专利名称：接合构造的制作方法
技术领域：
本发明涉及接合构造及半导体制造装置。具体地，本发明涉及向埋设在陶瓷构件中的金属端子上接合连接构件的构造，具有向埋设的电极提供电力的连接构件的接合构造以及具有该接合构造的半导体制造装置。
背景技术：
在蚀刻装置或CVD装置等的半导体制造装置领域中，使用陶瓷构件中埋设电极的 静电夹头等半导体用基座。例如在氮化铝或细密质铝基材中埋设电极作为用于发生等离子的放电电极的半导体用基座，在氮化铝、或铝基材中埋设金属电阻体(加热器)的CVD等热处理工序中作为用于控制晶片温度的陶瓷加热器的半导体用基座。另外，在半导体晶片的运送、曝光、CVD、溅射等的成模工序和细微加工、清洗、蚀刻、切割等工序中，用于吸附及保持半导体晶片的作为静电夹头的半导体用基座中也埋设电极。这些装置中，氮化铝等的陶瓷基材中埋设的电极和连接构件需要电连接。连接部分暴露于高温和低温的热循环中。需要在这样的条件下，也要能保持长时间的高接合强度和良好的电连接。作为解决该课题的方法，虽然已经提出了几种技术(例如，参照专利文献1)，但在某些用途中还残留需要解决的问题。例如作为半导体制造装置的半导体用基座的电极连接部的制造中，连接构件和陶瓷构件中埋设的端子，通过焊料接合层相互连接。陶瓷构件中埋设的端子由钥(Mo)构成时，需要的焊料接合层主要使用Au (金)-Ni (铌)合金料，但具有接合后变脆弱、容易破断的问题。作为解决该问题的方法，加厚焊料接合层(200μπι以上较稳妥)，用Cr (铬)层防止Ni扩散却不十分理想。连接构件上设螺钉孔，螺钉孔中拧入给连接构件供电的供电构件。这样连接构件和供电构件可以连接。所以，向连接构件中拧入的供电构件施加过剩的扭矩时，连接构件和陶瓷构件中埋设的端子之间的连接部分受到负荷，发生连接部分破损的问题。再有，固定陶瓷构件和与陶瓷构件接触的其他部件时，在陶瓷构件中设沉孔，并且在设有阴螺纹的金属部件上钎焊铝(Al)焊料。Al焊料的熔点低，所以在400°C以上的温度下接合强度下降，所以不可用。综上所述，需要一种接合连接构件和陶瓷构件中埋设的端子的高可靠性的接合构造、具有该接合构造的半导体制造装置及半导体用基座。专利文献I专利第379000号公报
发明内容
本发明的目的是提供一种高可靠性的接合构造及具有该接合构造的半导体制造装置，该接合构造具有埋设在陶瓷构件中的金属端子和与外部连接、或从外部供给电力的金属连接构件。本发明的目的是提供在400°c以上的高温下也能维持接合强度的高可靠性的具有螺钉孔的接合构造。本发明的第I特征是一种接合构造，具有由氮化铝构成的设有孔的陶瓷构件；埋设在所述陶瓷构件中且露在孔底面的由钥构成的端子；与所述端子露出面接触的只由金(Au)构成的焊料接合层；插入到所述孔中且通过所述焊料接合层与所述端子连接的由钥构成的连接构件。本发明的第2特征是，具有第I特征中接合构造的半导体制造装置。通过本发明，提供一种高可靠性的接合构造及具有该接合构造的半导体制造装置，该接合构造具有埋设在陶瓷构件中的金属端子和与外部连接、或从外部供给电力的金 属连接构件。根据本发明提供在400°C以上高温下也能维持接合强度的高可靠性的具有螺钉孔的接合构造。
图I (a)表示第I实施方式中半导体用基座纵向切断而得的截面大致图，图I (b)表示平行于第I实施方式中的半导体用基座陶瓷构件的主面的方向切断而得的截面大致图。图2表示第I实施方式中半导体用基座的制造工程图。图3 (a) (b)表示，第I实施方式中半导体用基座的制造工程图。图4表示第I实施方式中半导体用基座的制造工程图。图5 (a)表示第2实施方式中半导体用基座纵向切断而得的截面大致图，图5 (b)表示平行于第2实施方式中半导体用基座陶瓷构件的主面的方向切断而得的截面大致图。图6表示第2实施方式中半导体用基座的制造工程图。图7 (a) (b)表示第2实施方式中半导体用基座的制造工程图。图8 (a) (b)表示第2实施方式中半导体用基座的制造工程图。图9 (a) (b)表示第2实施方式中半导体用基座的制造工程图。图10表不半导体用基座的制造工程图。图11 (a)表示变形例I的半导体用基座纵向切断而得的截面大致图，图11 (b)表示平行于变形例I的半导体用基座陶瓷构件的主面的方向切断而得的截面大致图。图12 Ca)表示变形例2的半导体用基座纵向切断而得的截面大致图，图12 (b)表示平行于变形例2的半导体用基座陶瓷构件的主面的方向切断而得的截面大致图。图13 Ca)表示变形例3的半导体用基座纵向切断而得的截面大致图，图13 (b)表示平行于变形例3的半导体用基座陶瓷构件的主面的方向切断而得的A1A2截面大致图，图13 (c)表示平行于变形例3的半导体用基座陶瓷构件的主面的方向切断而得的B1B2截面大致图。图14表示半导体用基座连接构件的接合强度测定的概念图。图15 (a)表示没有间隙的半导体用基座纵向切断而得的截面大致图，图15 (b)表示平行于没有间隙的半导体用基座陶瓷构件的主面的方向切断而得的截面大致图。
图16 (a) (b)表示连接构件5和焊料接合层6的接合界限附近的截面照片。图17 Ca)表示图16的领域SI中连接构件5和焊料接合层6的接合界限附近的连接构件5的元素分析结果，图17 (b)表示图16的领域S2中焊料接合层6的元素分析结果，图17 (c)表示图16的领域S3中焊料接合层6和端子3的接合界限附近的端子3的元素分析结果。(符号说明)I …半导体用基座2:…加热电阻体3 …端子3a …第I主面3b …第2主面4 …陶瓷构件4a …孔4b …底面4c :…第I空间4d:…内侧面5 …连接构件5a …沟槽5b …键部5c:…缺口部6 …焊料接合层8 …夹具9 …拉钩件10 …封条11 …半导体用基座20 …焊料箔51 …本体部51a …外侧面52 …端部52a …外侧面52b …接合面71、72:…间隙SI …领域S2 …领域S3 :…领域
具体实施例方式下面以实施方式为例说明本发明，但本发明不局限于以下实施方式。对图中具有相同功能或类似功能的，用相同或类似的符号，而省大致说明。
〈第I实施方式〉(半导体用基座(接合构造))图I (a)表示第I实施方式中纵向切断半导体用基座而得到的断面大致图，图I(b)表示实施方式中平行于主面切断半导体用基座的陶瓷构件而得到的断面大致图。通过对第I实施方式中半导体用基座的说明，也可以对接合构造、具有接合构造的半导体装置进行说明。实施方式中的半导体用基座1，由氮化铝组成，具有陶瓷构件4，端子3，连接于端子3的连接构件5，以及连接端子3和连接构件5的焊料接合层6。陶瓷构件4的表面形成孔4a。陶瓷构件4的内部埋设加热电阻体2。加热电阻体2构成导电体层。加热电阻体2平行埋设于陶瓷构件4的表面。
端子3由与陶瓷构件4热膨胀系数大致相同的高熔点金属组成。端子3由钥构成。端子3埋设在孔4a的底部。端子3具有第I主面3a和第2主面3b。端子3的第I主面3a露在孔4a的底面，第2主面3b与加热电阻体2电连接。焊料接合层6只由金(Au)构成。焊料接合层6与作为端子3露出面的第I主面3a连接。连接构件5插入到孔4a,通过焊料接合层6与端子3连接。连接构件5由和陶瓷构件4热膨胀系数大致相同的高熔点金属构成。连接构件5由钥组成。连接构件5具有本体部51和与本体部51连接的端部52。端部52具有通过焊料接合层6孔4a的底面4b连接的接合面52b。连接构件5的接合面52b和孔4a的底面4b相互大致平行。端部52的外侧面52a和孔4a的内侧面4b之间的间隔(称为间隙)72，大于本体部51的外侧面51a和孔4a的内侧面4b之间的间隙。通过本体部51的外侧面51a和孔4a的内侧面4d之间形成的间隙71，可以把连接构件51插入到孔4a中。而且通过形成间隙71，插入到孔4a中的连接构件5可以热膨胀。间隙71可以遍及连接构件5的全周，也可以与孔4a的内侧面4d的一部分接触。实际上不可能发生在全周范围内完全不存在间隙71的情况。间隙71最好为超过0mm、且大体O. 5mm以下。若小于下限值，则连接构件5很难插入到孔4a中。若孔直径大，则容易进杂质，有可能成为污染源、或电极的腐蚀原因。陶瓷构件4上的孔4a越大，陶瓷构件4的强度越低。而且由于连接构件5插入到孔4a中时，有引导连接构件5的作用，所以无需形成大于必要以上的孔。通过减小间隙71，提高连接构件5外周的一部分与陶瓷构件4的孔4a的内壁面4d接触的可能性。所以，即使在与连接构件5长边方向垂直的方向上施加了负荷，陶瓷构件4的孔4a也能支持连接构件5。因此，可以防止连接构件5和端子3之间的连接部分的破损。间隙72,大于间隙71。具体地,接合面52b的直径在4mm以上、6mm以下时,孔4a的底面4b的直径比接合面52b的直径大I I. 5mm。另外，作为金(Au)层的焊料接合层6的厚度为3 μ m以上10 μ m以下。通过在端部52的外侧面52a和孔4a的内侧面4d之间形成间隙72，使孔4a底面4b和连接构件5的接合面52b之间配设的焊料接合层6变薄。焊料接合层6，由下述的焊料箔20熔化形成。具体地，用于形成焊料接合层6的焊料箔20的量多时，剩余的焊材可以流入间隙72。即，可以使接合接合面52和底面4b的接
合层6变薄。而且，通过流入间隙72的剩余焊材可以控制焊料箔的厚度(即，焊料材的量)。具体地，接合面52b存在没有被焊材覆盖部分，则会引起接合不良的情况。本实施方式中，可以注入剩余的焊材而不会发生接合不良的情况。即使注入剩余的焊材，也可以使焊料接合层6的厚度在3 μ m以上10 μ m以下。如图3 (a)、图4中所示，焊料箔20，配设在连接构件5端部52的接合面52b和端子3第I主面3a中露出的孔4a的底面4b之间。焊料箔20配设在图4中用虚线表示的第I空间4c中。本体部51的内部形成螺旋状的沟槽5a。沟槽5a中拧入了具有螺旋状沟槽的电极端(无图示)。这电极给半导体用基座提供电力。 陶瓷构件4没有特别的限制，可以是氧化铝、氮化铝(AIN)、Si3N4、氮化硼(BN)。这些是可以通过烧结法形成所希望的形状。制造陶瓷构件4时，由于端子3与氧化铝粉末、氮化铝粉末等的陶瓷粉末同时烧成，所以端子3最好是由和陶瓷构件4热膨胀系数接近的金属形成。氧化铝和铌或钛，氮化铝和钥或钼、Si3N4，氮化硼(BN)和钨的组合为好。这些组合虽然不是限定的，但是对于端子3的材质，其中最理想的是氮化铝和钥的组合。陶瓷构件4使用氮化铝陶瓷时，端子3的材质最好使用钥。这是因为，钥的热膨胀系数接近于氮化铝陶瓷，而且可作为具有在以高熔点烧成氮化铝陶瓷时能埋设于内部的一定程度大小的块体来使用。连接构件5的材质，最好是和端子3热膨胀系数相同的金属。这是由于连接构件5和陶瓷构件4直接钎焊时，由两者的热膨胀差会引起降低接合强度的倾向。连接构件5和端子3使用相同材质，可以消除连接构件5和端子3之间的应力差，可以缓和冲向陶瓷构件4的应力。从以上观点，陶瓷构件4的材质使用氮化铝时，连接构件5和端子3的材质使用钥是最理想的。氮化铝是高热传导性、高强度的绝缘材料，是用于半导体基座的最合适的材料。焊料接合层6的直径，最好是和连接构件5的直径相同。焊料接合层6(即，金(Au)层)的厚度最好是3 μ m以上、10 μ m以下。焊料接合层6的直径最好是4mm以上、6mm以下。超过所述范围，则会降低接合强度。虽然焊料接合层6无间隙的填充在端子3和连接构件5之间，但不会和端子3、以及连接构件5发生反应，紧贴在端子3和连接构件5上。由于焊料接合层6非常薄，连接构件5和端子3的接合强度有显著提高。形成焊料接合层6时熔化的焊料箔20流入连接构件5端部52的外侧面52a和孔4a的内侧面4d之间形成的间隙72中。所以可以使焊料接合层6变薄。连接构件5的本体部51的外侧面51a和陶瓷构件4的孔4a的内侧面4d间的间隙71超过0_，大致O. 5mm以下。而且连接构件5的接合面52b在浸入到陶瓷构件4的孔4a的内部并通过焊料接合层6固定。连接构件5即使受到扭矩、或弯曲力，连接构件5和陶瓷构件4的接合也不会被破坏。对于加热电阻体2，没有特别的限制，但最好使用面状的大块金属材料。面状的大块金属材料，例如将金属作为一体的面状而形成的材料，除此之外也包括具有多个小孔板状体组成的大块材料(冲压金属)、网状的大块材料。通过第I实施方式中半导体用基座1，由于焊料接合层6不包含铌(Ni)，连接构件5和端子3之间不会生成金属间化合物。而且焊料接合层6只由金(Au)构成，所以不会形成脆弱的金属间化合物，而形成固溶体层，所以受到外力时可以起到缓冲层的作用。图15 (a) (b)中所示，陶瓷构件4的孔4a中除连接构件5所占的空间之外的部分被焊接接合层106填充了的半导体用基座101，因为被无间隙的固定，所以制造中或在使用时的温度循环中存在连接构件5和陶瓷的热膨胀差引起的应力，连接构件5周围的陶瓷
构件4有破损的倾向。第I实施方式的半导体用基座1，由于应力被间隙71、72缓和，所以陶瓷构件4不会被破损。另外，相对于第I实施方式的半导体用基座1，为了进一步提高扭曲破断强度，最好使用下述的第2实施方式的构造。(半导体用基座(接合构造)的制造方法)图2所示的陶瓷构件4，与陶瓷构件4的主面平行地埋设加热电阻体2，埋设端子3使得其与加热电阻体2电接合。图3(a)、(b)所示，增设内径大于连接构件5外径的孔4a，使得其与连接构件5的外径之间形成间隙71，从而使插入连接构件5时连接构件5能够热膨胀。图3 (a)中用虚线表示的第I空间4c，装入为形成焊料接合层6的包含焊料材的焊料箔20。在本实施方式中，焊料箔20的厚度为O. 2mm。图4所示，在露出端子3第I主面(露出面)3a的底面4b中配置焊料箔20。焊料箔20被配置在第I空间4c中。并且通过焊料箔20把连接构件5配置在陶瓷构件4的孔4a内。连接构件5上放置500g以下的重物。然后，加热焊料箔20使其熔化。加热温度建议达到比金的熔点高20°C左右为止。确认焊料箔20熔化后放置5分钟左右，停止加热进行自然冷却。焊料箔20被熔化后焊料箔20的大部分从接合面52b流出。残留在接合面52b的焊料材的一部分形成焊料接合层6。通过焊料接合层6,连接构件5与端子3连接。焊料箔20因为熔化后流出，所以熔化后形成的焊料接合层6的厚度可以比焊料箔20的厚度O. 2mm还要薄。通过以上方法，制造如图I (a) (b)所示的半导体用基座I。〈第2实施方式〉(半导体用基座(接合构造))主要说明与第I实施方式中半导体用基座I的不同点。如图5 (a)所示的第2实施方式中的半导体用基座11，在形成于陶瓷构件14主面的孔14a的内侧面一部分中，形成焊料堆积空间14d。焊料堆积空间14d在图5 Ca)的B1B2截面中，具有大体半圆形状。焊料接合层62填充焊料堆积空间14d的一部分。第2实施方式中的半导体用基座的间隙73的基础上，在间隙73的一部分中具有焊料堆积空间14d，由于这些空间里填充的焊料接合层62起到键的作用(以下成为“键效果”)，所以比没有焊料堆积空间14d的相比大大提高扭曲破断强度。第2实施方式中，由于只有间隙73的一部分被焊料接合层62灌满，所以连接构件5和陶瓷构件14只强固约束在孔14a的侧面的一部分，连接构件5和陶瓷构件14之间大部分形成间隙73。所以如图15所示，在第2实施方式中不会发生在连接构件5和陶瓷构件14的孔14a之间装满焊料接合层106时引起的陶瓷构件104的破坏，。S卩，第2实施方式，相比如图I所示插入和孔4a相同形状的连接构件5的第I实施方式，具有远高的扭曲破断强度。如第I实施方式，插入和孔4a相同形状的连接构件5时，孔4a和连接构件5之间形成间隙71、72。也存在连接构件5与孔4a的一部分接触的情况，在连接构件5拧入方向上，一定存在间隙71、72，与拧入方向相反就会有被破断的倾向。但第2实施方式中拧紧或拧松拧入连接构件5的沟槽5a的螺钉时，由于拧入拧出双向的大致半圆形状的焊料堆积空间14d中装满了焊料接合层62使得间隙73不存在，所以发挥比键效果更高的扭曲破断强度。焊料堆积空间14d可以是一处，也可以设置多处的焊料堆积空间14d。例如2处或4处相互对称的配置焊料堆积空间14d，可以进一步提高扭曲破断强度。但是例如5处以上或更多时，所需的焊料材更多，而且发生陶瓷破断的可能性更高，所以不建议。其中，建议在孔14a的侧壁的互相相对处设置I组或2组焊料堆积空间14d，最好在孔14a的侧壁的互相 相对处设置I组。(半导体用基座的制造方法)主要说明与第I实施方式中的半导体用基座I的制造方法的不同点。如图6、图7 (a) (b)所示，同第I实施方式中的图2、图3 (a) (b)，加工陶瓷构件14。如图8 (a) (b)所示，使用钻孔机等在陶瓷构件14的孔14a的侧面的一部分中形成焊料堆积空间14d。这时，也可以与孔14a同时形成焊料堆积空间14d。然后，如图9 (a) (b)所示，除焊料堆积空间14d外，配置封条构件10在陶瓷构件14上，进行包镀处理。连接构件5的希望涂上焊料材的部分也建议进行包镀处理。通过进行包镀处理，焊料箔61熔化时容易涂到焊料堆积空间14d，但不是必须要进行的。对于连接构件5最好除希望涂上焊料材的部分外，进行表面氧化处理。通过表面氧化处理，焊料材不会被涂上，所以可以防止所有的间隙(焊料堆积空间14d)里灌满焊料材。不限于表面氧化处理，可以涂上润湿性差的物质。或者对陶瓷进行包镀处理，或者对连接构件5进行表面氧化处理，或者两者都进行，则可以把焊料材仅仅涂到焊料堆积空间14d中。如图10所示，在露在端子3第I主面(露出面)3a的底面14b配置焊料箔61。焊料箔61配置在第I空间4c。通过焊料箔61把连接构件5配置在陶瓷构件4的孔14a内。然后，加热并熔化焊料箔61。加热温度建议达到比金的熔点高20°C左右为止。确认焊料箔61熔化后放置5分钟左右保持在其温度。焊料材涂到连接构件5的侧面或焊料堆积空间14d的侧面，焊料材的界面上升并填充焊料堆积空间14d。然后，停止加热并进行自然冷却。连接构件5通过焊料接合层6与端子3连接。通过以上方法，如图5 (a) (b)所示制造半导体用基座11。通过第2实施方式，可以提供陶瓷构件4中埋设的端子3和连接构件5之间不会生成金属间化合物的，在拧紧和取出外部螺旋时也能保持较高可靠性的，高温下也能使用的高可靠性连接构件，以及具有这种连接构件的半导体制造装置。〈变形例〉(半导体用基座(连接构件))
为增加扭曲破断强度，也可以是以下结构。变形例I :图11 (a)是变形例I中的半导体用基座21的陶瓷构件14的主面相垂直的方向切断的截面大致图。连接构件5，连接构件5的外表面的一部分可以具有键部5b。键部5b，连接构件5的宽度方向的截面是半圆形。图11 (b)是，如图11 (a)所示的B1B2截面从开口部侧方向看到的截面图。键部5b,如图11 (b)所示,填补焊料堆积空间14d的一部分。焊料接合层62，可以填充到焊料堆积空间14d的一部分中。键部5b是连接构件5的宽度方向截面为半圆形状的凸起部分。通过这些键部5b和焊料堆积空间14d镶嵌，增加扭曲破断强度。变形例I中的半导体用基座，由于键部5b和焊料堆积空间14d之间的间隙74的一部分中填充的焊料接合层62起到键的作用，所以扭曲破断强度高。 变形例2 :图12 (a)是变形例2中的半导体用基座31的陶瓷构件34的主面相垂直的方向切断的截面大致图。连接构件5，连接构件5的外侧面的一部分中具有，向相连接构件5的内部切入的缺口部5c。而且，在陶瓷构件14主面的孔34a的内侧面的一部分中，形成焊料堆积空间34d。焊料堆积空间34d，在图12 Ca)的A1A2截面中，具有大致半圆形状。焊料接合层62，填充在缺口部5c的一部分以及焊料堆积空间34d的一部分中。变形例3 :图13 Ca)是变形例3中的半导体用基座41的陶瓷构件4的主面垂直的方向切断的截面大致图。连接构件5的直径是一定的，但是也可以如图13 (c)所示，在端子43的第I主面43a的表面上形成十字(十字架)形状的沟槽44。熔化的焊料材流入沟槽44的状态下，形成焊料接合层6。这样，可以得到固定体的效果，提高扭曲破断强度。实施例(接合强度测定)(实施例I 实施例9)(比较例I 比较例21)准备几块如图14所不的孔4a直径A为4. 1mm、5. 1mm、6. Imm中的任意一个,试验片的厚度D为5mm,孔4a的深度E为4mm,端子3的直径C为3mm,端子3的厚度D为O. 5mm的氮化招成分的试验用陶瓷构件4。准备几块如图14所示的外径B为4mm、5mm、6mm中的任意一个，有沟槽5a的圆柱形的钥成分的试验用连接构件5。陶瓷构件4的孔4a中配置厚度为O. 2mm的焊料箔20。焊料箔20上方配置连接构件5。连接构件5的外径B和焊料箔20的直径相同。连接构件5的上方装载表I中所示重量的钥制重物(无图示)，通过焊料箔20，连接构件5的底面压住孔4a的底面。通过改变重物的重量，控制焊料箔20熔化后形成的焊料接合层6的厚度。然后，加热到比焊料箔20(金)的熔点高20°C左右的温度，确认焊料箔20熔化后开始放置5分钟使其自然冷却。按照以上方法，通过焊料接合层6接合连接构件5和陶瓷构件4。得到如图I (a)(b)所示的，端子3的表面具有焊料接合层6的连接构件。然后，用图14的夹具8夹住陶瓷构件4后，使用连接构件5的沟槽5a中拧入的拉伸部件9，按照标记的垂直方向加重，连接构件5从陶瓷构件4中脱离为止的耐加重做为接合强度(kgf)来测定。实验条件以及实验结果整理为表I。实施例I 实施例3，比较例1、2 :端子3的直径为4mm，对照端子3直径焊料接合层6的直径也设置为4mm时，测定焊料接合层6的厚度对接合强度的影响。其结果，焊料接合层6的厚度超过3 μ m, 10 μ m以下时能得到良好的接合强度。
比较例3 比较例7 :除准备含有17% Ni ,Au — Ni 17%的厚度O. 2mm的焊料箔外，与实施例I 实施例3，比较例1、2进行同样实验。其结果，焊料接合层6与钥反应厚度变厚，接合强度下降。实施例4 实施例6，比较例8、9 :端子3的直径为5mm，对照端子3直径，焊料接合层6的直径设置为5mm时，测定焊料接合层6的厚度对接合强度的影响。其结果，焊料接合层6的厚度超过3 μ m, 10 μ m以下时能得到良好的接合强度。比较例10 比较例14 :除准备含有17% Ni ,Au-Ni 17%的厚度O. 2mm的焊料箔外，与实施例4 实施例6，比较例8、9进行同样实验。其结果，接合强度下降。实施例7 实施例9，比较例15、16 :端子3的直径为6mm，对照端子3直径，焊料接合层6的直径设置为6mm时，测定焊料接合层6的厚度对接合强度的影响。其结果，焊料接合层6的厚度超过3 μ m, 10 μ m以下时能得到良好的接合强度。 比较例17 比较例21 :除准备含有17% Ni，Au — Ni 17%的厚度O. 2mm的焊料箔外，与实施例7 实施例9，比较例15、16进行同样实验。其结果，接合强度下降。(扭曲破断实验)(实施例10 实施例14)(比较例22)根据实施方式的记载，如表2所示的条件下，制造图I、图5、图11 图15所示的半导体用基座。利用扭矩扳手拧入连接构件5，每次提高O. IN ·πι的扭矩，测定扭曲破断扭矩。然后，进行了 100回对各半导体用基座200°C加热和700°C加热。之后相同于所述的方法测定扭曲破断扭矩。得到的结果整理为表2。通过比较例22、实施例10，可知设计间隙，可以提高扭曲破断扭矩。通过实施例11 实施例14，可知间隙基础上增设焊料堆积空间或固定体，得到键效果和固定体效果，可以提高扭曲破断扭矩。通过实施例12、13，可知在焊料堆积空间的基础上增设键部、或缺口部，可以提高扭曲破断扭矩。(测定反应层的形成)实施例I中使用的钥制连接构件5通过焊料接合层6，和底部4b中配设钥制端子3的陶瓷构件4接合。图16 (a) (b)，连接构件5和焊料接合层6的接合界限附近的截面照片。这时，对连接构件5 (图16 (b)中的领域SI)，焊料接合层6 (图16 (b)中的领域S2)，端子3 (图16 (c)中的领域3)的组成，用能量分散型电子束探针元素分析装置(EDS-EPMA)观测。图16 (b)中，包括领域S2的焊料接合层6的厚度为5 μ m。图17 (a)表示，连接构件5和焊料接合层6的接合界限附近的连接构件5的元素分析结果。图17 (b)表示，焊料接合层6的元素分析结果。图17 (c)表示，焊料接合层6和端子3的接合界限附近的端子3的元素分析结果。如图17 (a)所示，连接构件5和焊料接合层6的接合界限附件的连接构件5，可以判断由钥构成，焊料材的金没有扩散。如图17 (b)所示，可以判断焊料接合层6由金构成，钥没有扩散。如图17 (c)所示，可以判断端子3由钥构成，焊料材的金没有扩散。确认焊料接合层6，无间隙的填充在端子3和连接构件5两者间，但和端子3、以及连接构件5不起反应，紧贴于端子3、以及连接构件5。
权利要求
1.一种接合构造，其特征在于，具有 由氮化铝构成的设有孔的陶瓷构件； 埋设在所述陶瓷构件中且具有露在所述孔底面的露出面，并由钥构成的端子； 与所述端子的所述露出面连接的、只由金构成的焊料接合层；以及 插入到所述孔中，且通过所述焊料接合层与所述端子连接的、由钥构成的连接构件， 在所述孔的侧壁上形成有焊料堆积空间， 所述焊料堆积空间在平行于所述陶瓷构件主面的断面上具有大致半圆形状，在所述焊料堆积空间的至少一部分中填充焊料。
2.根据权利要求I所述的接合构造，其特征在于， 所述连接构件具有 本体部；以及 与所述本体部连接的端部； 所述端部具有通过所述焊料接合层与所述孔底面连接的接合面， 所述连接构件的所述接合面和所述孔的底面相互大致平行， 所述端部的外侧面和所述孔的内侧面之间的间隔，比所述本体部的外侧面和所述孔的内侧面之间的间隔大， 在所述接合面的直径为4mm以上、6mm以下时，所述孔底面的直径比所述接合面的直径大I L 5mm, 所述金层的厚度为3 μ m以上10 μ m以下。
3.根据权利要求I所述的接合构造，其特征在于， 所述连接构件具有向所述焊料堆积空间内突出的凸部， 所述凸部在平行于所述陶瓷构件主面的断面上具有大致半圆形状， 所述焊料堆积空间及所述凸部通过镶嵌而形成键部。
4.根据权利要求I所述的接合构造，其特征在于， 在所述连接构件的外周表面的一部分形成有向所述连接构件内侧凹陷的缺口部， 在所述缺口部的至少一部分中填充所述焊料。
5.根据权利要求I所述的接合构造，其特征在于， 所述孔的侧壁设有2个 4个所述焊料堆积空间。
6.根据权利要求5所述的接合构造，其特征在于， 在所述孔的侧壁上，在所述孔的侧壁的互相相对位置设有I组、或2组所述焊料堆积空间。
全文摘要
提供一种高可靠性的接合构造及具有该接合构造的半导体制造装置，该接合构造具有埋设在陶瓷构件中的金属端子和与外部连接、或从外部供给电力的金属连接构件。实施方式中的半导体用基座(1)，由氮化铝构成，具有带孔的陶瓷构件(4)、由钼构成的埋设在陶瓷构件(4)中的端子(3)、插入到孔中的与端子(3)连接的由钼构成的连接构件(5)、连接端子(3)和连接构件(5)的焊料接合层(6)，焊料接合层(6)只由金(Au)构成。
文档编号H01L21/67GK102779777SQ20121024059
公开日2012年11月14日 申请日期2009年1月8日 优先权日2008年1月8日
发明者中村太一, 竹林央史, 藤井知之 申请人:日本碍子株式会社