陶瓷烧结体以及半导体装置用基板制造方法及图纸

本发明专利技术所涉及的陶瓷烧结体包含氧化铝、氧化锆和含有二氧化硅以及氧化镁的玻璃成分，并在表面侧具备具有镁的浓度峰值的结合层部，在与结合层部相邻的内部侧具备镁的浓度比结合层部小的内层部。层部小的内层部。层部小的内层部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】陶瓷烧结体以及半导体装置用基板


[0001]本专利技术涉及陶瓷烧结体以及半导体装置用基板。

技术介绍

[0002]作为用于功率晶体管模块等的半导体装置用基板，已知在陶瓷烧结体的表面具备铜板的DBOC基板(Direct Bonding of Copper Substrate)(例如，专利文献1)。在先技术文献专利文献
[0003]专利文献1：日本专利4717960号公报

技术实现思路

专利技术所要解决的课题
[0004]然而，在上述的半导体装置用基板中，在陶瓷烧结体的表面接合有铜板，但本专利技术的专利技术人发现，若陶瓷烧结体的氧离子导电性变高，则在施加直流电压时陶瓷烧结体与铜板的接合强度降低，铜板有可能剥离。
[0005]本专利技术为了解决上述问题而做出，其目的在于提供一种在接合有铜板的情况下，在施加直流电压时能够抑制其剥离的、陶瓷烧结体以及半导体装置用基板。用于解决课题的手段
[0006]本专利技术所涉及的陶瓷烧结体包含氧化铝、氧化锆、三氧化二钇和含有二氧化硅以及氧化镁的玻璃成分，并在表面侧具备具有镁的浓度峰值的结合层部，在与所述结合层部相邻的内部侧具备镁的浓度峰值比结合层部小的内层部。
[0007]在上述陶瓷烧结体中，可以构成为，所述内层部至少具有与所述结合层部的内部侧相邻的第一区域、以及与所述第一区域的内部侧相邻的第二区域，所述第二区域的镁的浓度峰值小于所述结合层部的浓度峰值且大于所述第一区域的浓度峰值。
[0008]在上述陶瓷烧结体中，可以构成为，所述氧化锆的含量为10质量％以上且25质量％以下。
[0009]在上述陶瓷烧结体中，可以构成为，在所述氧化锆的含量为10质量％以上且15质量％以下时，所述二氧化硅的含量为0.7质量％以上且1.5质量％以下。
[0010]在上述陶瓷烧结体中，可以构成为，在所述氧化锆的含量高于15质量％且为25质量％以下时，所述二氧化硅的含量为1.5质量％以上且2.0质量％以下。
[0011]在上述陶瓷烧结体中，可以构成为，所述氧化镁的含量为0.1质量％以上且0.8质量％以下。
[0012]本专利技术所涉及的半导体装置用基板是用于安装电子部件的半导体装置用基板，其具备：上述任一项所述的陶瓷烧结体；以及与所述陶瓷烧结体接合的铜板。专利技术效果
[0013]根据本专利技术，在接合有铜板的情况下，在施加直流电压时能够抑制其剥离。
附图说明
[0014]图1是示出具有本专利技术所涉及的半导体装置用基板的半导体装置的一个实施方式的剖视图。图2A是示出比较例1的频率与阻抗的关系的曲线图。图2B是示出实施例1的频率与阻抗的关系的曲线图。图3A是示出比较例1的表面附近的硅(Si)的元素分布的图。图3B是示出实施例1的表面附近的硅(Si)的元素分布的图。图4A是示出比较例1的表面附近的镁(Mg)的元素分布的图。图4B是示出实施例1的表面附近的镁(Mg)的元素分布的图。图5A是用于说明图4B中的深度方向的镁的浓度分布测定的图。图5B是通过图5A的方法测定的深度方向的镁的浓度分布。图6是示出二氧化硅的含量与阻抗的关系的曲线图。
具体实施方式
[0015]以下，参照附图对本专利技术所涉及的陶瓷烧结体以及使用其的半导体装置用基板的一个实施方式进行说明。图1是具有本实施方式所涉及的半导体装置用基板的半导体装置的剖视图。
[0016]<1.半导体装置的概要>本实施方式所涉及的半导体装置例如在汽车、空调机、工业用机器人、业务用电梯、家庭用微波炉、IH电饭煲、发电(风力发电、太阳光发电、燃料电池等)、电铁、UPS(不间断电源)等各种电子设备中用作功率模块。
[0017]如图1所示，本实施方式所涉及的半导体装置1具备：半导体装置用基板2、第一接合材料5、第二接合材料5'、半导体芯片6、接合线7以及散热器8。
[0018]半导体装置用基板2是所谓的DBOC基板(Direct Bonding of Copper Substrate)，其具备：作为绝缘体的板状的陶瓷烧结体3、接合于其一个面(上表面)的第一铜板4、以及接合于另一个面(下表面)的第二铜板4'。关于陶瓷烧结体3的详情，在后面叙述。
[0019]在第一铜板4，形成有传输电路。另一方面，第二铜板4'形成为平板状。
[0020]在该半导体装置用基板2的上表面即第一铜板4的上表面的一部分，经由第一接合材料5接合有半导体芯片6。此外，半导体芯片6和第一铜板4通过接合线7连接。
[0021]另一方面，在半导体装置用基板2的下表面即第二铜板4'的下表面，经由第二接合材料5'接合有散热器8。散热器8是公知的，例如能够由铜等金属构成。
[0022]接着，对上述半导体装置用基板2的制造方法的一例进行说明。首先，形成在陶瓷烧结体3的上表面以及下表面配置有第一以及第二铜板4、4'的层叠体。在此，所使用的各铜板4、4'的表面被氧化。接着，将该层叠体在1065℃～1083℃的氮气氛围条件下加热10分钟左右。由此，在陶瓷烧结体3与第一以及第二铜板4、4'接合的界面(以下总称为“接合界面”。)生成Cu
‑
O共晶液相，陶瓷烧结体3的各面被润湿。接着，通过将层叠体冷却而使Cu
‑
O共晶液相固化，从而在陶瓷烧结体3接合第一以及第二铜板4、4'。
[0023]另外，形成于第一铜板4的传输电路例如能够通过减成法或加成法来形成。
[0024]<2.陶瓷烧结体的结构>接着，对陶瓷烧结体3详细进行说明。陶瓷烧结体3包含氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、三氧化二钇(Y2O3)、玻璃成分以及除此以外的剩余部分。玻璃成分包含二氧化硅(SiO2)以及氧化镁(MgO)。以下，对该陶瓷烧结体3的构成元素的含量进行说明。
[0025]氧化铝的含量例如优选为75质量％以上且90质量％以下，进一步优选为85质量％以上且90质量％以下。
[0026]氧化锆的含量优选为10质量％以上且25质量％以下，进一步优选为10质量％以上且15质量％以下。通过氧化锆的含量为10质量％以上，能够提高陶瓷烧结体3的强度。此外，可认为能够抑制陶瓷烧结体3的线性热膨胀系数变得过小，能够减小陶瓷烧结体3与第一以及第二铜板4、4'的线性热膨胀系数差。其结果，可认为能够减小在接合界面产生的热应力，有助于抑制在接合界面产生陶瓷烧结体3的裂纹。
[0027]另一方面，通过将氧化锆的含量设为25质量％以下，可认为能够抑制铜板接合时的接合界面处的反应变得过剩，能够抑制在接合界面产生空隙。这是因为氧化铝和氧化锆的铜板接合时的与Cu
‑
O共晶液相的润湿性不同。此外，通过将氧化锆的含量设为25质量％以下，如后所述，能够无需提高二氧化硅的含量而提高陶瓷烧结体3的阻抗。
[0028]三氧化二钇的含量优选设为0.8质量％以上且1.9质量％以下。通过将含量设为0.8质量％以上，可认为能够抑制氧化锆晶体相中单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种陶瓷烧结体，其包含：氧化铝；氧化锆；三氧化二钇；以及玻璃成分，含有二氧化硅以及氧化镁，所述陶瓷烧结体在表面侧具备具有镁的浓度峰值的结合层部，在与所述结合层部相邻的内部侧具备镁的浓度峰值比所述结合层部小的内层部。2.根据权利要求1所述的陶瓷烧结体，其中，所述内层部至少具有与所述结合层部的内部侧相邻的第一区域、以及与所述第一区域的内部侧相邻的第二区域，所述第二区域的镁的浓度峰值小于所述结合层部的浓度峰值且大于所述第一区域的浓度峰值。3.根据权利要求1或2所述的陶瓷烧结体，其中，所述氧化锆的含量为10质量％以上且25质量％以下。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：绪方孝友，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：