JPH0778908A - 改良された放熱能力を有する基板構造の製造方法 - Google Patents
改良された放熱能力を有する基板構造の製造方法Info
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- JPH0778908A JPH0778908A JP6193894A JP19389494A JPH0778908A JP H0778908 A JPH0778908 A JP H0778908A JP 6193894 A JP6193894 A JP 6193894A JP 19389494 A JP19389494 A JP 19389494A JP H0778908 A JPH0778908 A JP H0778908A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 改良された放熱能力を有する基板構造を製作
する方法を提供する。 【構成】 半導体ウェハ（１４）が提供される。ダイヤ
モンド層（１２）は、ウェハ（１４）の背面（２０）上
に形成される。ダイヤモンド層（１２）は、構造的支持
および熱放出能力を提供する。
する方法を提供する。 【構成】 半導体ウェハ（１４）が提供される。ダイヤ
モンド層（１２）は、ウェハ（１４）の背面（２０）上
に形成される。ダイヤモンド層（１２）は、構造的支持
および熱放出能力を提供する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に基板構造に関
し、特に改良された放熱能力を有する基板構造に関す
る。
し、特に改良された放熱能力を有する基板構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、ソリッド・ステートの電子装置は、円盤の形状をし
たシリコン・ウェハなどの半導体基板に形成される。一
般に、多くの同一の装置は、ウェハの表面に形成され
る。装置が形成された後に、ウェハは、各々のダイが単
一の装置を構成する個々のダイに分離される。
来、ソリッド・ステートの電子装置は、円盤の形状をし
たシリコン・ウェハなどの半導体基板に形成される。一
般に、多くの同一の装置は、ウェハの表面に形成され
る。装置が形成された後に、ウェハは、各々のダイが単
一の装置を構成する個々のダイに分離される。
【０００３】ウェハに形成されるソリッド・ステートの
装置の最近の用途は、より高出力の装置がますます必要
となる。例えば、電気通信における用途は、高出力の無
線周波数増幅器を必要とする。さらに、デジタル・マイ
クロプロセッサにおいては、より高出力で複雑になる。
装置の最近の用途は、より高出力の装置がますます必要
となる。例えば、電気通信における用途は、高出力の無
線周波数増幅器を必要とする。さらに、デジタル・マイ
クロプロセッサにおいては、より高出力で複雑になる。
【０００４】最近の装置の高出力化は、装置が動作する
間の発熱の増加という結果を招く。装置によって作り出
される熱は、装置が適切な動作温度を維持するために放
熱する必要がある。
間の発熱の増加という結果を招く。装置によって作り出
される熱は、装置が適切な動作温度を維持するために放
熱する必要がある。
【０００５】一般的な半導体装置からの放熱の方法は、
装置から効率的に熱を放出するヒート・シンクを取付け
ることである。通常のヒート・シンクは、それ自体で良
い熱伝導体である銅のような金属から構成される。残念
ながら、一般的な半導体装置は、銅のような電子伝導金
属を装置に直接取付けると適切に動作しない。したがっ
て、従来は、個々の半導体装置が構成する個々のダイ
は、セラミックの基板に取付けられ、その後に金属のヒ
ート・シンクに取付けられる。セラミック基板は、半導
体と金属のヒート・シンクとの間の電気的な分離（絶
縁）を提供する。残念ながら、セラミック基板は、特に
効率的に半導体装置からヒート・シンクへ熱を伝導する
ことはない。さらなる方法としては、半導体基板を薄く
し、半導体基板内の電子装置を半導体材料の総量を最小
限にし、それらを介して熱を通すように形成する。なぜ
ならば、装置が形成される基板の表面に熱が発生するた
めである。薄くされた基板は、上述のように個々のダイ
に分離され、セラミックの絶縁物およびヒート・シンク
に取付けることができる。残念ながら、基板は、要求可
能な限り薄くすることはできない。なぜならば、さらな
る工程の間に破壊され易いからである。
装置から効率的に熱を放出するヒート・シンクを取付け
ることである。通常のヒート・シンクは、それ自体で良
い熱伝導体である銅のような金属から構成される。残念
ながら、一般的な半導体装置は、銅のような電子伝導金
属を装置に直接取付けると適切に動作しない。したがっ
て、従来は、個々の半導体装置が構成する個々のダイ
は、セラミックの基板に取付けられ、その後に金属のヒ
ート・シンクに取付けられる。セラミック基板は、半導
体と金属のヒート・シンクとの間の電気的な分離（絶
縁）を提供する。残念ながら、セラミック基板は、特に
効率的に半導体装置からヒート・シンクへ熱を伝導する
ことはない。さらなる方法としては、半導体基板を薄く
し、半導体基板内の電子装置を半導体材料の総量を最小
限にし、それらを介して熱を通すように形成する。なぜ
ならば、装置が形成される基板の表面に熱が発生するた
めである。薄くされた基板は、上述のように個々のダイ
に分離され、セラミックの絶縁物およびヒート・シンク
に取付けることができる。残念ながら、基板は、要求可
能な限り薄くすることはできない。なぜならば、さらな
る工程の間に破壊され易いからである。
【０００６】したがって、必要とされることは、改良さ
れた熱消散能力を有する半導体構造を形成する方法であ
る。妥協することのない熱消散を有する電気的絶縁を提
供することは、望まれることである。さらに、個々のダ
イに分離する後よりは、むしろ完全なウェハである間に
電気的絶縁と放熱機能を組み込むことが望まれる。これ
によって、工程とパッケージングを非常に簡単にするこ
とができる。さらに、電子装置を形作るために要求され
る最小の厚さまで薄くすることができるように、半導体
ウェハの構造的支持を提供することが望まれる。
れた熱消散能力を有する半導体構造を形成する方法であ
る。妥協することのない熱消散を有する電気的絶縁を提
供することは、望まれることである。さらに、個々のダ
イに分離する後よりは、むしろ完全なウェハである間に
電気的絶縁と放熱機能を組み込むことが望まれる。これ
によって、工程とパッケージングを非常に簡単にするこ
とができる。さらに、電子装置を形作るために要求され
る最小の厚さまで薄くすることができるように、半導体
ウェハの構造的支持を提供することが望まれる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】簡潔には、本発明は、改
良された放熱能力を有する半導体構造の形成方法であ
る。半導体基板が提供される。次に半導体基板が薄くさ
れる。さらに、ダイヤモンド層は、半導体基板の任意の
表面上に形成され、それによって薄くされた半導体基板
のための構造的な支持および放熱能力が提供される。
良された放熱能力を有する半導体構造の形成方法であ
る。半導体基板が提供される。次に半導体基板が薄くさ
れる。さらに、ダイヤモンド層は、半導体基板の任意の
表面上に形成され、それによって薄くされた半導体基板
のための構造的な支持および放熱能力が提供される。
【０００８】本発明に関連する材料を説明するために使
用される、「ダイヤモンド」という用語は、実質的にダ
イヤモンドを意味する。
用される、「ダイヤモンド」という用語は、実質的にダ
イヤモンドを意味する。
【０００９】
【実施例】図１を参照して、一般に本発明による好適な
方法によって作られる基板は、ダイヤモンド基板１２に
よって支持される半導体基板１４を含む。半導体基板１
４の上部表面２２において、半導体基板１４は、電子装
置を形成するために要求される最小限の厚さに薄くされ
る。さらに詳細を以下に説明すると、好適な方法によっ
て、ダイヤモンド基板１２は半導体基板１４に接着され
る。接着の工程の結果、炭化ケイ素の層１６が形成され
る。好適な方法により半導体層１４は、従来可能な厚み
より薄くすることができ、ダイヤモンド基板１２により
構造的に支持される。さらに、ダイヤモンド基板１２
は、銅製のヒート・シンクに比べて５倍も良い桁の熱伝
導および放熱を提供し、さらに半導体基板１４を形成す
る電子材料に必要とされる電気的絶縁をも提供する。さ
らに、電気的絶縁およびヒート・シンクは、個々のダイ
を切る前の装置工程の早い部分で形成される。これによ
って、さらに工程およびパッケージングが著しく簡単に
なる。なぜならば、例えば、個々のダイを後に金属のヒ
ート・シンクに取付けられるセラミック基板に取付ける
必要がないからである。
方法によって作られる基板は、ダイヤモンド基板１２に
よって支持される半導体基板１４を含む。半導体基板１
４の上部表面２２において、半導体基板１４は、電子装
置を形成するために要求される最小限の厚さに薄くされ
る。さらに詳細を以下に説明すると、好適な方法によっ
て、ダイヤモンド基板１２は半導体基板１４に接着され
る。接着の工程の結果、炭化ケイ素の層１６が形成され
る。好適な方法により半導体層１４は、従来可能な厚み
より薄くすることができ、ダイヤモンド基板１２により
構造的に支持される。さらに、ダイヤモンド基板１２
は、銅製のヒート・シンクに比べて５倍も良い桁の熱伝
導および放熱を提供し、さらに半導体基板１４を形成す
る電子材料に必要とされる電気的絶縁をも提供する。さ
らに、電気的絶縁およびヒート・シンクは、個々のダイ
を切る前の装置工程の早い部分で形成される。これによ
って、さらに工程およびパッケージングが著しく簡単に
なる。なぜならば、例えば、個々のダイを後に金属のヒ
ート・シンクに取付けられるセラミック基板に取付ける
必要がないからである。
【００１０】再度図１を参照して、より明確には、ダイ
ヤモンド基板１２が提供される。好適な方法によると、
ダイヤモンド基板１２は、D.Pickrellほかにより「Chem
icalVapor Deposition of Diamond for Electronic Pac
kaging Application（電気的パッケージング用途のため
のダイヤモンドの化学的蒸着）、ISIDEISHM、１９９１
年７月／８月、１１〜１５頁」において開示される、例
えば商業的には、ダイアモネックス（Diamonex）から供
給される種類のダイヤモンド基板を含む。非晶質，多結
晶または、単結晶のダイヤモンドのような多くの種類の
ダイヤモンド層が使用可能であると理解されたい。ダイ
ヤモンド層１２は、頂面１８を含む。
ヤモンド基板１２が提供される。好適な方法によると、
ダイヤモンド基板１２は、D.Pickrellほかにより「Chem
icalVapor Deposition of Diamond for Electronic Pac
kaging Application（電気的パッケージング用途のため
のダイヤモンドの化学的蒸着）、ISIDEISHM、１９９１
年７月／８月、１１〜１５頁」において開示される、例
えば商業的には、ダイアモネックス（Diamonex）から供
給される種類のダイヤモンド基板を含む。非晶質，多結
晶または、単結晶のダイヤモンドのような多くの種類の
ダイヤモンド層が使用可能であると理解されたい。ダイ
ヤモンド層１２は、頂面１８を含む。
【００１１】さらに、好適な方法によるとシリコン基板
１４が提供される。好適な方法によると、多くの半導体
材料がシリコンの代わりに用いることができると理解さ
れたい。シリコン半導体基板１４は、ダイヤモンド基板
１２に面する第１基板２０および頂面である第２基板２
２を含む。
１４が提供される。好適な方法によると、多くの半導体
材料がシリコンの代わりに用いることができると理解さ
れたい。シリコン半導体基板１４は、ダイヤモンド基板
１２に面する第１基板２０および頂面である第２基板２
２を含む。
【００１２】好適な方法によると、シリコン半導体基板
１４は、基板１４において要求される電子装置を形成す
るのに必要な最小の厚さまで薄くされる。これは、１〜
２ミルの薄さであればよい。そのような薄さは、同様の
内容において使用されない。なぜなら、ウェハが取り扱
いにくい薄さであるからである。しかしながら、以下に
詳細に説明するように薄い基板１４は、さらなる工程お
よびパッケージングの間、ダイヤモンド基板によって構
造的に支持される。
１４は、基板１４において要求される電子装置を形成す
るのに必要な最小の厚さまで薄くされる。これは、１〜
２ミルの薄さであればよい。そのような薄さは、同様の
内容において使用されない。なぜなら、ウェハが取り扱
いにくい薄さであるからである。しかしながら、以下に
詳細に説明するように薄い基板１４は、さらなる工程お
よびパッケージングの間、ダイヤモンド基板によって構
造的に支持される。
【００１３】好適な方法によると、基板１４の第１表面
２０は、平坦化されダイヤモンド基板１４に接着され
る。同様に、ダイヤモンド基板１２の頂面１８は、平坦
化される。したがって、ダイヤモンド基板１２の頂面１
８は、基板１４の第１表面２０と接触するに至る。好適
な方法によると、基板１４は、熱サイクル（heat cycli
ng）によってダイヤモンド基板１２を全体構造に接着
し、接触表面のインタフェースに薄いシリコン・カーバ
イド層１６を形成する。シリコン・カーバイド層１６
は、一般に１〜５原子厚（atoms）しかない。
２０は、平坦化されダイヤモンド基板１４に接着され
る。同様に、ダイヤモンド基板１２の頂面１８は、平坦
化される。したがって、ダイヤモンド基板１２の頂面１
８は、基板１４の第１表面２０と接触するに至る。好適
な方法によると、基板１４は、熱サイクル（heat cycli
ng）によってダイヤモンド基板１２を全体構造に接着
し、接触表面のインタフェースに薄いシリコン・カーバ
イド層１６を形成する。シリコン・カーバイド層１６
は、一般に１〜５原子厚（atoms）しかない。
【００１４】図１に示すように一度全ての基板構造が形
成されると、電子装置２１によって表わされる多数の電
子装置は、周知の方法によって半導体基板１４の第２表
面２２に形成される。電子装置２１は、基板１４上に形
成される多くの同一の装置のうちの１つと理解された
い。さらに、一度個々のダイに分離され封止されると、
ダイヤモンド基板１２によって優れた電気的絶縁および
熱消散が提供される。好適な方法によると、ダイヤモン
ド基板１２は、１０〜２０ミルの単位の厚みで提供され
る。
成されると、電子装置２１によって表わされる多数の電
子装置は、周知の方法によって半導体基板１４の第２表
面２２に形成される。電子装置２１は、基板１４上に形
成される多くの同一の装置のうちの１つと理解された
い。さらに、一度個々のダイに分離され封止されると、
ダイヤモンド基板１２によって優れた電気的絶縁および
熱消散が提供される。好適な方法によると、ダイヤモン
ド基板１２は、１０〜２０ミルの単位の厚みで提供され
る。
【００１５】好適な方法は、半導体基板１４をダイヤモ
ンド基板１２に接触および接着する前に、半導体基板１
４を薄くする段階を含むと説明される。しかしながら、
薄くする前に、好適な方法と一致するように半導体基板
１４をダイヤモンド基板１２に取付けることができる。
これは、半導体基板１４の薄くする工程の間、たとえ
ば、半導体基板１４を研磨によって薄くする工程におい
て、ダイヤモンド基板１２からの構造的な支持が必要と
される。さらに、半導体基板１４において形成される電
子装置は、基板１４を薄くしダイヤモンド基板に取付け
る前に形成することができる。このことは、既存のデバ
イス組立工程をダイヤモンド基板１２の追加を考慮に入
れた変更をすることなく使用できるので望まれる。
ンド基板１２に接触および接着する前に、半導体基板１
４を薄くする段階を含むと説明される。しかしながら、
薄くする前に、好適な方法と一致するように半導体基板
１４をダイヤモンド基板１２に取付けることができる。
これは、半導体基板１４の薄くする工程の間、たとえ
ば、半導体基板１４を研磨によって薄くする工程におい
て、ダイヤモンド基板１２からの構造的な支持が必要と
される。さらに、半導体基板１４において形成される電
子装置は、基板１４を薄くしダイヤモンド基板に取付け
る前に形成することができる。このことは、既存のデバ
イス組立工程をダイヤモンド基板１２の追加を考慮に入
れた変更をすることなく使用できるので望まれる。
【００１６】図２は、本発明の別の方法によって作られ
る基板構造を示す。図２に示す構造の一部で図１に示す
ものと類似するものは、同じ参照番号によって示され
る。図２の構造と図１の構造との著しい差異は、図２に
おいて、別個の基板として提供され半導体基板１４に接
着されるというよりは、むしろダイヤモンド層１２は、
半導体層１４上に化学的に蒸着されるということであ
る。
る基板構造を示す。図２に示す構造の一部で図１に示す
ものと類似するものは、同じ参照番号によって示され
る。図２の構造と図１の構造との著しい差異は、図２に
おいて、別個の基板として提供され半導体基板１４に接
着されるというよりは、むしろダイヤモンド層１２は、
半導体層１４上に化学的に蒸着されるということであ
る。
【００１７】さらに明確には、図２に示す構造を製造す
る別の方法により、シリコン半導体基板１４は提供され
る。半導体基板１４は、第１表面２０および第２表面２
２を含む。頂面１８を含むダイヤモンド層１２は、半導
体基板１４の第１表面２０上に化学的に蒸着される。ダ
イヤモンド層１２を蒸着する段階は、例えば、非晶質ダ
イヤモンドの薄膜，多結晶ダイヤモンドまたは、単一結
晶のダイヤモンドを蒸着することが含まれる。この別の
方法において、ダイヤモンド層１２は、１０〜２０ミル
（mils）の範囲の厚さに蒸着される。ダイヤモンドの化
学的な蒸着の許容される方法は、本明細書に参考として
含まれる米国特許第５，１２４，１７９号および第５，
１２６，２０６号に開示される。
る別の方法により、シリコン半導体基板１４は提供され
る。半導体基板１４は、第１表面２０および第２表面２
２を含む。頂面１８を含むダイヤモンド層１２は、半導
体基板１４の第１表面２０上に化学的に蒸着される。ダ
イヤモンド層１２を蒸着する段階は、例えば、非晶質ダ
イヤモンドの薄膜，多結晶ダイヤモンドまたは、単一結
晶のダイヤモンドを蒸着することが含まれる。この別の
方法において、ダイヤモンド層１２は、１０〜２０ミル
（mils）の範囲の厚さに蒸着される。ダイヤモンドの化
学的な蒸着の許容される方法は、本明細書に参考として
含まれる米国特許第５，１２４，１７９号および第５，
１２６，２０６号に開示される。
【００１８】次に、半導体基板１４は、表面２２に所望
の電子装置２１を形成するのに必要な最小限の厚さまで
薄くされる。この別の方法によって、半導体基板１４は
１〜２ミルの範囲以内の厚さまで薄くされる。基板１４
が薄くされた後、電子装置２１で表わされる多数の電子
装置が周知の組立方法によって表面２２に形成される。
の電子装置２１を形成するのに必要な最小限の厚さまで
薄くされる。この別の方法によって、半導体基板１４は
１〜２ミルの範囲以内の厚さまで薄くされる。基板１４
が薄くされた後、電子装置２１で表わされる多数の電子
装置が周知の組立方法によって表面２２に形成される。
【００１９】以上の説明から、改良された放熱能力を有
する基板構造の製造方法が提供されると理解されたい。
本方法は、以前非現実的であった程度まで薄くされた電
子装置を含む半導体基板が許容される構造を提供する。
さらに、電気的絶縁および熱放散が単一のダイヤモンド
層において提供される。さらに、先行技術において、ウ
ェハをダイに分離した後に個別にというよりは、むしろ
全ての個々の装置に対して、一度に電気的絶縁および熱
放散が提供される。
する基板構造の製造方法が提供されると理解されたい。
本方法は、以前非現実的であった程度まで薄くされた電
子装置を含む半導体基板が許容される構造を提供する。
さらに、電気的絶縁および熱放散が単一のダイヤモンド
層において提供される。さらに、先行技術において、ウ
ェハをダイに分離した後に個別にというよりは、むしろ
全ての個々の装置に対して、一度に電気的絶縁および熱
放散が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による好適な方法により作られた基板
構造の斜視図である。
構造の斜視図である。
【図２】 本発明による別の方法により作られた基板構
造の斜視図である。
造の斜視図である。
１２ ダイヤモンド基板 １４ 半導体基板 １６ シリコン層 １８ 頂面 ２０ 第１表面 ２１ 電子装置 ２２ 第２表面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｓ 23/36 Ｃ
Claims (5)
- 【請求項１】 改良された放熱能力を有する基板構造を
製造する方法であって：頂面（１８）を含むダイヤモン
ド基板（１２）を提供する段階；第１（２０）および第
２（２２）表面を含むシリコン基板（１４）を提供する
段階；前記シリコン基板（１４）を薄くする段階；前記
ダイヤモンド基板の前記頂面（１８）および前記シリコ
ン基板（１４）の前記第１表面（２０）を平坦化する段
階；前記ダイヤモンド基板の前記頂面（１８）を前記シ
リコン基板（１４）の前記第１表面（２０）と接触する
段階；前記ダイヤモンド基板（１２）を前記シリコン基
板（１４）に接着させ、それによって構造的支持および
前記シリコン基板（１４）への熱消散を提供する段階；
および、 前記シリコン基板（１４）の前記第２表面（２２）上に
電子装置（２１）を形成する段階；から構成されること
を特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記薄くする段階を前記接触させる段階
の前に行うことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記接触させる段階を前記薄くする段階
の前に行うことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記電子装置（２１）を形成する段階を
薄くする段階の前に行うことを特徴とする請求項１記載
の方法。 - 【請求項５】 改良された放熱能力を有する基板構造を
製造する方法であって：第１（２０）および第２（２
２）表面を有するシリコン半導体基板（１４）を提供す
る段階；前記シリコン基板（１４）の前記第１表面（２
０）上に非晶質ダイヤモンドの薄膜を形成し、それによ
って構造的支持および前記半導体基板（１４）への熱消
散を提供する段階；および、 前記シリコン半導体基板（１４）を薄くする段階；から
構成されることを特徴とする方法。
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|---|---|---|---|
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