| 【発明の名称】 |
メタライズドセラミック基板の製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】福山 博之
【氏名】米田 武彦
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| 【要約】 |
【課題】金属層−基板間の密着強度が高く、微細回路パターン間の絶縁性が確実にとれるようなメタライズド窒化アルミニウム基板を提供することを目的とする。
【構成】窒化アルミニウム基板を、酸素分圧が１０−４気圧以下である雰囲気中で、好ましくは１１５０〜１５００℃で５時間以上加熱して酸化することにより表面から３〜１５μｍ程度の厚さの酸化アルミニウム層を形成する。得られた表面酸化された窒化アルミニウム基板上に金属膜を形成し、この金属膜の一部をイオンミリングやレーザー加工等により除去して配線パターンを形成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素分圧が１０−４気圧以下である雰囲気中で窒化アルミニウム基板の表面を、５時間以上酸化することにより表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板を得る工程、及び該工程で得られた基板の酸化アルミニウム層上に金属からなる配線パターンを形成する工程を含むメタライズドセラミック基板の製造方法。
【請求項２】
金属からなる配線パターンを形成する方法が、酸化アルミニウム層の全面を金属膜で被覆する工程及び該工程で被覆された金属膜の一部をイオンミリング又はレーザー加工により除去する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
窒化アルミニウム基板の表面を酸化することにより表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板を製造する方法において、前記酸化を酸素分圧が１０−４気圧以下である雰囲気中、酸化温度以上の温度で５時間以上加熱することにより行うことを特徴とする表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法で製造されたものであり、かつ表面に厚さ３〜１５μmの酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板であって、前記酸化アルミニウム層には複数の空隙が存在し、該酸化アルミニウム層に存在する複数の空隙のうち口径が円相当径で０．２５μｍ以上である空隙の全空隙数に占める割合が５％以上で且つ空隙を含む該酸化アルミニウム層の面積に対する全空隙の総面積が占める割合が７〜３０％であることを特徴とする表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム基板の表面に配線パターンとなるような金属層が形成されたメタライズドセラミック基板を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム基板は、高い熱伝導性或いは高い耐熱衝撃性等の優れた特徴を有しており、半導体素子搭載用のサブマウント、パワーモジュール用の基板等、各種電子回路基板材料として広く使用されている。
【０００３】
窒化アルミニウム基板を電子回路用基板として使用する場合には、その表面に金属層を形成して電極や回路パターンを形成する必要がある。ところが、窒化アルミニウムには、アルミナに比べて金属に対する接合性が低いという問題があり、窒化アルミニウム基板の表面に高い接合強度で接合した金属層を形成するために様々な工夫が成されている。
【０００４】
一方、窒化アルミニウム基板の表面を酸化し、得られた酸化膜上に金属層を形成する方法も知られており、特殊な酸化方法で酸化膜を形成した場合には、その上に高い接合強度で接合した金属層を形成することができる（特許文献１参照）。
【０００５】
このような方法で製造された窒化アルミニウム系メタライズ基板を用いて、微細な回路パターンを形成する場合には、充分な広さを有する金属層を形成し、金属層の不要部分（電極や配線とならない部分）を除去方法が一般に採用されている。通常、不要な金属層を除去する方法としては、フォトリソ技術及びイオンミリング法を用いて不要部をエッチングする方法が採用さている。
【０００６】
また、微細な金属配線を形成する方法としてイオンミリング法により不要金属を除去する方法が知られおり（特許文献２参照）、効率性の高い配線基板を製造する方法としてメタライズ基板をレーザー加工する方法が知られている（特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第WO２００５／０７５３８２号パンフレット
【特許文献２】特開２００３−２０９４１５号公報
【特許文献３】特開２００６−２０２８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１によれば、該文献に開示されている新しい酸化法で酸化処理した窒化アルミニウム基板は、アルミナのメタライズ方法を適用したメタライズが可能であり、しかも得られたメタライズは、基板とメタライズ層との密着性が高く、ヒートサイクルに対する耐久性も高く、さらにメッキ処理を施しても基板が劣化し難いとされている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１記載の方法に従って、窒化アルミニウム基板の表面を酸化し、更に得られた酸化膜上に金属層を形成したメタライズ基板について、フォトリソ技術を用いて不要部をエッチングすることにより微細回路パターンを形成したところ、配線間の絶縁が取れない場合があることが判明した。
【００１０】
イオンミリング法やレーザー加工法は、微細回路パターンの形成法として有用な方法であるが、窒化アルミニウム基板上に直接金属層を形成したメタライズ基板にこれら方法を適用した場合には、形成された配線間の絶縁が取れない場合があることが判明した。
【００１１】
そこで、本発明は、第一に、表面に酸化層を有する窒化アルミニウム基板を用いたメタライズ基板であって、イオンミリング法やレーザー加工法を用いて不要部をエッチングして微細回路パターン形成したときに配線間の絶縁が確実にとれるようなメタライズ基板を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、窒化アルミニウム系メタライズ基板にイオンミリング法やレーザー加工法を適用し、信頼性の高い微細回路を形成する方法を提供することを第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者等は、特許文献１に開示されているメタライズ基板において、前記したような問題が発生する原因について検討を行った。その結果、特許文献１に開示されている酸化方法を採用した場合には、酸化膜に幅の大きな分岐のあるクラックが発生することを防止することはできるものの、クラック自体の発生を完全に抑制することはできず、そのクラックの隙間に入り込んだ金属が通常のエッチングでは除去できない場合があり、その残さ金属によって配線間が電気的に接合してしまうのが原因であることを突き止めた。
【００１４】
また、後者の問題の原因について検討を行ったところ、窒化アルミニウム基板上に直接金属層を形成したメタライズ基板にイオンミリング法やレーザー加工法を適用しときには、特開平２００３−２１８５１８号公報の０００８段落に記載されているように、レーザー加工を施した場合には、窒化アルミニウムの窒素原子が脱離して金属Ａｌが形成されることがあり、それによって絶縁が破壊されることが原因であることが判明した。
【００１５】
本発明者等は、アルミニウム原子に陰性の原子がより強固に結合している酸化アルミニウムではイオンミリング法やレーザー加工法を適用しても金属Ａｌは形成されないのではないかと考え、窒化アルミニウムの表面に、金属が入り込むようなクラックが存在しない酸化膜を形成することができれば、上記２つの問題は一挙に解決できると考え、そのような酸化膜の形成方法について検討を行った。
【００１６】
その結果、窒化アルミニウム基板を酸化処理するに際し、加熱処理前に窒化アルミニウム基板を導入した炉内を真空脱気処理してから不活性ガスを導入した雰囲気中で加熱し、酸化温度に達してからも同雰囲気中で保持し続けた場合にも不活性ガス中に含まれる極微量の酸化性ガスによって窒化アルミニウム基板の酸化が進行すること、及びこのようにして表面酸化処理した基板を用いてメタライズ基板を形成した場合には、前記したような問題が起こらないという知見を得るに到った。
【００１７】
本発明は、このような知見に基づき成されたメタライズドセラミック基板の製造方法であり、酸素分圧が１０−４気圧以下である雰囲気中で窒化アルミニウム基板の表面を酸化することにより表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板を得る工程、及び該工程で得られた基板の酸化アルミニウム層上に金属からなる配線パターンを形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１８】
上記本発明のメタライズドセラミック基板の製造方法における前段の工程は、表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板を製造する方法としても新規なものであり、該方法によって得られる表面酸化窒化アルミニウム基板も、前記特許文献１に開示されている方法で得られる表面酸化窒化アルミニウム基板と比べて、酸化層に含まれる空隙の数が多く、しかも口径が大きい空隙の割合が高い。より具体的には、酸化アルミニウム層に存在する複数の空隙のうち口径が円相当径で０．２５μｍ以上である空隙の全空隙数に占める割合が５％以上で且つ空隙を含む該酸化アルミニウム層の面積に対する全空隙の総面積が占める割合が７〜３０％であるという特徴を有する新規なものである。
【００１９】
即ち、第二の本発明は、窒化アルミニウム基板の表面を酸化することにより表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板を製造する方法において、前記酸化を酸素分圧が１０−４気圧以下である雰囲気中で行うことを特徴とする方法であり、第三の本発明は、該方法で製造される表面に酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム基板である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の方法によれば、前記特許文献１に開示されている窒化アルミニウム系のメタライズ基板の優れた特徴を保持し、且つ、金属層（メタライズ層）の不要部をエッチングすることにより微細回路パターンを形成しても配線間の絶縁が良好に保たれた窒化アルミニウム系メタライズ基板を製造することができる。また、不要な金属層の除去方法としてイオンミリング法やレーザー加工法を適用しても下地セラミックスの金属化が起こらないので、これら方法を採用して、より微細なパターン形成を行うこともできる。
【００２１】
このような優れた効果が得られる機構の詳細は不明であるが、本発明の方法で得られる表面酸化窒化アルミニウム基板について、その酸化層について分析を行ったところ、該酸化層には多くの空隙が存在し、しかも口径が大きい空隙の割合が高かったことから、上記機構は次のようなものであると推定している。すなわち、本発明の方法では窒化アルミニウム基板を極低濃度の酸素中で非常にゆっくり酸化するために上記したような特徴を有する空隙が形成され、酸化膜形成時或いは冷却時における応力（形成されたアルミナと窒化アルミニウムの格子定数の違いに起因して発生する）を空隙が吸収又は分散する（緩和する）ために、クラックの発生が大幅に抑制されるとともに、クラックが発生してもその隙間が非常に狭くなるため、メタライズにおいて金属がクラックの隙間に入り込むことがなくなるためであると推定している。ちなみに前記特許文献１に開示されている表面に酸化層を有する窒化アルミニウム基板の表面のクラック幅は１００ｎmを下回ることがないのに対し、本発明の方法によれば酸化膜厚が５μmまでは０〜５０ｎｍ程度であり、酸化膜厚が１０μmの場合でも１００ｎm程度である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の製造方法で使用する窒化アルミニウム基板は、単結晶或いは多結晶等の結晶性のもの、アモルファス、又は結晶相とアモルファス層が混在するもの、さらには焼結助剤および必要に応じて他の添加剤を添加して窒化アルミニウム基板粉末を焼結した焼結体等が使用できる。また、その形状や大きさ等も特に限定されず、板状や異形等の任意の形状に加工された形成体が使用できる。
【００２３】
たとえば、窒化アルミニウム粉末にイットリア、カルシア、硝酸カルシウム及び炭酸バリウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の添加剤を添加して定法により所定の形状に成形した後に焼結したもの及びこれを更に加工したものが好適に使用できる。
【００２４】
本発明の製造方法においては、まず窒化アルミニウム基板の表面を酸素分圧が１０−４気圧以下の雰囲気中で酸化する。窒化アルミニウムの酸化開始温度は図１に示されるように１１００℃であるから、当該温度以上では雰囲気中の酸素分圧を１０−４気圧以下とする必要がある。
【００２５】
不活性ガス中の酸素分圧は、酸化層の形成速度に影響を与え、一般に酸素濃度が高いほど酸化層の形成速度は速くなる。しかしながら、酸化に際して雰囲気中の酸素分圧が１０−４気圧よりも高い場合には、本発明のような効果は得られない。即ち、酸化アルミニウム層を有する窒化アルミニウムセラミックス上に金属からなる配線パターンを形成する場合において、該工程で被覆された金属膜の一部をイオンミリング法やレーザー加工法によって除去した場合、窒化アルミニウムの窒素原子が脱離して金属Ａｌが形成されることがあり、それによって絶縁が破壊されるという問題がある。なお、酸素分圧が１０−４気圧は酸素含有量が１００ｖｏｌ ｐｐｍの窒素ガスを大気圧で使用した場合がこれに相当する。
【００２６】
酸化に際して雰囲気中の酸素分圧は、好ましくは１０−５気圧以下である。一方、酸素分圧は１０−２５気圧以上であることが好ましく、１０−１０気圧以上であることがより好ましい。窒化アルミニウムとその酸化物である酸化アルミニウムとの反応が平衡に達するときの酸素分圧は極めて小さく、例えば１３００Ｋでは１０−２５気圧であるため、これ以上高い酸素分圧下においては窒化アルミニウムの酸化反応が支配的となる。通常、市販の不活性ガス中には高純度乃至超高純度のものでも０．１〜数ｐｐｍ程度の酸素が含まれており、窒化アルミニウムの酸化用ガスとして十分に機能する。
【００２７】
酸素分圧を上記範囲にする方法は特に制限されないが、一般的には、窒素、アルゴン等の純度９９．９９５％以上の市販のボンベ入り不活性ガス等を用いればよい。酸素分圧をより厳密に制御するためには、９９．９９９％以上、より好ましくは９９．９９９９％以上、最も好ましくは９９．９９９９５％以上の高純度不活性ガスを用いる。このような高純度不活性ガスに、必要に応じて所望の酸素分圧となるように酸素ガスを混合すればよい。
【００２８】
さらに必要に応じて、一酸化炭素ガスや二酸化炭素ガス、あるいはこれらのガスと窒素との混合ガスと窒化アルミニウム基板との化学平衡を利用して極低酸素分圧雰囲気を作り出すことも可能である。但し、一酸化炭素ガスや二酸化炭素ガスの市販品は不純物として酸素ガスを比較的多く含むため、酸素分圧が高すぎる場合には酸素捕集剤を用いて被処理物に達する前にガス中の酸素を十分に取り除く必要がある。酸素捕集材としてはグラファイトやチタンスポンジなど活性の高い還元剤を用いることができる。また真空ポンプなどを用いて炉内の酸素分圧を制御してもよい。
【００２９】
酸化温度は、１１００℃以上であれば特に制限されないが、酸化層の厚さを適切に制御するために酸化開始温度より６００℃高い温度以下（即ち、１１００〜１７００℃）とするのが好適である。好ましくは１１５０〜１５００℃、特に１２００〜１４００℃である。
【００３０】
また本発明においては、酸化時間は５時間以上必要である。本発明の製造方法では、酸素分圧が低いため空気中での酸化等に比して酸化速度が遅い。そのため短時間の酸化では必要な酸化膜厚が得られない。酸化温度及び、得ようとする酸化層の厚さ（後述する）に応じて適宜決定できるが、好適な酸化時間は１０〜５００時間であり、より好適には３０〜２００時間である。
【００３１】
上記酸化温度に昇温するまでの雰囲気、及び昇温速度等の条件は特に限定されるものではないが、より良質な酸化層を得るためには、好ましくは１０００℃よりも高い温度、さらに好ましくは８００℃よりも高い温度では、雰囲気中の酸素分圧を１０−４気圧（より好ましくは１０−５気圧）以下とする。
【００３２】
さらに、窒化アルミニウム基板の温度が２００℃以上、より好ましくは１００℃以上になってから、８００℃に到達するまでも酸素分圧を低く保つことが好ましい。これは昇温時の雰囲気を大気等の酸素分圧が高い雰囲気とした場合には、昇温加熱時に被処理窒化アルミニウム基板中に酸素が固溶してしまい、酸化反応時に比較的幅が広く枝分かれの多いクラックが数多く発生する可能性が高いためである。
【００３３】
１００℃（又は２００℃）〜８００℃の範囲における酸素分圧は、１０−２気圧以下であることが好ましく、１０−４気圧以下であることがより好ましく、１０−５気圧以下であることが特に好ましい。
【００３４】
また、雰囲気制御の容易さという点から、酸化を行う炉内に被処理対象の窒化アルミニウム基板を導入した後、２００℃（好ましくは１００℃）に到達する前に炉内の酸素分圧を１０−４気圧以下、より好ましくは１０−５気圧以下とし、その後、降温工程において酸化温度（１１００℃）未満に到達するまでは当該酸素分圧を保持するのが好適である。
【００３５】
なお本発明の製造方法において、酸化中、即ち、基板温度が１１００℃以上となっている間は常に酸素分圧が前記範囲下にあることが好ましいが、一時的には１０−４気圧以上となる場合があってもよい。基板温度が１１００℃以上となっている時間のうち、８０％以上が前記範囲下であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、９５％以上であることがさらに好ましく、１００％であることが最も好ましい。
【００３６】
また水分（水蒸気）は酸化に大きく関与するため、本発明の製造方法は、２００℃以上（好ましくは１００℃以上）に昇温してから、１１００℃未満に降温するまでの間は露点が−５０℃以下、好ましくは−６０℃以下、さらには−６５℃以下、特に−７０℃以下に管理された雰囲気中で行うことが望ましい。
【００３７】
酸化温度よりも低い温度での雰囲気制御も、酸化温度における雰囲気制御と同様に行うことができる。なお、酸化を行う炉内の初期の酸素を確実に除去し、酸化時の酸素分圧を１０−４気圧以下とするために、窒化アルミニウム基板を炉内に導入した後、炉内を真空脱気し、前述のような不活性ガスで置換することが望ましい。当該真空脱気と不活性ガス置換は複数回行うことがより好ましい。真空脱気時の減圧度は特に限定されないが、炉内の圧力を１００Ｐａ以下、特に２０Ｐａ以下とするのが好適であり、１Ｐａ以下とするのが最も好ましい。
【００３８】
酸化に際しての昇降温速度は特に限定されず、実用的に制御可能な昇温速度の範囲、例えば１０〜８０℃／分、好ましくは３０〜５０℃／分で昇温すればよい。なお、当該昇温速度を極めて速い速度、例えば８０℃／分以上とすれば、窒化アルミニウム基板中に酸素が固溶する割合が低く、よって、８００℃までの昇温に際して酸素分圧等を低く制御する必要性を低下させることができる。
【００３９】
一方、降温に際しては、酸化処理された窒化アルミニウム基板にできるだけ熱衝撃を与えないよう３℃／分以下、好ましくは１℃／分以下、より好ましくは０．５℃／分以下の速さで冷却するのがよい。
【００４０】
このようにして得られた表面酸化された窒化アルミニウム基板は、その表面の酸化層として酸化アルミニウム（アルミナ）層を有する。当該酸化層の厚さは、イオンミリング法又はレーザー加工法によって配線パターンを形成する際に窒化アルミニウムの導体化を防止するという観点から３μｍ以上であることが好ましい。他方、当該酸化層の厚さが厚すぎる場合、窒化アルミニウムと酸化アルミニウムとの熱膨張係数の差に由来すると推定される比較的幅が広く枝分かれの多いクラックが発生しやすく、密着性が低下する場合がある。このため、本発明の製造方法で形成する酸化アルミニウム層の厚さは１５μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。形成される酸化層の厚さは、酸化条件に依存し、高温で酸化するほど、また長時間酸化するほど厚くなる。
【００４１】
また本発明者らの検討によれば、上記の如き方法で形成した酸化層は、空隙を有する特定の構造を有することが明らかとなった。即ち、後述する実施例に記載の方法で測定・解析を行うと、酸化層中における空隙部の割合が７〜３０％であり、また当該空隙に占める円相当径で０．２５μm以上の空隙が面積で５％以上存在するという特徴を有する。
【００４２】
酸化層の密着性等を考慮すると、酸化層中における空隙部の占める面積の割合が７〜２０％、円相当径で０．２５μm以上の空隙が全空隙数の５〜２５％であることが好ましい。さらに円相当径で０．３μm以上の空隙が全空隙数の２％以上であることが好ましい。
【００４３】
従来の方法で酸化処理した厚さ０．１〜１０μｍの酸化層を有する窒化アルミニウム基板からなる電子回路用基板は、その表面に金属層を形成したときに金属層の密着強度が高い。しかしながら通常は酸化層の厚みが３μmを超えるあたりから密着強度が低下し始め、５μm以上にもなると初期強度の半分程度まで強度が低下する。ところが上記の本発明の製造方法で得られる酸化層を有する窒化アルミニウム基板は酸化層の厚みが３μm以上となっても実用十分な密着強度を維持しており、それ以上の厚みになっても急激に密着強度が低下することがない。
【００４４】
従って、上記の方法で製造された表面酸化された窒化アルミニウム基板上に金属配線パターンを形成すれば、基板とメタライズ層との密着性が高く、ヒートサイクルに対する耐久性も高く、さらにメッキ処理を施しても基板が劣化し難く、さらに微細回路パターンを形成しても配線間の絶縁を良好に保ちやすい（歩留まりの良い）メタライズドセラミック基板を製造することができる。
【００４５】
表面酸化された窒化アルミニウム基板状に金属配線パターンを形成する方法は、公知の方法を適宜採用すればよく、例えば、基板上の全面を金属膜で被覆し、該被覆された金属膜の一部をイオンミリング法又はレーザー加工法により除去する工程が好適に採用できる。
【００４６】
被覆に用いる金属は、所望に応じて適宜選択すればよく、銅、アルミニウム、金、銀、白金、チタン、タングステン、ニッケル、モリブデン、パラジウム等、或いはこれらの合金により被覆できる。
【００４７】
金属膜で被覆する方法も特に限定されるものではなく、公知の方法が採用でき、例えば、厚膜法、ポストファイヤー法、電気メッキ、無電解メッキ、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法、金属板の直接接合等により金属被覆できる。
【００４８】
例えば銅の導体ペーストをスクリーン印刷し、焼き付けた後、ニッケル及び金メッキにより被覆した回路基板はパワーモジュール用基板や半導体素子搭載用のサブマンウントとして用いられる。
【００４９】
金属被覆厚さも特に限定されず、通常は０．１〜１００μｍ程度である。
【００５０】
基板の全面に形成された金属被覆に所望の配線パターンを形成するには、例えば、スパッタリングにより金属層を形成した基板上にレジストを塗布し、所定のパターンで露光後に現像を行い、アルゴンイオンビーム照射によって該露光部の金属を除去（イオンミリング）する、或いは金属層に所定のパターンでＹＡＧレーザーやエキシマーレーザーなど特定波長のレーザーを照射して金属層を除去（レーザー加工）すればよい。
【００５１】
上記のようして製造されたメタライズドセラミックス基板は、金属配線パターンの密着性などの種々の性能に優れ、また、微細回路パターンを形成しても配線間の絶縁を良好に保ちやすいため、工業的に優れたメタライズドセラミックス基板である。
【００５２】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５３】
実施例１
長さ５０．８ｍｍ、幅５０．８ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの板状で、表面粗さＲａが０．２μｍ以下である窒化アルミニウム基板（株式会社トクヤマ製ＳＨ３０）を内径１２０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのムライトセラミックスを炉心管とする高温雰囲気炉（株式会社東海高熱工業製小型高温雰囲気炉）内に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて０．１Ｐａ以下に減圧した後、窒素ガス（純度９９．９９９９８％、露点−８０℃、酸素含有量０．３ｖｏｌ ｐｐｍ）で大気圧まで復圧置換し、流速０．５（ｌ／分）の窒素流通下で１３５０℃まで昇温した（昇温速度：３．３℃／分）。基板付近温度が１３５０℃に達してから、そのまま７５時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した（酸素分圧：１０−７気圧）。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して３℃／分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
【００５４】
得られた表面酸化窒化アルミニウム素材（試料）について、Ｘ線回折（ＸＲＤ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて分析を行った。各種分析の詳細を以下に示す。
【００５５】
〔ＸＲＤによる反応生成物の同定〕
該試料についてＸ線回折装置（理学電機株式会社製Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ１２００）を用いてＸＲＤ測定を行ったところ、その回折パターンから該試料の酸化物層はα−アルミナであることが確認された。なお測定は、入射Ｘ線Ｃｕ−Ｋα線、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡ、受光スリット０．１５ｍｍ、モノクロ受光スリット０．６０ｍｍで行った。
【００５６】
〔ＳＥＭによる表面および断面観察〕
該試料をダイヤモンドカッターにて５ｍｍ×５ｍｍに切断した後、酸化面を上にして観察用試料台にカーボンテープを用いて固定した。これをイオンスパッタリング装置（日本電子株式会社製マグネトロンスパッタリング装置ＪＵＣ−５０００）を用いてＰｔコーティングし、ＦＥ−ＳＥＭ（日本電子株式会社製フィールドエミッション走査電子顕微鏡ＪＳＭ−６４００）にて該試料表面の観察を行った。観察は加速電圧１５ｋＶ、プローブ電流５×１０−１１Ａ、エミッション電流８μＡ、倍率１０，０００倍で行い、任意の視野を観察し、同箇所を写真撮影した。典型的な写真を図２に、そのイラストを図３に示す。図３に示すように、酸化層の表面には下地の表面状態を反映した状態で酸化アルミニウムの結晶が成長しており、細長いクラックがいくつか観察された。図３より、クラックの溝を最短で結ぶ線の長さを測定し、これをクラック幅として３０点の平均を求め、同様にして全５視野のクラックの総平均を求めたところ１５ｎｍであった。また、試料の破断面のＳＥＭ観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で３．４μmであった。任意の視野を１０箇所観察し、同箇所を写真撮影した。断面の典型的な写真を図４に、そのイラストを図５に示す。酸化層中には図５、図６に示すような様々な形状の空隙が無数に観察された。これらの断面写真について画像解析を行ったところ、空隙の面積の合計が酸化層に占める割合は１０．１％であった。また、空隙の円相当径が０．２μm、０．２５μm、０．３μmより大きい空隙の数が空隙全体に占める割合はそれぞれ１１％、５％、２％であった。
【００５７】
〔画像解析ソフトによる酸化層断面の空隙解析〕
旭化成工業社製画像解析ソフトＩＰ−１０００（統合アプリケーション：Ａ像くん）を用いて、ＳＥＭ観察による酸化層の断面形状をトレーシングしたデータの解析を行った。まず空隙を含む酸化層の輪郭ついて粒子解析を行い、酸化層の総面積を求めた。次に酸化層中の空隙の輪郭について同様に粒子解析を行い、空隙の総面積、空隙の円相当径別分布データを得た。さらに円相当径φが０．３μm、０．２５μm、０．２μmとなる空隙の全空隙数に占める割合及び空隙を含む酸化層の面積に占める全空隙の総面積の割合を求めた。
【００５８】
〔画像解析ソフトによる酸化層断面の空隙解析のための準備〕
ＳＥＭにより撮影した試料の破断面の写真を２００倍（等倍＝１００倍）で２枚複写し、トレーシングペーパーを上に重ねて固定した。１枚は空隙を含む酸化層の輪郭を極細のマジックペンでトレーシングし、もう１枚は酸化層中に存在する空隙の輪郭をトレーシングしてそれぞれをスキャナーで読み取りビットマップ形式で電子保存した。さらに別の視野を撮影した写真について同様の作業を行った。
【００５９】
上記の表面酸化窒化アルミニウム素材上にスパッタリングによる薄膜メタライズ（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ＝０．０６／０．２／０．６μｍ）を施した。メタライズ層上にヘッド径φ１．１ｍｍ、Ｎｉメッキされた４２ａｌｌｏｙ製ネールヘッドピンをフラックス及びＰｂ−Ｓｎ共晶はんだチップにより接合し、ピンを毎分１０ｍｍの速度で垂直に引っ張ることにより剥離試験を行なった。ピンが素材から剥離したときの引っ張り強度を剥離強度とし、１０点測定したところ、その平均剥離強度は９０ＭＰaの高強度であった。また、剥離モードは測定した１０箇所中、窒化アルミニウム内部破壊が９つ、はんだ間破壊が１つであった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表１に示す。
【００６０】
さらにフォトリソ、イオンミリングにより回路間の幅が１００μmの幅となるよう回路形成し、株式会社アドバンテスト製デジタルマルチメーターＲ６８７１にて回路間の電気抵抗を測定したところ測定上限値（少なくとも１００ＭΩ）以上であった。
【００６１】
実施例２
長さ５０．８ｍｍ、幅５０．８ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの板状で、表面粗さＲａが０．２μｍ以下である窒化アルミニウム基板（株式会社トクヤマ製ＳＨ３０）を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて０．１Ｐａ以下に減圧した後、窒素ガス（純度９９．９９％、露点−６５℃、酸素含有量５０ｖｏｌ ｐｐｍ）で大気圧まで復圧置換し、流速０．５（ｌ／分）の窒素流通下で１３００℃まで昇温した（昇温速度：３．３℃／分）。基板付近温度が１３００℃に達してから、そのまま１００時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した（酸素分圧：１０−５気圧）。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して３℃／分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
【００６２】
得られた表面酸化窒化アルミニウム素材（試料）について、実施例１と同様にＸ線回折（ＸＲＤ）による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面並びに破断面の観察を行った。ＸＲＤの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。次にＳＥＭによる表面観察結果を図６（写真）および図７（図６のイラスト）に、断面観察結果を図８（写真）および図９（図８のイラスト）に示す。図６に示すように、酸化層の表面には下地の表面状態を反映した状態で酸化アルミニウムの結晶が成長しており、細長いクラックがいくつか観察された。図６及び他の４視野の表面観察写真より、全５視野のクラックの幅の総平均を求めたところ５６ｎｍであった。また、試料の破断面のＳＥＭ観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で５．４μmであった。酸化層中には図８、図９に示すような様々な形状の空隙が無数に観察された。これらの断面写真について画像解析を行ったところ、空隙の面積の合計が酸化層に占める割合は１３．７％であった。また、空隙の円相当径が０．２μm、０．２５μm、０．３μmより大きい空隙の数が空隙全体に占める割合はそれぞれ２２％、１２％、８％であった。
【００６３】
上記の表面酸化窒化アルミニウム基板上に実施例１と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、１０点の平均剥離強度は７７ＭＰａの高強度であった。また、剥離モードは測定した１０箇所中、窒化アルミニウム内部破壊が９つ、はんだ間破壊が１つであった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表１に示す。
さらに実施例１と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ測定上限値以上であった。
【００６４】
実施例３
長さ５０．８ｍｍ、幅５０．８ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの板状で、表面粗さＲａが０．２μｍ以下である窒化アルミニウム基板（株式会社トクヤマ製ＳＨ３０）を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて０．１Ｐａ以下に減圧した後、窒素ガス（純度９９．９９９９８％、露点−８０℃、酸素含有量０．３ｖｏｌ ｐｐｍ）で大気圧まで復圧置換し、流速０．５（ｌ／分）の窒素流通下で１３５０℃まで昇温した（昇温速度：３．３℃／分）。基板付近温度が１３５０℃に達してから、そのまま１００時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した（酸素分圧：１０−７気圧）。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して３℃／分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
【００６５】
得られた表面酸化窒化アルミニウム素材（試料）について、実施例１と同様にＸ線回折（ＸＲＤ）による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面並びに破断面の観察を行った。ＸＲＤの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。次にＳＥＭによる表面観察結果を図１０（写真）および図１１（図１０のイラスト）に、断面観察結果を図１２（写真）および図１３（図１２のイラスト）に示す。図１０に示すように、酸化層の表面には下地の表面状態を反映した状態で酸化アルミニウムの結晶が成長しており、細長いクラックがいくつか観察された。図１０及び他の４視野の表面観察写真より、全５視野のクラックの幅の総平均を求めたところ９５ｎｍであった。また、試料の破断面のＳＥＭ観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で８．７μmであった。酸化層中には図１２、図１３に示すような様々な形状の空隙が無数に観察された。これらの断面写真について画像解析を行ったところ、空隙の面積の合計が酸化層に占める割合は１５．３％であった。また、空隙の円相当径が０．２μm、０．２５μm、０．３μmより大きい空隙の数が空隙全体に占める割合はそれぞれ２５％、１３％、７％であった。
【００６６】
表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例１と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、１０点の平均剥離強度は６４ＭＰａであった。また剥離モードは、測定した１０箇所中、窒化アルミニウム内部破壊が９つ、はんだ間破壊が１つであった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表１に示す。
【００６７】
さらに実施例１と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ測定上限値以上であった。
【００６８】
実施例４
長さ５０．８ｍｍ、幅５０．８ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの板状で、表面粗さＲａが０．０５μｍ以下である窒化アルミニウム基板（株式会社トクヤマ製ＳＨ３０）を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて０．１Ｐａ以下に減圧した後、窒素ガス（純度９９．９９％、露点−６０℃、酸素含有量５０ｖｏｌ ｐｐｍ）で大気圧まで復圧置換し、流速０．５（ｌ／分）の窒素流通下で１３５０℃まで昇温した（昇温速度：３．３℃／分）。基板付近温度が１３００℃に達してから、そのまま８０時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した（酸素分圧：１０−５気圧）。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して３℃／分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
【００６９】
得られた表面酸化窒化アルミニウム素材（試料）について、実施例１と同様にＸ線回折（ＸＲＤ）による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面並びに破断面の観察を行った。ＸＲＤの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。酸化層表面の表面ＳＥＭ写真より、全５視野のクラックの幅の総平均を求めたところ８９ｎｍであった。また、試料の破断面のＳＥＭ観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で６．２μmであった。
【００７０】
表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例１と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、１０点の平均剥離強度は９３ＭＰａであった。また剥離モードは、測定した１０箇所中、窒化アルミニウム内部破壊が２つ、はんだ間破壊が８つであった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表１に示す。
【００７１】
さらに実施例１と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ測定上限値以上であった。
【００７２】
実施例５
長さ５０ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの板状で、表面粗さＲａが０．５μｍ以下である窒化アルミニウム基板（株式会社トクヤマ製ＳＨ３０）を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて０．１Ｐａ以下に減圧した後、窒素ガス（純度９９．９９９９８％、露点−８０℃、酸素含有量０．３ｖｏｌ ｐｐｍ）で大気圧まで復圧置換し、流速０．５（ｌ／分）の窒素流通下で１２５０℃まで昇温した（昇温速度：３．３℃／分）。基板付近温度が１２５０℃に達してから、そのまま１００時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した（酸素分圧：１０−７気圧）。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して３℃／分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
【００７３】
得られた表面酸化窒化アルミニウム素材（試料）について、実施例１と同様にＸ線回折（ＸＲＤ）による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面並びに破断面の観察を行った。ＸＲＤの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。酸化層表面の表面ＳＥＭ写真より、全５視野のクラックの幅の総平均を求めたところ２９ｎｍであった。また、試料の破断面のＳＥＭ観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で３．２μmであった。 表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例１と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、１０点の平均剥離強度は８６ＭＰａであった。また剥離モードは、測定した１０箇所中、窒化アルミニウム内部破壊が８つ、はんだ間破壊が２つであった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表１に示す。
【００７４】
さらに実施例１と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ測定上限値以上であった。
【００７５】
実施例６
長さ５０ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの板状で、表面粗さＲａが０．５μｍ以下である窒化アルミニウム基板（株式会社トクヤマ製ＳＨ３０）を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて０．１Ｐａ以下に減圧した後、窒素ガス（純度９９．９９９９８％、露点−８０℃、酸素含有量０．３ｖｏｌ ｐｐｍ）で大気圧まで復圧置換し、流速０．５（ｌ／分）の窒素流通下で１３８５℃まで昇温した（昇温速度：３．３℃／分）。基板付近温度が１３８５℃に達してから、そのまま１００時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した（酸素分圧：１０−７気圧）。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して３℃／分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
【００７６】
得られた表面酸化窒化アルミニウム素材（試料）について、実施例１と同様にＸ線回折（ＸＲＤ）による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面並びに破断面の観察を行った。ＸＲＤの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。酸化層表面の表面ＳＥＭ写真より、全５視野のクラックの幅の総平均を求めたところ４２ｎｍであった。また、試料の破断面のＳＥＭ観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で１０．０μmであった。 表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例１と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、１０点の平均剥離強度は９５ＭＰａであった。また剥離モードは、全てはんだ間破壊であった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表２に示す。
【００７７】
さらに実施例１と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ測定上限値以上であった。
【００７８】
比較例１
長さ５０．８ｍｍ、幅５０．８ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの板状で、表面粗さＲａが０．０５μｍ以下である窒化アルミニウム基板（株式会社トクヤマ製ＳＨ３０）を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて０．１Ｐａ以下に減圧した後、窒素ガス（純度９９．９９９９８％、露点−８０℃、酸素含有量０．３ｖｏｌ ｐｐｍ）で大気圧まで復圧置換し、流速０．５（ｌ／分）の窒素流通下で１２００℃まで昇温した（昇温速度：３．３℃／分）。基板付近温度が１２００℃に達してから、窒素ガスの流通を停止し、次いで圧縮空気をドライヤーで乾燥したｄｒｙ−ａｉｒ（露点−８０℃）を流速０．５（ｌ／分）で流通させ、そのまま３０時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した（酸素分圧：０．２１気圧）。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して３℃／分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
【００７９】
得られた表面酸化窒化アルミニウム素材（試料）について、実施例１と同様にＸ線回折（ＸＲＤ）による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面並びに破断面の観察を行った。ＸＲＤの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。次にＳＥＭによる表面観察結果を図１４（写真）および図１５（図１４のイラスト）に、断面観察結果を図１６（写真）および図１７（図１６のイラスト）に示す。図１４に示すように、酸化物層の表面には隆起による筋状の模様が観察され、細長いクラックがいくつか観察された。図１４及び他の４視野の表面観察写真より、全５視野のクラックの幅の総平均を求めたところ１０４ｎｍであった。また、試料の破断面のＳＥＭ観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で６．１μmであった。酸化層中には図１６、図１７に示すような様々な形状の空隙が観察されたが、同程度の酸化層の厚みであった実施例２に比較してその径は小さく、全体的に少なかった。特に表面近傍には少なかった。これらの断面写真について画像解析を行ったところ、空隙の面積の合計が酸化層に占める割合は３．４％であった。また、空隙の円相当径が０．２μm、０．２５μm、０．３μmより大きい空隙の数が空隙全体に占める割合はそれぞれ６％、３％、１％であった。
【００８０】
上記の表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例１と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、１０点の平均剥離強度は４１ＭＰａの高強度であった。また、剥離モードは全て酸化層−窒化アルミニウム間破壊であった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表２に示す。
【００８１】
さらに実施例１と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ１３．４Ωであった。
【００８２】
比較例２
長さ５０．８ｍｍ、幅５０．８ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの板状で、表面粗さＲａが０．０５μｍ以下である窒化アルミニウム基板（株式会社トクヤマ製ＳＨ３０）を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて０．１Ｐａ以下に減圧した後、窒素ガス（純度９９．９９９９８％、露点−８０℃、酸素含有量０．３ｖｏｌ ｐｐｍ）で大気圧まで復圧置換し、流速０．５（ｌ／分）の窒素流通下で１３００℃まで昇温した（昇温速度：３．３℃／分）。基板付近温度が１３００℃に達してから、窒素ガスの流通を停止し、次いで圧縮空気をドライヤーで乾燥したｄｒｙ−ａｉｒ（露点−８０℃）を流速０．５（ｌ／分）で流通させ、そのまま１５時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した（酸素分圧：０．２１気圧）。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して３℃／分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
【００８３】
得られた表面酸化窒化アルミニウム素材（試料）について、実施例１と同様にＸ線回折（ＸＲＤ）による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面並びに破断面の観察を行った。ＸＲＤの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。次にＳＥＭによる表面観察結果を図１８（写真）および図１９（図１８のイラスト）に、断面観察結果を図２０（写真）および図２１（図２０のイラスト）に示す。図１８に示すように、酸化物層の表面には隆起による筋状の模様が観察され、細長いクラックがいくつか観察された。図１８及び他の４視野の表面観察写真より、全５視野のクラックの幅の総平均を求めたところ１７５ｎｍであった。また、試料の破断面のＳＥＭ観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で８．３μmであった。酸化層中には図２０、図２１に示すような様々な形状の空隙が観察されたが、同程度の酸化層の厚みであった実施例３に比較してその径は小さく、全体的に少なかった。特に表面近傍には少なかった。これらの断面写真について画像解析を行ったところ、空隙の面積の合計が酸化層に占める割合は３．７％であった。また、空隙の円相当径が０．２μm、０．２５μm、０．３μmより大きい空隙の数が空隙全体に占める割合はそれぞれ１３％、５％、３％であった。
【００８４】
上記の表面酸化窒化アルミニウム基板上に実施例１と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、１０点の平均剥離強度は４３ＭＰａであった。また、剥離モードは、全て酸化層−窒化アルミニウム間破壊であった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表２に示す。
【００８５】
さらに実施例１と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ０．６Ωであった。
【００８６】
比較例３
長さ５０．８ｍｍ、幅５０．８ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの板状で、表面粗さＲａが０．０５μｍ以下である窒化アルミニウム基板（株式会社トクヤマ製ＳＨ３０）を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて０．１Ｐａ以下に減圧した後、窒素ガス（純度９９．９９９９８％、露点−８０℃、酸素含有量０．３ｖｏｌ ｐｐｍ）で大気圧まで復圧置換し、流速０．５（ｌ／分）の窒素流通下で１３００℃まで昇温した（昇温速度：３．３℃／分）。基板付近温度が１３００℃に達してから、窒素ガスの流通を停止し、次いで圧縮空気をドライヤーで乾燥したｄｒｙ−ａｉｒ（露点−８０℃）を流速０．５（ｌ／分）で流通させ、そのまま５０時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した（酸素分圧：０．２１気圧）。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して３℃／分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
【００８７】
得られた表面酸化窒化アルミニウム素材（試料）について、実施例１と同様にＸ線回折（ＸＲＤ）による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面並びに破断面の観察を行った。ＸＲＤの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。酸化層表面の表面ＳＥＭ写真より、全５視野のクラックの幅の総平均を求めたところ１５０ｎｍであった。また、試料の破断面のＳＥＭ観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で７．３μmであった。 表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例１と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、１０点の平均剥離強度は５１ＭＰａであった。また剥離モードは、全て酸化層−窒化アルミニウム間破壊であった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表２に示す。
【００８８】
さらに実施例１と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ１．９ｋΩであった。
【００８９】
比較例４
長さ５０．８ｍｍ、幅５０．８ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの板状で、表面粗さＲａが０．０５μｍ以下である窒化アルミニウム基板（株式会社トクヤマ製ＳＨ３０）を実施例1と同じ装置に導入し、炉内をロータリー真空ポンプにて０．１Ｐａ以下に減圧した後、窒素ガス（純度９９．９９９９８％、露点−８０℃、酸素含有量０．３ｖｏｌ ｐｐｍ）で大気圧まで復圧置換し、流速０．５（ｌ／分）の窒素流通下で１３００℃まで昇温した（昇温速度：３．３℃／分）。基板付近温度が１３００℃に達してから、窒素ガスの流通を停止し、次いで圧縮空気をドライヤーで乾燥したｄｒｙ−ａｉｒ（露点−８０℃）を流速０．５（ｌ／分）で流通させ、そのまま３０時間保持して窒化アルミニウム基板の表面を酸化した（酸素分圧：０．２１気圧）。保持終了後もそのままの雰囲気を維持して３℃／分の冷却速度で室温まで冷却し、本発明の表面酸化窒化アルミニウム素材を得た。
【００９０】
得られた表面酸化窒化アルミニウム素材（試料）について、実施例１と同様にＸ線回折（ＸＲＤ）による酸化層の同定、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面並びに破断面の観察を行った。ＸＲＤの回折パターンから該試料の酸化層はα−アルミナであることが確認された。酸化層表面の表面ＳＥＭ写真より、全５視野のクラックの幅の総平均を求めたところ１００ｎｍであった。また、試料の破断面のＳＥＭ観察により酸化物層の厚さを求めたところ、その厚みは平均で５．４μmであった。 表面酸化窒化アルミニウム素材上に実施例１と同様に薄膜メタライズを施し剥離試験を行なったところ、１０点の平均剥離強度は４７ＭＰａであった。また剥離モードは、全て酸化層−窒化アルミニウム間破壊であった。各測定点における剥離強度と破壊モードを表２に示す。
【００９１】
さらに実施例１と同様に回路を形成し、回路間の電気抵抗を測定したところ３２．１Ωであった。
【００９２】
【表１】
【００９３】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本図は、酸素ガス雰囲気中で窒化アルミニウム基板を加熱したときの反応率及びＤＴＡの変化パターンを示すグラフである。
【図２】本図は、実施例１の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の酸化層の表面のＳＥＭ写真である。
【図３】本図は、図２のＳＥＭ写真のスケッチである。
【図４】本図は、実施例１の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の破断面のＳＥＭ写真である。
【図５】本図は、図３のＳＥＭ写真のスケッチである。
【図６】本図は、実施例２の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の酸化層の表面のＳＥＭ写真である。
【図７】本図は、図６のＳＥＭ写真のスケッチである。
【図８】本図は、実施例２の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の破断面のＳＥＭ写真である。
【図９】本図は、図８のＳＥＭ写真のスケッチである。
【図１０】本図は、実施例３の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の酸化層の表面のＳＥＭ写真である。
【図１１】本図は、図１０のＳＥＭ写真のスケッチである。
【図１２】本図は、実施例３の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の破断面のＳＥＭ写真である。
【図１３】本図は、図１２のＳＥＭ写真のスケッチである。
【図１４】本図は、比較例１の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の酸化層の表面のＳＥＭ写真である。
【図１５】本図は、図１４のＳＥＭ写真のスケッチである。
【図１６】本図は、比較例１の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の破断面のＳＥＭ写真である。
【図１７】本図は、図１６のＳＥＭ写真のスケッチである。
【図１８】本図は、比較例２の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の酸化層の表面のＳＥＭ写真である。
【図１９】本図は、図１８のＳＥＭ写真のスケッチである。
【図２０】本図は、比較例２の酸化工程で得られた表面に酸化物層を有する窒化アルミニウム基板の破断面のＳＥＭ写真である。
【図２１】本図は、図２０のＳＥＭ写真のスケッチである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５０４１５７０２４
【氏名又は名称】国立大学法人東北大学
【識別番号】０００００３１８２
【氏名又は名称】株式会社トクヤマ
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| 【出願日】 |
平成１８年９月１１日（２００６．９．１１） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００８−６６６２８（Ｐ２００８−６６６２８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年３月２１日（２００８．３．２１） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−２４５２５２（Ｐ２００６−２４５２５２） |
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