的氮化硅基板。

[0207]

<評(píng)價(jià)方法>

[0208]

針對(duì)得到的實(shí)施例及比較例的氮化硅基板，利用以下的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

[0209]

(基于x射線(xiàn)熒光分析的分析)

[0210]

將實(shí)施例及比較例的氮化硅基板的表面的對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)作為交叉點(diǎn)a，以交叉點(diǎn)a為中心，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置進(jìn)行組成分析。

[0211]

另外，以存在于氮化硅基板的表面的2條對(duì)角線(xiàn)上且位于從氮化硅基板的角部起在向交叉點(diǎn)a的方向上朝內(nèi)側(cè)為3mm的位置的4個(gè)點(diǎn)b1、b2、b3、b4為中心，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置進(jìn)行組成分析。

[0212]

x射線(xiàn)熒光分析中的分析條件如下所示。

[0213]

測(cè)定裝置：株式會(huì)社rigaku制，zsx100e

[0214]

x射線(xiàn)管功率：3.6kw

[0215]

光斑直徑：1mm

[0216]

定量方法采用基本參數(shù)法(fp法)。關(guān)于硅，全部以氮化物(si3n4)的形成存在，以各成分的合計(jì)成為100％的方式，將氮化硅(si3n4)作為平衡成分進(jìn)行計(jì)算。另外，關(guān)于鎂及釔，各自以氧化物的形式存在，以氧化鎂(mgo)及氧化釔(y2o3)換算計(jì)進(jìn)行計(jì)算。

[0217]

將a中的鎂量(mass％，以氧化物換算)設(shè)為xa(％)，將b1、b2、b3、b4中的鎂量(mass％，以氧化物換算)設(shè)為xb1(％)、xb2(％)、xb3(％)、xb4(％)，將xb1(％)、xb2(％)、xb3(％)、xb4(％)的算術(shù)平均值設(shè)為xb(％)。

[0218]

將a中的釔量(mass％，以氧化物換算)設(shè)為ya(％)，將b1、b2、b3、b4中的釔量(mass％，以氧化物換算)設(shè)為yb1(％)、將yb2(％)、yb3(％)、yb4(％)，將yb1(％)、yb2(％)、yb3(％)、yb4(％)的算術(shù)平均值設(shè)為yb(％)。

[0219]

另外，算出xb/xa及ya/yb。

[0220]

將結(jié)果示于表1。

[0221]

(基于氧氮分析儀的分析)

[0222]

從實(shí)施例及比較例的氮化硅基板切出以其表面的對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)為中心且邊長(zhǎng)為3mm的正方形，作為氧分析用試樣c。利用氧氮分析裝置對(duì)該氧分析用試樣c進(jìn)行分析，將氧分析用試樣c的氧濃度(mass％)設(shè)為zc(％)。另外，從實(shí)施例及比較例的氮化硅基板切出包含角部且邊長(zhǎng)為3mm的正方形，作為氧分析用試樣d。利用氧氮分析裝置對(duì)該氧分析用試樣d進(jìn)行分析，將氧分析用試樣d的氧濃度(mass％)設(shè)為zd(％)。氧氮分析裝置使用株式會(huì)社堀場(chǎng)制作所制emga

?

920。

[0223]

將結(jié)果示于表1。

[0224]

(翹曲測(cè)定)

[0225]

利用keyence公司制的三維激光計(jì)測(cè)器，測(cè)定實(shí)施例及比較例的氮化硅基板的翹曲。

[0226]

測(cè)定軟件型號(hào)：ks

?

measure ks

?

h1m

[0227]

分析軟件型號(hào)：ks

?

analyser ks

?

h1a

[0228]

將各實(shí)施例及比較例的氮化硅基板水平地設(shè)置，以1mm的間隔對(duì)148mm

×

200mm的氮化硅基板的整個(gè)表面進(jìn)行掃描，將氮化硅基板表面面內(nèi)的最低點(diǎn)與最高點(diǎn)的高度之差作為氮化硅基板的翹曲量(μm)，將使翹曲量(μm)除以對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度(mm)而得到的值作為每單位長(zhǎng)度的翹曲(μm/mm)，按以下的基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

[0229]

○

：每單位長(zhǎng)度的翹曲量小于2.0μm/mm

[0230]

×

：每單位長(zhǎng)度的翹曲量為2.0μm/mm以上

[0231]

針對(duì)同時(shí)燒成的60張氮化硅基板，進(jìn)行翹曲的評(píng)價(jià)，算出將

○

作為合格、將

×

作為不合格時(shí)的成品率。將結(jié)果示于表1。

[0232]

另外，針對(duì)實(shí)施例1的氮化硅基板，測(cè)定斷裂韌性值。針對(duì)3張基板a～c，對(duì)基板中央部(以對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)為中心的半徑3mm以?xún)?nèi)的區(qū)域)及基板外周部(從角部起，半徑3mm以?xún)?nèi)的區(qū)域)處的斷裂韌性值進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果確認(rèn)了，分別地，基板a的基板中央部為6.6mpa/m

1/2

，基板外周部為6.7mpa/m

1/2

，基板b的基板中央部為6.8mpa/m

1/2

，基板外周部為6.9mpa/m

1/2

，基板c的基板中央部為6.8mpa/m

1/2

，基板外周部為6.7mpa/m

1/2

，就實(shí)施例1的氮化硅基板而言，經(jīng)同時(shí)燒成的多個(gè)氮化硅基板內(nèi)的機(jī)械特性的不均小，并且1片氮化硅基板內(nèi)的機(jī)械特性的面內(nèi)分布少。

[0233]

需要說(shuō)明的是，斷裂韌性是基于jis

?

r1607、利用if法測(cè)定的。即，對(duì)通過(guò)將維氏壓頭壓入試驗(yàn)面而產(chǎn)生的壓痕、及龜裂的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)壓入載荷、壓痕的對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度、龜裂長(zhǎng)度及彈性模量算出斷裂韌性值。壓入載荷為2kgf(19.6n)。

[0234]

[實(shí)施例2～4]

[0235]

除了使原料配合比如表1記載的那樣以外，與實(shí)施例1同樣地制作氮化硅基板，進(jìn)行基于x射線(xiàn)熒光分析的分析、基于氧氮分析儀的分析、翹曲測(cè)定。

[0236]

將結(jié)果示于表1。

[0237]

[比較例1]

[0238]

燒成工序中，使1850℃至1400℃的降溫速度為8℃/分鐘，未在bn容器內(nèi)設(shè)置氣氛調(diào)節(jié)用氮化硅基板，除此以外，與實(shí)施例1同樣地制作氮化硅基板，進(jìn)行基于x射線(xiàn)熒光分析的分析、基于氧氮分析儀的分析、翹曲測(cè)定。

[0239]

將結(jié)果示于表1。

[0240]

[比較例2]

[0241]

燒成工序中，未在bn容器內(nèi)設(shè)置氣氛調(diào)節(jié)用氮化硅基板，除此以外，與實(shí)施例1同樣地制作氮化硅基板，進(jìn)行基于x射線(xiàn)熒光分析的分析、基于氧氮分析儀的分析、翹曲測(cè)定。

[0242]

將結(jié)果示于表1。

[0243]

由各實(shí)施例

·

比較例可理解，在優(yōu)化了高溫區(qū)域內(nèi)的降溫速度及燒成氣氛的實(shí)施例中，能夠?qū)b/xa控制在0.80以上、1.00以下，即使是基板尺寸為148mm

×

200mm這樣較大的氮化硅基板，也能夠以高成品率得到降低了翹曲的氮化硅基板。另一方面，在未進(jìn)行降溫速度、燒成氣氛的調(diào)節(jié)的比較例中，無(wú)法將xb/xa控制在0.80以上、1.00以下，無(wú)法以高成品率得到降低了翹曲的氮化硅基板。

[0244]

[表1]

[0245][0246]

本技術(shù)主張以于2019年3月29日提出申請(qǐng)的日本技術(shù)特愿2019

?

065541號(hào)為基礎(chǔ)的優(yōu)先權(quán)，將其全部公開(kāi)內(nèi)容并入本文中。

[0247]

附圖標(biāo)記說(shuō)明

[0248]

1 氮化硅基板

[0249]

2 金屬板

[0250]

3 釬料層。技術(shù)特征：

1.氮化硅基板，其為含有氮化硅和鎂的氮化硅基板，在下述條件i下，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置對(duì)所述氮化硅基板的表面進(jìn)行分析時(shí)，xb/xa為0.80以上且1.00以下，(條件i)利用x射線(xiàn)熒光分析裝置，對(duì)所述氮化硅基板中的任一面的表面的對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)a進(jìn)行分析，將所述交叉點(diǎn)a處的鎂量(mass％，以氧化物換算)設(shè)為xa(％)；另外，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置，對(duì)處于所述對(duì)角線(xiàn)上、且位于從所述氮化硅基板的角部起在向所述交叉點(diǎn)a的方向上朝內(nèi)側(cè)為3mm的位置的4個(gè)點(diǎn)b1、b2、b3、b4進(jìn)行分析，將該4個(gè)點(diǎn)處的鎂量(mass％，以氧化物換算)的算術(shù)平均值設(shè)為xb(％)。2.如權(quán)利要求1所述的氮化硅基板，其中，在下述條件ii下，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置對(duì)所述氮化硅基板的表面進(jìn)行分析時(shí)，ya/yb為0.90以上且1.00以下，(條件ii)利用x射線(xiàn)熒光分析裝置，對(duì)所述氮化硅基板中的任一面的表面的對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)a進(jìn)行分析，將所述交叉點(diǎn)a處的釔量(mass％，以氧化物換算)設(shè)為ya(％)；另外，利用x射線(xiàn)熒光分析裝置，對(duì)處于所述對(duì)角線(xiàn)上、且位于從所述氮化硅基板的角部起在向所述交叉點(diǎn)a的方向上朝內(nèi)側(cè)為3mm的位置的4個(gè)點(diǎn)b1、b2、b3、b4進(jìn)行分析，將該4個(gè)點(diǎn)處的釔量(mass％，以氧化物換算)的算術(shù)平均值設(shè)為yb(％)。3.如權(quán)利要求1或2所述的氮化硅基板，其中，在下述條件iii下，利用氧氮分析裝置對(duì)所述氮化硅基板進(jìn)行分析時(shí)，zc及zd各自為0.10％以上且7.00％以下，并且zd/zc為0.85以上且1.00以下，(條件iii)從所述氮化硅基板切出以其表面的對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)為中心且邊長(zhǎng)為3mm的正方形，作為氧分析用試樣c；利用氧氮分析裝置對(duì)該氧分析用試樣c進(jìn)行分析，將所述氧分析用試樣c的氧濃度(mass％)設(shè)為zc(％)；另外，從所述氮化硅基板切出包含其表面的任一角部且邊長(zhǎng)為3mm的正方形，作為氧分析用試樣d；利用氧氮分析裝置對(duì)該氧分析用試樣d進(jìn)行分析，將所述氧分析用試樣d的氧濃度(mass％)設(shè)為zd(％)。4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的氮化硅基板，其中，所述氮化硅基板的表面的對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度為150mm以上。5.氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體，其是將金屬板接合于權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的氮化硅基板的至少一面而成的。6.氮化硅電路基板，其是在權(quán)利要求5所述的氮化硅

?

金屬?gòu)?fù)合體中除去所述金屬板的至少一部分而成的。7.半導(dǎo)體封裝件，其是在權(quán)利要求6所述的氮化硅電路基板上搭載半導(dǎo)體元件而成的。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供氮化硅基板，其為含有氮化硅和鎂的氮化硅基板，在特定的條件I下，利用X射線(xiàn)熒光分析裝置對(duì)氮化硅基板的表面進(jìn)行分析時(shí)，XB/XA為0.8以上、1.0以下。1.0以下。1.0以下。

技術(shù)研發(fā)人員：津川優(yōu)太 小橋圣治 西村浩二

受保護(hù)的技術(shù)使用者：電化株式會(huì)社

技術(shù)研發(fā)日：2020.03.27

技術(shù)公布日：2021/11/9