［発明の目的］ [Object of the invention]
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子実装などに
用いられるＡｌＮ回路基板に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an AlN circuit board used for mounting a semiconductor device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年の半導体素子の高集積化、高密度
化、高速化に伴い、半導体素子の消費電力が増大してい
る。そのため、半導体素子の高発熱化が問題となってい
る。その問題を解決する方法の一つとして、ＬＳＩのパ
ッケージとして高熱伝導性のセラミックスを用いる方法
が開発されている。中でも熱伝導率が大きいセラミック
スであるＡｌＮを半導体素子実装用の回路基板として用
いることが注目されており、現在、ＡｌＮ回路基板は大
電力パワーモジュール基板や、スーパーコンピュータ用
のパッケージとして実用化されている。2. Description of the Related Art With the recent high integration, high density, and high speed of semiconductor devices, the power consumption of the semiconductor devices is increasing. For this reason, there is a problem of increasing the heat generation of the semiconductor element. As a method of solving the problem, a method of using ceramics having high thermal conductivity as an LSI package has been developed. Above all, attention has been paid to using AlN, which is a ceramic having high thermal conductivity, as a circuit board for mounting semiconductor elements. At present, AlN circuit boards have been put to practical use as high-power power module boards and packages for supercomputers. I have.
【０００３】ＡｌＮを半導体素子実装用の回路基板とし
て用いる際には、ＡｌＮ基板をメタライズする必要があ
る。セラミックスの基板をメタライズする方法として
は、大きく分けて、厚膜印刷法と薄膜法などが一般に用
いられている。しかし、厚膜印刷法では厚さ１００μm
以下の配線をつくるることが困難であるので、高密度な
配線をする必要がある場合には薄膜法が適している。When using AlN as a circuit board for mounting a semiconductor element, it is necessary to metallize the AlN substrate. As a method of metallizing a ceramic substrate, a thick film printing method and a thin film method are generally used. However, in the thick film printing method, the thickness is 100 μm
Since it is difficult to make the following wiring, the thin film method is suitable when high-density wiring is required.
【０００４】従来、薄膜法でメタライズされたＡｌＮ基
板の場合、ＡｌＮ基板上に異種の金属薄膜を多層にして
形成し、その後配線パターンを形成する方法が用いられ
ていた。Heretofore, in the case of an AlN substrate metallized by a thin film method, a method has been used in which a heterogeneous metal thin film is formed in multiple layers on an AlN substrate, and then a wiring pattern is formed.
【０００５】従来のＡｌＮ回路基板は以下のようにして
メタライズされていた。研磨されたＡｌＮ基板上にスパ
ッタ法または蒸着法などを用いて、まず基板と金属との
接合層としてＴｉ，Ｃｒ，Ｚｒなどをつけ、つぎに拡散
バリア層としてＮｉ，Ｐｔなどを積層する。さらにその
上に導電層としてＡｕ，Ｃｕなどを積層する。その後フ
ォトリソグラフィープロセスを行うことにより微細な配
線パターンを形成して、回路基板を得る方法である。[0005] A conventional AlN circuit board is metallized as follows. First, Ti, Cr, Zr or the like is provided as a bonding layer between the substrate and the metal on the polished AlN substrate by using a sputtering method or an evaporation method, and then Ni, Pt or the like is laminated as a diffusion barrier layer. Further, Au, Cu or the like is laminated thereon as a conductive layer. Thereafter, a fine wiring pattern is formed by performing a photolithography process to obtain a circuit board.
【０００６】図３に、従来用いられていたＡｌＮ回路基
板の一例の断面図を示す。１０はＡｕ層、１１はＮｉ
層、１２はＴｉ層、１３はＡｌＮ基板である。それぞれ
Ａｕ層１０は導電層、Ｎｉ層１１は拡散バリア層、Ｔｉ
層１２は接合層として積層されている。FIG. 3 shows a cross-sectional view of an example of a conventional AlN circuit board. 10 is an Au layer, 11 is Ni
Layer, 12 is a Ti layer, and 13 is an AlN substrate. Au layer 10 is a conductive layer, Ni layer 11 is a diffusion barrier layer, Ti layer
Layer 12 is laminated as a bonding layer.
【０００７】上記のようなＡｌＮ回路基板における多層
薄膜構造において、接合層として使われるＴｉ，Ｃｒ，
Ｚｒなどは、活性度が高く、ＡｌＮへの密着は良好であ
るが、導電性は良くないという性質がある。また導体層
として使われているＡｕ，Ｃｕ，などは導電性は良い
が、活性度が低いためＡｌＮへの接合性が悪い。そこで
接合層と導体層を重ね、さらに接合層と導体層の間に拡
散バリア層としてＮｉ，Ｐｔなどを積層する多層構造を
用いている。拡散バリア層は、接合層、および導体層の
金属が相互で拡散して、接合層、および導体層の密着性
の低下や抵抗の増加を防止する役割を果たす。以上のよ
うな多層薄膜構造もつＡｌＮ回路基板を半導体実装用の
回路基板として用いていた。In the multilayer thin film structure of the AlN circuit board as described above, Ti, Cr,
Zr and the like have high activity and good adhesion to AlN, but have poor electrical conductivity. Au, Cu, and the like used as the conductor layer have good conductivity, but have low activity and poor bonding to AlN. Therefore, a multilayer structure is used in which a bonding layer and a conductor layer are stacked, and Ni, Pt, or the like is stacked between the bonding layer and the conductor layer as a diffusion barrier layer. The diffusion barrier layer plays a role of preventing the metal of the bonding layer and the conductor layer from diffusing with each other and preventing the adhesion of the bonding layer and the conductor layer from decreasing and increasing the resistance. The AlN circuit board having the multilayer thin film structure as described above has been used as a circuit board for mounting a semiconductor.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来のＡｌＮ回路基板
上には上記に示すような多層薄膜構造であり、接合層、
拡散バリア層、導体層と異なった金属の薄膜を基板上に
形成しなければならなかった。そのためスパッタリン
グ、蒸着などの成膜プロセスが多くなり、また、パター
ン作成の際のエッチング工程も長いので、製造プロセス
が長く、コスト高になっていた。また、異種の金属薄膜
を多層化しなければならないため、後の高温工程により
金属相互が拡散が起こり、密着性の低下や抵抗の増加等
が起こり、回路基板としての信頼性の低下の原因となっ
ていた。The conventional AlN circuit board has a multilayer thin film structure as described above, and has a bonding layer,
A thin metal film different from the diffusion barrier layer and the conductor layer had to be formed on the substrate. Therefore, the number of film forming processes such as sputtering and vapor deposition is increased, and the etching process for forming a pattern is long, so that the manufacturing process is long and the cost is high. In addition, since different types of metal thin films must be multilayered, metal diffusion occurs in a later high-temperature process, causing a decrease in adhesion and an increase in resistance, which causes a reduction in reliability as a circuit board. I was
【０００９】本発明は上記の問題に鑑み、ＡｌＮ基板上
に微細な配線パターンを形成できる薄膜法を用いて、従
来のような、導電層と異なる金属の接合層を必要としな
いメタライズを可能にし、短いプロセスでの製造が可能
で、かつ高信頼性のＡｌＮ回０００路基板を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and enables the use of a thin film method capable of forming a fine wiring pattern on an AlN substrate to enable metallization that does not require a bonding layer made of a metal different from a conductive layer as in the prior art. It is an object of the present invention to provide an AlN circuit board that can be manufactured in a short process and has high reliability.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段および作用】本発明者らは
ＡｌＮ基板と導電性膜とを接合するときに、非晶質層を
間に介在させることにより、Ｔｉ，Ｃｒなどの活性な金
属でなくともＡｌＮ基板に対して良好な密着性が得ら
れ、接合層として異種の金属膜を介在しないでメタライ
ズできることを見出した。Means for Solving the Problems and Actions The present inventors, when joining an AlN substrate and a conductive film, use an active metal such as Ti or Cr by interposing an amorphous layer therebetween. It has been found that good adhesion to an AlN substrate can be attained and metallization can be performed without a different kind of metal film as a bonding layer.
【００１１】すなわち本発明は、ＡｌＮ基板上に導電性
膜が形成されているＡｌＮ回路基板において、前記Ａｌ
Ｎ基板と導電性膜との間に前記導電性膜を構成する元素
と、Ａｌと、Ｎとを含む非晶質層を介在することを特徴
とするＡｌＮ回路基板である。That is, the present invention relates to an AlN circuit board having a conductive film formed on an AlN substrate.
An AlN circuit substrate, comprising an amorphous layer containing an element constituting the conductive film, Al, and N interposed between the N substrate and the conductive film.
【００１２】非晶質層は、共有結合性のＡｌＮ結晶との
界面において、格子の整合性を強制させずに、格子歪み
から出現する応力を緩和する作用がある。また、ＡｌＮ
結晶と非晶質層との界面の元素濃度勾配を連続的に変化
させ高自由エネルギー界面をなくすことができる。ゆえ
に非晶質層をＡｌＮ基板と導電性膜との間に介在させる
ことにより、活性度の高い金属の接合層を必要とせずメ
タライズすることができる。The amorphous layer has an effect of relaxing stress appearing from lattice distortion at the interface with the covalent AlN crystal without forcing lattice matching. Also, AlN
A high free energy interface can be eliminated by continuously changing the element concentration gradient at the interface between the crystal and the amorphous layer. Therefore, by interposing the amorphous layer between the AlN substrate and the conductive film, metallization can be performed without the need for a highly active metal bonding layer.
【００１３】本発明において、非晶質層は、導電性膜を
構成する元素とＡｌとＮとを含んでいればよい。前記の
ような非晶質層であれば、上層の導電性膜とも下層のＡ
ｌＮ基板とも良好な密着性が保たれる。好ましくはＡｌ
Ｎ基板のＡｌＮ結晶界面付近ではＡｌ，とＮの濃度が高
く、ＡｌＮ基板から離れるにつれて徐々に導電性膜を構
成する元素の濃度が高くなるような濃度勾配を持たせる
ことにより、導電性膜とＡｌＮ基板との密着性はさらに
向上する。また、非晶質層には導電性膜を構成する元素
とＡｌとＮ以外の元素が含まれていても良い。In the present invention, the amorphous layer only needs to contain the elements constituting the conductive film, and Al and N. With the above amorphous layer, both the upper conductive film and the lower A
Good adhesion is maintained with the 1N substrate. Preferably Al
The concentration of Al and N is high near the interface of the AlN crystal of the N substrate, and the concentration of the elements constituting the conductive film gradually increases as the distance from the AlN substrate increases. The adhesion to the AlN substrate is further improved. Further, the amorphous layer may contain an element constituting the conductive film and elements other than Al and N.
【００１４】本発明にかかるＡｌＮ基板は、ＣａＯやＹ
2Ｏ3を焼結助剤として用いたもの、あるいは不純物な
どを無くして高純度化し、高熱伝導率を達成したものを
用いても良い。The AlN substrate according to the present invention is made of CaO or Y
A material using2 O3 as a sintering aid, or a material having high purity by eliminating impurities and the like and achieving high thermal conductivity may be used.
【００１５】ＡｌＮ基板上の導電性膜となる導電体の材
料としては、活性度に関係なくあらゆる金属を用いるこ
とが可能である。酸化しないＰｔ、Ａｕ、Ｐｄといった
貴金属のほか、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌなどの卑金属を用いる
ことができる。また、Ｎｉ−Ａｌ，Ｃｕ−Ｗなどのよう
な２種以上の金属の合金でもよい。また低抵抗の導体層
を必要とする場合や、表面の酸化を避けたい場合など
は、導電性膜をＮｉ−Ｃｕの積層や、Ｎｉ−Ａｕの積層
など２種以上の金属の複層構造としても良い。しかし、
導電性膜を複層構造にした場合は、非晶質層は非晶質層
に隣接する導電性膜を構成する元素と、Ａｌと、Ｎとを
含んでいれば良く、それ以外の導電性膜のを構成元素を
含まなくとも良い。As a material of a conductor to be a conductive film on the AlN substrate, any metal can be used regardless of the activity. In addition to noble metals such as Pt, Au, and Pd that do not oxidize, base metals such as Ni, Cu, and Al can be used. Further, an alloy of two or more metals such as Ni-Al and Cu-W may be used. When a low-resistance conductor layer is required or when it is desired to avoid oxidation of the surface, the conductive film is formed as a multilayer structure of two or more kinds of metals such as a laminate of Ni-Cu or a laminate of Ni-Au. Is also good. But,
When the conductive film has a multi-layer structure, the amorphous layer only needs to contain the elements constituting the conductive film adjacent to the amorphous layer, Al and N, and the other conductive films The constituent elements of the film need not be included.
【００１６】非晶質層の厚さは、１０オングストローム
以上１μm 以下であれば、導電性膜との良好な密着性が
得られる。１０オングストローム未満では非晶質層が形
成が困難であり、１μm を越えると非晶質層の応力によ
りクラックが生じることがあり、好ましくない。さらに
は、５０オングストローム以上５００オングストローム
以下がより望ましい。本発明のＡｌＮ回路基板の製造方
法を説明する。If the thickness of the amorphous layer is 10 Å or more and 1 μm or less, good adhesion to the conductive film can be obtained. If the thickness is less than 10 Å, it is difficult to form an amorphous layer, and if it exceeds 1 μm, cracks may occur due to the stress of the amorphous layer, which is not preferable. Further, the thickness is more desirably 50 Å to 500 Å. A method for manufacturing an AlN circuit board according to the present invention will be described.
【００１７】本発明のＡｌＮ回路基板を製造するには、
まず反応性スパッタリング法や、イオンミキシング法な
ど、非晶質層を形成可能な方法を用いてＡｌＮ基板上に
非晶質層を形成し、その上に導電性膜の形成を行う。Ａ
ｌＮ基板上に非晶質層と導電性膜を形成する方法とし
て、例えば反応性スパッタリング法と、イオンミキシン
グ法について下記に説明する。To manufacture the AlN circuit board of the present invention,
First, an amorphous layer is formed on an AlN substrate using a method capable of forming an amorphous layer, such as a reactive sputtering method or an ion mixing method, and a conductive film is formed thereon. A
As a method for forming an amorphous layer and a conductive film on an 1N substrate, for example, a reactive sputtering method and an ion mixing method will be described below.
【００１８】反応性スパッタリングを用いて、非晶質層
と導電性膜を形成するには、例えば次のようにして行
う。まず、表面を研磨したＡｌＮ基板を洗浄し、スパッ
タリング装置内に導入する。次に、Ａｌターゲットと、
導電性膜となる導電体のターゲットを用い、Ｎ2ガスを
ＡｌＮ基板表面に吹き付けながら、両ターゲットをスパ
ッタリングする。それにより、ＡｌＮ基板上にＡｌと、
Ｎと、導電性膜を形成する元素とを含む非晶質層が形成
される。スパッタリングの際、初め、非晶質層中のＡｌ
の濃度を高くなるようにスパッタリングし、徐々に、導
電体の濃度を高くなるようにすることにより導電性膜へ
の密着性の良好な非晶質層を得ることができる。その
後、ＡｌターゲットのスパッタリングとＮ2ガスの吹き
付けを止め、導電体のスパッタリングのみを行うことに
より、導電性膜を形成する。The formation of the amorphous layer and the conductive film using reactive sputtering is performed, for example, as follows. First, the AlN substrate whose surface has been polished is washed and introduced into a sputtering apparatus. Next, an Al target,
Using a target of a conductor to be a conductive film, both targets are sputtered while N2 gas is blown onto the surface of the AlN substrate. Thereby, Al on the AlN substrate,
An amorphous layer containing N and an element forming a conductive film is formed. At the time of sputtering, first, Al in the amorphous layer
By increasing the concentration of the conductor and gradually increasing the concentration of the conductor, an amorphous layer having good adhesion to the conductive film can be obtained. Thereafter, the sputtering of the Al target and the blowing of the N2 gas are stopped, and only the sputtering of the conductor is performed to form a conductive film.
【００１９】イオンミキシング法は例えば、次のように
して行う。まず、表面を研磨したＡｌＮ基板を洗浄し、
スパッタリング装置内に導入する。そして導電性膜とな
る導電体をターゲットとしたスパッタリング装置を用い
てＡｌＮ基板上に導電体をスパッタリングすると同時
に、アシストとしてＡｒイオンを、イオンガンを用いて
高エネルギーで打ち込むことにより、ＡｌＮ基板上にＡ
ｌと、Ｎと、導電性膜を構成する元素を含む非晶質層が
形成される。その後、Ａｒイオンの打ち込みを止め、導
電体のスパッタリングのみを行うことにより、導電性膜
を形成する。The ion mixing method is performed, for example, as follows. First, the AlN substrate whose surface has been polished is washed,
It is introduced into a sputtering device. Then, a conductor is sputtered on the AlN substrate using a sputtering apparatus targeting a conductor serving as a conductive film. At the same time, Ar ions are implanted with high energy using an ion gun as an assist, so that A
An amorphous layer containing l, N, and an element constituting the conductive film is formed. Thereafter, the implantation of Ar ions is stopped, and only the sputtering of the conductor is performed to form a conductive film.
【００２０】また非晶質層は、あらかじめ、導電体を蒸
着またはスパッタリングなどによりＡｌＮ基板上に所望
の非晶質層の厚さに成膜し、その上からＡｒイオンを高
エネルギーで打ち込むことによっても得られる。The amorphous layer is formed by previously depositing a conductor on an AlN substrate to a desired thickness by vapor deposition or sputtering, and implanting Ar ions with high energy thereon. Is also obtained.
【００２１】アシストとしてのイオンは、Ａｒイオンだ
けでなくＮイオンを用いても良い。非晶質層の形成は、
非晶質層の結晶化温度以下の条件で行うのが好ましい。
それは、非晶質層は不安定なため、加熱してエネルギー
を与えると結晶化してしまうためである。As the assist ions, not only Ar ions but also N ions may be used. The formation of the amorphous layer
It is preferable to carry out the reaction at a temperature lower than the crystallization temperature of the amorphous layer.
This is because the amorphous layer is unstable and is crystallized when heated to give energy.
【００２２】以上のようにして非晶質層と導電性膜の形
成後、従来のようにフォトリソグラフィーを行い、導電
性膜と非晶質層をエッチングし配線パターンを形成して
本発明の回路基板を得る。非晶質層のエッチングは配線
間の絶縁が保たれる程度に行う。After the formation of the amorphous layer and the conductive film as described above, photolithography is performed as in the prior art, and the conductive film and the amorphous layer are etched to form a wiring pattern. Obtain a substrate. The etching of the amorphous layer is performed to such an extent that the insulation between the wirings is maintained.
【００２３】以上の方法により、ＡｌＮ基板とメタライ
ズする導電体との間に非晶質層の介在したＡｌＮ回路基
板を得ることができ、従来のように、接合層として、異
種の金属を積層する必要がない。また、上記の方法であ
れば、非晶質層の形成と、導電性膜の形成を同一装置内
で行うことができ、製造プロセスも短縮できる。According to the above method, an AlN circuit board having an amorphous layer interposed between the AlN substrate and the conductor to be metallized can be obtained, and a different kind of metal is laminated as a bonding layer as in the prior art. No need. In addition, according to the above method, the formation of the amorphous layer and the formation of the conductive film can be performed in the same apparatus, and the manufacturing process can be shortened.
【００２４】[0024]
（実施例１）イオンミキシング法によりＡｌＮ基板にＣ
ｕをメタライズする方法について述べる。(Example 1) C on an AlN substrate by an ion mixing method
A method for metallizing u will be described.
【００２５】本実施例では、あらかじめＣｕをターゲッ
トとしたイオンビームスパッタ装置を用いて、ＡｌＮ基
板上にＣｕをスパッタリングをすると同時に、Ａｒイオ
ンを高エネルギーで打ち込み、非晶質層を形成した。In this embodiment, an amorphous layer is formed by simultaneously sputtering Cu on an AlN substrate and implanting Ar ions with high energy using an ion beam sputtering apparatus targeting Cu.
【００２６】本実施例に用いたイオンビームスパッタリ
ング装置には、Ｃｕターゲットをスパッタリングする通
常のイオンガンの他に、成膜時のアシストとして、最高
４０keV の高エネルギーのイオンを発生することのでき
る第二のイオンガンを備えている。以下、工程にそって
説明する。In the ion beam sputtering apparatus used in this embodiment, in addition to a normal ion gun for sputtering a Cu target, a second ion source capable of generating high-energy ions of up to 40 keV as an assist during film formation is provided. Equipped with an ion gun. Hereinafter, the process will be described.
【００２７】まず、ＣａＯを焼結助剤に用いて焼成した
１０mm×１０mm×０．５mmのＡｌＮ基板を表面粗さが平
均で５００オングストロームとなるように研磨した。成
膜前に、中性洗剤、純水、およびイソプロピルアルコー
ルで十分超音波洗浄した。次に、ＣｕターゲットとＡｌ
Ｎ基板とを対向させてスパッタ装置内に設置し、スパッ
タ前に、Ａｒイオンにより逆スパッタクリーニングを実
施した。First, a 10 mm × 10 mm × 0.5 mm AlN substrate fired using CaO as a sintering aid was polished so that the average surface roughness was 500 Å. Before film formation, the substrate was sufficiently ultrasonically cleaned with a neutral detergent, pure water, and isopropyl alcohol. Next, a Cu target and Al
The substrate was placed in a sputtering apparatus facing the N substrate, and reverse sputtering cleaning was performed with Ar ions before sputtering.
【００２８】次にイオンビームスパッタ装置内をクライ
オポンプで１０-5Pa間で真空に引いた。その後イオンガ
ンにＡｒガスを導入し、放電を起こしてプラズマを発生
させた。このイオンガンに加圧電圧 1kV、イオン電流５
０mAを印加しＡｒイオンを引き出した。ニュートラライ
ザーを付属させ、イオンを中性化させた。このＡｒを、
Ｃｕターゲットに衝突させ、ＡｌＮ基板へＣｕ粒子をス
パッタリングした。Next, the inside of the ion beam sputtering apparatus was evacuated to 10-5 Pa using a cryopump. Thereafter, Ar gas was introduced into the ion gun, and a discharge was generated to generate plasma. Pressurized voltage 1kV, ion current 5
Ar ions were extracted by applying 0 mA. A neutralizer was attached to neutralize the ions. This Ar is
The particles were caused to collide with a Cu target to sputter Cu particles on an AlN substrate.
【００２９】一方、Ｃｕのスパッタリングと同時に、基
板と対する位置に、イオンガンを設けておき、上記と同
様に放電を起こさせ、電圧４０keV 、イオン電流100mA
で、Ａｒイオンビームを基板へと照射した。上記条件に
より、Ｃｕのスパッタリングおよび、Ａｒイオンアシス
トを５分〜１０分実施した後に、Ｃｕ成膜のみを行っ
た。On the other hand, at the same time as the sputtering of Cu, an ion gun is provided at a position facing the substrate to cause discharge in the same manner as described above, and a voltage of 40 keV and an ion current of 100 mA
Then, the substrate was irradiated with an Ar ion beam. Under the above conditions, after performing Cu sputtering and Ar ion assist for 5 minutes to 10 minutes, only Cu film formation was performed.
【００３０】上記のように作成して得られた試料をＴＥ
Ｍ観察、及び組成分析を行ったところ、ＡｌＮ基板上に
Ｃｕ、Ａｌ、Ｎからなる非晶質層が２００オングストロ
ームの厚さで形成されており、その上に約１μm の厚さ
のＣｕの薄膜がメタライズされていた。図１に本実施例
で得られたＡｌＮ基板上の薄膜構造を示す。図１で１は
Ｃｕ膜、２は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎからなる非晶質層、３が
ＡｌＮ基板である。The sample prepared as described above was used for TE
According to M observation and composition analysis, an amorphous layer made of Cu, Al, and N was formed to a thickness of 200 Å on the AlN substrate, and a Cu thin film having a thickness of about 1 μm was formed thereon. Had been metallized. FIG. 1 shows a thin film structure on an AlN substrate obtained in this example. In FIG. 1, 1 is a Cu film, 2 is an amorphous layer made of Cu, Al and N, and 3 is an AlN substrate.
【００３１】上記のようにして得られたメタライズ基板
にさらにＣｕめっきすることによりＣｕを５μm の厚さ
として、レジストとフォトリソグラフィー技術により、
２mm2のパターンにパターンニングした。Ｃｕ膜と非晶
質層は過硫化アンモニウム溶液、続けてＫＯＨ溶液でエ
ッチングした。パターンにＣｕ線を半田付けし、垂直引
っ張り強度を測定したところ、いづれも４kg /mm2以上
と高強度を示し、密着性は良好であった。The metallized substrate obtained as described above is further plated with Cu so that Cu has a thickness of 5 μm.
2mm2 Was patterned. The Cu film and the amorphous layer were etched with an ammonium persulfide solution and subsequently with a KOH solution. When the Cu wire was soldered to the pattern and the vertical tensile strength was measured, all were 4 kg / mm2 As described above, high strength was exhibited and adhesion was good.
【００３２】また、本実施例で得られた試料を、不活性
雰囲気中で５００℃以上の温度で熱処理を行ったがＣｕ
膜の密着性は変化せず、４kg /mm2以上の強度を示し
た。さらに半田付け性も良好であった。 （実施例２）次に、反応性スパッタリング法を用いて、
ＡｌＮ基板にＣｕをメタライズする方法について述べ
る。The sample obtained in this example was heat-treated at a temperature of 500 ° C. or more in an inert atmosphere.
The adhesion of the film does not change, 4 kg / mm2 The above strength was shown. Furthermore, the solderability was good. (Example 2) Next, using a reactive sputtering method,
A method for metallizing Cu on an AlN substrate will be described.
【００３３】まずＹ2Ｏ3を焼結助剤に用いて焼成した
１０mm×１０mm×０．５mmのＡｌＮ基板の表面粗さが平
均で５００オングストロームとなるように研磨した。成
膜前の前処理として基板を中性洗剤と純水とイソプロピ
ルアルコールを用いて超音波洗浄した。上記のようにし
て得られた基板をイオンビーム多元スパッタリング装置
内に設置し、Ａｌターゲットと、Ｃｕターゲットを用
い、Ｎ2雰囲気中で同時にスパッタリングを行った。温
度は室温で、真空度は５×１０-2Ｐａであった。Ｎ2ガ
スは、基板表面に吹き付けるようにし、Ａｌターゲット
と、Ｃｕターゲットは、初め、Ａｌターゲットのみをス
パッタリングし、徐々にＣｕターゲットのスパッタリン
グの割合を上げて行き、最終的にＣｕ単体スパッタリン
グとした。各々の合計の成膜量は一定とした。First, a 10 mm × 10 mm × 0.5 mm AlN substrate baked using Y2 O3 as a sintering aid was polished so that the average surface roughness was 500 Å. As a pretreatment before film formation, the substrate was ultrasonically cleaned using a neutral detergent, pure water and isopropyl alcohol. The substrate obtained as described above was set in an ion beam multi-source sputtering apparatus, and sputtering was simultaneously performed in an N2 atmosphere using an Al target and a Cu target. The temperature was room temperature, and the degree of vacuum was 5 × 10−2 Pa. The N2 gas was sprayed on the substrate surface, and the Al target and the Cu target were initially sputtered only with the Al target, and the sputtering rate of the Cu target was gradually increased, and finally the sputtering was performed with Cu alone. . The total amount of each film was constant.
【００３４】得られた試料は、ＡｌＮ基板上にＡｌ、Ｃ
ｕ、Ｎからなる非晶質層が２００オングストロームの厚
さで形成され、その上に約１μm の厚さのＣｕの薄膜が
順に形成されていた。Ａｌ、Ｃｕ、Ｎからなる非晶質層
はＡｌＮ基板表面付近ではＡｌとＮの濃度が高く、Ａｌ
Ｎ基板表面から離れるに従い、Ｃｕの濃度が高くなり、
最終的にはＣｕのみの薄膜が形成されていた。図２に本
実施例で得られたＡｌＮ基板上の薄膜構造を示す。図１
で４はＣｕ膜、５は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎからなる非晶質
層、６がＡｌＮ基板である。The obtained sample was formed on an AlN substrate by Al, C
An amorphous layer made of u and N was formed to a thickness of 200 Å, and a Cu thin film having a thickness of about 1 μm was formed thereon in that order. The amorphous layer composed of Al, Cu and N has a high concentration of Al and N near the surface of the AlN substrate,
As the distance from the N substrate surface increases, the concentration of Cu increases,
Finally, a thin film of only Cu was formed. FIG. 2 shows a thin film structure on an AlN substrate obtained in this example. FIG.
4 is a Cu film, 5 is an amorphous layer made of Cu, Al and N, and 6 is an AlN substrate.
【００３５】上記のようにして得られたメタライズ基板
にさらにＣｕめっきすることによりＣｕを５μm の厚さ
として、レジストとフォトリソグラフィー技術により、
２mm2のパターンにパターンニングした。過硫化アンモ
ニウム溶液にてエッチングした。パターンにＣｕ線を半
田付けし、引っ張り強度を測定したところ、いづれも２
kg /mm2以上と高強度を示した。The metallized substrate obtained as described above is further plated with Cu so that Cu has a thickness of 5 μm.
2mm2 Was patterned. Etching was performed with an ammonium persulfide solution. When a Cu wire was soldered to the pattern and the tensile strength was measured, both were 2
kg / mm2 The above and high strength were shown.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上のように本発明によればＡｌＮ基板
上に接合層として異種の金属膜を形成することなく、活
性度の低い金属でも良好な密着性で基板上にメタライズ
することができる。そのため成膜プロセスも短く、コス
トの低減にも寄与する。また、異種の金属同志の相互拡
散が起こらず、半導体素子の信頼性も向上する。また、
用いる導電性膜の活性度に関係なく、自由に導電層を選
ぶことができ、それぞれの目的用途に応じて、多様な用
途の導電層の種類を選択できる。As described above, according to the present invention, a metal having low activity can be metallized on a substrate with good adhesion without forming a heterogeneous metal film as a bonding layer on the AlN substrate. . Therefore, the film forming process is short, which contributes to cost reduction. Further, mutual diffusion of different kinds of metals does not occur, and the reliability of the semiconductor element is improved. Also,
The conductive layer can be freely selected irrespective of the activity of the conductive film to be used, and the type of the conductive layer for various uses can be selected according to each intended use.
【図１】 実施例１で得られたＡｌＮ回路基板の断面図FIG. 1 is a cross-sectional view of an AlN circuit board obtained in Example 1.
【図２】 実施例２で得られたＡｌＮ回路基板の断面図FIG. 2 is a cross-sectional view of the AlN circuit board obtained in Example 2.
【図３】 従来のＡｌＮ回路基板の一例を示す断面図FIG. 3 is a sectional view showing an example of a conventional AlN circuit board.
１…Ｃｕ膜 ２…非晶質層 ３…ＡｌＮ基板 ４…Ｃｕ膜 ５…非晶質層 ６…ＡｌＮ基板 １０…Ａｕ層 １１…Ｎｉ層 １２…Ｔｉ層 １３…ＡｌＮ基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cu film 2 ... Amorphous layer 3 ... AlN substrate 4 ... Cu film 5 ... Amorphous layer 6 ... AlN substrate 10 ... Au layer 11 ... Ni layer 12 ... Ti layer 13 ... AlN substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩瀬 暢男 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会 社東芝 柳町工場内 (56)参考文献 特開 昭62−216251（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−299884（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 23/15 H01L 23/12 H05K 1/03──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Nobuo Iwase 70, Yanagicho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Yanagimachi Plant, Toshiba Corporation (56) References JP-A-62-216251 (JP, A) JP-A-4 −299884 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl.6 , DB name) H01L 23/15 H01L 23/12 H05K 1/03
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