JPH01228154A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 本発明はＳＯＩ型基板に基板に形成される半導体集積回
路装置（ＩＣ）に関し、 ＩＣの放熱効率の改善と外部接続線の短縮を目的とし、 Ｓｉ薄片とＳｉＣ板を貼り合わせたＳＯＩ型基板の５ｉ
ｅＵ域にＩＣを形成し、ＳｉＣ板には例えばチンプキャ
リャのような支持体としての機能を持たせると共に、Ｓ
ｉＣの熱伝導率が５ｉＯｚのそれよりも大であることを
利用して放熱効率を高めるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はＳＯＩ型基板に形成されるＩＣに関わり、特に
絶縁基板に相当する部分に半絶縁性半導体であるＳｉＣ
を用いたＩＣに関わる。

絶縁体基板或いは半絶縁性半導体基板にＳｉなどの半導
体層を被着し、Ｓｉ層に回路を形成したＳＯＩ型のＩＣ
は、素子間分離が容易で寄生容量が小であることから、
高密度のＩＣに通した構造として開発が進められており
、近年は多層構成ＩＣの基本形状としても注目されてい
る。

〔従来の技術〕

半導体層を堆積被着する方式のＳＯＩ用絶縁性基板とし
て、初期の頃はサファイア単結晶が用いられたが、最近
はＳｉウェーハ等の表面を５ｉＯ１で被覆したものが基
板として用いられることが多い、その場合、基板表面に
直接単結晶Ｓｉを成長させることは困難なので、−旦ポ
リＳｔ層（またはアモルファスＳｉ）を堆積し、熱処理
して単結晶化することが行われる。

その他に、ＳＯＩ構造を実現する段階までは微細パター
ンには無関係であり、大型の材料を機械加工の精度で取
り扱ってもよいことから、ウェーハ状に成形した半導体
と絶縁基板を貼り合わせ、半導体層を所定の厚さまで研
磨して３０１５板とすることも行われる。この場合も支
持体１［とじてはＳｉウェーハが用いられ、接着剤兼絶
縁材料としてＳｉｎｇを介在させた構造とする場合が多
い。

このようなＳｏ　１Ｗ板に形成したＩＣはチップに分割
され、プラスチック或いはセラミックのパンケージに収
められる。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ｓｉを支持体とし、Ｓ　ｉ　Ｏ＊を介在させてＳｉを被
着した型のＳＯＩ基板では、ＳｉＯｘの厚さは５０００
人程度程度である。支持体であるＳｔの熱伝導率は極端
に低いというほどではないが、中間に熱伝導率の低いＳ
ｉｎｇを介在させると、ＩＣ動作時に発生する熱量を放
散し切れなくなるおそれがある。放熱不十分のためＩＣ
チップが定格以上の温度になればＩＣが破壊されること
も起こるので、ＩＣの動作が制約を受け、或いは集積度
を高められないといった不都合が生ずる。

また、ＩＣチップをパッケージに収容する方式では、チ
ップとパッケージのリードの間はワイヤで接続されるが
、このワイヤの長さとパッケージのリードの長さを合わ
せた長さが、ＩＣを外部接続するための配線長となるた
め、寄生インダクタンス、寄生キャパシタンスが大とな
り、ＩＣの動作速度を低下させる。従って、ＩＣチップ
の動作速度を低下させないために、リード部分の長さを
極力短くすることも要求されている。

本発明の一つの目的は放熱特性の良好なＳＯｔ型基板を
提供することであり、他の目的は外部接続のための配線
長が短いパフケージ構造を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を併せて達成するため、本発明の半導体装置は Ｓｉ薄片とＳｉＣ板を接着して成るＳＯｔ型基板のｓ＋
薄片に集積回路を形成し、ＳｉＣ板はＳｉ薄片の支持体
情熱吸収体として有効に機能する形状を備えている。放
熱効率の改善を主たる目的とする場合は、ＳｉＣ板に放
熱用フィンが設けられ、外部接続の短縮を主たる目的と
する場合は、ＳｉＣ板を貫通する孔が、Ｓｉ薄片に形成
された集積回路の外部接続電極に到達する位置に設けら
れている。

〔作　用〕

ＳＯｔ型基板の支持体としてＳｉＣを用いれば、ＳｉＣ
の熱伝導率は低温ではＳｉと同じくらいであるが、Ｓｉ
Ｃは禁制帯幅の広い半導体であるから、温度の上昇と共
に熱伝導率が急に上昇し、ＩＣの発熱量が増した時に放
熱効率が良くなるという利点がある。

また、ＳｉＣではドープされた不純物は活性化され難い
ので、Ｓｉ片に直接接着しても半絶縁性基板としての特
性を失うことがない。更に、Ｓｉと比較して機械的強度
が大であるから、ＩＣチップ支持体としてのパッケージ
を省略することも出来る。

即ち、通常はセラミックパッケージ等に設けられる放熱
フィンをＳｉＣ基板に直接設けることが可能になるので
、放熱効率が大幅に改善される。

また、５ｉＣｉ仮をチンプキャリャ的に利用し、ＣＣＢ
型のピンによる接続を利用すれば、外部回路接続配線が
短縮され、ＩＣの動作の遅延が軽減される。

〔実施例〕

第１図に本発明の基本となるＳＯＩ型基板の断面模式図
が示されている。

該基板はＳｉＣ仮２にＳｉ薄片１を直接被着したもので
、例えば次のように形成される。即ち、共に６００μｍ
１程度の厚さのＳｉＣ板と単結晶Ｓｉ仮を鏡面に仕上げ
て当接し、パルス電圧を印加すると両者は接着される。

これはｉｉｉ’：Ｊによって接触界面が発熱し、熱圧着
が行われるものと考えられる。これをアニールして応力
を緩和した後、Ｓｉ側を研磨してその厚みを減じ、ＩＣ
形成に通した厚さ、例えば１〜５μｍとする。

第１図の構造の他、５ｉｆｔあるいはＰＳＧ膜を介して
貼り合わせ、熱処理によって固着した構造であってもよ
い。その場合、放熱効率は直接接着したものに比べて若
干劣るが、ＳｉＣによる放熱効率の改善は同様に期待で
きる。

第２回は本発明の請求項（２）に対応する第１の実施例
を示す断面模式図であるｅＳｉＣＳｉＣ仮２にＳｉ１片
１が接着され、ＩＣが形成されている。

銅ブロックなどから削り出された放熱フィン３がＳｉＣ
板に直接接着され、蓋を受ける枠４が周囲に形成されて
いる。蓋は図示されていない。

既述したように、ＳｉＣは半絶縁性に保たれるから、金
属製のフィンを直接接着しても電気的な示す断面模式図
である。ＳｉＣ仮２の上にＩＣが形成されたｓｔ１片１
が接着されており、ＳｉｇＪ片に設けられたＡｕ或いは
半田のバンプ５に至る開孔６が開けられている。この孔
の位置にはＩＣパターン程の精度は要求されないから、
通常のフォトリソグラフィとウェットエンチングで開け
ることが出来る。エツチング液はＫＯＨ系あるいはリン
酸系のものが使用可能で、弗素系或いは塩素系のドライ
エツチングに依っても良い。

このような構造のＳｏＩチップを外部回路に接続するに
は、図示のようにピン７が用いられる。

ピンは、例えば図示されないプリント板に、バンプ位置
に合わせて立てられており、ＳＯＩチップの開孔をピン
に合わせて挿入する。ピンはタングステンのような硬質
の金属であり、先端は尖らせであるので、バンプに突き
刺さる形で電気的接続が行われる。

図の例ではバンプはＳｉ薄片上に設けられているが、こ
れはＳｉ薄片から外れたＳｉＣ仮に設けられていても良
い。その場合、接続用開孔はＳｉＣだけを貫通するもの
になるので開孔作業が容易になる。

この種のピンによる接続は、ＣＣＢと呼ばれる上方から
の接続が知られており、本発明に於いても、バンプやピ
ンの材料の選択はそれに準じて行えばよい。本発明に於
けるＣＣＢ型の接続は、ワイヤポンディングによる通常
の接続に比べ、配線長が大幅に低減されるので、ＩＣの
動作の遅延は僅かとなる。また、バンプ型のパ・ノドで
はなく通常のＡ７パツドに対しても本発明は通用可能で
ある。

【発明の効果〕

以上説明したように、本発明のＳＯＩ型基板に形成され
たＩＣは、放熱効果の良好なことから、より高密度に集
積することが可能となり、また、外部回路への接続配線
長が大幅に減少することから、寄生インダクタンス、寄
生キャパシタンスに因る動作遅延が著しく改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本となるＳＯＩ型基板の断面模式図
、 第２図は本発明の第１の実施例を示す断面模式第３図は
本発明の第２の実施例を示す断面模式図、 であって、 図に於いて １はＳｉ薄片、 ２　はＳｉＣ牟反、 ３は放熱フィン、 ４は枠、 ５はバンプ、 ６は開孔、 ７はピン、 である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン（Ｓｉ）薄片と炭化珪素（ＳｉＣ）板を
   接着して成るＳＯＩ型基板の前記Ｓｉ領域に集積回路が
   形成され、前記ＳｉＣ板は前記Ｓｉ薄片の支持体兼熱吸
   収体として機能する形状を有して成ることを特徴とする
   半導体装置。
2. （２）請求項（１）に記載の半導体装置であって、前記
   ＳｉＣ板に放熱用フィンが設けられていることを特徴と
   する半導体装置。
3. （３）請求項（１）に記載の半導体装置であって、前記
   ＳｉＣ板を貫通する孔が、前記Ｓｉ領域に形成された集
   積回路の外部接続電極に到達する位置に設けられている
   ことを特徴とする半導体装置。