JP3122213B2 - 被覆または積層ダイヤモンド基板及びその仕上方法 - Google Patents

被覆または積層ダイヤモンド基板及びその仕上方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、伝熱性基板、特に電子
回路用の伝熱性基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子回路用ベース材料たとえばデ
バイス用の直接基板、または回路デバイスもしくはＶＬ
ＳＩ（超大規模集積）回路のようなチップを搭載する回
路基板として使用するダイヤモンド膜ウェハを製造する
のに、十分な厚みを有するダイヤモンド膜を製造するこ
とができるようになった。もともとダイヤモンドの２つ
の物性が、特にこの目的にとって適している。ダイヤモ
ンドは一方において優れた電気絶縁材であると同時に、
優れた伝熱材であってその熱伝導率は銅の約５倍であ
る。
【０００３】ダイヤモンドウェハをプラズマから沈着さ
せて形成する現在可能な方法は、平坦かつ平滑な面に沈
着させるので、これに接する面を平坦にすることができ
るが、沈着される側とは反対の面は、凹凸のある粗面と
なる。この凹凸は半導体製造において重大な問題であ
り、これは一般に少なくとも１回のホトリソグラフィ工
程によって、基板の両面を実質的に平行かつ平坦にする
必要がある。この平行の程度は、使用するホトリソグラ
フィ装置のフィールドの深さに依存する。ダイヤモンド
膜ウェハの凹凸面の平滑化には、ダイヤモンド研磨剤で
研磨する仕上げを行うが、費用がかさむ。
【０００４】
【発明の要約】本発明によって、ダイヤモンドウェハ表
面は粗面に付いた接着剤の層を有する。この接着剤の層
は、バインダに充填した粒子を含み、表面の凹入部分を
埋めるのに十分な厚みを有するが、ダイヤモンドウェハ
材料の所望の伝熱性が劣化することを最小にするのに十
分な厚みとする。被覆層は仕上げ加工して、その表面が
反対側の面に平行するように整合させることができる。
【０００５】本発明の他の態様として、２つのダイヤモ
ンド膜ウェハの各粗面を相互に接着して、接着面とは反
対側の各表面を相互に平行するようにする。得られた構
造体は、殆ど単一のダイヤモンド膜ウェハに近い特性を
有し、しかも各表面は、仕上げの必要なしに平行かつ平
滑となる。
【０００６】
【発明の詳細】図１および２に示す直角形の基板１０
は、厚み約１mmのダイヤモンドウェハ１２から構成さ
れ、その粗面１４は結晶が沈着した側であり、反対側の
平滑面１６は、成長プロセス中に、平滑かつ平坦な沈着
基板に接していた側である。ダイヤモンド膜ウェハ１２
は、現在周知の多様な技術、たとえばアークプラズマ沈
着によって製造することができる。一般に現在の沈着技
術によると、厚みが幾らか不均一であって、膜の沈着側
が粗面となる。
【０００７】しかし膜を平滑な基板に沈着させると、少
なくとも基板に接するウェハ１２の面は、平坦かつ相対
的に平滑とすることができる。ウェハ１２は、ダイヤモ
ンドの微結晶が相互に直接結着した多結晶物質である。
ウェハの厚みは、典型的に３倍の厚みまで変えることが
できる。ウェハ１２の厚みは、伝熱性および凹凸性に対
する使用上の要求に適するように選ぶ。
【０００８】粗面１４は、適当な充填剤、たとえばエポ
キシ接着剤を薄く塗って被覆層１８とし、これを硬化さ
せた後に、露出面１９の表面仕上げを行って、平滑化し
かつ実質的に平滑面１６と平行するように整合させる。
被覆層１８の厚みは、粗面１４のすべての凹入部分を埋
めて最も高い凸出点を隠すのみの厚みとして、かつ露出
面１９を平滑面１６と平行するように整合させればよ
い。沈着させたウェハの粗面１４の質は沈着条件によっ
て幾らか変化するので、このウェハに対する被覆層１８
の最小の厚みも変化するが、沈着させたウェハ１２の仕
上げ表面の条件を考慮して、容易に決定することができ
る。一般に、この厚みは最も厚い点において、ウェハ１
２の最も厚い状態と最も薄い状態との差と少なくとも同
程度に厚くする必要がある。
【０００９】被覆層１８は、所要の特殊な特性に適合す
るように、多数の周知の接着剤から当業者が適切に選ぶ
ことができる。仕上り基板を高温に曝露しない場合は、
有機樹脂の被覆層を使用することができる。ガラス被覆
層は、表面にガラスフリットを適用し融解させて使用す
ることができる。次にガラスを光学的研磨して寸法を合
わせる。金属被覆層は、たとえば蒸着、化学気相成長、
無電解めっき、または１つの表面が導電性である場合は
ろう付けの形で適用することができる。また被覆層は複
合体、たとえばバインダに充填したダイヤモンドフリッ
トとすることもできる。このように被覆すると得られた
基板１０は伝熱性を高めることができる。
【００１０】また被覆層１８は、ダイヤモンドウェハ１
２より熱膨張係数（ＣＴＥ）を高くすることができる。
この場合、温度が変化すると基板１０が湾曲する傾向が
ある。これには被覆層１８を薄くするとともに、弾性率
すなわち弾発性を相対的に低くするか、またはクリープ
すなわち冷間塑性流動性をもたせることによって、最小
にすることができる。また被覆材料は、実施するプロセ
ス工程において基板１０に対して適合性を有する必要が
ある。基板１０を電子デバイス基板として使用する場合
は、レーザーによる切断、バイアホールの穿孔、および
表面とバイアホール内側とをめっきして導電路を形成す
るなどの工程を含むであろう。
【００１１】図３は、多重ウェハ積層基板２０を示し、
これは上層のダイヤモンド膜ウェハ２２と下層のダイヤ
モンド膜ウェハ２４が、中間層２６によって相互に接着
されている。各ダイヤモンドウェハ２２，２４は、外側
の平滑面２８と内側の粗面３０を有する。各ウェハ２
２，２４の厚みは約１．０mmである。中間層２６は、上
記本発明の第１の実施態様の被覆材料と同様に考慮して
選んだ接着剤であるが、この場合は周縁のみが周囲の気
体に露出する。またこの構造では温度変化によって生じ
る曲げモーメントの歪みが対称的であるので、基板２０
が湾曲することはない。
【００１２】接着プロセスは、たとえば中間層２６をセ
ットするとき、２つの外側面２８が相互に平行するよう
に配置する治具で、ウェハ２２，２４を保持する。
【００１３】中間層２６は、所望の使用条件に適するよ
うに選ぶ多様な材料とすることができる。たとえば、図
４に示すように、層２６は金属ろう付け３２、または図
５に示すように、ガラス層３４とすることができる。ガ
ラス層３４は、層２２，２４の間にガラスフリットを適
用した後に、加熱してフリットを融解させて形成する。
もし基板２０の伝熱性が限定的なパラメータである場合
は、中間層に使用する接着剤は、図６に示すようにダイ
ヤモンド粒子３８を充填した複合体中間層３６であるこ
とができる。得られた基板１０は、どの場合でも中間層
２６の厚みを薄くして伝熱性を最大にすることができ
る。それはこの層２６がウェハ２２，２４のダイヤモン
ド材料より伝熱性が常に低いからである。接着剤中に空
孔を形成しないことが重要である。それは空孔が断熱材
として作用するからである。これまで記載した多重ウェ
ハ積層は機械的に完全な構造を有するので、ウェハに存
在することがあるクラックがウェハを劣化させることを
実質的に減少する。
【００１４】基板２０は、２つのダイヤモンド膜層から
作ったけれど、所望であればさらに層を加えることも当
業者にとって容易に理解されるであろう。たとえば、中
間のダイヤモンド膜ウェハを加えて、厚みと伝熱性を増
加させる。この中間層は、どの側の面も平滑である必要
がない。
【００１５】電子デバイスを含むこの新規な基板を実際
に使用するためには、片側または両側の露出面をエッチ
ング、研磨または他のクリーンニングによって残留グラ
ファイトを残りなく除去し、表面が過度に伝導性を有す
ることを防止する必要があろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施態様によりダイヤモンドウ
ェハの主面に接着剤を塗布してあるダイヤモンド基板の
等角図である。
【図２】図１の基板の片の構造を詳細に示す断面図であ
る。
【図３】本発明の他の実施態様により２枚のウェハが接
着剤で相互に積層されているダイヤモンド基板の片の断
面図である。
【図４】本発明の他の実施態様により金属接着剤を使用
したダイヤモンド基板の片の断面図である。
【図５】本発明の他の実施態様によりガラス接着剤を使
用したダイヤモンド基板の片の断面図である。
【図６】本発明の他の実施態様により複合体接着剤を使
用したダイヤモンド基板の片の断面図である。
【符号の説明】
１０…被覆層を有するダイヤモンドウェハ基板 １２…ダイヤモンドウェハ １４…粗面 １６…平滑面 １８…被覆層 １９…平滑面に平行な被覆層の露出面 ２０…多重ウェハ積層基板 ２２…上方ダイヤモンド膜ウェハ ２４…下方ダイヤモンド膜ウェハ ２６…中間層 ２８…外側の平滑面 ３０…内側の粗面 ３２…ろう付け金属層 ３４…ガラス層 ３６…複合体中間層 ３８…ダイヤモンド粒子 ４０…接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−62484（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−251586（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/12 - 23/15 C01B 31/00 - 31/06 C30B 29/04 H05K 1/03 610

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１および第２の面を有するダイヤモン
    ド膜ウェハと、 第２の面上にあって第２の面のすべての凹入部分を少な
    くとも埋めるのに十分な厚みを有する被覆層とを含み、
    前記被覆層がバインダに充填した粒子を含む、ダイヤモ
    ンド部材。
  2. 【請求項２】 被覆層が、第１の面に対して実質的に平
    行する露出面を有する請求項１に記載のダイヤモンド部
    材。
  3. 【請求項３】 被覆層の表面が第２の面に比べて平滑に
    仕上げられている請求項１に記載のダイヤモンド部材。
  4. 【請求項４】 被覆層が、ウェハの最大の厚みと最小の
    厚みとの差に少なくとも等しい厚みを有する請求項２又
    は３に記載のダイヤモンド部材。
  5. 【請求項５】 粒子がダイヤモンドである請求項１〜４
    のいずれかに記載のダイヤモンド部材。
  6. 【請求項６】 相対的に平滑かつ平坦な第１の面、およ
    び第２の面を有する第１のダイヤモンド膜ウェハと相対
    的に平滑かつ平坦な第１の面、および第２の面を有する
    第２のダイヤモンド膜ウェハとを有し、第１のウェハの
    第２の面が、接着剤の中間層によって第２のウェハの第
    ２の面に接着されている、多重ウェハダイヤモンド積層
    部材。
  7. 【請求項７】 第１および第２のウェハの平坦な各第１
    の面を、実質的に相互に平行して配置してある請求項６
    に記載の多重ウェハダイヤモンド積層部材。
  8. 【請求項８】 少なくとも第１の部材は、第２の面が第
    １の面より平滑さが顕著に劣る請求項６又は７に記載の
    多重ウェハダイヤモンド積層部材。
  9. 【請求項９】 中間層が微小粒子の充填剤を含む請求項
    ６，７又は８に記載の多重ウェハダイヤモンド積層部
    材。
  10. 【請求項１０】 微小粒子は接着剤より熱膨張係数が小
    さい請求項９に記載の多重ウェハダイヤモンド積層部
    材。
  11. 【請求項１１】 微小粒子がダイヤモンドである請求項
    ９に記載の多重ウェハダイヤモンド積層部材。
  12. 【請求項１２】 接着剤が有機樹脂である請求項６〜１
    １のいずれかに記載の多重ウェハダイヤモンド積層部
    材。
  13. 【請求項１３】 接着剤がガラスである請求項６〜１１
    のいずれかに記載の多重ウェハダイヤモンド積層部材。
  14. 【請求項１４】 ダイヤモンドウェハの第１の面を接着
    剤で被覆して、被覆層がバインダに充填した粒子を含
    み、その第１の表面のすべての凹入部分を埋める工程を
    含む、第１および第２の面を有するダイヤモンドウェハ
    の仕上げ方法。
  15. 【請求項１５】 接着剤の表面を仕上げ加工して、ウェ
    ハの第１の面の被覆された表面をウェハの第２の面に対
    して実質的に平行とする請求項１４に記載のダイヤモン
    ドウェハの仕上げ方法。
  16. 【請求項１６】 接着剤の表面を仕上げ加工して、接着
    剤から残留物質を除去する請求項１５に記載のダイヤモ
    ンドウェハの仕上げ方法。
JP04005003A 1991-01-15 1992-01-14 被覆または積層ダイヤモンド基板及びその仕上方法 Expired - Fee Related JP3122213B2 (ja)

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