JPH0573063B2 - - Google Patents
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- JPH0573063B2 JPH0573063B2 JP2293985A JP2293985A JPH0573063B2 JP H0573063 B2 JPH0573063 B2 JP H0573063B2 JP 2293985 A JP2293985 A JP 2293985A JP 2293985 A JP2293985 A JP 2293985A JP H0573063 B2 JPH0573063 B2 JP H0573063B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
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-
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- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、電力用素子に適用して有用な冷却用
部材を一体化した半導体装置の製造方法に関す
る。
部材を一体化した半導体装置の製造方法に関す
る。
サイリスタやGTOなどの電力用素子において
は、放熱が大きい問題である。特に大容量の素子
では極めて大きな放熱フインなどを必要とし、し
かも素子と放熱部の熱抵抗を極少にすべく両者を
密着させる技術に多くの問題を含む。沸騰性の冷
媒に半導体素子を浸す方法は、効率のよい冷却方
法であるが、これは材料やシステムが高価にな
り、また表面からの冷却があるので素子が大形化
した場合その中心部の温度が高くなつてしまい電
流密度が制限される、といつた難点がある。これ
に対して、素子内部を直接冷却することができれ
ば、冷却効果とシステムの小形化にとつて非常に
好ましい。しかしこの冷却法を実現するには、素
子内部に冷媒の通路を形成する技術が必要であ
り、これが非常に難しい。とくに素子内部に分岐
する冷媒通路を形成することは至難である。素子
部と冷却部を別々に作つて貼り合わせることも考
えられるが、この場合には接着法が問題になる。
また冷却媒体として水等を用いる場合には素子と
の電気的絶縁も問題になる。
は、放熱が大きい問題である。特に大容量の素子
では極めて大きな放熱フインなどを必要とし、し
かも素子と放熱部の熱抵抗を極少にすべく両者を
密着させる技術に多くの問題を含む。沸騰性の冷
媒に半導体素子を浸す方法は、効率のよい冷却方
法であるが、これは材料やシステムが高価にな
り、また表面からの冷却があるので素子が大形化
した場合その中心部の温度が高くなつてしまい電
流密度が制限される、といつた難点がある。これ
に対して、素子内部を直接冷却することができれ
ば、冷却効果とシステムの小形化にとつて非常に
好ましい。しかしこの冷却法を実現するには、素
子内部に冷媒の通路を形成する技術が必要であ
り、これが非常に難しい。とくに素子内部に分岐
する冷媒通路を形成することは至難である。素子
部と冷却部を別々に作つて貼り合わせることも考
えられるが、この場合には接着法が問題になる。
また冷却媒体として水等を用いる場合には素子と
の電気的絶縁も問題になる。
本発明は上記した点に鑑みなされたもので、半
導体素子基板と冷却用部材とを簡便な工程で一体
化するようにした半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。
導体素子基板と冷却用部材とを簡便な工程で一体
化するようにした半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。
本発明者等の実験によれば、表面粗さ500Å程
度以下に鏡面研磨されたシリコンなどの半導体基
板同士、またはこのような半導体基板と同様に鏡
面研磨されセラミツクス基板とを、実質的に異物
の介在しないクラス１程度の清浄な雰囲気下で接
着させ、200℃以上に加熱すると、強固な一体化
基板が得られることが見出されている。本発明は
以上の知見に基き、鏡面研磨された半導体素子基
板と、同じく鏡面研磨された冷却用部材とを、研
磨鏡面同士を清浄な雰囲気下で直接密着させて熱
処理して一体化することを骨子とする。
度以下に鏡面研磨されたシリコンなどの半導体基
板同士、またはこのような半導体基板と同様に鏡
面研磨されセラミツクス基板とを、実質的に異物
の介在しないクラス１程度の清浄な雰囲気下で接
着させ、200℃以上に加熱すると、強固な一体化
基板が得られることが見出されている。本発明は
以上の知見に基き、鏡面研磨された半導体素子基
板と、同じく鏡面研磨された冷却用部材とを、研
磨鏡面同士を清浄な雰囲気下で直接密着させて熱
処理して一体化することを骨子とする。
本発明によれば、極めて簡便に冷却用部材を一
体化した半導体素子が得られる。冷却用部材の鏡
面研磨面に予め冷媒を流すための溝を形成してお
けば、複雑な冷媒通路を持つた、冷却効率の高い
半導体素子が実現する。また冷却用部材として素
子基板と同種の半導体基板を用い、接着後に冷媒
通路となる内壁を酸化して酸化膜を形成すれば、
素子と冷媒との間の電気的絶縁も確実になる。
体化した半導体素子が得られる。冷却用部材の鏡
面研磨面に予め冷媒を流すための溝を形成してお
けば、複雑な冷媒通路を持つた、冷却効率の高い
半導体素子が実現する。また冷却用部材として素
子基板と同種の半導体基板を用い、接着後に冷媒
通路となる内壁を酸化して酸化膜を形成すれば、
素子と冷媒との間の電気的絶縁も確実になる。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
る。
第１図ａ〜ｃは一実施例による冷却用部材一体
化型サイリスタの製造工程を示す。第１図ａにお
いて、１１はSiサイリスタ基板であり、ｎ型ベー
ス層１２、ｐ型ベース層１４、n+型カソード層
１３およびn+型アノード層１５を持つ。このサ
イリスタ基板１１の一面、即ちカソード層１３側
の面は500Å以下の表面粗さに鏡面研磨されてい
る。１６は冷却用部材としてのSi基板であり、そ
の表面には冷媒通路となる溝１７が形成されてい
る。このSi基板１６の溝１７が形成された面もサ
イリスタ基板１１と同様に鏡面研磨されている。
これらの基板の表面がよごれている場合には脱脂
やクリーニングが必要である。Si基板の場合、標
準的なクリーニング法は、トリクレン煮沸→メタ
ノール置換→水洗→H2O2／H2SO4＝１／３溶液
中煮沸→水洗である。更に接着部の電気的接触を
よくするためにはHF水溶液に浸し過剰な自然酸
化膜を除去する。その後水洗し、スピンナ処理に
より脱水する。この脱水処理で100℃以上の乾燥
は接着力を減ずるので好ましくない。
化型サイリスタの製造工程を示す。第１図ａにお
いて、１１はSiサイリスタ基板であり、ｎ型ベー
ス層１２、ｐ型ベース層１４、n+型カソード層
１３およびn+型アノード層１５を持つ。このサ
イリスタ基板１１の一面、即ちカソード層１３側
の面は500Å以下の表面粗さに鏡面研磨されてい
る。１６は冷却用部材としてのSi基板であり、そ
の表面には冷媒通路となる溝１７が形成されてい
る。このSi基板１６の溝１７が形成された面もサ
イリスタ基板１１と同様に鏡面研磨されている。
これらの基板の表面がよごれている場合には脱脂
やクリーニングが必要である。Si基板の場合、標
準的なクリーニング法は、トリクレン煮沸→メタ
ノール置換→水洗→H2O2／H2SO4＝１／３溶液
中煮沸→水洗である。更に接着部の電気的接触を
よくするためにはHF水溶液に浸し過剰な自然酸
化膜を除去する。その後水洗し、スピンナ処理に
より脱水する。この脱水処理で100℃以上の乾燥
は接着力を減ずるので好ましくない。
この様な前処理工程を経た二枚の基板を、第１
図ｂに示すように、ゴミなどの異物が含まれない
例えばクラス１以下のクリーンルーム内で研磨面
同士を接触させて接着する。両基板の水洗からこ
の接着までに要する時間は10分以内、好ましくは
５分以内とする。得られた接着基板は200℃〜
1300℃で加熱して接着強度を向上させる。特にSi
基板を用いたこの実施例の場合好ましい熱処理温
度は1000℃〜1300℃である。この熱処理工程で酸
化性の雰囲気を使うか、あるいは別途水蒸気等の
酸化性雰囲気で加熱すれば、第１図ｃに示すよう
に基板１１と１６の接着面に沿つて冷媒通路とな
る溝１７の内壁に酸化膜１８が形成される。
図ｂに示すように、ゴミなどの異物が含まれない
例えばクラス１以下のクリーンルーム内で研磨面
同士を接触させて接着する。両基板の水洗からこ
の接着までに要する時間は10分以内、好ましくは
５分以内とする。得られた接着基板は200℃〜
1300℃で加熱して接着強度を向上させる。特にSi
基板を用いたこの実施例の場合好ましい熱処理温
度は1000℃〜1300℃である。この熱処理工程で酸
化性の雰囲気を使うか、あるいは別途水蒸気等の
酸化性雰囲気で加熱すれば、第１図ｃに示すよう
に基板１１と１６の接着面に沿つて冷媒通路とな
る溝１７の内壁に酸化膜１８が形成される。
以上のように本実施例によれば、極めて簡単に
冷却用部品を一体化したサイリスタを得ることが
できる。しかも冷媒通路は接着すべき面に予め溝
を形成することにより得られるので、複雑な分岐
を持つものであつても加工は容易である。またこ
の冷媒通路は、一体化後に内壁に酸化膜を形成す
ることによつて、素子との電気的分離が簡単かつ
確実に行われる。更にこの実施例では、素子基板
と冷却用部材が同じSiであるため熱膨張率が等し
く、接着が確実かつ強固なものとなる。
冷却用部品を一体化したサイリスタを得ることが
できる。しかも冷媒通路は接着すべき面に予め溝
を形成することにより得られるので、複雑な分岐
を持つものであつても加工は容易である。またこ
の冷媒通路は、一体化後に内壁に酸化膜を形成す
ることによつて、素子との電気的分離が簡単かつ
確実に行われる。更にこの実施例では、素子基板
と冷却用部材が同じSiであるため熱膨張率が等し
く、接着が確実かつ強固なものとなる。
第２図は本発明の他の実施例による冷却用部材
一体化型サイリスタを示す。この実施例では、先
の実施例と同様のSiサイリスタ基板１１を、放熱
フインとして構成したSi基板２１と直接接着して
一体化している。その接着の工程は先の実施例と
同様である。このように、必ずしも接着面に冷媒
通路を持たない冷却用部材を一体化する場合にも
本発明は有効である。
一体化型サイリスタを示す。この実施例では、先
の実施例と同様のSiサイリスタ基板１１を、放熱
フインとして構成したSi基板２１と直接接着して
一体化している。その接着の工程は先の実施例と
同様である。このように、必ずしも接着面に冷媒
通路を持たない冷却用部材を一体化する場合にも
本発明は有効である。
以上の実施例のように、半導体素子基板と冷却
用部材とが同種の半導体である場合には、熱膨張
率の整合等の点で接着が容易かつ確実に行われる
が、本発明は冷却用部材として素子基板とは異な
る半導体を用いた場合、あるいは炭化硅素、窒化
硅素、窒化アルミニウム、アルミナ、ベリリアな
どのセラミツクスを用いた場合にも有効である。
第３図はその様な実施例による構造を示す。即ち
裏面の鏡面研磨面に酸化膜３２が形成された半導
体素子基板３１と、鏡面研磨面に冷媒通路３４が
形成されたアルミナ基板３３とを、研磨面同士を
直接接着して一体している。このようにセラミツ
クス基板を冷却用部材として用いる場合にも、先
の実施例に準じてその鏡面研磨面の脱脂やクリー
ニングを行なうことにより、強固な接着体を得る
ことができる。但し接着強度を高めるための熱処
理は、熱膨張率の差が大きい場合には、熱応力に
よる素子の破壊が起こらない温度範囲に止める必
要がある。
用部材とが同種の半導体である場合には、熱膨張
率の整合等の点で接着が容易かつ確実に行われる
が、本発明は冷却用部材として素子基板とは異な
る半導体を用いた場合、あるいは炭化硅素、窒化
硅素、窒化アルミニウム、アルミナ、ベリリアな
どのセラミツクスを用いた場合にも有効である。
第３図はその様な実施例による構造を示す。即ち
裏面の鏡面研磨面に酸化膜３２が形成された半導
体素子基板３１と、鏡面研磨面に冷媒通路３４が
形成されたアルミナ基板３３とを、研磨面同士を
直接接着して一体している。このようにセラミツ
クス基板を冷却用部材として用いる場合にも、先
の実施例に準じてその鏡面研磨面の脱脂やクリー
ニングを行なうことにより、強固な接着体を得る
ことができる。但し接着強度を高めるための熱処
理は、熱膨張率の差が大きい場合には、熱応力に
よる素子の破壊が起こらない温度範囲に止める必
要がある。
その他本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で
種々変更実施することができる。
種々変更実施することができる。
第１図ａ〜ｃは本発明の一実施例によるサイリ
スタの製造工程を示す図、第２図および第３図は
他の実施例による素子構造を示す図である。 １１……Siサイリスタ基板、１２……ｎ型ベー
ス層、１３……n+型カソード層、１４……p+型
ベース層、１５……n+型アノード層、１６……
冷却用Si基板、１７……冷媒通路溝、１８……酸
化膜、２１……冷却用Si基板、３１……半導体素
子基板、３２……酸化膜、３３……冷却用アルミ
ナ基板、３４……冷媒通路溝。
スタの製造工程を示す図、第２図および第３図は
他の実施例による素子構造を示す図である。 １１……Siサイリスタ基板、１２……ｎ型ベー
ス層、１３……n+型カソード層、１４……p+型
ベース層、１５……n+型アノード層、１６……
冷却用Si基板、１７……冷媒通路溝、１８……酸
化膜、２１……冷却用Si基板、３１……半導体素
子基板、３２……酸化膜、３３……冷却用アルミ
ナ基板、３４……冷媒通路溝。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 鏡面研磨面を有する半導体素子基板と鏡面研
磨面を有する冷却用部材とを、研磨面同士を実質
的に異物の介在しない清浄な雰囲気下で密着さ
せ、200℃以上の熱処理を行なつて一体化するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２ 前記冷却用部材は前記半導体素子基板との接
着面に冷媒を流す溝が予め形成されている特許請
求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。 ３ 前記冷却用部材は前記半導体素子基板と同種
の半導体基板である特許請求の範囲第１項記載の
半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2293985A JPS61183949A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2293985A JPS61183949A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61183949A JPS61183949A (ja) | 1986-08-16 |
| JPH0573063B2 true JPH0573063B2 (ja) | 1993-10-13 |
Family
ID=12096595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2293985A Granted JPS61183949A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61183949A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2685244B2 (ja) * | 1988-09-30 | 1997-12-03 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 半導体装置の製造方法 |
| US5179043A (en) * | 1989-07-14 | 1993-01-12 | The Texas A&M University System | Vapor deposited micro heat pipes |
| JPH03283636A (ja) * | 1990-03-30 | 1991-12-13 | Nippon Soken Inc | 半導体基板の製造方法 |
| US5801442A (en) * | 1996-07-22 | 1998-09-01 | Northrop Grumman Corporation | Microchannel cooling of high power semiconductor devices |
-
1985
- 1985-02-08 JP JP2293985A patent/JPS61183949A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61183949A (ja) | 1986-08-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |