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特許7219810窒化珪素基板、窒化珪素－金属複合体、窒化珪素回路基板、及び、半導体パッケージ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-31
(45)【発行日】2023-02-08
(54)【発明の名称】窒化珪素基板、窒化珪素－金属複合体、窒化珪素回路基板、及び、半導体パッケージ
(51)【国際特許分類】
C04B 35/587 20060101AFI20230201BHJP
C04B 37/02 20060101ALI20230201BHJP
G01N 23/223 20060101ALI20230201BHJP
H01L 23/13 20060101ALI20230201BHJP
H01L 23/15 20060101ALI20230201BHJP
H01L 23/373 20060101ALI20230201BHJP
【ＦＩ】
C04B35/587
C04B37/02 Z
G01N23/223
H01L23/12 C
H01L23/14 C
H01L23/36 M
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021512010
(86)(22)【出願日】2020-03-27
(86)【国際出願番号】 JP2020014060
(87)【国際公開番号】W WO2020203787
(87)【国際公開日】2020-10-08
【審査請求日】2022-07-27
(31)【優先権主張番号】P 2019065541
(32)【優先日】2019-03-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000003296
【氏名又は名称】デンカ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110928
【弁理士】
【氏名又は名称】速水 進治
(72)【発明者】
【氏名】津川 優太
(72)【発明者】
【氏名】小橋 聖治
(72)【発明者】
【氏名】西村 浩二
【審査官】小川 武
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１３／１４６７８９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／１７０２４７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１５／０６０２７４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０１－１７４４０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公昭４９－０４０１２３（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開平０４－０５９６５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－０６９５９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１３６３１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２１５１４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０４２８５８９５（ＵＳ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／０１４１６９（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０４Ｂ ３５／００－３５／８４，３７／００－３７／０４
Ｈ０１Ｌ ２３／１３，２３／１５
Ｇ０１Ｎ ２３／２２３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
窒化珪素とマグネシウムを含有する窒化珪素基板であって、窒化珪素を前記窒化珪素基板の８０質量％以上含み、
前記窒化珪素基板の表面を、下記条件Ｉで、蛍光Ｘ線分析装置で分析した際、ＸＢ／ＸＡが０．８０以上、１．００以下であり、
ＸＡが０．１質量％以上、５質量％以下であり、
ＸＢが０．１質量％以上、５質量％以下であり、
前記条件Ｉで分析した際に得られるＸＡおよびＸＢ、ならびに、前記窒化珪素基板の表面を、下記条件ＩＩで、蛍光Ｘ線分析装置で分析した際に得られるＹＡおよびＹＢに関し、
ＹＡが０．１質量％以上、１０質量％以下であり、
ＹＢが０．１質量％以上、１０質量％以下であり、
ＸＡ／ＹＡが０．７以下であり、
ＸＢ／ＹＢが０．６以下であり、
前記条件Ｉにおける交差点Ａおよび４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を中心として蛍光Ｘ線分析装置で測定したとき、Ｓｉ 3 Ｎ 4 量が８０．０質量％以上、９８．０％質量以下であり、Ｓｉ 3 Ｎ 4 、マグネシウム（酸化物換算）、イットリウム（酸化物換算）を除くその他の成分を含むとき、前記その他の成分の量が０．１０％質量以上、０．５０％質量以下であり、
前記窒化珪素基板の表面における対角線の長さが１５０ｍｍ以上であり、
前記表面が主面表面である、窒化珪素基板。
（条件Ｉ）
前記窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａを、蛍光Ｘ線分析装置で分析し、前記交差点Ａにおけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＸＡ（％）とする。また、前記対角線上にあって、前記窒化珪素基板の角部から前記交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を蛍光Ｘ線分析装置で分析し、当該４点におけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）の算術平均値をＸＢ（％）とする。
（条件ＩＩ）
前記窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａを、蛍光Ｘ線分析装置で分析し、前記交差点Ａにおけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＹＡ（％）とする。また、前記対角線上にあって、前記窒化珪素基板の角部から前記交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を蛍光Ｘ線分析装置で分析し、当該４点におけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）の算術平均値をＹＢ（％）とする。
【請求項2】
前記窒化珪素基板の表面を、前記条件ＩＩで、蛍光Ｘ線分析装置で分析した際、ＹＡ／ＹＢが０．９０以上、１．００以下である、請求項１に記載の窒化珪素基板。
【請求項3】
前記窒化珪素基板を、下記条件ＩＩＩで、酸素窒素分析装置で分析した際、ＺＣ及びＺＤがそれぞれ０．１０％以上７．００％以下であり、かつ、ＺＤ／ＺＣが０．８５以上１．００以下である、請求項１又は２に記載の窒化珪素基板。（条件ＩＩＩ）
前記窒化珪素基板から、その表面における対角線の交差点を中心とした１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｃとする。該酸素分析用試料Ｃを、酸素窒素分析装置で分析し、前記酸素分析用試料Ｃの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＣ（％）とする。また、前記窒化珪素基板から、その表面におけるいずれかの角部を含む１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｄとする。該酸素分析用試料Ｄを、酸素窒素分析装置で分析し、前記酸素分析用試料Ｄの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＤ（％）とする。
【請求項4】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化珪素基板の少なくとも一方の面に、金属板を接合した窒化珪素－金属複合体。
【請求項5】
請求項４に記載の窒化珪素－金属複合体において、前記金属板の少なくとも一部を除去した、窒化珪素回路基板。
【請求項6】
請求項５に記載の窒化珪素回路基板の上に半導体素子を搭載した、半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒化珪素基板、窒化珪素－金属複合体、窒化珪素回路基板、及び、半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、回路基板等を構成する絶縁基板として、セラミックス焼結体であるセラミックス基板が広く用いられている。例えば、パワーモジュールの製造に際しては、アルミナ、ベリリア、窒化珪素、窒化アルミニウム等のセラミックス材料に金属回路板を接合した、セラミックス回路基板が用いられることがある。
また、近年、パワーモジュールの高出力化や高集積化に伴い、パワーモジュールからの発熱量は増加の一途をたどっている。この発熱を効率よく放散させるため、高絶縁性と高熱伝導性を有する窒化珪素基板や、窒化アルミニウム基板等のセラミックス基板が使用される傾向にある。
また、近年、パワーモジュールの高出力化や高集積化に伴い、パワーモジュールからの発熱量は増加の一途をたどっている。この発熱を効率よく放散させるため、高絶縁性と高熱伝導性を有する窒化珪素基板や、窒化アルミニウム基板等のセラミックス基板が使用される傾向にある。
【0003】
例えば、特許文献１には、窒化珪素基板の製造工程において、窒化珪素成形体の表面に特定の組成の窒化ホウ素からなる分離層を設ける窒化珪素基板の製造方法に係る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０１３／０５４８５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記従来の技術では、信頼性の高い窒化珪素回路基板を安定な歩止まりで得ることが困難であった。その原因の一つに窒化珪素基板に発生する反りが挙げられる。一般に、窒化珪素基板の反りが大きくなると、金属板と、窒化珪素基板との密着性が低下し、金属板と、窒化珪素基板とをろう材で接合する接合工程における降温過程や、パワーモジュール稼働時のヒートサイクル時において、金属板と、窒化珪素基板とが剥離し、接合不良又は熱抵抗不良を招き、半導体パッケージの信頼性が低下してしまう可能性が増加する。
よって、窒化珪素基板の反りを適正な範囲に調整することは、窒化珪素回路基板の歩留まり向上、及び、信頼性向上の観点から重要であったが、従来の技術では、窒化珪素基板の反りを十分に抑制できない場合があった。
よって、窒化珪素基板の反りを適正な範囲に調整することは、窒化珪素回路基板の歩留まり向上、及び、信頼性向上の観点から重要であったが、従来の技術では、窒化珪素基板の反りを十分に抑制できない場合があった。
【0006】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものである。本発明は、一つには、反りの少ない窒化珪素基板を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、鋭意検討の結果、以下に提供される発明を完成させ、上記課題を解決した。
すなわち、本発明によれば、
窒化珪素とマグネシウムを含有する窒化珪素基板であって、
前記窒化珪素基板の表面を、下記条件Ｉで、蛍光Ｘ線分析装置で分析した際、ＸＢ／ＸＡが０．８以上、１．０以下である、窒化珪素基板が提供される。
（条件Ｉ）
前記窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａを、蛍光Ｘ線分析装置で分析し、前記交差点Ａにおけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＸＡ（％）とする。また、前記対角線上にあって、窒化珪素基板の角部から前記交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を蛍光Ｘ線分析装置で分析し、当該４点におけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）の算術平均値をＸＢ（％）とする。
すなわち、本発明によれば、
窒化珪素とマグネシウムを含有する窒化珪素基板であって、
前記窒化珪素基板の表面を、下記条件Ｉで、蛍光Ｘ線分析装置で分析した際、ＸＢ／ＸＡが０．８以上、１．０以下である、窒化珪素基板が提供される。
（条件Ｉ）
前記窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａを、蛍光Ｘ線分析装置で分析し、前記交差点Ａにおけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＸＡ（％）とする。また、前記対角線上にあって、窒化珪素基板の角部から前記交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を蛍光Ｘ線分析装置で分析し、当該４点におけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）の算術平均値をＸＢ（％）とする。
【0008】
また、本発明によれば、上記の窒化珪素基板の少なくとも一方の面に、金属板を接合した窒化珪素－金属複合体が提供される。
【0009】
また、本発明によれば、上記の窒化珪素－金属複合体において、上記金属板の少なくとも一部を除去した、窒化珪素回路基板が提供される。
【0010】
また、本発明によれば、上記の窒化珪素回路基板の上に半導体素子を搭載した、半導体パッケージが提供される。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、反りが抑制された窒化珪素基板、窒化珪素回路基板、窒化珪素－金属複合体、及び、半導体パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本実施形態に係る窒化珪素基板のマグネシウム量及びイットリウム量の分析の際の分析箇所を模式的に示した平面図である。
【図2】本実施形態に係る窒化珪素基板の酸素量の分析箇所を模式的に示した平面図である。
【図3】本実施形態に係る窒化珪素－金属複合体を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
煩雑さを避けるため、同一図面内に同一の構成要素が複数ある場合には、その１つのみに符号を付し、全てには符号を付さない場合や、同様の構成要素に改めては符号を付さない場合がある。
すべての図面はあくまで説明用のものである。図面中の各部の形状や寸法比などは、必ずしも現実の物品と対応するものではない。具体的には、図に示されている各部の縦横の寸法は、縦方向または横方向に誇張されている場合がある。
数値範囲の「Ｐ～Ｑ」は、断りがなければ、「Ｐ以上Ｑ以下」を表す。
すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
煩雑さを避けるため、同一図面内に同一の構成要素が複数ある場合には、その１つのみに符号を付し、全てには符号を付さない場合や、同様の構成要素に改めては符号を付さない場合がある。
すべての図面はあくまで説明用のものである。図面中の各部の形状や寸法比などは、必ずしも現実の物品と対応するものではない。具体的には、図に示されている各部の縦横の寸法は、縦方向または横方向に誇張されている場合がある。
数値範囲の「Ｐ～Ｑ」は、断りがなければ、「Ｐ以上Ｑ以下」を表す。
【0014】
まず、本実施形態に係る窒化珪素基板について説明する。
本実施形態に係る窒化珪素基板は、窒化珪素とマグネシウムを含有する窒化珪素基板であって、具体的には、窒化珪素を主成分とし、マグネシウムを含む焼結助剤から形成される粒界相とを含む焼結体からなる。「主成分」とは窒化珪素基板の８０質量％以上が目安であり、８５質量％以上であってよく、９０質量％以上であってよい。また、主成分以外の成分は、具体的には、焼結助剤同士が反応してなる化合物や不純物等である。
また、本実施形態に係る窒化珪素基板は、具体的には板状であり、板状の金属との接合面となる表面を備える。窒化珪素基板の表面形状は、さらに具体的には矩形であって、４つの角部を有するとともに２つの対角線を有する。
本実施形態に係る窒化珪素基板は、窒化珪素とマグネシウムを含有する窒化珪素基板であって、具体的には、窒化珪素を主成分とし、マグネシウムを含む焼結助剤から形成される粒界相とを含む焼結体からなる。「主成分」とは窒化珪素基板の８０質量％以上が目安であり、８５質量％以上であってよく、９０質量％以上であってよい。また、主成分以外の成分は、具体的には、焼結助剤同士が反応してなる化合物や不純物等である。
また、本実施形態に係る窒化珪素基板は、具体的には板状であり、板状の金属との接合面となる表面を備える。窒化珪素基板の表面形状は、さらに具体的には矩形であって、４つの角部を有するとともに２つの対角線を有する。
【0015】
本実施形態に係る窒化珪素基板は、該窒化珪素基板を下記条件Ｉで、蛍光Ｘ線分析装置で分析した際、ＸＢ／ＸＡが０．８０以上、１．００以下であり、０．８２以上、１．００以下であることが好ましく、０．９０以上、１．００以下であることがより好ましい。
（条件Ｉ）
窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａを、蛍光Ｘ線分析装置で分析し、交差点Ａにおけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＸＡ（％）とする。また、対角線上にあって、窒化珪素基板の角部から交差点の方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を蛍光Ｘ線分析装置で分析し、当該４点におけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）の算術平均値をＸＢ（％）とする。
（条件Ｉ）
窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａを、蛍光Ｘ線分析装置で分析し、交差点Ａにおけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＸＡ（％）とする。また、対角線上にあって、窒化珪素基板の角部から交差点の方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を蛍光Ｘ線分析装置で分析し、当該４点におけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）の算術平均値をＸＢ（％）とする。
【0016】
条件Ｉの分析箇所について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る窒化珪素基板のマグネシウム量及びイットリウム量（後述）分析の際の分析箇所を模式的に示した平面図である。
本実施形態に係る窒化珪素基板は、板状であり、矩形であることが好ましい。本実施形態に係る窒化珪素基板のいずれか一面の表面における２本の対角線の交差点を交差点Ａとし、交差点Ａを中心として蛍光Ｘ線分析装置で測定したマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＸＡ（％）とする。また、上記の２本の対角線上に存在する窒化珪素基板の角部から交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を中心として蛍光Ｘ線分析装置で測定したマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＸＢ１（％）、ＸＢ２（％）、ＸＢ３（％）、ＸＢ４（％）とする。さらに、ＸＢ１（％）、ＸＢ２（％）、ＸＢ３（％）、ＸＢ４（％）の算術平均値をＸＢ（％）とする。
本実施形態に係る窒化珪素基板は、板状であり、矩形であることが好ましい。本実施形態に係る窒化珪素基板のいずれか一面の表面における２本の対角線の交差点を交差点Ａとし、交差点Ａを中心として蛍光Ｘ線分析装置で測定したマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＸＡ（％）とする。また、上記の２本の対角線上に存在する窒化珪素基板の角部から交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を中心として蛍光Ｘ線分析装置で測定したマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＸＢ１（％）、ＸＢ２（％）、ＸＢ３（％）、ＸＢ４（％）とする。さらに、ＸＢ１（％）、ＸＢ２（％）、ＸＢ３（％）、ＸＢ４（％）の算術平均値をＸＢ（％）とする。
【0017】
蛍光Ｘ線分析装置による分析条件は、以下のようにすることができる。
測定装置：株式会社リガク製、ＺＳＸ１００ｅ
Ｘ線管電力：３．６ｋＷ
スポット径：１ｍｍ
なお、定量方法は、ファンダメンタルパラメータ法（ＦＰ法）を採用することが好ましい。この場合、シリコンについては、すべて窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）として存在するものとして、各成分の合計が１００％となるように、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）をバランス成分として計算する。また、マグネシウム、および、イットリウムについては、それぞれが、酸化物で存在するものとし、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、および、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）換算で計算する。なお、ＸＢ／ＸＡに関しては、蛍光Ｘ線分析により得られたマグネシウムの蛍光Ｘ線の強度比から直接算出することも可能である。
測定装置：株式会社リガク製、ＺＳＸ１００ｅ
Ｘ線管電力：３．６ｋＷ
スポット径：１ｍｍ
なお、定量方法は、ファンダメンタルパラメータ法（ＦＰ法）を採用することが好ましい。この場合、シリコンについては、すべて窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）として存在するものとして、各成分の合計が１００％となるように、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）をバランス成分として計算する。また、マグネシウム、および、イットリウムについては、それぞれが、酸化物で存在するものとし、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、および、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）換算で計算する。なお、ＸＢ／ＸＡに関しては、蛍光Ｘ線分析により得られたマグネシウムの蛍光Ｘ線の強度比から直接算出することも可能である。
【0018】
本実施形態に係る窒化珪素基板が、蛍光Ｘ線分析装置で測定したマグネシウム量を上述のように規定することで、窒化珪素基板における反りを抑制することができる理由は必ずしも明らかではないが以下のように推測される。
【0019】
窒化珪素基板の焼成工程においては、焼結助剤である酸化マグネシウム、及び、酸化イットリウムが、窒化珪素や酸化珪素と反応し、液相を形成する。また、該液相によって、窒化珪素の焼結が促進し、緻密な窒化珪素焼結体とすることができる。よって、焼結助剤からなる液相は、窒化珪素の焼結において重要な役割を果たすが、液相は、窒化珪素基板内において、比較的容易に移動することが可能であるため、焼成工程中に窒化珪素基板外周部から窒化珪素基板系外に揮発したり、窒化珪素基板内の特定の箇所に偏析したりする場合があった。中でも、酸化マグネシウムを含む液相成分は融点が低く、焼結促進への寄与も大きいが移動もしやすく、その基板内分布が不均一になりやすかった。
助剤成分の分布が不均一な窒化珪素基板は、助剤成分の多い部分と助剤成分の少ない部分、例えは、基板外周部と基板内部における熱膨張量が異なる基板となるため、冷却過程において収縮差が生じ、反りが生じやすくなるものと推測される。
助剤成分の分布が不均一な窒化珪素基板は、助剤成分の多い部分と助剤成分の少ない部分、例えは、基板外周部と基板内部における熱膨張量が異なる基板となるため、冷却過程において収縮差が生じ、反りが生じやすくなるものと推測される。
【0020】
従来から、窒化珪素基板の助剤成分等の組成に着目した検討が行われていた。具体的には、従来技術においては、例えばＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）等を用いた、窒化珪素基板のごく表層（具体的には窒化珪素基板の表面から数μｍ以内）に存在する助剤に着目した検討が行われてきた。しかしながら、たとえば比較的基板サイズの大きい窒化珪素基板においては、従来技術を用いても、十分に安定的に反りを抑制することができなかった。
本発明者らは、マクロな観点から窒化珪素基板の助剤成分の分布を制御することが、より高度な反りの抑制に関連することを知見し本実施形態を成し得たものである。
すなわち、蛍光Ｘ線分析は、種々の電子線を利用した表面分析手法に比べ、より深い位置の組成の分布の情報を取得することができる分析手法であり、例えば、窒化珪素基板の表面から深さ数十μｍ～数ｍｍに存在する組成の分布を分析することが可能である。よって、蛍光Ｘ線分析装置で測定したマグネシウム量を上述のように規定することは、表層を含む深さ数十μｍから数ｍｍのバルクに存在するマグネシウムの分布を規定することとなる。
加えて、本実施形態は蛍光Ｘ線分析による分析箇所を窒化珪素基板外周部及び窒化珪素基板中央部に特定した点にも特徴がある。すなわち、一般に窒化珪素基板は製造コスト削減等の観点から、複数枚積層して焼成され、また、上記したように、焼結助剤である酸化マグネシウム、及び、酸化イットリウムによって形成される液相は、焼成中に揮発する場合がある。本発明者らの検討によれば、たとえば複数枚積層された窒化珪素基板を焼成する場合、窒化珪素基板の中央部と、窒化珪素基板の外周部では焼結助剤の揮発のしやすさが異なり、例えば酸化マグネシウムは、窒化珪素基板の中央部において最も揮発しにくく、窒化珪素基板の外周部において最も揮発しやすい傾向があることが知見された。すなわち、本発明者らは、焼成後の窒化珪素基板におけるバルクの組成分布について鋭意検討を行い、窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａ、また、対角線上にあって、窒化珪素基板の角部から交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４における各成分の量を規定することで、再現性良く、窒化珪素基板の焼結助剤の分布が最大となる個所と最小となる個所を捉えることができるものと考え、本実施形態を成し得たものである。
本実施形態によれば、窒化珪素基板の原料の成分の種類及び量、並びに、製造方法（中でも、焼成方法における温度条件及び雰囲気調整条件）を調整することにより、得られる窒化珪素基板における中央部と外周部のバルクの助剤成分の量を特定し、従来着目されていなかったマクロな観点において、助剤成分の分布を極めて高度に均一にすることによって、比較的大きいサイズの窒化珪素基板においても、安定的に反りを抑制することができ、また、同時に多数の基板を積層して焼成した場合においても歩留りよく反りを抑制できるものと推測される。よって、例えば、本実施形態に係る窒化珪素基板の一面に金属板を接合し、窒化珪素－金属複合体とした場合や、窒化珪素回路基板とし、その上に半導体素子等を搭載した際、窒化珪素基板と、金属回路板との接合性等の信頼性に優れた半導体パッケージを得ることができる。
また、本実施形態によれば、窒化珪素基板の特性等のばらつきを抑制した窒化珪素基板を得ることができ、例えば、破壊靭性値等の機械的特性の面内分布が均一である窒化珪素基板を得ることができる。
なお、本実施形態は上記推測メカニズムによって限定されるものではない。
本発明者らは、マクロな観点から窒化珪素基板の助剤成分の分布を制御することが、より高度な反りの抑制に関連することを知見し本実施形態を成し得たものである。
すなわち、蛍光Ｘ線分析は、種々の電子線を利用した表面分析手法に比べ、より深い位置の組成の分布の情報を取得することができる分析手法であり、例えば、窒化珪素基板の表面から深さ数十μｍ～数ｍｍに存在する組成の分布を分析することが可能である。よって、蛍光Ｘ線分析装置で測定したマグネシウム量を上述のように規定することは、表層を含む深さ数十μｍから数ｍｍのバルクに存在するマグネシウムの分布を規定することとなる。
加えて、本実施形態は蛍光Ｘ線分析による分析箇所を窒化珪素基板外周部及び窒化珪素基板中央部に特定した点にも特徴がある。すなわち、一般に窒化珪素基板は製造コスト削減等の観点から、複数枚積層して焼成され、また、上記したように、焼結助剤である酸化マグネシウム、及び、酸化イットリウムによって形成される液相は、焼成中に揮発する場合がある。本発明者らの検討によれば、たとえば複数枚積層された窒化珪素基板を焼成する場合、窒化珪素基板の中央部と、窒化珪素基板の外周部では焼結助剤の揮発のしやすさが異なり、例えば酸化マグネシウムは、窒化珪素基板の中央部において最も揮発しにくく、窒化珪素基板の外周部において最も揮発しやすい傾向があることが知見された。すなわち、本発明者らは、焼成後の窒化珪素基板におけるバルクの組成分布について鋭意検討を行い、窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａ、また、対角線上にあって、窒化珪素基板の角部から交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４における各成分の量を規定することで、再現性良く、窒化珪素基板の焼結助剤の分布が最大となる個所と最小となる個所を捉えることができるものと考え、本実施形態を成し得たものである。
本実施形態によれば、窒化珪素基板の原料の成分の種類及び量、並びに、製造方法（中でも、焼成方法における温度条件及び雰囲気調整条件）を調整することにより、得られる窒化珪素基板における中央部と外周部のバルクの助剤成分の量を特定し、従来着目されていなかったマクロな観点において、助剤成分の分布を極めて高度に均一にすることによって、比較的大きいサイズの窒化珪素基板においても、安定的に反りを抑制することができ、また、同時に多数の基板を積層して焼成した場合においても歩留りよく反りを抑制できるものと推測される。よって、例えば、本実施形態に係る窒化珪素基板の一面に金属板を接合し、窒化珪素－金属複合体とした場合や、窒化珪素回路基板とし、その上に半導体素子等を搭載した際、窒化珪素基板と、金属回路板との接合性等の信頼性に優れた半導体パッケージを得ることができる。
また、本実施形態によれば、窒化珪素基板の特性等のばらつきを抑制した窒化珪素基板を得ることができ、例えば、破壊靭性値等の機械的特性の面内分布が均一である窒化珪素基板を得ることができる。
なお、本実施形態は上記推測メカニズムによって限定されるものではない。
【0021】
本実施形態に係る窒化珪素基板は、該窒化珪素基板を、下記条件ＩＩで、蛍光Ｘ線分析装置で分析した際、ＹＡ／ＹＢが０．９０以上、１．００以下であることが好ましく、０．９４以上、１．００以下であることがより好ましく、０．９７以上、１．００以下であることがさらに好ましくい。
（条件ＩＩ）
窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａを、蛍光Ｘ線分析装置で分析し、交差点Ａにおけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＹＡ（％）とする。また、対角線上にあって、窒化珪素基板の角部から交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を蛍光Ｘ線分析装置で分析し、当該４点におけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）の算術平均値をＹＢ（％）とする。
（条件ＩＩ）
窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａを、蛍光Ｘ線分析装置で分析し、交差点Ａにおけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＹＡ（％）とする。また、対角線上にあって、窒化珪素基板の角部から交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を蛍光Ｘ線分析装置で分析し、当該４点におけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）の算術平均値をＹＢ（％）とする。
【0022】
条件ＩＩの分析箇所である窒化珪素基板の交差点Ａ、および、窒化珪素基板の角部から交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４については、条件ＩのＡ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４と同様である。すなわち、本実施形態に係る窒化珪素基板のいずれか一面の表面における２本の対角線の交差点を交差点Ａとし、交差点Ａを中心として蛍光Ｘ線分析装置で測定したイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＹＡ（％）とする。また、上記の２本の対角線上に存在する窒化珪素基板の角部から交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を中心として蛍光Ｘ線分析装置で測定したイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＹＢ１（％）、ＹＢ２（％）、ＹＢ３（％）、ＹＢ４（％）とする。さらに、ＹＢ１（％）、ＹＢ２（％）、ＹＢ３（％）、ＹＢ４（％）の算術平均値をＹＢ（％）とする。蛍光Ｘ線分析装置による分析条件は、上述の通りである。
蛍光Ｘ線分析で測定したイットリウム量を上述の数値範囲内とすることによって、反りが少ない窒化珪素基板をより安定的に得ることができ、該窒化珪素基板を用いた半導体パッケージの信頼性、歩止まりを向上させることができるものと考えられる。
蛍光Ｘ線分析で測定したイットリウム量を上述の数値範囲内とすることによって、反りが少ない窒化珪素基板をより安定的に得ることができ、該窒化珪素基板を用いた半導体パッケージの信頼性、歩止まりを向上させることができるものと考えられる。
【0023】
本実施形態に係る窒化珪素基板において、上記条件Ｉで分析した際の窒化珪素基板中央部のマグネシウム量ＸＡ、及び、窒化珪素基板外周部のマグネシウム量ＸＢは、ＸＢ／ＸＡが上記数値範囲内であり、その絶対値は制限されないが、ＸＡおよびＸＢはそれぞれ、例えば、０．１質量％以上、５質量％以下とすることができ、より好ましくは０．５質量％以上、３質量％以下とすることができる。また、ＸＡおよびＸＢは、それぞれ、たとえば０．１質量％以上であり、好ましくは０．５質量％以上であり、また、たとえば５質量％以下であり、好ましくは３質量％以下である。
また、本実施形態に係る窒化珪素基板において、上記条件ＩＩで分析した際の窒化珪素基板中央部のイットリウム量ＹＡ、及び、窒化珪素基板外周部のイットリウム量ＹＢは、ＹＡ／ＹＢが上記数値範囲内であることが好ましく、その絶対値は制限されないが、ＹＡ及びＹＢはそれぞれ、例えば、０．１質量％以上、１０質量％以下とすることができ、より好ましくは、１質量％以上、８質量％以下とすることができる。また、ＹＡ及びＹＢは、それぞれ、たとえば０．１質量％以上であり、好ましくは１質量％以上であり、また、たとえば１０質量％以下であり、好ましくは８質量％以下である。
本実施形態に係る窒化珪素基板は、窒化珪素基板中央部におけるマグネシウム量ＸＡと、窒化珪素基板中央部におけるイットリウム量ＹＡの比である、ＸＡ／ＹＡをたとえば０．０５以上、好ましくは０．１以上、また、たとえば０．７以下、好ましくは０．５以下とすることができ、窒化珪素基板外周部におけるマグネシウム量ＸＢと、窒化珪素基板中央部におけるイットリウム量ＹＢの比である、ＸＢ／ＹＢをたとえば０．０５以上、好ましくは０．１以上、また、たとえば０．６以下、好ましくは０．５以下とすることができる。
また、本実施形態に係る窒化珪素基板において、上記条件ＩＩで分析した際の窒化珪素基板中央部のイットリウム量ＹＡ、及び、窒化珪素基板外周部のイットリウム量ＹＢは、ＹＡ／ＹＢが上記数値範囲内であることが好ましく、その絶対値は制限されないが、ＹＡ及びＹＢはそれぞれ、例えば、０．１質量％以上、１０質量％以下とすることができ、より好ましくは、１質量％以上、８質量％以下とすることができる。また、ＹＡ及びＹＢは、それぞれ、たとえば０．１質量％以上であり、好ましくは１質量％以上であり、また、たとえば１０質量％以下であり、好ましくは８質量％以下である。
本実施形態に係る窒化珪素基板は、窒化珪素基板中央部におけるマグネシウム量ＸＡと、窒化珪素基板中央部におけるイットリウム量ＹＡの比である、ＸＡ／ＹＡをたとえば０．０５以上、好ましくは０．１以上、また、たとえば０．７以下、好ましくは０．５以下とすることができ、窒化珪素基板外周部におけるマグネシウム量ＸＢと、窒化珪素基板中央部におけるイットリウム量ＹＢの比である、ＸＢ／ＹＢをたとえば０．０５以上、好ましくは０．１以上、また、たとえば０．６以下、好ましくは０．５以下とすることができる。
【0024】
マグネシウム量、イットリウム量以外の成分の含有量について一例を挙げれば、本実施形態に係る窒化珪素基板は、そのいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａ、および、窒化珪素基板の角部から交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を中心として、上述の条件で、蛍光Ｘ線分析装置で組成分析をした際、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）量を８０．０質量％以上、９８．０％質量以下とすることができ、より好ましくは８５．０質量％以上、９５．０質量％以下とすることができる。また、上記窒化珪素量は、たとえば８０．０質量％以上であり、好ましくは８５．０質量％以上であり、また、たとえば９８．０％質量以下であり、好ましくは、９５．０質量％以下である。また、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、マグネシウム（酸化物換算）、イットリウム（酸化物換算）を除くその他の成分を含むとき、その他成分の量を、たとえば０．１０％質量以上、０．５０％質量以下とすることができる。
【0025】
本実施形態に係る窒化珪素基板は、下記条件ＩＩＩで、酸素窒素分析装置で酸素濃度を分析した際、ＺＣ、及び、ＺＤがそれぞれ０．１０％以上７．００％以下、かつ、ＺＤ／ＺＣが０．８５以上１．００以下であることが好ましく、ＺＣ、及び、ＺＤがそれぞれ２．００％以上５．００％以下であり、かつ、ＺＤ／ＺＣが０．９０以上１．００以下であることがより好ましく、ＺＣ、及び、ＺＤがそれぞれ２．５０％以上３．００％以下であり、かつ、ＺＤ／ＺＣが０．９３以上１．００以下であることがさらに好ましい。
下記条件ＩＩＩで、酸素窒素分析装置で酸素濃度を分析した際、ＺＣ、及び、ＺＤは、それぞれ、好ましくは０．１０％以上であり、より好ましくは２．００％以上、さらに好ましくは２．５０％以上であり、また、好ましくは７．００％以下であり、より好ましくは５．００％以下、さらに好ましくは３．００％以下である。
下記条件ＩＩＩで、酸素窒素分析装置で酸素濃度を分析した際、ＺＤ／ＺＣは、好ましくは０．８５以上であり、より好ましくは０．９０以上、さらに好ましくは０．９３以上であり、また、好ましくは１．００以下である。
（条件ＩＩＩ）
窒化珪素基板から、その表面における、具体的には、条件ＩおよびＩＩにて前述の窒化珪素基板のいずれか一面の表面における、対角線の交差点を中心とした１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｃとする。該酸素分析用試料Ｃを、酸素窒素分析装置で分析し、酸素分析用試料Ｃの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＣ（％）とする。また、窒化珪素基板から、その表面におけるいずれかの角部を含む１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｄとする。該酸素分析用試料Ｄを、酸素窒素分析装置で分析し、酸素分析用試料Ｄの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＤ（％）とする。
下記条件ＩＩＩで、酸素窒素分析装置で酸素濃度を分析した際、ＺＣ、及び、ＺＤは、それぞれ、好ましくは０．１０％以上であり、より好ましくは２．００％以上、さらに好ましくは２．５０％以上であり、また、好ましくは７．００％以下であり、より好ましくは５．００％以下、さらに好ましくは３．００％以下である。
下記条件ＩＩＩで、酸素窒素分析装置で酸素濃度を分析した際、ＺＤ／ＺＣは、好ましくは０．８５以上であり、より好ましくは０．９０以上、さらに好ましくは０．９３以上であり、また、好ましくは１．００以下である。
（条件ＩＩＩ）
窒化珪素基板から、その表面における、具体的には、条件ＩおよびＩＩにて前述の窒化珪素基板のいずれか一面の表面における、対角線の交差点を中心とした１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｃとする。該酸素分析用試料Ｃを、酸素窒素分析装置で分析し、酸素分析用試料Ｃの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＣ（％）とする。また、窒化珪素基板から、その表面におけるいずれかの角部を含む１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｄとする。該酸素分析用試料Ｄを、酸素窒素分析装置で分析し、酸素分析用試料Ｄの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＤ（％）とする。
【0026】
条件ＩＩＩの分析箇所について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る窒化珪素基板の酸素量分析の際の分析箇所を模式的に示した平面図である。
本実施形態に係る窒化珪素基板の主面表面における対角線の交差点を中心とし、該交差点を対角線の交点とする一辺が３ｍｍの正方形を特定する。該正方形は、矩形である窒化珪素基板と平行な辺を有する正方形とすることができる。該正方形を切り出し酸素分析用試料Ｃとする。該酸素分析用試料Ｃを、酸素窒素分析装置で分析し、酸素分析用試料Ｃの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＣ（％）とする。また、窒化珪素基板から、そのいずれかの角部（矩形である窒化珪素基板を上面視した際の各頂点）を含む１辺が３ｍｍの正方形を特定する。該正方形は、矩形である窒化珪素基板と平行な辺を有する正方形とすることができる。該正方形を切り出し酸素分析用試料Ｄとする。該酸素分析用試料Ｄを、酸素窒素分析装置で分析し、酸素分析用試料Ｄの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＤ（％）とする。
本実施形態に係る窒化珪素基板の主面表面における対角線の交差点を中心とし、該交差点を対角線の交点とする一辺が３ｍｍの正方形を特定する。該正方形は、矩形である窒化珪素基板と平行な辺を有する正方形とすることができる。該正方形を切り出し酸素分析用試料Ｃとする。該酸素分析用試料Ｃを、酸素窒素分析装置で分析し、酸素分析用試料Ｃの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＣ（％）とする。また、窒化珪素基板から、そのいずれかの角部（矩形である窒化珪素基板を上面視した際の各頂点）を含む１辺が３ｍｍの正方形を特定する。該正方形は、矩形である窒化珪素基板と平行な辺を有する正方形とすることができる。該正方形を切り出し酸素分析用試料Ｄとする。該酸素分析用試料Ｄを、酸素窒素分析装置で分析し、酸素分析用試料Ｄの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＤ（％）とする。
【0027】
酸素窒素分析装置としては、不活性ガス融解－非分散型赤外線吸収法（ＮＤＩＲ）により酸素濃度を測定することができる装置を挙げることができ、具体的には株式会社堀場製作所製、ＥＭＧＡ－９２０を挙げることができる。
【0028】
窒化珪素基板に含まれる酸素は主に助剤成分に起因するものである。よって、窒化珪素基板の中央部に存在する酸素濃度と窒化珪素基板の外周部に存在する酸素濃度を上記数値範囲内とすることは、マグネシウム、イットリウム、および、その他の成分を含む助剤成分全体が面内に均一に分布していることを意味し、本実施形態によれば、各助剤成分の分布の均一性のみならず、助剤成分全体として、その面内分布を均一になるよう制御することにより、反りが少ない窒化珪素基板をより安定的に得ることができ、該窒化珪素基板を用いた半導体パッケージの信頼性、歩止まりをより向上させることができるものと考えられる。
【0029】
本実施形態に係る窒化珪素基板は、矩形であることが好ましい。また、窒化珪素基板の表面における対角線の長さが１５０ｍｍ以上であることが好ましく、２００ｍｍ以上であることがより好ましく、２３６ｍｍ以上であることがさらに好ましい。上限には制限はないが、例えば２５４ｍｍ以下とすることができる。
本実施形態に係る窒化珪素基板は、その厚みを０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とすることができ、好ましくは０．２ｍｍ以上１．２ｍｍ以下、より好ましくは０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。また、窒化珪素基板の厚みは、たとえば０．１ｍｍ以上であり、好ましくは０．２ｍｍ以上、より好ましくは０．２５ｍｍ以上であり、また、たとえば３．０ｍｍ以下であり、好ましくは１．２ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下である。
従来技術では、サイズが比較的大きい窒化珪素基板や、厚みが比較的薄い窒化珪素基板においては、反り等を抑制し安定的な歩留まりを得ることが困難であったが、本実施形態に係る窒化珪素基板によれば、比較的大面積の窒化珪素基板や、厚みの薄い窒化珪素基板であっても、製造安定性を向上させることができる。
本実施形態に係る窒化珪素基板は、その厚みを０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とすることができ、好ましくは０．２ｍｍ以上１．２ｍｍ以下、より好ましくは０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。また、窒化珪素基板の厚みは、たとえば０．１ｍｍ以上であり、好ましくは０．２ｍｍ以上、より好ましくは０．２５ｍｍ以上であり、また、たとえば３．０ｍｍ以下であり、好ましくは１．２ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下である。
従来技術では、サイズが比較的大きい窒化珪素基板や、厚みが比較的薄い窒化珪素基板においては、反り等を抑制し安定的な歩留まりを得ることが困難であったが、本実施形態に係る窒化珪素基板によれば、比較的大面積の窒化珪素基板や、厚みの薄い窒化珪素基板であっても、製造安定性を向上させることができる。
【0030】
本実施形態に係る窒化珪素基板は、その単位長さ当たりの反りが、１．０μｍ／ｍｍ未満であることが好ましい。
なお、反りは、実施例に記載の方法で測定することができる。
なお、反りは、実施例に記載の方法で測定することができる。
【0031】
本実施形態に係る窒化珪素基板は、破壊靭性値が６．５ＭＰａ／ｍ1/2以上であることが好ましく、６．６ＭＰａ／ｍ1/2以上であることがより好ましい。窒化珪素基板の破壊靭性値に制限はなく、たとえば２０ＭＰａ／ｍ1/2以下であってもよい。
また、本実施形態に係る窒化珪素基板は、機械特性等の面内分布が均一であることが好ましく、例えば、基板中央部（対角線の交差点を中心とした半径３ｍｍ以内の領域）における破壊靭性値をＫＩＣＩ、基板外周部（角部から、半径３ｍｍ以内の領域）における破壊靭性値をＫＩＣＯとしたとき、ＫＩＣＩ／ＫＩＣＯが、０．９０以上、１．１０以下であることが好ましく、０．９５以上、１．０５以下であることがより好ましく、０．９７以上、１．０３以下であることがさらに好ましい。また、ＫＩＣＩ／ＫＩＣＯは、好ましくは０．９０以上であり、より好ましくは０．９５以上、さらに好ましくは０．９７以上であり、また、好ましくは１．１０以下であり、より好ましくは１．０５以下、さらに好ましくは１．０３以下である。
本実施形態に係る窒化珪素基板によれば、比較的大面積の窒化珪素基板においても、機械特性等の面内分布を均一とすることができ、より信頼性・製造安定性を向上させることができる。
なお、破壊靭性は、ＪＩＳ－Ｒ１６０７に基づき、ＩＦ法で測定することができる。
また、本実施形態に係る窒化珪素基板は、機械特性等の面内分布が均一であることが好ましく、例えば、基板中央部（対角線の交差点を中心とした半径３ｍｍ以内の領域）における破壊靭性値をＫＩＣＩ、基板外周部（角部から、半径３ｍｍ以内の領域）における破壊靭性値をＫＩＣＯとしたとき、ＫＩＣＩ／ＫＩＣＯが、０．９０以上、１．１０以下であることが好ましく、０．９５以上、１．０５以下であることがより好ましく、０．９７以上、１．０３以下であることがさらに好ましい。また、ＫＩＣＩ／ＫＩＣＯは、好ましくは０．９０以上であり、より好ましくは０．９５以上、さらに好ましくは０．９７以上であり、また、好ましくは１．１０以下であり、より好ましくは１．０５以下、さらに好ましくは１．０３以下である。
本実施形態に係る窒化珪素基板によれば、比較的大面積の窒化珪素基板においても、機械特性等の面内分布を均一とすることができ、より信頼性・製造安定性を向上させることができる。
なお、破壊靭性は、ＪＩＳ－Ｒ１６０７に基づき、ＩＦ法で測定することができる。
【0032】
＜窒化珪素基板の製造方法＞
以下、本実施形態に係る窒化珪素基板の製造方法について説明する。
以下、本実施形態に係る窒化珪素基板の製造方法について説明する。
【0033】
（原料混合工程）
窒化珪素基板の原料は、具体的には窒化珪素およびマグネシウム原料を含み、マグネシウム原料は好ましくは焼結助剤として配合される。
さらに具体的には、まず、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）粉末と、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）粉末、酸化珪素（ＳｉＯ2）粉末等の焼結助剤粉末とを準備し、バレルミル、回転ミル、振動ミル、ビーズミル、サンドミル、アジテーターミル等の混合装置を用いて、溶媒とともに湿式混合し、スラリー（原料混合体）を作製する。
窒化珪素基板の原料は、具体的には窒化珪素およびマグネシウム原料を含み、マグネシウム原料は好ましくは焼結助剤として配合される。
さらに具体的には、まず、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）粉末と、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）粉末、酸化珪素（ＳｉＯ2）粉末等の焼結助剤粉末とを準備し、バレルミル、回転ミル、振動ミル、ビーズミル、サンドミル、アジテーターミル等の混合装置を用いて、溶媒とともに湿式混合し、スラリー（原料混合体）を作製する。
【0034】
窒化珪素粉末は、直接窒化法、シリカ還元法、イミド熱分解法等の公知の方法で製造された物が使用できる。窒化珪素粉末中の酸素量は２質量％以下が好ましく、１．５質量％以下がより好ましい。窒化珪素粉末の平均粒子径（Ｄ５０値）は好ましくは０．４～１．５μｍであり、より好ましくは０．６～０．８μｍである。窒化珪素粉末の酸素量及び平均粒子径（Ｄ５０値）を前述の範囲とすることで、窒化珪素焼結体の密度及び機械強度の低下を抑制することができる。
本実施形態に係る窒化珪素基板は、その原料の一部にＳｉＯ2粉末を用いることが好ましい。具体的には、窒化珪素基板の原料である焼結助剤がＳｉＯ2を必須成分とすることが好ましい。ＳｉＯ2粉末は、純度９８％以上であることが好ましく、平均粒子径が０．１μｍ以上、３．０μｍ以下であることが好ましい。
本実施形態に係る窒化珪素基板は、その原料の一部にＳｉＯ2粉末を用いることが好ましい。具体的には、窒化珪素基板の原料である焼結助剤がＳｉＯ2を必須成分とすることが好ましい。ＳｉＯ2粉末は、純度９８％以上であることが好ましく、平均粒子径が０．１μｍ以上、３．０μｍ以下であることが好ましい。
【0035】
焼結助剤としては、酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）を含むことが好ましく、その他の酸化物を含むこともできる。その他の酸化物としては、希土類金属の酸化物を挙げることができ、例えば、Ｓｃ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｃｅ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｍ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｔｂ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｔｍ２Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3およびＬｕ2Ｏ3を挙げることができる。
焼結助剤の平均粒子径は０．１μｍ以上、３．０μｍ以下であることが好ましい。
焼結助剤の平均粒子径は０．１μｍ以上、３．０μｍ以下であることが好ましい。
【0036】
原料粉末の配合は、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ４)粉末及び焼結助剤粉末の合計を１００質量部とした時、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）粉末を８０質量部以上、９８質量部以下、焼結助剤粉末を２質量部以上、２０質量部以下とすることが好ましい。焼結助剤粉末が少なすぎるの場合には、緻密な窒化珪素焼結体が得られない場合があり、一方多すぎる場合には、窒化珪素焼結体の熱伝導率が低下する場合がある。
また焼結助剤として酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化イットリウムを用いる場合、原料粉末の配合は、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）粉末及び焼結助剤粉末の合計を１００質量部とした時、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）粉末を８０質量部以上、９８質量以下、酸化珪素粉末を０．１質量部以上、５質量部以下、酸化マグネシウム粉末を０．１質量部以上、５質量部以下、酸化イットリウムを０．１質量部以上、１０質量部以下とすることが好ましく、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）粉末を８５質量部以上、９５質量以下、酸化珪素粉末を０．５質量部以上、３質量部以下、酸化マグネシウム粉末を０．５質量部以上、３質量部以下、酸化イットリウムを１質量部以上、８質量部以下とすることがより好ましい。
なお、酸化イットリウムの使用量を下げることでＹＡ／ＹＢが低下する傾向にあると考えられる。また、酸化ケイ素の使用量を上げることでＺＤ／ＺＣが低下する傾向にあると考えられる。
また焼結助剤として酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化イットリウムを用いる場合、原料粉末の配合は、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）粉末及び焼結助剤粉末の合計を１００質量部とした時、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）粉末を８０質量部以上、９８質量以下、酸化珪素粉末を０．１質量部以上、５質量部以下、酸化マグネシウム粉末を０．１質量部以上、５質量部以下、酸化イットリウムを０．１質量部以上、１０質量部以下とすることが好ましく、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）粉末を８５質量部以上、９５質量以下、酸化珪素粉末を０．５質量部以上、３質量部以下、酸化マグネシウム粉末を０．５質量部以上、３質量部以下、酸化イットリウムを１質量部以上、８質量部以下とすることがより好ましい。
なお、酸化イットリウムの使用量を下げることでＹＡ／ＹＢが低下する傾向にあると考えられる。また、酸化ケイ素の使用量を上げることでＺＤ／ＺＣが低下する傾向にあると考えられる。
【0037】
上記の原料粉末と、有機溶媒、さらには必要に応じて有機バインダを混合し、原料混合体を作製する。原料混合体の作製に用いる有機溶媒や有機バインダは成形方法に応じて公知のものを適宜選択することが可能である。例えば成形工程において、ドクターブレード法によりシート成形を行う場合、トルエン、エタノール、ブタノール等の有機溶媒や、ブチルメタクリレート、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート等の有機バインダを用い、シート成形用スラリーを作成することができる。
有機バインダの添加量は、原料粉末の合計を１００質量部としたとき、たとえば、３質量部以上、１７質量部以下とすることができる。有機バインダの添加量を上記数値範囲内とすることにより、成形体の形状の維持が十分にでき、多層化して量産性を向上することが可能となり、かつ、脱脂工程後に脱脂体の空隙が大きくなり、得られる窒化珪素基板に空隙が残存することを防ぐことができる。
有機バインダの添加量は、原料粉末の合計を１００質量部としたとき、たとえば、３質量部以上、１７質量部以下とすることができる。有機バインダの添加量を上記数値範囲内とすることにより、成形体の形状の維持が十分にでき、多層化して量産性を向上することが可能となり、かつ、脱脂工程後に脱脂体の空隙が大きくなり、得られる窒化珪素基板に空隙が残存することを防ぐことができる。
【0038】
（成形工程）
次に、原料混合体を成形する成形工程を行う。原料混合体の成形法としては限定されず、金型プレス法、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）法、ドクターブレード法、ロール成形法等シート成形法などが適用でき、比較的厚みの薄い成形体を大量に安定的に生産するという観点からはドクターブレード法が好ましい。さらに必要に応じて成形したシートを打ち抜き、所望のサイズのシート成形体を得ることができる。シートの形状は限定されないが、例えば、各辺の長さが１００ｍｍ以上、厚みが０．２ｍｍ以上、２ｍｍ以下のシート成形体とすることができる。
次に、原料混合体を成形する成形工程を行う。原料混合体の成形法としては限定されず、金型プレス法、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）法、ドクターブレード法、ロール成形法等シート成形法などが適用でき、比較的厚みの薄い成形体を大量に安定的に生産するという観点からはドクターブレード法が好ましい。さらに必要に応じて成形したシートを打ち抜き、所望のサイズのシート成形体を得ることができる。シートの形状は限定されないが、例えば、各辺の長さが１００ｍｍ以上、厚みが０．２ｍｍ以上、２ｍｍ以下のシート成形体とすることができる。
【0039】
（ＢＮ塗布）
続いて、得られた成形体、具体的にはシート成形体の少なくとも一面にＢＮを塗布する、ＢＮ塗布工程を行うことができる。本工程は、主に、焼成工程中に積層した窒化珪素基板同士が固着することを防ぐ目的で行なわれる。
ＢＮを塗布する方法は制限されないが、例えばＢＮ粉末と、有機溶媒とを含むＢＮスラリーを準備し、得られたＢＮスラリーをシート成形体の片面または両面にスプレー塗布する方法、ＢＮ粉末と、有機溶媒と、有機バインダを含むＢＮペーストを準備し、得られたＢＮペーストをシート成形体の片面または両面にスクリーン印刷する方法等が挙げられる。
ＢＮスラリー又はＢＮペーストが塗布されたシート成形体を乾燥することで、ＢＮが塗布されたシート成形体を得ることができる。
続いて、得られた成形体、具体的にはシート成形体の少なくとも一面にＢＮを塗布する、ＢＮ塗布工程を行うことができる。本工程は、主に、焼成工程中に積層した窒化珪素基板同士が固着することを防ぐ目的で行なわれる。
ＢＮを塗布する方法は制限されないが、例えばＢＮ粉末と、有機溶媒とを含むＢＮスラリーを準備し、得られたＢＮスラリーをシート成形体の片面または両面にスプレー塗布する方法、ＢＮ粉末と、有機溶媒と、有機バインダを含むＢＮペーストを準備し、得られたＢＮペーストをシート成形体の片面または両面にスクリーン印刷する方法等が挙げられる。
ＢＮスラリー又はＢＮペーストが塗布されたシート成形体を乾燥することで、ＢＮが塗布されたシート成形体を得ることができる。
【0040】
（脱脂工程）
焼成工程の前に成形体の脱脂工程を行うことが好ましい。脱脂工程では、たとえば主に、成形のために添加した有機バインダの除去を行うことができる。
脱脂工程は、大気（酸素を含む雰囲気）中、窒素雰囲気・アルゴンガス雰囲気中等の非酸化性雰囲気中、真空中のいずれで行うことも可能であるが、大気中もしくは真空中が好ましい。
また、脱脂温度・脱脂時間は、成形工程で加えた有機バインダの種類によっても異なるが、例えば、５００℃以上８００℃以下で、１時間以上２０時間以下とすることができる。
脱脂工程においては、前工程で得られたシート成形体を積層して脱脂炉に仕込むことができる。積層枚数は例えば、１０枚以上、１００枚以下とすることができる。また、脱脂時には１０～４０ｋＰａの荷重を加えることが好ましい。脱脂時に上記範囲で荷重を加えることで、焼成工程後のセラミックス基板の反り及び割れを抑制することが出来る。
焼成工程の前に成形体の脱脂工程を行うことが好ましい。脱脂工程では、たとえば主に、成形のために添加した有機バインダの除去を行うことができる。
脱脂工程は、大気（酸素を含む雰囲気）中、窒素雰囲気・アルゴンガス雰囲気中等の非酸化性雰囲気中、真空中のいずれで行うことも可能であるが、大気中もしくは真空中が好ましい。
また、脱脂温度・脱脂時間は、成形工程で加えた有機バインダの種類によっても異なるが、例えば、５００℃以上８００℃以下で、１時間以上２０時間以下とすることができる。
脱脂工程においては、前工程で得られたシート成形体を積層して脱脂炉に仕込むことができる。積層枚数は例えば、１０枚以上、１００枚以下とすることができる。また、脱脂時には１０～４０ｋＰａの荷重を加えることが好ましい。脱脂時に上記範囲で荷重を加えることで、焼成工程後のセラミックス基板の反り及び割れを抑制することが出来る。
【0041】
（焼成工程）
続いて、得られた脱脂体を焼成炉で焼成する。焼成工程の過程で焼結助剤粉が液相となり、液相反応を経て緻密な焼結体を得ることができる。
焼成温度は、１７００℃以上、１９００℃以下とすることが好ましく、焼成時間は３時間以上１０時間以下とすることが好ましい。
また、焼成後の冷却過程において、焼結助剤が液相を形成する温度域（具体的には１４００℃～１６００℃）以上の温度域、すなわち１４００度以上の温度域では、降温速度は、４℃／分以下にすることが好ましく、２℃／分以下とすることがより好ましく、１℃／分以下とすることがさらに好ましい。
上記焼成温度、焼成時間、降温速度を上記数値範囲内とすることによって、熱的特性、機械的特性に優れ、かつ、助剤分布が均一な窒化珪素基板を得ることができる。
続いて、得られた脱脂体を焼成炉で焼成する。焼成工程の過程で焼結助剤粉が液相となり、液相反応を経て緻密な焼結体を得ることができる。
焼成温度は、１７００℃以上、１９００℃以下とすることが好ましく、焼成時間は３時間以上１０時間以下とすることが好ましい。
また、焼成後の冷却過程において、焼結助剤が液相を形成する温度域（具体的には１４００℃～１６００℃）以上の温度域、すなわち１４００度以上の温度域では、降温速度は、４℃／分以下にすることが好ましく、２℃／分以下とすることがより好ましく、１℃／分以下とすることがさらに好ましい。
上記焼成温度、焼成時間、降温速度を上記数値範囲内とすることによって、熱的特性、機械的特性に優れ、かつ、助剤分布が均一な窒化珪素基板を得ることができる。
【0042】
本実施形態に係る窒化珪素基板、すなわち助剤が面内に均一に分散した窒化珪素基板を得るためには、焼成工程における雰囲気を制御することが重要である。
焼成工程は、窒化珪素基板の分解を抑制するため、窒素ガス、アルゴンガス等の非酸化性雰囲気にて０．６ＭＰａ以上で焼成することが好ましい。
焼成中のガス流量は例えば、５Ｌ／分以上、２００Ｌ／分以下とすることができる。
焼成工程においては、前工程で得られた脱脂体を積層して焼成炉に仕込むことができる。
積層枚数は例えば、１０枚以上、１００枚以下とすることができる。
積層された脱脂体は、ＢＮからなる容器（以下、ＢＮ容器）内に収容した状態で焼成炉内に設置することが好ましい。なお、ＢＮ容器は、例えば、複数の板や枠等の部材から構成され、これらの部材を組み合わせることにより閉じた空間を構成することができる構造のものであることが好ましい。
ＢＮ容器の容積は、例えば２０００ｃｍ3以上１５０００ｃｍ3以下とすることができる。ＢＮ容器内には、脱脂体と共に、雰囲気調整用の窒化珪素基板（焼結体）を設置することが好ましい。１つのＢＮ容器に収容する脱脂体の重量を１００質量部としたとき、雰囲気調整用の窒化珪素基板は、２質量部以上、２０質量部以下とすることが好ましい。
また、雰囲気調整用の窒化珪素基板は、脱脂体に対し水平な向きに設置することも、垂直な向きにも設置することも可能であるが、少なくとも垂直な向きにも設置することが好ましい。
ＢＮ容器と雰囲気調整用の窒化珪素基板（焼結体）を用い、焼成する脱脂体周辺の還元雰囲気、及び、揮散した助剤雰囲気を適度に調整することで、助剤の分布を制御することができ、焼成後の反りや、さらにその後の熱履歴を加えることによる変形が少ない窒化珪素基板を得ることができるものと推測される。
焼成工程は、窒化珪素基板の分解を抑制するため、窒素ガス、アルゴンガス等の非酸化性雰囲気にて０．６ＭＰａ以上で焼成することが好ましい。
焼成中のガス流量は例えば、５Ｌ／分以上、２００Ｌ／分以下とすることができる。
焼成工程においては、前工程で得られた脱脂体を積層して焼成炉に仕込むことができる。
積層枚数は例えば、１０枚以上、１００枚以下とすることができる。
積層された脱脂体は、ＢＮからなる容器（以下、ＢＮ容器）内に収容した状態で焼成炉内に設置することが好ましい。なお、ＢＮ容器は、例えば、複数の板や枠等の部材から構成され、これらの部材を組み合わせることにより閉じた空間を構成することができる構造のものであることが好ましい。
ＢＮ容器の容積は、例えば２０００ｃｍ3以上１５０００ｃｍ3以下とすることができる。ＢＮ容器内には、脱脂体と共に、雰囲気調整用の窒化珪素基板（焼結体）を設置することが好ましい。１つのＢＮ容器に収容する脱脂体の重量を１００質量部としたとき、雰囲気調整用の窒化珪素基板は、２質量部以上、２０質量部以下とすることが好ましい。
また、雰囲気調整用の窒化珪素基板は、脱脂体に対し水平な向きに設置することも、垂直な向きにも設置することも可能であるが、少なくとも垂直な向きにも設置することが好ましい。
ＢＮ容器と雰囲気調整用の窒化珪素基板（焼結体）を用い、焼成する脱脂体周辺の還元雰囲気、及び、揮散した助剤雰囲気を適度に調整することで、助剤の分布を制御することができ、焼成後の反りや、さらにその後の熱履歴を加えることによる変形が少ない窒化珪素基板を得ることができるものと推測される。
【0043】
＜窒化珪素－金属複合体＞
次に本実施形態に係る窒化珪素－金属複合体について説明する。
本実施形態に係る窒化珪素基板の少なくとも一方の面に、金属板を接合し、窒化珪素－金属複合体とすることができる。
図３は、本実施形態の窒化珪素－金属複合体を模式的に示した断面図である。
窒化珪素－金属複合体１０は、少なくとも窒化珪素基板１と、金属板２と、それら二層の間に存在するろう材層３とを備える。別の言い方としては、窒化珪素基板１と金属板２とは、ろう材層３により接合されている。
次に本実施形態に係る窒化珪素－金属複合体について説明する。
本実施形態に係る窒化珪素基板の少なくとも一方の面に、金属板を接合し、窒化珪素－金属複合体とすることができる。
図３は、本実施形態の窒化珪素－金属複合体を模式的に示した断面図である。
窒化珪素－金属複合体１０は、少なくとも窒化珪素基板１と、金属板２と、それら二層の間に存在するろう材層３とを備える。別の言い方としては、窒化珪素基板１と金属板２とは、ろう材層３により接合されている。
【0044】
＜窒化珪素－金属複合体の製造方法＞
以下、窒化珪素－金属複合体１０の製造方法について説明する。窒化珪素－金属複合体１０は、例えば、以下の工程により製造することができる。
（１）ろう材ペーストを窒化珪素基板１の片面または両面に塗布し、その塗布面に金属板２を接触させる。
（２）真空中もしくは不活性雰囲気中で加熱処理をすることで、窒化珪素基板１と金属板２を接合する。
以下、窒化珪素－金属複合体１０の製造方法について説明する。窒化珪素－金属複合体１０は、例えば、以下の工程により製造することができる。
（１）ろう材ペーストを窒化珪素基板１の片面または両面に塗布し、その塗布面に金属板２を接触させる。
（２）真空中もしくは不活性雰囲気中で加熱処理をすることで、窒化珪素基板１と金属板２を接合する。
【0045】
（金属板）
本実施形態に係る窒化珪素－金属複合体１０に用いる金属板２に使用する金属は、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、クロム、銀、モリブテン、コバルトの単体またはその合金等が挙げられる。金属板２を、活性金属を含有する銀－銅系ろう材で窒化珪素基板１に接合する観点や、導電性、放熱性の観点から銅が好ましい。
本実施形態に係る窒化珪素－金属複合体１０に用いる金属板２に使用する金属は、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、クロム、銀、モリブテン、コバルトの単体またはその合金等が挙げられる。金属板２を、活性金属を含有する銀－銅系ろう材で窒化珪素基板１に接合する観点や、導電性、放熱性の観点から銅が好ましい。
【0046】
銅板を使用する場合、その純度は、９０％以上であることが好ましい。純度を９０％以上とすることにより、十分な導電性、放熱性を有する窒化珪素－金属複合体１０となり、また窒化珪素基板１と銅板を接合する際、銅板とろう材の反応が十分進行し、信頼性の高い窒化珪素－金属複合体１０を得ることができる。
【0047】
上記金属板２の厚みは限定されないが、０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下のものが一般的である。金属板２の厚みは、さらに、放熱性の観点から０．２ｍｍ以上が好ましく、耐熱サイクル特性の観点から０．５ｍｍ以下が好ましい。
【0048】
（ろう材）
耐熱サイクル特性をより良好とする観点などから、本実施形態に係る窒化珪素－金属複合体１０に用いるろう材は、Ａｇ、ＣｕおよびＴｉ、並びに、ＳｎおよびＩｎのいずれか一方、又は、ＳｎおよびＩｎの両方を含むことが好ましい。
また、ろう材は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＳｎおよびＩｎの合計を１００質量部としたとき、Ａｇが７８．５質量部以上９５質量部以下、Ｃｕが５．０質量部以上１３質量部以下、Ｔｉが１．５質量部以上５．０質量部以下、ＳｎおよびＩｎの合計量が０．４質量部以上３．５質量部以下であることがより好ましい。
上記態様とすることで、より信頼性の高い窒化珪素－金属複合体１０とすることができる。
耐熱サイクル特性をより良好とする観点などから、本実施形態に係る窒化珪素－金属複合体１０に用いるろう材は、Ａｇ、ＣｕおよびＴｉ、並びに、ＳｎおよびＩｎのいずれか一方、又は、ＳｎおよびＩｎの両方を含むことが好ましい。
また、ろう材は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＳｎおよびＩｎの合計を１００質量部としたとき、Ａｇが７８．５質量部以上９５質量部以下、Ｃｕが５．０質量部以上１３質量部以下、Ｔｉが１．５質量部以上５．０質量部以下、ＳｎおよびＩｎの合計量が０．４質量部以上３．５質量部以下であることがより好ましい。
上記態様とすることで、より信頼性の高い窒化珪素－金属複合体１０とすることができる。
【0049】
上記のＡｇとしては、比表面積が０．１ｍ2／ｇ以上０．５ｍ2／ｇ以下のＡｇ粉末を使用するとよい。適度な比表面積のＡｇ粉末を用いることで、粉末の凝集、接合不良、接合ボイドの形成などを十分に抑えることができる。なお、比表面積の測定にはガス吸着法を適用することができる。
Ａｇ粉末の製法は、アトマイズ法や湿式還元法などにより作製されたものが一般的である。
Ａｇ粉末の製法は、アトマイズ法や湿式還元法などにより作製されたものが一般的である。
【0050】
上記のＣｕとしては、Ａｇリッチ相を連続化させるために、比表面積０．１ｍ2／ｇ以上１．０ｍ2／ｇ以下、かつ、レーザー回折法により測定した体積基準の粒度分布におけるメジアン径Ｄ５０が０．８μｍ以上８．０μｍ以下のＣｕ粉末を使用するとよい。比表面積や粒径が適度なＣｕ粉末を使用することで、接合不良の抑制や、Ａｇリッチ相がＣｕリッチ相により不連続化することの抑制などを図ることができる。
【0051】
上記のろう材粉末中に含有するＳｎまたはＩｎは、窒化珪素基板１に対するろう材の接触角を小さくし、ろう材の濡れ性を改善するための成分である。これらの配合量は好ましくは、Ａｇと、Ｃｕの合計１００質量部に対して、０．４質量部以上３．５質量部以下である。
配合量を適切に調整することで、窒化珪素基板１に対する濡れ性を適切として、接合不良の可能性を低減することができる。また、ろう材層３中のＡｇリッチ相がＣｕリッチ相により不連続化し、ろう材が割れる起点になり、熱サイクル特性が低下する可能性を低減することができる。
配合量を適切に調整することで、窒化珪素基板１に対する濡れ性を適切として、接合不良の可能性を低減することができる。また、ろう材層３中のＡｇリッチ相がＣｕリッチ相により不連続化し、ろう材が割れる起点になり、熱サイクル特性が低下する可能性を低減することができる。
【0052】
上記のＳｎまたはＩｎとしては、比表面積が０．１ｍ2／ｇ以上１．０ｍ2／ｇ以下、かつ、Ｄ５０が０．８μｍ以上１０．０μｍ以下のＳｎまたはＩｎ粉末を使用するとよい。
比表面積や粒径が適度な粉末を使用することで、接合不良の可能性や接合ボイド発生の可能性を低減することができる。
比表面積や粒径が適度な粉末を使用することで、接合不良の可能性や接合ボイド発生の可能性を低減することができる。
【0053】
ろう材は、窒化珪素基板との反応性を高める等の観点から、活性金属を含むことが好ましい。具体的には、窒化珪素基板１との反応性が高く、接合強度を非常に高くできるため、チタンを含むことが好ましい。
チタン等の活性金属の添加量は、Ａｇ粉末と、Ｃｕ粉末と、Ｓｎ粉末またはＩｎ粉末の合計１００質量部に対して、１．５質量部以上５．０質量部以下が好ましい。活性金属の添加量を適切に調整することで、窒化珪素基板１に対する濡れ性を一層高めることができ、接合不良の発生を一層抑えることができる。また、未反応の活性金属の残存が抑えられ、Ａｇリッチ相の不連続化なども抑えることができる。
チタン等の活性金属の添加量は、Ａｇ粉末と、Ｃｕ粉末と、Ｓｎ粉末またはＩｎ粉末の合計１００質量部に対して、１．５質量部以上５．０質量部以下が好ましい。活性金属の添加量を適切に調整することで、窒化珪素基板１に対する濡れ性を一層高めることができ、接合不良の発生を一層抑えることができる。また、未反応の活性金属の残存が抑えられ、Ａｇリッチ相の不連続化なども抑えることができる。
【0054】
ろう材ペーストは、少なくとも上述の金属粉末と、必要に応じて有機溶剤や有機バインダとを混合することで得ることができる。混合には、らいかい機、自転公転ミキサー、プラネタリーミキサー、３本ロール等を用いることができる。これにより、例えばペースト状のろう材を得ることができる。
ここで使用可能な有機溶剤は限定されない。例えば、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、イソホロン、トルエン、酢酸エチル、テレピネオール、ジエチレングリコール・モノブチルエーテル、テキサノール等が挙げられる。
ここで使用可能な有機バインダは限定されない。例えば、ポリイソブチルメタクリレート、エチルセルロース、メチルセルロース、アクリル樹脂、メタクリル樹脂等の高分子化合物が挙げられる。
ここで使用可能な有機溶剤は限定されない。例えば、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、イソホロン、トルエン、酢酸エチル、テレピネオール、ジエチレングリコール・モノブチルエーテル、テキサノール等が挙げられる。
ここで使用可能な有機バインダは限定されない。例えば、ポリイソブチルメタクリレート、エチルセルロース、メチルセルロース、アクリル樹脂、メタクリル樹脂等の高分子化合物が挙げられる。
【0055】
（ろう材ペースト塗布工程）
上記（１）でろう材ペーストを窒化珪素基板１に塗布する方法は限定されない。例えば、ロールコーター法、スクリーン印刷法、転写法などが挙げられる。均一に塗布しやすいという点から、スクリーン印刷法が好ましい。
スクリーン印刷法でろう材ペーストを均一に塗布するためには、ろう材ペーストの粘度を５Ｐａ・ｓ以上２０Ｐａ・ｓ以下に制御することが好ましい。また、ろう材ペースト中の有機溶剤量をたとえば５質量％以上１７質量％以下、有機バインダ量をたとえば２質量％以上８質量％以下に調整することで、印刷性を高めることができる。
上記（１）でろう材ペーストを窒化珪素基板１に塗布する方法は限定されない。例えば、ロールコーター法、スクリーン印刷法、転写法などが挙げられる。均一に塗布しやすいという点から、スクリーン印刷法が好ましい。
スクリーン印刷法でろう材ペーストを均一に塗布するためには、ろう材ペーストの粘度を５Ｐａ・ｓ以上２０Ｐａ・ｓ以下に制御することが好ましい。また、ろう材ペースト中の有機溶剤量をたとえば５質量％以上１７質量％以下、有機バインダ量をたとえば２質量％以上８質量％以下に調整することで、印刷性を高めることができる。
【0056】
（接合工程）
上記（２）の窒化珪素基板１と金属板２との接合については、真空中または窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気中、７４０℃以上８５０℃以下の温度で、１０分以上６０分以下の時間での処理が好ましい。
温度を７４０℃以上とする、処理時間を１０分以上とする、または、これらの両方の条件とすることで、たとえば金属板２が銅板であるとき銅板からの銅の溶け込み量が十分多くなり、窒化珪素基板１と金属板２との接合性を十分強固にすることができる。
一方、温度を８５０℃以下とする、処理時間を６０分以下とする、または、これらの両方の条件とすることで、得られるろう材層中のＡｇリッチ相の連続性が担保されやすくなる、たとえば金属板２が銅板であるとき銅板中への過度なろう材の拡散が抑えられる、銅の再結晶化による銅結晶の粗大化が抑えられる、セラミックスと銅の熱膨張率差に由来する応力を低減できる、等のメリットを得ることができる。
上記（２）の窒化珪素基板１と金属板２との接合については、真空中または窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気中、７４０℃以上８５０℃以下の温度で、１０分以上６０分以下の時間での処理が好ましい。
温度を７４０℃以上とする、処理時間を１０分以上とする、または、これらの両方の条件とすることで、たとえば金属板２が銅板であるとき銅板からの銅の溶け込み量が十分多くなり、窒化珪素基板１と金属板２との接合性を十分強固にすることができる。
一方、温度を８５０℃以下とする、処理時間を６０分以下とする、または、これらの両方の条件とすることで、得られるろう材層中のＡｇリッチ相の連続性が担保されやすくなる、たとえば金属板２が銅板であるとき銅板中への過度なろう材の拡散が抑えられる、銅の再結晶化による銅結晶の粗大化が抑えられる、セラミックスと銅の熱膨張率差に由来する応力を低減できる、等のメリットを得ることができる。
【0057】
上記（１）および（２）のような工程により、窒化珪素－金属複合体１０を得ることができる。本実施形態に係る窒化珪素基板１を用いることにより、窒化珪素基板１の反りを少なくすることができるため、窒化珪素基板１と、金属板２の接合の信頼性を向上させることができ、また、窒化珪素－金属複合体１０の製造工程における窒化珪素基板１の変形や熱応力の蓄積を抑制することができ、歩留まりが向上するものと考えられる。
【0058】
＜窒化珪素回路基板＞
得られた窒化珪素－金属複合体１０を更に処理し、加工し、または処理および加工し、窒化珪素回路基板得ることもできる。例えば、窒化珪素－金属複合体１０の、少なくとも金属板２の一部を除去して回路を形成してもよい。より具体的には、金属板２やろう材層３の一部を、エッチングにより除去することで回路パターンを形成してもよい。これにより、窒化珪素回路基板を得ることができる。
窒化珪素－金属複合体１０に回路パターンを形成して窒化珪素回路基板を得る手順について、以下に説明する。
得られた窒化珪素－金属複合体１０を更に処理し、加工し、または処理および加工し、窒化珪素回路基板得ることもできる。例えば、窒化珪素－金属複合体１０の、少なくとも金属板２の一部を除去して回路を形成してもよい。より具体的には、金属板２やろう材層３の一部を、エッチングにより除去することで回路パターンを形成してもよい。これにより、窒化珪素回路基板を得ることができる。
窒化珪素－金属複合体１０に回路パターンを形成して窒化珪素回路基板を得る手順について、以下に説明する。
【0059】
・エッチングマスクの形成
まず、金属板２の表面に、エッチングマスクを形成する。
エッチングマスクを形成する方法として、写真現像法（フォトレジスト法）やスクリーン印刷法、たとえば、互応化学社製ＰＥＲ４００Ｋインクを用いたインクジェット印刷法など、公知技術を適宜採用することができる。
まず、金属板２の表面に、エッチングマスクを形成する。
エッチングマスクを形成する方法として、写真現像法（フォトレジスト法）やスクリーン印刷法、たとえば、互応化学社製ＰＥＲ４００Ｋインクを用いたインクジェット印刷法など、公知技術を適宜採用することができる。
【0060】
・金属板２のエッチング処理
回路パターンを形成するため、金属板２のエッチング処理を行う。
エッチング液に関して制限はない。一般に使用されている塩化第二鉄溶液、塩化第二銅溶液、硫酸、過酸化水素水等を使用することができる。好ましいものとしては、塩化第二鉄溶液や塩化第二銅溶液が挙げられる。エッチング時間を調整することで、銅回路の側面を傾斜させてもよい。
回路パターンを形成するため、金属板２のエッチング処理を行う。
エッチング液に関して制限はない。一般に使用されている塩化第二鉄溶液、塩化第二銅溶液、硫酸、過酸化水素水等を使用することができる。好ましいものとしては、塩化第二鉄溶液や塩化第二銅溶液が挙げられる。エッチング時間を調整することで、銅回路の側面を傾斜させてもよい。
【0061】
・ろう材層３のエッチング処理
エッチングによって金属板２の一部を除去した窒化珪素－金属複合体には、塗布したろう材、その合金層、窒化物層等が残っている。よって、ハロゲン化アンモニウム水溶液、硫酸、硝酸等の無機酸、過酸化水素水を含む溶液を用いて、それらを除去するのが一般的である。エッチング時間や温度、スプレー圧などの条件を調整することで、ろう材はみ出し部の長さ及び厚みを調整することができる。
エッチングによって金属板２の一部を除去した窒化珪素－金属複合体には、塗布したろう材、その合金層、窒化物層等が残っている。よって、ハロゲン化アンモニウム水溶液、硫酸、硝酸等の無機酸、過酸化水素水を含む溶液を用いて、それらを除去するのが一般的である。エッチング時間や温度、スプレー圧などの条件を調整することで、ろう材はみ出し部の長さ及び厚みを調整することができる。
【0062】
・エッチングマスクの剥離
エッチング処理後のエッチングマスクの剥離方法は、限定されない。アルカリ水溶液に浸漬させる方法などが一般的である。
エッチング処理後のエッチングマスクの剥離方法は、限定されない。アルカリ水溶液に浸漬させる方法などが一般的である。
【0063】
・メッキ／防錆処理
耐久性の向上や経時変化の抑制などの観点から、メッキ処理または防錆処理を行ってもよい。
メッキとしては、Ｎｉメッキ、Ｎｉ合金メッキ、Ａｕメッキなどを挙げることができる。メッキ処理の具体的方法は、（ｉ）脱脂、化学研磨、Ｐｄ活性化の薬液による前処理工程を経て、Ｎｉ－Ｐ無電解めっき液として次亜リン酸塩を含有する薬液を使用する通常の無電解めっきの方法、（ｉｉ）電極を銅回路パターンに接触させて電気めっきを行う方法などにより行うことができる。
防錆処理は、例えばベンゾトリアゾール系化合物により行うことができる。
耐久性の向上や経時変化の抑制などの観点から、メッキ処理または防錆処理を行ってもよい。
メッキとしては、Ｎｉメッキ、Ｎｉ合金メッキ、Ａｕメッキなどを挙げることができる。メッキ処理の具体的方法は、（ｉ）脱脂、化学研磨、Ｐｄ活性化の薬液による前処理工程を経て、Ｎｉ－Ｐ無電解めっき液として次亜リン酸塩を含有する薬液を使用する通常の無電解めっきの方法、（ｉｉ）電極を銅回路パターンに接触させて電気めっきを行う方法などにより行うことができる。
防錆処理は、例えばベンゾトリアゾール系化合物により行うことができる。
【0064】
＜半導体パッケージ＞
例えば上記のようにして回路が形成された窒化珪素回路基板の上に適当な半導体素子を配置するなどしてパワーモジュール等の半導体パッケージを得ることができる。
パワーモジュールの具体的構成や詳細については、例えば、前述の特許文献１～３の記載や、特開平１０－２２３８０９号公報の記載、特開平１０－２１４９１５号公報の記載などを参照されたい。
例えば上記のようにして回路が形成された窒化珪素回路基板の上に適当な半導体素子を配置するなどしてパワーモジュール等の半導体パッケージを得ることができる。
パワーモジュールの具体的構成や詳細については、例えば、前述の特許文献１～３の記載や、特開平１０－２２３８０９号公報の記載、特開平１０－２１４９１５号公報の記載などを参照されたい。
【0065】
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
以下、参考形態の例を付記する。
１． 窒化珪素とマグネシウムを含有する窒化珪素基板であって、
前記窒化珪素基板の表面を、下記条件Ｉで、蛍光Ｘ線分析装置で分析した際、ＸＢ／ＸＡが０．８０以上、１．００以下である、窒化珪素基板。
（条件Ｉ）
前記窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａを、蛍光Ｘ線分析装置で分析し、前記交差点Ａにおけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＸＡ（％）とする。また、前記対角線上にあって、前記窒化珪素基板の角部から前記交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を蛍光Ｘ線分析装置で分析し、当該４点におけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）の算術平均値をＸＢ（％）とする。
２． 前記窒化珪素基板の表面を、下記条件ＩＩで、蛍光Ｘ線分析装置で分析した際、ＹＡ／ＹＢが０．９０以上、１．００以下である、１．に記載の窒化珪素基板。
（条件ＩＩ）
前記窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａを、蛍光Ｘ線分析装置で分析し、前記交差点Ａにおけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＹＡ（％）とする。また、前記対角線上にあって、前記窒化珪素基板の角部から前記交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を蛍光Ｘ線分析装置で分析し、当該４点におけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）の算術平均値をＹＢ（％）とする。
３． 前記窒化珪素基板を、下記条件ＩＩＩで、酸素窒素分析装置で分析した際、ＺＣ及びＺＤがそれぞれ０．１０％以上７．００％以下であり、かつ、ＺＤ／ＺＣが０．８５以上１．００以下である、１．又は２．に記載の窒化珪素基板。
（条件ＩＩＩ）
前記窒化珪素基板から、その表面における対角線の交差点を中心とした１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｃとする。該酸素分析用試料Ｃを、酸素窒素分析装置で分析し、前記酸素分析用試料Ｃの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＣ（％）とする。また、前記窒化珪素基板から、その表面におけるいずれかの角部を含む１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｄとする。該酸素分析用試料Ｄを、酸素窒素分析装置で分析し、前記酸素分析用試料Ｄの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＤ（％）とする。
４． 前記窒化珪素基板の表面における対角線の長さが１５０ｍｍ以上である、１．乃至３．のいずれか１つに記載の窒化珪素基板。
５． １．乃至４．のいずれか１つに記載の窒化珪素基板の少なくとも一方の面に、金属板を接合した窒化珪素－金属複合体。
６． ５．に記載の窒化珪素－金属複合体において、前記金属板の少なくとも一部を除去した、窒化珪素回路基板。
７． ６．に記載の窒化珪素回路基板の上に半導体素子を搭載した、半導体パッケージ。
以下、参考形態の例を付記する。
１． 窒化珪素とマグネシウムを含有する窒化珪素基板であって、
前記窒化珪素基板の表面を、下記条件Ｉで、蛍光Ｘ線分析装置で分析した際、ＸＢ／ＸＡが０．８０以上、１．００以下である、窒化珪素基板。
（条件Ｉ）
前記窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａを、蛍光Ｘ線分析装置で分析し、前記交差点Ａにおけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＸＡ（％）とする。また、前記対角線上にあって、前記窒化珪素基板の角部から前記交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を蛍光Ｘ線分析装置で分析し、当該４点におけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）の算術平均値をＸＢ（％）とする。
２． 前記窒化珪素基板の表面を、下記条件ＩＩで、蛍光Ｘ線分析装置で分析した際、ＹＡ／ＹＢが０．９０以上、１．００以下である、１．に記載の窒化珪素基板。
（条件ＩＩ）
前記窒化珪素基板のいずれか一面の表面における対角線の交差点Ａを、蛍光Ｘ線分析装置で分析し、前記交差点Ａにおけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＹＡ（％）とする。また、前記対角線上にあって、前記窒化珪素基板の角部から前記交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を蛍光Ｘ線分析装置で分析し、当該４点におけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）の算術平均値をＹＢ（％）とする。
３． 前記窒化珪素基板を、下記条件ＩＩＩで、酸素窒素分析装置で分析した際、ＺＣ及びＺＤがそれぞれ０．１０％以上７．００％以下であり、かつ、ＺＤ／ＺＣが０．８５以上１．００以下である、１．又は２．に記載の窒化珪素基板。
（条件ＩＩＩ）
前記窒化珪素基板から、その表面における対角線の交差点を中心とした１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｃとする。該酸素分析用試料Ｃを、酸素窒素分析装置で分析し、前記酸素分析用試料Ｃの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＣ（％）とする。また、前記窒化珪素基板から、その表面におけるいずれかの角部を含む１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｄとする。該酸素分析用試料Ｄを、酸素窒素分析装置で分析し、前記酸素分析用試料Ｄの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＤ（％）とする。
４． 前記窒化珪素基板の表面における対角線の長さが１５０ｍｍ以上である、１．乃至３．のいずれか１つに記載の窒化珪素基板。
５． １．乃至４．のいずれか１つに記載の窒化珪素基板の少なくとも一方の面に、金属板を接合した窒化珪素－金属複合体。
６． ５．に記載の窒化珪素－金属複合体において、前記金属板の少なくとも一部を除去した、窒化珪素回路基板。
７． ６．に記載の窒化珪素回路基板の上に半導体素子を搭載した、半導体パッケージ。
【実施例】
【0066】
本発明の実施態様を、実施例および比較例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0067】
［実施例１］
＜原料混合工程＞
Ｓｉ３Ｎ４粉末並びに焼結助剤であるＳｉＯ２粉末、ＭｇＯ粉末およびＹ２Ｏ３粉末を準備し、表１に記載の配合量となるようはかり取った。そして、ボールミルの樹脂製ポット中に、上記混合粉末、有機溶剤、及び、粉砕媒体の窒化珪素製ボールを投入し、湿式混合した。さらに、有機バインダ（原料粉末の合計１００質量部に対して２０質量部）を添加し、湿式混合し、シート成形用スラリーを得た。
＜原料混合工程＞
Ｓｉ３Ｎ４粉末並びに焼結助剤であるＳｉＯ２粉末、ＭｇＯ粉末およびＹ２Ｏ３粉末を準備し、表１に記載の配合量となるようはかり取った。そして、ボールミルの樹脂製ポット中に、上記混合粉末、有機溶剤、及び、粉砕媒体の窒化珪素製ボールを投入し、湿式混合した。さらに、有機バインダ（原料粉末の合計１００質量部に対して２０質量部）を添加し、湿式混合し、シート成形用スラリーを得た。
【0068】
なお、使用した原料粉末は以下に示すとおりである。
Ｓｉ3Ｎ4粉末：デンカ社製、品番ＳＮ－９ＦＷＳ、平均粒子径（Ｄ５０）０．７μｍ
ＳｉＯ2粉末：デンカ社製、品番ＳＦＰ－３０Ｍ、平均粒子径（Ｄ５０）０．６μｍ
ＭｇＯ粉末：岩谷化学社製、品番ＭＴＫ－３０、平均粒子径（Ｄ５０）０．２μｍ
Ｙ2Ｏ3粉末：信越化学社製、製品名球状微粉、平均粒子径（Ｄ５０）１．０μｍ
Ｓｉ3Ｎ4粉末：デンカ社製、品番ＳＮ－９ＦＷＳ、平均粒子径（Ｄ５０）０．７μｍ
ＳｉＯ2粉末：デンカ社製、品番ＳＦＰ－３０Ｍ、平均粒子径（Ｄ５０）０．６μｍ
ＭｇＯ粉末：岩谷化学社製、品番ＭＴＫ－３０、平均粒子径（Ｄ５０）０．２μｍ
Ｙ2Ｏ3粉末：信越化学社製、製品名球状微粉、平均粒子径（Ｄ５０）１．０μｍ
【0069】
＜シート成形工程＞
得られたシート成形用スラリーを脱泡、溶媒除去により粘度を調整し、ドクターブレード法によりシートを成形した。また、打ち抜きにより、打ち抜き後シートを得た。打ち抜き後シートのサイズは、焼成後の窒化珪素基板のサイズが、１４８ｍｍ×２００ｍｍ×０．３２ｍｍとなるよう調整した。
得られたシート成形用スラリーを脱泡、溶媒除去により粘度を調整し、ドクターブレード法によりシートを成形した。また、打ち抜きにより、打ち抜き後シートを得た。打ち抜き後シートのサイズは、焼成後の窒化珪素基板のサイズが、１４８ｍｍ×２００ｍｍ×０．３２ｍｍとなるよう調整した。
【0070】
＜ＢＮ塗布＞
上記シートの上面（一面）にＢＮを塗布するため、ＢＮ粉末と、有機溶媒とを含むＢＮスラリーを準備した。また、上記ＢＮスラリーを上記シートの片面にコーター法もしくはスクリーン法で塗布し、乾燥させ、ＢＮ塗布されたシートを得た。
上記シートの上面（一面）にＢＮを塗布するため、ＢＮ粉末と、有機溶媒とを含むＢＮスラリーを準備した。また、上記ＢＮスラリーを上記シートの片面にコーター法もしくはスクリーン法で塗布し、乾燥させ、ＢＮ塗布されたシートを得た。
【0071】
＜脱脂工程＞
上記ＢＮ塗布されたシートを、６０枚積層し、該積層体を大気（酸素を含む雰囲気）中で加熱することにより有機バインダを脱脂（除去）し、脱脂体を得た。
なお、脱脂の温度条件は以下に示すとおりである。
保持温度：５００℃
保持時間：１０時間
上記ＢＮ塗布されたシートを、６０枚積層し、該積層体を大気（酸素を含む雰囲気）中で加熱することにより有機バインダを脱脂（除去）し、脱脂体を得た。
なお、脱脂の温度条件は以下に示すとおりである。
保持温度：５００℃
保持時間：１０時間
【0072】
＜焼成工程＞
得られた積層された脱脂体６０枚（２０４０ｇ）を、ＢＮからなる容器（ＢＮ容器）内に設置した。なお、ＢＮ容器は、枠、下蓋、上蓋から構成され、下から、下蓋、枠、上蓋の順に設置することにより、下枠と枠、枠と上蓋とが篏合し閉じた空間を構成する構造のものであり、その容積は５５４４ｃｍ3である。ＢＮ容器内には、脱脂体と共に、雰囲気調整用の窒化ケイ素基板（焼結体）１００ｇを設置した。なお、窒化珪素基板は、脱脂体に対し、垂直な向き（ＢＮ容器の枠に対し平行な向き）に設置した。脱脂体と、窒化珪素基板とを収容したＢＮ容器を焼成炉内に入れて焼成した。
なお、焼成の条件は以下に示すとおりである。
保持温度：１８５０℃
保持時間：５時間
降温速度（１８５０－１４００℃）：０．８℃／分
降温速度（１４００℃以下）：６℃／分
雰囲気：窒素雰囲気（０．８８ＭＰａ、ガス流量３０Ｌ／分）
以上の工程により、１４８ｍｍ×２００ｍｍ×０．３２ｍｍの窒化珪素基板を得た。
得られた積層された脱脂体６０枚（２０４０ｇ）を、ＢＮからなる容器（ＢＮ容器）内に設置した。なお、ＢＮ容器は、枠、下蓋、上蓋から構成され、下から、下蓋、枠、上蓋の順に設置することにより、下枠と枠、枠と上蓋とが篏合し閉じた空間を構成する構造のものであり、その容積は５５４４ｃｍ3である。ＢＮ容器内には、脱脂体と共に、雰囲気調整用の窒化ケイ素基板（焼結体）１００ｇを設置した。なお、窒化珪素基板は、脱脂体に対し、垂直な向き（ＢＮ容器の枠に対し平行な向き）に設置した。脱脂体と、窒化珪素基板とを収容したＢＮ容器を焼成炉内に入れて焼成した。
なお、焼成の条件は以下に示すとおりである。
保持温度：１８５０℃
保持時間：５時間
降温速度（１８５０－１４００℃）：０．８℃／分
降温速度（１４００℃以下）：６℃／分
雰囲気：窒素雰囲気（０．８８ＭＰａ、ガス流量３０Ｌ／分）
以上の工程により、１４８ｍｍ×２００ｍｍ×０．３２ｍｍの窒化珪素基板を得た。
【0073】
＜評価方法＞
得られた実施例及び比較例の窒化珪素基板について、以下の方法で評価を行なった。
得られた実施例及び比較例の窒化珪素基板について、以下の方法で評価を行なった。
【0074】
（蛍光Ｘ線分析による分析）
実施例及び比較例の窒化珪素基板の表面における対角線の交差点を交差点Ａとし、交差点Ａを中心として、蛍光Ｘ線分析装置で組成分析を行った。
また、窒化珪素基板の表面における２本の対角線上に存在する窒化珪素基板の角部から交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を中心として蛍光Ｘ線分析装置で組成分析を行った。
蛍光Ｘ線分析における分析条件は、以下の通りである。
測定装置：株式会社リガク製、ＺＳＸ１００ｅ
Ｘ線管電力：３．６ｋＷ
スポット径：１ｍｍ
定量方法は、ファンダメンタルパラメータ法（ＦＰ法）を採用した。シリコンについては、すべて窒化物（Ｓｉ3Ｎ4）として存在するものとして、各成分の合計が１００％となるように、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）をバランス成分として計算した。また、マグネシウム、および、イットリウムについては、それぞれが、酸化物で存在するものとし、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、および、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）換算で計算した。
実施例及び比較例の窒化珪素基板の表面における対角線の交差点を交差点Ａとし、交差点Ａを中心として、蛍光Ｘ線分析装置で組成分析を行った。
また、窒化珪素基板の表面における２本の対角線上に存在する窒化珪素基板の角部から交差点Ａの方向に３ｍｍ内側に位置する４点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を中心として蛍光Ｘ線分析装置で組成分析を行った。
蛍光Ｘ線分析における分析条件は、以下の通りである。
測定装置：株式会社リガク製、ＺＳＸ１００ｅ
Ｘ線管電力：３．６ｋＷ
スポット径：１ｍｍ
定量方法は、ファンダメンタルパラメータ法（ＦＰ法）を採用した。シリコンについては、すべて窒化物（Ｓｉ3Ｎ4）として存在するものとして、各成分の合計が１００％となるように、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）をバランス成分として計算した。また、マグネシウム、および、イットリウムについては、それぞれが、酸化物で存在するものとし、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、および、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）換算で計算した。
【0075】
Ａにおけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＸＡ（％）、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４におけるマグネシウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＸＢ１（％）、ＸＢ２（％）、ＸＢ３（％）、ＸＢ４（％）とし、ＸＢ１（％）、ＸＢ２（％）、ＸＢ３（％）、ＸＢ４（％）の算術平均値をＸＢ（％）とした。
Ａにおけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＹＡ（％）、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４におけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＹＢ１（％）、ＹＢ２（％）、ＹＢ３（％）、ＹＢ４（％）とし、ＹＢ１（％）、ＹＢ２（％）、ＹＢ３（％）、ＹＢ４（％）の算術平均値をＹＢ（％）とした。
また、ＸＢ／ＸＡおよびＹＡ／ＹＢを算出した。
結果を表１に示す。
Ａにおけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＹＡ（％）、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４におけるイットリウム量（ｍａｓｓ％、酸化物換算）をＹＢ１（％）、ＹＢ２（％）、ＹＢ３（％）、ＹＢ４（％）とし、ＹＢ１（％）、ＹＢ２（％）、ＹＢ３（％）、ＹＢ４（％）の算術平均値をＹＢ（％）とした。
また、ＸＢ／ＸＡおよびＹＡ／ＹＢを算出した。
結果を表１に示す。
【0076】
（酸素窒素分析計による分析）
実施例及び比較例の窒化珪素基板から、その表面における対角線の交差点を中心とした１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｃとした。該酸素分析用試料Ｃを、酸素窒素分析装置で分析し、酸素分析用試料Ｃの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＣ（％）とした。また、実施例及び比較例の窒化珪素基板から、角部を含む１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｄとした。該酸素分析用試料Ｄを、酸素窒素分析装置で分析し、酸素分析用試料Ｄの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＤ（％）とした。酸素窒素分析装置は株式会社堀場製作所製、ＥＭＧＡ－９２０を用いた。
結果を表１に示す。
実施例及び比較例の窒化珪素基板から、その表面における対角線の交差点を中心とした１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｃとした。該酸素分析用試料Ｃを、酸素窒素分析装置で分析し、酸素分析用試料Ｃの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＣ（％）とした。また、実施例及び比較例の窒化珪素基板から、角部を含む１辺が３ｍｍの正方形を切り出し、酸素分析用試料Ｄとした。該酸素分析用試料Ｄを、酸素窒素分析装置で分析し、酸素分析用試料Ｄの酸素濃度（ｍａｓｓ％）をＺＤ（％）とした。酸素窒素分析装置は株式会社堀場製作所製、ＥＭＧＡ－９２０を用いた。
結果を表１に示す。
【0077】
（反り測定）
実施例及び比較例の窒化珪素基板の反りをキーエンス社製の三次元レーザー計測器で測定した。
測定ソフト型番：ＫＳ－Ｍｅａｓｕｒｅ ＫＳ－Ｈ１Ｍ
解析ソフト型番：ＫＳ－Ａｎａｌｙｓｅｒ ＫＳ－Ｈ１Ａ
各実施例および比較例の窒化珪素基板を水平に設置し、１４８ｍｍ×２００ｍｍの窒化珪素基板の表面全体を１ｍｍ間隔で走査し、窒化珪素基板表面面内における最低点と最高点の高さの差を窒化珪素基板の反り量（μｍ）とし、反り量（μｍ）を対角線の長さ（ｍｍ）で除したものを単位長さあたりの反り（μｍ／ｍｍ）とし、以下の基準で評価を行なった。
○：単位長さあたりの反り量が２．０μｍ／ｍｍ未満
×：単位長さあたりの反り量が２．０μｍ／ｍｍ以上
同時に焼成した６０枚の窒化珪素基板について反りの評価を行ない、○を合格とし、×を不合格としたときの歩留まりを算出した。結果を表１に示す。
また、実施例１の窒化珪素基板について、破壊靭性値を測定した。３枚の基板Ａ～Ｃについて、基板中央部（対角線の交差点を中心とした半径３ｍｍ以内の領域）及び基板外周部（角部から、半径３ｍｍ以内の領域）における破壊靭性値を測定したところ、それぞれ、基板Ａの基板中央部６．６Ｍｐａ／ｍ1/2、基板外周部６．７Ｍｐａ／ｍ1/2、基板Ｂの基板中央部６．８Ｍｐａ／ｍ1/2、基板外周部６．９Ｍｐａ／ｍ1/2、基板Ｃの基板中央部６．８Ｍｐａ／ｍ1/2、基板外周部６．７Ｍｐａ／ｍ1/2であり、実施例１の窒化珪素基板は、同時に焼成した複数の窒化珪素基板内における機械特性のばらつきが少なく、かつ、１枚の窒化珪素基板内における機械特性の面内分布が少ないことが確認された。
なお、破壊靭性は、ＪＩＳ－Ｒ１６０７に基づき、ＩＦ法で測定した。すなわち、ビッカース圧子を試験面に押し込むことによって生じる圧こん、及び、き裂の長さを測定し、押込み荷重、圧こんの対角線長さ、き裂長さ、及び、弾性率から破壊靭性値を算出した。押込み荷重は２Ｋｇｆ（１９．６Ｎ）とした。
実施例及び比較例の窒化珪素基板の反りをキーエンス社製の三次元レーザー計測器で測定した。
測定ソフト型番：ＫＳ－Ｍｅａｓｕｒｅ ＫＳ－Ｈ１Ｍ
解析ソフト型番：ＫＳ－Ａｎａｌｙｓｅｒ ＫＳ－Ｈ１Ａ
各実施例および比較例の窒化珪素基板を水平に設置し、１４８ｍｍ×２００ｍｍの窒化珪素基板の表面全体を１ｍｍ間隔で走査し、窒化珪素基板表面面内における最低点と最高点の高さの差を窒化珪素基板の反り量（μｍ）とし、反り量（μｍ）を対角線の長さ（ｍｍ）で除したものを単位長さあたりの反り（μｍ／ｍｍ）とし、以下の基準で評価を行なった。
○：単位長さあたりの反り量が２．０μｍ／ｍｍ未満
×：単位長さあたりの反り量が２．０μｍ／ｍｍ以上
同時に焼成した６０枚の窒化珪素基板について反りの評価を行ない、○を合格とし、×を不合格としたときの歩留まりを算出した。結果を表１に示す。
また、実施例１の窒化珪素基板について、破壊靭性値を測定した。３枚の基板Ａ～Ｃについて、基板中央部（対角線の交差点を中心とした半径３ｍｍ以内の領域）及び基板外周部（角部から、半径３ｍｍ以内の領域）における破壊靭性値を測定したところ、それぞれ、基板Ａの基板中央部６．６Ｍｐａ／ｍ1/2、基板外周部６．７Ｍｐａ／ｍ1/2、基板Ｂの基板中央部６．８Ｍｐａ／ｍ1/2、基板外周部６．９Ｍｐａ／ｍ1/2、基板Ｃの基板中央部６．８Ｍｐａ／ｍ1/2、基板外周部６．７Ｍｐａ／ｍ1/2であり、実施例１の窒化珪素基板は、同時に焼成した複数の窒化珪素基板内における機械特性のばらつきが少なく、かつ、１枚の窒化珪素基板内における機械特性の面内分布が少ないことが確認された。
なお、破壊靭性は、ＪＩＳ－Ｒ１６０７に基づき、ＩＦ法で測定した。すなわち、ビッカース圧子を試験面に押し込むことによって生じる圧こん、及び、き裂の長さを測定し、押込み荷重、圧こんの対角線長さ、き裂長さ、及び、弾性率から破壊靭性値を算出した。押込み荷重は２Ｋｇｆ（１９．６Ｎ）とした。
【0078】
［実施例２～４］
原料配合比を表１に記載の通りとした以外は、実施例１と同様に窒化珪素基板を作製し、蛍光Ｘ線分析による分析、酸素窒素分析計による分析、反り測定を行った。
結果を表１に示す。
原料配合比を表１に記載の通りとした以外は、実施例１と同様に窒化珪素基板を作製し、蛍光Ｘ線分析による分析、酸素窒素分析計による分析、反り測定を行った。
結果を表１に示す。
【0079】
［比較例１］
焼成工程において、１８５０℃から１４００℃までの降温速度を８℃／分とし、ＢＮ容器内に雰囲気調整用窒化珪素基板を設置しなかった以外は、実施例１と同様に窒化珪素基板を作製し、蛍光Ｘ線分析による分析、酸素窒素分析計による分析、反り測定を行った。
結果を表１に示す。
焼成工程において、１８５０℃から１４００℃までの降温速度を８℃／分とし、ＢＮ容器内に雰囲気調整用窒化珪素基板を設置しなかった以外は、実施例１と同様に窒化珪素基板を作製し、蛍光Ｘ線分析による分析、酸素窒素分析計による分析、反り測定を行った。
結果を表１に示す。
【0080】
［比較例２］
焼成工程において、ＢＮ容器内に雰囲気調整用窒化珪素基板を設置しなかった以外は、実施例１と同様に窒化珪素基板を作製し、蛍光Ｘ線分析による分析、酸素窒素分析計による分析、反り測定を行った。
結果を表１に示す。
焼成工程において、ＢＮ容器内に雰囲気調整用窒化珪素基板を設置しなかった以外は、実施例１と同様に窒化珪素基板を作製し、蛍光Ｘ線分析による分析、酸素窒素分析計による分析、反り測定を行った。
結果を表１に示す。
【0081】
各実施例・比較例から理解されるように、高温領域における降温速度、及び、焼成雰囲気を最適化した実施例においては、ＸＢ／ＸＡを０．８０以上、１．００以下に制御することができ、基板サイズが１４８ｍｍ×２００ｍｍと比較的大きい窒化珪素基板であるにもかかわらず、高い歩留りで反りを低減した窒化珪素基板を得ることができた。一方、降温速度や焼成雰囲気の調整を行わなかった比較例においては、ＸＢ／ＸＡを０．８０以上、１．００以下に制御することができず、高い歩留りで反りを低減した窒化珪素基板を得ることができなかった。
【0082】
【表1】
【0083】
この出願は、２０１９年３月２９日に出願された日本出願特願２０１９－０６５５４１号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
【符号の説明】
【0084】
１ 窒化珪素基板
２ 金属板
３ ろう材層
２ 金属板
３ ろう材層
【図1】
【図2】
【図3】