(57)【要約】【課題】厚膜化が可能であり、電気絶縁性・熱伝導性に優れたアモルファス炭素−窒素−珪素膜及びその製造方法を提供すること。【解決手段】炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と珪素（Ｓｉ）とを含有する電気絶縁性熱伝導膜としてのアモルファス炭素−窒素−珪素膜は、炭素（Ｃ）を２７〜３９ａｔ％、窒素（Ｎ）を８〜２２ａｔ％、珪素（Ｓｉ）を２０〜２２ａｔ％含有し、膜厚が２〜５０μｍであり、印加電圧１．０ｋＶ時の体積抵抗率が１０8Ω・ｃｍ以上である。【選択図】図３
2008311375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と珪素（Ｓｉ）とを含有する電気絶縁性熱伝導膜としてのアモルファス炭素−窒素−珪素膜において、
該アモルファス炭素−窒素−珪素膜は、炭素（Ｃ）を２７〜３９ａｔ％、窒素（Ｎ）を８〜２２ａｔ％、珪素（Ｓｉ）を２０〜２２ａｔ％含有し、膜厚が２〜５０μｍであり、印加電圧１．０ｋＶ時の体積抵抗率が１０8Ω・ｃｍ以上であることを特徴とするアモルファス炭素−窒素−珪素膜。
【請求項２】
請求項１において、上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜は、内部圧縮応力が１．２ＧＰａ以下であることを特徴とするアモルファス炭素−窒素−珪素膜。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜は、膜厚１０μｍ時の熱抵抗が０．０１２Ｋ／Ｗ以下であることを特徴とするアモルファス炭素−窒素−珪素膜。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜は、水素（Ｈ）を２９〜３３ａｔ％含有することを特徴とするアモルファス炭素−窒素−珪素膜。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜は、バイポーラ型パルスプラズマＣＶＤ法により形成されてなることを特徴とするアモルファス炭素−窒素−珪素膜。
【請求項６】
炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と珪素（Ｓｉ）とを含有する電気絶縁性熱伝導膜としてのアモルファス炭素−窒素−珪素膜を製造する方法であって、
反応雰囲気ガス中に、少なくとも炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と珪素（Ｓｉ）とを含有する原料ガスを供給し、バイポーラ型パルスプラズマＣＶＤ法により基材上に上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜を形成することを特徴とするアモルファス炭素−窒素−珪素膜の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、上記反応雰囲気ガスは、Ｈ2とＮ2とからなる混合ガスであり、上記原料ガスは、ＣＨ4と（（ＣＨ3）3Ｓｉ）2ＮＨとからなる混合ガスであることを特徴とするアモルファス炭素−窒素−珪素膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と珪素（Ｓｉ）とを含有する電気絶縁性熱伝導膜としてのアモルファス炭素−窒素−珪素膜及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アモルファス炭素膜は、耐摩耗性、自己潤滑性などの機械的特性に優れると共に、ガスバリア性や耐腐食性、電気絶縁性などの特性も併せ持つ高機能材料として、近年注目されている。
【０００３】
アモルファス炭素膜の機能を向上させるため、様々な元素を含有させたアモルファス炭素膜の成膜方法が研究されている。例えば、特許文献１では、炭素を主成分とし、３０ａｔ％以下の珪素を含むアモルファス炭素−珪素膜とその製造方法が開示されている。特許文献１のアモルファス炭素−珪素膜は、ＨＶ４５００以上と高硬度で優れた耐摩耗性を示すと共に、バンドギャップが２．０ｅＶ以上と優れた電気絶縁性を示す。
【０００４】
また、特許文献２では、炭素を主成分とし、水素を３０ａｔ％超え６０ａｔ％以下含み、弾性率が４０〜１５０ＧＰａであるアモルファス炭素−珪素膜とその成膜方法が開示されている。特許文献２のアモルファス炭素−珪素膜は、ＨＶ４００〜１５００と低硬度であり、膜厚が１６μｍのときに１２００Ｖの優れた電気絶縁性を示す。
【０００５】
また、半導体用の低誘電率の絶縁薄膜として、アモルファス炭素−窒素−珪素膜（ＳｉＣＮ膜、炭窒化シリコン膜などともいう）が公知となっている。例えば、特許文献３では、原子数比でＣ／Ｓｉが０．２〜０．８、Ｎ／Ｓｉが０．１５〜１．０であるＳｉとＣとＮを主要成分とする絶縁膜とその製造方法が開示されている。特許文献３のアモルファス炭素−窒素−珪素膜は、低誘電率（５〜５．５）で層間絶縁膜に対して十分なエッチング選択比が取れ、さらにＣｕ拡散性が低いので、配線の形成において高い信頼性を示す。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１０１０４７号公報
【特許文献２】特開２００５−１８７３１８号公報
【特許文献３】特開２００２−８３８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、アモルファス膜をパワー半導体モジュールと冷却器との間を電気絶縁しつつ、熱交換を行うための熱伝導部材として用いる場合、高い絶縁耐圧が要求されるため、厚膜化が不可欠であった。しかし、特許文献１に開示されているような高硬度のアモルファス炭素−珪素膜では、内部応力が高くなり、３μｍ以上の厚膜化が困難なことから、絶対的な電気絶縁性が不足していた。なぜなら、高硬度なアモルファス炭素−珪素膜は、厚膜化すると母材との間で剥離が生じたり、自己崩壊したりするためである。
【０００８】
また、特許文献２に開示されているような水素を多く含むアモルファス炭素−珪素膜では、放熱性が不十分であった。なぜなら、絶縁性の高いアモルファス炭素−珪素膜を成膜しようとすると、放電維持電流が流れなくなり、放電が不安定になると共に微小なアーク放電が発生して皮膜に損傷や破壊が発生する。そのため、厚膜化するためには、アモルファス炭素−珪素膜の電気抵抗率を１０８Ω・ｍ以下とする必要があるからである。電気抵抗率の低いアモルファス炭素−珪素膜は、所望の絶縁性を得るための膜厚が厚くなってしまい、その結果、熱伝導性が不足してしまう。
【０００９】
また、特許文献３に開示されているような半導体用アモルファス炭素−窒素−珪素膜では、得られる膜厚が不十分であった。なぜなら、半導体用薄膜を厚膜化しようとすると、母材との密着性が低く、母材との間で剥離が生じたり、皮膜中にクラックが生じたりするためである。
【００１０】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、厚膜化が可能であり、電気絶縁性・熱伝導性に優れたアモルファス炭素−窒素−珪素膜及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と珪素（Ｓｉ）とを含有する電気絶縁性熱伝導膜としてのアモルファス炭素−窒素−珪素膜において、
該アモルファス炭素−窒素−珪素膜は、炭素（Ｃ）を２７〜３９ａｔ％、窒素（Ｎ）を８〜２２ａｔ％、珪素（Ｓｉ）を２０〜２２ａｔ％含有し、膜厚が２〜５０μｍであり、印加電圧１．０ｋＶ時の体積抵抗率が１０8Ω・ｃｍ以上であることを特徴とするアモルファス炭素−窒素−珪素膜にある（請求項１）。
【００１２】
本発明のアモルファス炭素−窒素−珪素膜は、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、珪素（Ｓｉ）を上記特定の割合で含有し、膜厚を上記特定の範囲とし、印加電圧１．０ｋＶ時の体積抵抗率を上記特定の範囲とすることにより、厚膜とした場合であっても、優れた電気絶縁性・熱伝導性を有するものとなる。
【００１３】
すなわち、本発明のアモルファス炭素−窒素−珪素膜は、従来存在するアモルファス炭素−窒素−珪素膜に比べて、内部圧縮応力を小さくすることができる。そのため、剥離、クラック、自己崩壊等の不具合を防止することができ、必要充分な厚膜化が可能となる。そして、これにより、厚膜とした場合であっても、アモルファス炭素−窒素−珪素膜の有する優れた電気絶縁性・熱伝導性を維持することができる。
【００１４】
このように、本発明によれば、厚膜化が可能であり、電気絶縁性・熱伝導性に優れたアモルファス炭素−窒素−珪素膜を提供することができる。
【００１５】
第２の発明は、炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と珪素（Ｓｉ）とを含有し、電気絶縁性を有するアモルファス炭素−窒素−珪素膜を製造する方法であって、
反応雰囲気ガス中に、少なくとも炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と珪素（Ｓｉ）とを含む原料ガスを供給し、バイポーラ型パルスプラズマＣＶＤ法により基材上に上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜を形成することを特徴とするアモルファス炭素−窒素−珪素膜の製造方法にある（請求項５）。
【００１６】
本発明の製造方法においては、バイポーラ型パルスプラズマＣＶＤ法により上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜を形成する。ここで、バイポーラ型パルスプラズマとは、負印加による負グロー放電とわずかな正印加をパルス状に繰り返すことにより発生させるプラズマのことである。このバイポーラ型パルスプラズマを用いて成膜することにより、優れた電気絶縁性・熱伝導性を有するアモルファス炭素−窒素−珪素膜を厚膜に形成することができる。
【００１７】
すなわち、例えば従来の負印加のみの直流プラズマを用いた場合には、絶縁膜が形成されると放電維持電流が流れなくなり、放電が不安定になってしまう。これに対して、バイポーラ型パルスプラズマを用いた場合には、わずかな正印加によって絶縁膜への帯電を防止することができるため、厚膜に形成する場合であっても良好な放電を維持することができる。そのため、アーク放電による膜の損傷や破壊を防止しながら、良好に成膜することができる。これにより、優れた電気絶縁性・熱伝導性を有する厚膜のアモルファス炭素−窒素−珪素膜を得ることができる。
【００１８】
このように、本発明の製造方法によれば、電気絶縁性・熱伝導性に優れた厚膜のアモルファス炭素−窒素−珪素膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
上記第１の発明において、上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜とは、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）及び珪素（Ｓｉ）を含有する非晶質の膜のことをいう。
また、上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜の膜厚が２μｍ未満の場合には、電気絶縁性を充分に確保することができないおそれがある。一方、５０μｍを超える場合には、熱伝導性が低下するおそれがある。
【００２０】
また、上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜における印加電圧１．０ｋＶ時の体積抵抗率が１０8Ω・ｃｍ未満の場合には、電気絶縁性を充分に確保することができないおそれがある。
なお、体積抵抗率は高いほど好ましく、その上限を定める必要はないが、例えば後述するパワー半導体モジュール装置におけるパワー半導体モジュールと冷却器との間に配置され、両者間の電気絶縁性を確保しながら熱交換を行うための熱伝導部材として適用する場合には、１０8〜１０13Ω・ｃｍの範囲内にあれば、実用上好ましい性能が得られる。
【００２１】
また、上記アモルファス−窒素−珪素膜は、理由は必ずしも明確ではないが、上述したごとく、内部圧縮応力を従来よりも小さくできる。具体的な内部圧縮応力の範囲としては、特に１．２ＧＰａ以下であることが好ましい（請求項２）。
内部圧縮応力が１．２ＧＰａを超える場合には、剥離、クラック、自己崩壊等の不具合が発生し、厚膜化が困難となるおそれがある。
なお、内部圧縮応力は小さいほど、つまり０に近いほど好ましいが、例えば後述するパワー半導体モジュール装置におけるパワー半導体モジュールと冷却器との間に配置され、両者間の電気絶縁性を確保しながら熱交換を行うための熱伝導部材として適用する場合には、０．６〜１．２ＧＰａの範囲内にあれば、実用上好ましい性能が得られる。
【００２２】
また、上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜は、膜厚１０μｍ時の熱抵抗が０．０１２Ｋ／Ｗ以下であることが好ましい（請求項３）。
熱抵抗が０．０１２Ｋ／Ｗを超える場合には、熱伝導性を充分に確保することができないおそれがある。
なお、熱抵抗は小さいほど、つまり０に近いほど好ましいが、例えば後述するパワー半導体モジュール装置におけるパワー半導体モジュールと冷却器との間に配置され、両者間の電気絶縁性を確保しながら熱交換を行うための熱伝導部材として適用する場合には、０．００３〜０．０１２Ｋ／Ｗの範囲内にあれば、実用上好ましい性能が得られる。
【００２３】
また、上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜は、水素（Ｈ）を２９〜３３ａｔ％含有することが好ましい（請求項４）。
この場合には、電気絶縁性の低下を招くダングリングボンド（原子における未結合手）を減らすことができる。そのため、電気絶縁性を充分に確保することができる。
【００２４】
また、上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜は、バイポーラ型パルスプラズマＣＶＤ法により形成されてなることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上述したように、上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜は、必要充分な厚膜化が可能であり、かつ、優れた電気絶縁性・熱伝導性を有するものとなる。
【００２５】
また、上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜は、例えばパワー半導体モジュール装置におけるパワー半導体モジュールと冷却器との間に配置され、両者間の電気絶縁性を確保しながら熱交換を行うための熱伝導部材として適用することができる。
この場合には、上記両者間の電気絶縁性を充分に確保することができると共に、熱交換を効率よく行うことができる。
【００２６】
上記第２の発明において、上記原料ガスの流量比を変化させることにより、形成する上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜の組成を変化させることができる。
また、成膜時間を調整することにより、形成する上記アモルファス炭素−窒素−珪素膜の膜厚を調整することができる。
【００２７】
また、上記反応雰囲気ガスは、Ｈ2とＮ2とからなる混合ガスであり、上記原料ガスは、ＣＨ4と（（ＣＨ3）3Ｓｉ）2ＮＨとからなる混合ガスであることが好ましい（請求項６）。
この場合には、優れた電気絶縁性・熱伝導性を有する厚膜のアモルファス炭素−窒素−珪素膜を得ることができる。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
本例では、本発明のアモルファス炭素−窒素−珪素膜の電気特性について評価した。
以下、その内容について説明する。
【００２９】
まず、母材としてのＡｌ（ＪＩＳ規格：Ａ３００３）板の表面に、アモルファス炭素−窒素−珪素膜をバイポーラ型パルスプラズマＣＶＤ法により形成し、サンプル（試料Ｅ１〜Ｅ１２）を作製した。
【００３０】
ここで、バイポーラ型パルスプラズマとは、負印加による負グロー放電とわずかな正印加を、パルス状に繰り返すことにより、発生させるプラズマのことである。バイポーラ型パルスプラズマを用いることにより、高い絶縁性を持つアモルファス膜についても、アーク放電による膜の損傷や破壊を防止しつつ、良好な皮膜を形成することが可能である。なぜなら、負印加のみの直流プラズマにおいては、絶縁膜が形成されると放電維持電流が流れなくなり、放電が不安定になってしまう。しかし、バイポーラ型パルスプラズマにおいては、わずかな正印加が絶縁膜への帯電を防止し、厚膜時においても良好な放電が維持できるからである。
【００３１】
バイポーラ型パルスプラズマＣＶＤ法によるアモルファス炭素−窒素−珪素膜の形成は、まず、密閉容器内にサンプルの母材となるＡｌ板を配置し、０．００１Ｐａ以下まで真空排気を行った。次いで、ヒーターとプラズマエネルギーとを用いてＡｌ板を昇温させた。そして、Ｈ2とＡｒとの混合ガスをグロー放電させイオン衝撃によりＡｌ板の表面をクリーニングした。なお、このクリーニングは、Ａｌ板表面の汚れを除去しＡｌ板表面に均一な皮膜を形成することを目的とする。これにより皮膜におけるピンホールの形成を防ぐことができる。
【００３２】
さらに、密閉容器内に皮膜形成ガスを導入しグロー放電させた。これにより、Ａｌ板表面にアモルファス炭素−窒素−珪素膜を形成させた。ここで、皮膜形成ガスは、原料混合ガスと雰囲気ガスとからなる。本例では、原料ガスとして、ＣＨ4と（（ＣＨ3）3Ｓｉ）2ＮＨとからなるガスを用いた。また、反応雰囲気ガスとしてＨ2とＮ2とからなる混合ガスを用いた。このとき、原料ガスの流量比を変化させることで、皮膜の組成を変化させた。また、成膜時間を調整することで任意の膜厚とした。形成後、大気中に取り出せる温度まで真空容器とサンプルとを冷却した。最後に、サンプルを真空容器内から取り出した。
【００３３】
また、本例では、比較のためのサンプル（試料Ｃ１〜Ｃ４）を準備した。
試料Ｃ１は、アモルファス炭素膜であり、固体カーボンを出発原料としてカソードアークによるＰＶＤ法を用いて形成した。また、試料Ｃ２は、アモルファス炭素膜であり、メタンを出発原料として高周波プラズマＣＶＤ法を用いて形成した。また、試料Ｃ３は、アモルファス炭素膜であり、固体カーボン及びメタンを出発原料としてスパッタリングによるＰＶＤ法を用いて形成した。出発原料は、また、試料Ｃ４は、アモルファス炭素−珪素膜であり、テトラメチルシラン、メタン及び水素を出発原料として直流プラズマＣＶＤ法を用いて形成した。
【００３４】
次に、各サンプル（試料Ｃ１〜Ｃ４、試料Ｅ１〜Ｅ１２）について、形成した皮膜の組成（炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、珪素（Ｓｉ）、水素（Ｈ）の含有量）、膜厚、絶縁破壊電圧を測定した。
【００３５】
組成は、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱分析法）及びＨＦＳ（水素前方散乱分析法）（メーカ：日新ハイボルテージ、型式：ＡＮ−２５００）を用いて測定した。ＲＢＳとＨＦＳとを併用することにより、Ｈを含む物質の組成等を精度良く測定することができる。測定条件は、ＭＣＡ分解能：２．４３ｋｅＶ／ｃｈ、エネルギー分解能：２１ｋｅＶ、入射イオン：４Ｈｅ+、入射エネルギー：２．３ＭｅＶ、入射角：７５．０ｄｅｇ、試料電流：２５ｎＡ、入射ビーム径：１ｍｍ、稼動時真空度：４．６×１０-7Ｔｏｒｒとした。
【００３６】
また、膜厚は、渦電流式膜厚計（メーカ：ケット科学研究所、型式：ＬＨ−３００Ｊ）を用いて測定した。
また、絶縁破壊電圧は、短時間絶縁破壊試験機（メーカ：日化テクノサービス、型式：ＨＡＴ−３００−１００ＲＨＯ形）を用いて測定した。短時間絶縁破壊試験に伴う昇圧速度は１２２Ｖ／ｓｅｃであった。なお、絶縁破壊電圧が高いほど、電気絶縁性は高い。
【００３７】
測定結果を表１に示す。また、膜厚と絶縁破壊電圧との関係を図１に示す。
表１及び図１からわかるように、比較のサンプルである試料Ｃ１〜Ｃ４は、膜厚が０．５〜１６μｍであるものの、絶縁破壊電圧が１．２ｋＶを超えるものはなかった。一方、本発明のサンプルである試料Ｅ１〜Ｅ１２は、膜厚が２〜４７μｍであり、絶縁破壊電圧が１．２〜４．５ｋＶであった。
この結果から、本発明のアモルファス炭素−窒素−珪素膜は、電気絶縁性に優れており、厚膜であってもその性能を維持できることがわかった。
【００３８】
【表１】
2008311375.tif 000003
【００３９】
（実施例２）
本例では、本発明のアモルファス炭素−窒素−珪素膜の電気特性について評価した。
以下、その内容について説明する。
【００４０】
まず、母材としてのＡｌ（ＪＩＳ規格：Ａ３００３）板の表面に、アモルファス炭素−窒素−珪素膜をバイポーラ型パルスプラズマＣＶＤ法により形成し、サンプル（試料Ｅ１３、Ｅ１４）を作製した。なお、皮膜の形成方法は、膜厚が１０μｍとなるように成膜時間を調整したことを除いては、実施例１と基本的に同じである。
また、本例では、比較のためのサンプル（試料Ｃ５）を準備した。試料Ｃ５は、実施例１の試料Ｃ４と同様に、直流プラズマＣＶＤ法を用いて形成したアモルファス炭素−珪素膜である。
【００４１】
次に、各サンプル（試料Ｃ５、試料Ｅ１３、Ｅ１４）について、形成した皮膜の組成（炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、珪素（Ｓｉ）、水素（Ｈ）の含有量）、膜厚、絶縁破壊電圧を測定した。なお、組成、膜厚、絶縁破壊電圧の測定は、実施例１と同様の方法で行った。
測定結果を表２に示す。試料Ｃ５、試料Ｅ１３、試料Ｅ１４の組成は、それぞれ実施例１の試料Ｃ４、試料Ｅ１、試料Ｅ９と同等組成である。
【００４２】
【表２】
2008311375.tif 000004
【００４３】
さらに、本例では、各サンプル（試料Ｃ５、試料Ｅ１３、Ｅ１４）について、体積抵抗率を測定した。
体積抵抗率は、図２に示すごとく、Ａｌ板２１をステージ３１上に載置し、Ａｌ板２１の表面に形成されたアモルファス炭素−窒素−珪素膜１（又はアモルファス炭素−珪素膜）上に、Ａｌを蒸着して１０ｍｍ×５ｍｍのＡｌ電極２２を形成した。そして、Ａｌ電極２２に導電接着剤でリード線３２を接続し、電源（メーカ：菊水電子、型式：ＴＯＳ５１０１）とマルチメータ３３（メーカ：ケスレー、型式：２７００）とにより、漏れ電流（Ｉ−Ｖ特性）を測定した。測定条件は、印加電圧：ＤＣ１００〜１２００Ｖ（電圧印加６０秒後の抵抗値を測定）、測定温度：室温（約２３℃）とした。
体積抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）は、実測した抵抗Ｒ（Ω）、膜厚ｔ（ｃｍ）、Ａｌ電極の面積Ｓ（ｃｍ2）を用いて下記式により算出した。
ρ＝Ｒ×Ｓ／ｔ
【００４４】
測定結果を図３に示す。同図は、印加電圧と体積抵抗率との関係を示したものである。
同図からわかるように、比較のサンプルである試料Ｃ５は、印加電圧１．０ｋＶ時の体積抵抗率が１０8Ω・ｃｍを下回っていた。一方、本発明のサンプルである試料Ｅ１３、Ｅ１４は、印加電圧１．０ｋＶ時の体積抵抗率が１０8Ω・ｃｍ以上であった。
この結果から、本発明のアモルファス炭素−窒素−珪素膜は、電気絶縁性に優れていることがわかった。
【００４５】
（実施例３）
本例では、本発明のアモルファス炭素−窒素−珪素膜の電気特性について評価した。
以下、その内容について説明する。
【００４６】
まず、母材としての４ｉｎｃｈシリコンウェハの表面に、アモルファス炭素−窒素−珪素膜をバイポーラ型パルスプラズマＣＶＤ法により形成し、サンプル（試料Ｅ１５〜Ｅ１７）を作製した。なお、皮膜の形成方法は、膜厚が１μｍとなるように成膜時間を調整したことを除いては、実施例１と基本的に同じである。
また、本例では、比較のためのサンプル（試料Ｃ６）を準備した。試料Ｃ５は、実施例１の試料Ｃ２と同様に、高周波プラズマＣＶＤ法を用いて形成したアモルファス炭素膜である。
【００４７】
次に、各サンプル（試料Ｃ６、試料Ｅ１５〜Ｅ１７）について、形成した皮膜の組成（炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、珪素（Ｓｉ）、水素（Ｈ）の含有量）、膜厚を測定した。なお、組成、膜厚の測定は、実施例１と同様の方法で行った。
測定結果を表３に示す。試料Ｃ６、試料Ｅ１５、試料Ｅ１６、試料Ｅ１７の組成は、それぞれ実施例１の試料Ｃ２、試料Ｅ１、試料Ｅ５、試料Ｅ９と同等組成である。
【００４８】
【表３】
2008311375.tif 000005
【００４９】
さらに、本例では、各サンプル（試料Ｃ６、試料Ｅ１５〜Ｅ１７）について、内部応力を測定した。
内部応力は、４ｉｎｃｈシリコンウェハ上に成膜したアモルファス膜について、その曲率半径よりアークハイト法（下記式）を用いて求めた。ここで、σ：内部応力（ＧＰａ）、Ｅ：母材ヤング率（ＧＰａ）、ｂ：母材厚さ（ｍ）、ｄ：膜厚（ｍ）、ν：母材ポアソン比、ｒ：曲率半径（ｍ）である。
σ＝Ｅｂ2／｛６（１−ν）ｒｄ｝
【００５０】
測定結果を上記の表３に示す。
本発明のサンプルである試料Ｅ１５〜Ｅ１７は、いずれも内部応力（内部圧縮応力）が１．２ＧＰａ以下であり、比較のサンプルである試料Ｃ６に対して低い値を示した。
【００５１】
なお、本例では、本発明のサンプルである試料Ｅ１５〜Ｅ１７の膜厚を比較のサンプルである試料Ｃ６の膜厚と同じ１μｍとしている。これは、試料Ｃ６について、成膜時間を延ばして厚膜化を図ると、膜厚２μｍ以上の時において表面にクラックが生じ、絶縁性が低下してしまうためである。つまり、試料Ｃ６と同じ膜厚で内部応力を比較するために、試料Ｅ１５〜Ｅ１７も試料Ｃ６と同じ膜厚１μｍとしたのである。
もちろん、試料Ｅ１５〜Ｅ１７については、実施例１で説明したとおり、良好な絶縁性を維持しながら、２〜５０μｍの厚膜化が可能である。そのため、膜厚を２〜５０μｍの厚膜とした場合であっても、従来に比べて内部応力が低い値を示すということについては確認済みである。
【００５２】
（実施例４）
本例では、本発明のアモルファス炭素−窒素−珪素膜の熱特性について評価した。
以下、その内容について説明する。
【００５３】
まず、母材としての４ｉｎｃｈシリコンウェハの表面に、アモルファス炭素−窒素−珪素膜をバイポーラ型パルスプラズマＣＶＤ法により形成し、サンプル（試料Ｅ１８〜Ｅ２０）を作製した。なお、皮膜の形成方法は、膜厚が１２μｍとなるように成膜時間を調整したことを除いては、実施例１と基本的に同じである。
【００５４】
次に、各サンプル（試料Ｅ１８〜Ｅ２０）について、形成した皮膜の組成（炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、珪素（Ｓｉ）、水素（Ｈ）の含有量）、膜厚を測定した。なお、組成、膜厚の測定は、実施例１と同様の方法で行った。
測定結果を表４に示す。試料Ｅ１８、試料Ｅ１９、試料Ｅ２０の組成は、それぞれ実施例１の試料Ｅ１、試料Ｅ５、試料Ｅ９と同等組成である。
【００５５】
【表４】
2008311375.tif 000006
【００５６】
さらに、本例では、各サンプル（試料Ｅ１８〜Ｅ２０）について、熱抵抗を測定した。
熱抵抗は、発熱体と冷却水を流すことができる冷却管との間にアモルファス炭素−窒素−珪素膜を配置し、発熱体の発熱量Ｑ（Ｗ）、冷却水の温度Ｔ1（Ｋ）、発熱体の温度Ｔ2（Ｋ）を測定する。そして、下記式を用いて熱抵抗ＲT（Ｋ／Ｗ）を求めた。
ＲT＝（Ｔ2−Ｔ1）／Ｑ
【００５７】
測定結果を上記の表４に示す。
同表から、本発明のサンプルである試料Ｅ１８〜Ｅ２０は、熱抵抗が小さく、放熱性に優れることが明らかとなった。
したがって、本発明のアモルファス炭素−窒素−珪素膜は、例えばパワー半導体モジュール装置におけるパワー半導体モジュール（高温部）と冷却器（低温部）との間に配置され、両者間の電気絶縁性を確保しながら熱交換を行うための電気絶縁性熱伝導膜として適用することができる。この場合には、温度差のある２つの部材を電気的に絶縁することができる。また、高温部から低温部へ効率よく放熱し、熱交換することができる。
【００５８】
（実施例５）
本例は、本発明のアモルファス炭素−窒素−珪素膜をパワー半導体モジュール装置に適用した例である。
本例では、アモルファス炭素−窒素−珪素膜をＥＨＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ａｎｄ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）の高電圧系に用いられるパワー半導体モジュール装置に適用した。
以下、その構成について簡単に説明する。
【００５９】
パワー半導体モジュール装置５は、図４、図５に示すごとく、パワー半導体モジュール５１と内部に冷却流体が流れるアルミ合金板により形成された略管状の液冷器（熱交換器）５２とを有している。液冷器５２の内部には、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）が矢印方向に循環して流れている。また、パワー半導体モジュール５１と液冷器５２との間には、アモルファス炭素−窒素−珪素膜１が配置されている。本例では、アモルファス炭素−窒素−珪素膜１は、パワー半導体モジュール５１側に形成されている。また、その製造方法は、実施例１の試料Ｅ１の場合と同様とした。
【００６０】
また、パワー半導体モジュール装置５において、パワー半導体モジュール５１から発生した熱は、アモルファス炭素−窒素−珪素膜１を介して液冷器５２に伝わる。その熱は、液冷器５２から液冷器５２内を循環するＬＬＣに伝わり、さらに放熱部５３へと伝わる。そして、放熱部５３において、ＬＬＣの熱は放熱される。放熱されたＬＬＣは再び液冷器５２の内部を循環する。このようにして、パワー半導体モジュール５１と液冷器５２との間において熱交換を行うことができるよう構成されている。
【００６１】
本例では、パワー半導体モジュール５１（高温部）と液冷器５２（冷却部）との間に、本発明のアモルファス炭素−窒素−珪素膜１を配置している。これにより、パワー半導体モジュール装置５は、アモルファス炭素−窒素−珪素膜１によって、パワー半導体モジュール５１と液冷器５２との間の電気的な絶縁を充分に確保することができる。そして、パワー半導体モジュール５１（高温部）から液冷器５２（冷却部）へ放熱して、両者間の熱交換を効率よく行うことができる。
【００６２】
なお、本例では、アモルファス炭素−窒素−珪素膜１と液冷器５２とは、放熱ゲルを介在させて両者を互いに密着させる構成としたが、これに代えて、例えば高熱伝導性接着剤等を介在させる構成とすることもできる。
また、アモルファス炭素−窒素−珪素膜１とパワー半導体モジュール５との間に、パワー半導体モジュール５１に内蔵される半導体チップとの半田濡れ性を向上させるためのめっき膜（例えば、ＮｉＰめっき膜）を設ける構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施例１における、膜厚と絶縁破壊電圧との関係を示す説明図。
【図２】実施例２における、体積低効率の測定方法を示す説明図。
【図３】実施例２における、印加電圧と体積抵抗率との関係を示す説明図。
【図４】実施例５における、パワー半導体モジュール装置の構成を示す説明図。
【図５】図４におけるＢ部分の拡大図。
【符号の説明】
【００６４】
１  アモルファス炭素−窒素−珪素膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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