JP6819318B2 - 半導体装置、半導体集積回路及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
ところで、ダイヤモンドと銅とが接合されているものに、熱が加わると反りが生じるのは、ダイヤモンドと銅との熱膨張係数の差が大きいことと、ダイヤモンドの一方の面にのみ銅が接合されているからであると推察される。このため、発明者は、ダイヤモンドに接合される放熱部材として、ダイヤモンドと熱膨張係数が近く、熱伝導率が比較的高いSiCを用い、更に、このSiCをダイヤモンドの両面に接合することにより、反りの発生を抑制することができることに想到した。本実施の形態における半導体装置は、このように発明者が想到した内容に基づくものである。
次に、第1の実施の形態における半導体装置について図1に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、図1に示されるように、ダイヤモンド基材10の一方の面に第1のSiC基材21が設けられており、他方の面に第2のSiC基材22が設けられており、第2のSiC基材22の上に、半導体素子50が設けられている。具体的には、ダイヤモンド基材10の一方の面10aに第1のSiC基材21の一方の面21aが接合されており、他方の面10bに第2のSiC基材22の一方の面22aが接合されている。また、第2のSiC基材22の他方の面22bに半導体素子50が接合されている。尚、半導体素子50は、Si、SiC、GaAs、GaN等の基板に形成されている。
次に、第1の実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。
次に、第2の実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、第1の実施の形態において、第2のSiC基材22の他方の面22bに接合される半導体素子がSiC基板の上に作製されたGaN−HEMTである半導体装置である。本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図4及び図5に基づき説明する。
次に、第3の実施の形態における半導体装置について図6及び図7に基づき説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態における半導体装置と同様の構造の半導体装置の製造方法である。
次に、第4の実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、第2のSiC基材22の他方の面22bにGaN−HEMTが形成されている第2のSiC基材22の一方の面22aをダイヤモンド基材10の他方の面10bに接合したものである。本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図8及び図9に基づき説明する。
次に、第5の実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、第2のSiC基材22の他方の面22bに直接半導体層を形成した半導体装置である。本実施の形態における半導体装置の製造方法について図11及び図12に基づき説明する。
次に、第6の実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図13に示されるように、第1のSiC基材21の他方の面21bに、凸部221と凹部222による凹凸を形成したものである。本実施の形態における半導体装置においては、図13(a)に示されるように、第1のSiC基材21の他方の面21bに設けられた凹凸の凸部221が空冷用のフィン構造となり冷却効率を高めることができる。また、図13(b)に示すように、第1のSiC基材21の他方の面21bに形成されている凹凸の凸部221の上面に、金属等により形成された放熱板160を接合する。これにより、放熱板160により覆われた凹部222により液冷用のマイクロチャネルを形成することができる。このように放熱板160により覆われた凹部222により形成されたマイクロチャネルに冷媒等を流すことにより、冷却効率を高めることができる。
次に、第7の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態から第6の実施の形態における半導体装置を用いたMMIC(monolithic microwave integrated circuit:モノリシックマイクロ波集積回路)である。MMICとは、高周波回路を形成するトランジスタ等の能動素子と、伝送線路、抵抗、コンデンサ等の受動素子とを一体化したマイクロ波集積回路を一種類の半導体基板の上に形成した構造のものである。
次に、第8の実施の形態について説明する。本実施の形態は、半導体デバイス、電源装置及び高周波増幅器である。
(付記1)
ダイヤモンド基材と、
前記ダイヤモンド基材の一方の面に、一方の面が接合された第1のSiC基材と、
前記ダイヤモンド基材の他方の面に、一方の面が接合された第2のSiC基材と、
前記第2のSiC基材の他方の面に接合された半導体素子と、
を有し、
前記半導体素子は、基板に形成されたトランジスタであることを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記基板は、Si、SiC、GaAs、GaNのいずれかを含む材料により形成されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記基板は、SiCにより形成されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記4)
ダイヤモンド基材と、
前記ダイヤモンド基材の一方の面に、一方の面が接合された第1のSiC基材と、
前記ダイヤモンド基材の他方の面に、一方の面が接合された第2のSiC基材と、
を有し、
前記第2のSiC基材の他方の面には、半導体素子が設けられていることを特徴とする半導体装置。
(付記5)
前記半導体素子は、
前記基板の上に化合物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に化合物半導体により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有するものであることを特徴とする付記1から3のいずれかに記載の半導体装置。
(付記6)
前記半導体素子は、
前記第2のSiC基材の他方の面に化合物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に化合物半導体により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有するものであることを特徴とする付記4に記載の半導体装置。
(付記7)
前記第2のSiC基材は、前記ダイヤモンド基材及び前記第1のSiC基材よりも薄く形成されていることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記8)
前記ダイヤモンド基材の厚さは、100μm以上であって、
前記第1のSiC基材の厚さは、30μm以上、150μm以下であって、
前記第2のSiC基材の厚さは、100μm以上であることを特徴とする付記1から7のいずれかに記載の半導体装置。
(付記9)
前記ダイヤモンド基材、前記第1のSiC基材及び前記第2のSiC基材は、全て単結晶であることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の半導体装置。
(付記10)
前記第1のSiC基材は、前記ダイヤモンド基材よりも大きいことを特徴とする付記1から9のいずれかに記載の半導体装置。
(付記11)
前記第2のSiC基材は、前記ダイヤモンド基材よりも小さいことを特徴とする付記1から10のいずれかに記載の半導体装置。
(付記12)
前記第1のSiC基材の他方の面には、凸部と凹部を有する凹凸が設けられていることを特徴とする付記1から11のいずれかに記載の半導体装置。
(付記13)
前記第1のSiC基材の他方の面には、金属材料により形成された放熱板が接合されていることを特徴とする付記1から12のいずれかに記載の半導体装置。
(付記14)
前記第1のSiC基材の他方の面には、金属材料により形成された放熱板が接合されており、
前記放熱板により覆われた前記凹部には冷媒が流されていることを特徴とする付記12に記載の半導体装置。
(付記15)
ダイヤモンド基材と、
前記ダイヤモンド基材の一方の面に、一方の面が接合された第1のSiC基材と、
前記ダイヤモンド基材の他方の面に、一方の面が接合された第2のSiC基材と、
を有することを特徴とする放熱構造。
(付記16)
付記1から14のいずれかに記載の半導体装置と、
受動素子と、
を有することを特徴とする半導体集積回路。
(付記17)
前記受動素子は、前記第1のSiC基材の一方の面に形成されていることを特徴とする付記16に記載の半導体集積回路。
(付記18)
前記半導体素子には、絶縁膜が形成されており、
前記絶縁膜の上に、前記受動素子が形成されていることを特徴とする付記16に記載の半導体集積回路。
(付記19)
付記13または14に記載の半導体装置と、
受動素子と、
を有し、
前記受動素子は、前記放熱板の上に形成されていることを特徴とする半導体集積回路。
(付記20)
ダイヤモンド基材の一方の面に、第1のSiC基材の一方の面を接合する工程と、
ダイヤモンド基材の他方の面に、第2のSiC基材の一方の面を接合する工程と、
第2のSiC基材の他方の面に、半導体素子を接合する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記21)
ダイヤモンド基材の一方の面に、第1のSiC基材の一方の面を接合する工程と、
ダイヤモンド基材の他方の面に、半導体素子が形成されている第2のSiC基材の一方の面を接合する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記22)
付記1から14のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
(付記23)
付記1から14のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
10a 一方の面
10b 他方の面
21 第1のSiC基材
21a 一方の面
21b 他方の面
22 第2のSiC基材
22a 一方の面
22b 他方の面
50 半導体素子
110 基板
121 電子走行層(第1の半導体層)
121a 2DEG
122 電子供給層(第2の半導体層)
141 ゲート電極
142 ソース電極
143 ドレイン電極
150 半導体素子
Claims (12)
- ダイヤモンド基材と、
前記ダイヤモンド基材の一方の面に、一方の面が接合された第1のSiC基材と、
前記ダイヤモンド基材の他方の面に、一方の面が接合された第2のSiC基材と、
前記第2のSiC基材の他方の面に接合された半導体素子と、
を有し、
前記第2のSiC基材は、前記ダイヤモンド基材及び前記第1のSiC基材よりも薄く、
前記半導体素子は、基板に形成されたトランジスタであることを特徴とする半導体装置。 - 前記半導体素子は、基板に形成されたトランジスタであって、
前記基板は、Si、SiC、GaAs、GaNのいずれかを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - ダイヤモンド基材と、
前記ダイヤモンド基材の一方の面に、一方の面が接合された第1のSiC基材と、
前記ダイヤモンド基材の他方の面に、一方の面が接合された第2のSiC基材と、
を有し、
前記第2のSiC基材は、前記ダイヤモンド基材及び前記第1のSiC基材よりも薄く、
前記第2のSiC基材の他方の面には、半導体素子が設けられていることを特徴とする半導体装置。 - 前記半導体素子は、
前記基板の上に化合物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に化合物半導体により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有するものであることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記半導体素子は、
前記第2のSiC基材の他方の面に化合物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に化合物半導体により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有するものであることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 - 前記第1のSiC基材の他方の面には、凸部と凹部を有する凹凸が設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第1のSiC基材の他方の面には、金属材料により形成された放熱板が接合されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第1のSiC基材の他方の面には、金属材料により形成された放熱板が接合されており、
前記放熱板により覆われた前記凹部には冷媒が流されていることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 - 請求項1から8のいずれかに記載の半導体装置と、
受動素子と、
を有することを特徴とする半導体集積回路。 - 請求項7または8に記載の半導体装置と、
受動素子と、
を有し、
前記受動素子は、前記放熱板の上に形成されていることを特徴とする半導体集積回路。 - ダイヤモンド基材の一方の面に、第1のSiC基材の一方の面を接合する工程と、
ダイヤモンド基材の他方の面に、第2のSiC基材の一方の面を接合する工程と、
第2のSiC基材の他方の面に、半導体素子を接合する工程と、
を有し、
前記第2のSiC基材は、前記ダイヤモンド基材及び前記第1のSiC基材よりも薄いことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - ダイヤモンド基材の一方の面に、第1のSiC基材の一方の面を接合する工程と、
ダイヤモンド基材の他方の面に、半導体素子が形成されている第2のSiC基材の一方の面を接合する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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