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公開番号2024154710
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-31
出願番号2023068688
出願日2023-04-19
発明の名称熱分解窒化ホウ素含有基板、および半導体デバイスの絶縁基板
出願人信越化学工業株式会社
代理人個人
主分類C04B 35/5835 20060101AFI20241024BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】絶縁層の薄膜化および絶縁性に優れたパワーモジュール用熱分解窒化ホウ素含有基板を提供する。
【解決手段】熱分解窒化ホウ素含有基板は、半導体デバイスの放熱材料として使用される絶縁基板であって、主成分が熱分解窒化ホウ素であることを特徴とする。熱分解窒化ホウ素含有基板の内部には、熱分解炭素層が1層以上、10層以下の範囲で含まれることが好ましい。また、熱分解炭素層は炭素を主成分としたものであって、ボロンを重量比率0.1%以上45%以下の範囲の濃度で含むことが好ましい。熱分解炭素層の各層の厚みは0.1μm以上、100μm以下であることが好ましい。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
半導体デバイスの放熱材料として使用される絶縁基板であって、主成分が熱分解窒化ホウ素であることを特徴とする熱分解窒化ホウ素含有基板。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
前記熱分解窒化ホウ素含有基板の内部に、熱分解炭素層を１層以上、１０層以下の範囲で含むこと特徴とする請求項１に記載の熱分解窒化ホウ素含有基板。
【請求項３】
前記熱分解炭素層は炭素を主成分としたものであって、ボロンを重量比率０．１％以上４５％以下の範囲の濃度で含むこと特徴とする請求項２に記載の熱分解窒化ホウ素含有基板。
【請求項４】
前記熱分解炭素層の各層の厚みが０．１μｍ以上、１００μｍ以下であること特徴とする請求項３に記載の熱分解窒化ホウ素含有基板。
【請求項５】
前記熱分解窒化ホウ素含有基板の厚みが０．０１ｍｍ以上、４ｍｍ以下であること特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の熱分解窒化ホウ素含有基板。
【請求項６】
前記熱分解窒化ホウ素含有基板の表面の算術平均粗さＲａが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の熱分解窒化ホウ素含有基板。
【請求項７】
前記半導体デバイスが、ＳｉＣ、ＧａＮ、またはＧａ
２
Ｏ
３
のパワーデバイスであることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の熱分解窒化ホウ素含有基板。
【請求項８】
請求項１からら４の何れか１項に記載の前記熱分解窒化ホウ素含有基板が絶縁性の樹脂に埋め込まれた構造であることを特徴とする半導体デバイスの絶縁基板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの放熱材料として使用される熱分解窒化ホウ素含有基板に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
パワー半導体素子のスイッチングによる電力変換装置は、変換効率が高いため、民生用、車載用、鉄道用、変電設備等に幅広く利用されている。その中でも、ＳｉＣ、ＧａＮ、またはＧａ
２
Ｏ
３
から作製されるパワー半導体素子は通電により発熱するため、高い放熱性が求められる。通常、放熱には、フィンを有する金属製の放熱構造を用い、電位の安定化や、感電防止を目的としてグラウンド（ＧＮＤ）に接地する。このため、パワー半導体素子と放熱構造との間に配置される絶縁材は、優れた熱伝導性が必要とされる。一般的な絶縁層としては、例えば、ＡｌＮ、Ａｌ
２
Ｏ
３
、Ｓｉ
３
Ｎ
４
、ＳｉＣ等からなるセラミックス基板や、樹脂製の材料が用いられている。
【０００３】
しかしながら、近年電気自動車の普及に伴い、車両搭載用のパワーモジュールは８００Ｖ以上の高電圧での使用も増えている。変換する電圧が高い場合、絶縁性を向上するため絶縁材を厚く構成する必要が生じ、放熱性が悪化してしまう。
【０００４】
放熱性を向上させる手法としては、例えば特許文献１に示されるような、絶縁層中に中間導体を設けて、電圧分担させる方法や、特許文献２に示されるような高熱伝導率のＳｉ
３
Ｎ
４
粒子から構成される絶縁基板を使用する手法が知られている。
【０００５】
絶縁基板として用いられ得る他の物質としては、六方晶窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）が挙げられる。六方晶窒化ホウ素は、グラファイトのような積層構造になっており、放熱性（熱伝導性）と絶縁性（導電性）に異方性がある。このため、六方晶窒化ホウ素を絶縁基板に使用する際は、特許文献３に示されるように、粒子状の焼結体を樹脂等により凝固させて異方性を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第６２００８７１号
特許第５７７３３３０号
国際公開第２０２２／１４９５５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上で説明したように、パワー半導体素子の放熱材料として様々な絶縁基板が提案されているが、近年は高電圧の使用用途が増えてきており、より高い絶縁性と放熱性を有する絶縁基板が求められている。
【０００８】
このような状況に鑑み、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、絶縁層の薄膜化および絶縁性に優れたパワーモジュール用熱分解窒化ホウ素含有基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、本発明は、以下の手段を提案している。すなわち、熱ＣＶＤ反応により、六方晶窒化ホウ素を積層させた熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）を含有する基板を作製する。熱分解窒化ホウ素含有基板は、基板の高さ方向（ｃ方向）の絶縁性が、平面方向（ａｂ方向）と比較して高いが、熱伝導率は低いという異方性を有している。そこで本発明では、基板の高さ方向（ｃ方向）の絶縁性が高いという異方性を生かしつつ、基板自体を薄く加工することで基板の高さ方向（ｃ方向）の熱伝導率が低いという欠点を改善した。さらに、ＰＢＮの層の間に熱分解炭素層（ＰＧ）の層を導入することで、さらなる絶縁性の向上が達成された。具体的には下記の特徴を有する。
【００１０】
本発明の一実施形態に係る熱分解窒化ホウ素含有基板は、半導体デバイスの放熱材料として使用される絶縁基板であって、この絶縁基板の主成分が熱分解窒化ホウ素であることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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