JPH11116385A - 半導体ウエハおよびその製造方法 - Google Patents

半導体ウエハおよびその製造方法

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JPH11116385A
JPH11116385A JP9272692A JP27269297A JPH11116385A JP H11116385 A JPH11116385 A JP H11116385A JP 9272692 A JP9272692 A JP 9272692A JP 27269297 A JP27269297 A JP 27269297A JP H11116385 A JPH11116385 A JP H11116385A
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JP
Japan
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aln
wafer
silicon
formed product
semiconductor
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JP9272692A
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English (en)
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Tomohiko Ogata
知彦 尾形
Toru Tsurumi
徹 鶴見
Manabu Oyama
学 大山
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】化学的または物理的手法により、半導体層
とセラミックス層とを積層してなることを特徴とする半
導体ウエハ。 【効果】本発明により、熱放射性がよく冷却性能に優れ
た基板、安価で鏡面性、平坦性に優れた発塵しないダミ
ーウエハなどの半導体ウエハを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な半導体ウエ
ハに関するもので、良好な熱伝導性、放熱性を有し、セ
ラミックス積層基板、ハイブリッドIC基板用途、ダミ
ーウエハなどにきわめて有用である。
【0002】
【従来の技術】情報機器の設計に当たって、放熱対策は
最も重要な問題である。装置に十分な空間が確保され、
発熱量が小さかった場合では熱を逃がす方法はいくらで
もあった。小型化、集積化が進み、発熱密度が高くなっ
てきた携帯情報機器などの分野では、この方法は間に合
わなくなってしまった。
【0003】例えばパソコンに搭載される中央演算子
(以下CPUと称する)は、温度が高くなりすぎると演
算処理速度が遅くなるばかりでなく、動作不能に陥るこ
ともある。実際、近年のCPUは動作周波数が数百メガ
ヘルツで、発熱量は数十ワット程度となるので効率の良
い冷却方法は最も重要な問題となっている。
【0004】これまで、米国インテル社のペンティアム
プロセッサ133メガヘルツを搭載したパソコンでは、
アルミ合金製の構造体を用いて熱伝導で拡散し、樹脂製
筐体を介して外気に熱放散していた。しかし、150メ
ガヘルツとなるとアルミフレームの熱抵抗を小さくする
ためにヒートパイプを設置し、さらに166メガヘルツ
ではCPU以外の発熱源を冷却するため、プロセッサの
位置にファンを搭載し、空気を媒体として強制対流で冷
却する方法があった。
【0005】このように熱を外部に放出するためにこれ
まで千差万別の方法が採られてきた。しかしながら、サ
ブノートパソコンに代表されるような軽量、薄型タイプ
ではさらにヒートシンクを直接CPUに接着するチップ
ダイレクト冷却の方法が採られている。この方法は、ベ
アチップに直接ヒートシンクを接着することで熱抵抗を
小さくする。ヒートシンク材にはアルミ合金の押し出し
材を切削して作製し、CPUとの間に伝熱性の粉末を1
00〜200μmの層として挟んで押しつけている。こ
の場合CPUで発生した熱はまずヒートシンクに伝導す
る。そこからキーボード下のアルミ製放熱板へと伝わ
る。放熱板とヒートシンクは接触しておらず、輻射と対
流によって伝熱する。
【0006】CPUばかりでなく、DRAMなどのメモ
リも配線密度と共に記憶密度が上がったために素子自体
が熱を発生しやすくなっているといった問題も生じてい
る。
【0007】熱発生源である半導体素子に直接ヒートシ
ンクを接着する方法は放熱性が最も効率よく行われるの
で好ましい。しかしながら、これまでは接着しても素子
とヒートシンクの間に隙間が生じたり、接着剤を用いる
ために接着層によって良好な熱伝達ができないといった
問題があった。
【0008】また、半導体デバイスの製造ラインにおい
ては、製品と同じ様に鏡面研磨されたシリコンウエハを
各種の検査項目をチェックするテスト用ウエハ(以下ダ
ミーウエハと称する)として使用し、各工程での加工精
度や清浄度を確認しながら各プロセス処理が行われてい
る。上記ダミーウエハの例としては、膜厚モニター用の
ダミーウエハ、ウエハ上に付着したパーティクル数を測
定したことにより各工程の清浄度を検査するパーティク
ルカウント用ダミーウエハなどを挙げることができる。
【0009】しかしながら、シリコンウエハは高価であ
ることから、ダミーウエハとしては可能な限り繰り返し
用いることが望まれており、前記膜厚モニター用ダミー
ウエハの場合は、エッチング処理後、鏡面研磨して再生
する方法が採られている。したがって、シリコンダミー
ウエハは繰り返し使用する枚数も限られるので、同様の
特性を有する安価な代替のダミーウエハが要求されてい
る。
【0010】上記シリコンウエハの代替材料としては、
SiCやAlNなどのセラミックス基板に鏡面研磨を施し
たダミーウエハを使用する例がある。しかしながら、鏡
面性、平坦度の点でシリコンウエハに劣り、製造プロセ
スの中で発塵して半導体デバイスの汚染源になるといっ
た問題も有していた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決し、熱放射性がよく冷却性能に優れた基板、安価
で鏡面性、平坦性に優れた発塵しないダミーウエハなど
の半導体ウエハを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、化学的
または物理的手法により、半導体層とセラミックス層と
を積層してなることを特徴とする半導体ウエハであり、
セラミックス層上に、化学的または物理的手法により半
導体層を蒸着し積層するか、または、半導体上に、化学
的または物理的手法によりセラミックス層を蒸着し積層
する製造方法である。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明を製造方法の順にしたがっ
て、以下詳述する。
【0014】(1)セラミックス基板上に、化学的また
は物理的手法により半導体層を蒸着し積層した半導体ウ
エハの製造方法 この典型的な例として、まず、AlN基板にSiを蒸着す
る場合について以下述べる。
【0015】酸素含有率2%以下のAlN原料粉末に焼
結助剤としてCaO、Y2 3 をそれぞれ0.5〜5重
量%添加し、さらに有機溶剤を加えて混合する。この混
合粉末を室温で加圧成形し、その後脱脂処理してAlN
成形体を作製する。この後、カーボン還元雰囲気の得ら
れるカーボン炉を用いて、Arガスなどの窒素ガス以外
の不活性ガス雰囲気または1torr以下の減圧下にて
1〜6時間焼成する。これは焼結体の緻密化と粒内酸素
の除去を目的とする。次に焼成雰囲気を窒素ガスに切り
換えて1〜24時間焼成する。これは焼結助剤相の窒
化、揮発除去を目的とする。
【0016】次に、CVD法などによってシリコン層を
蒸着する。CVD法には常圧CVDの他、減圧CVD、
プラズマCVD、光CVDなどがある。
【0017】最も一般的なCVDは熱分解反応を用いる
方法である。Siを合成するにはモノシラン(Si
4 )の熱分解による方法が一般的である。SiH4
反応は500℃程度の温度から分解が始まり、アモルフ
ァス薄膜を形成するが、550℃以上では多結晶化す
る。
【0018】水素化物の熱分解においてはジシラン(S
2 6 )なども用いられている。また、メタン(CH
4 )の熱分解と併用して、SiCの組成をもった膜形成
が可能である。
【0019】他にハロゲン化物の水素還元法がある。S
iの塩化物としてSiCl4 の他にSiHCl3 、Si
2 Cl2 、SiH3 Clなどが存在するが、水素数の
多いほど反応温度が低下する。他に臭化物、ヨウ化物も
原料として適用できる。
【0020】また、化学的輸送反応では封じられた反応
室内において、高温部と低温部が共存するとき、低温部
に置かれた基板上において高温部分から移動したガスが
熱分解し、膜を形成させるもので、不均等化反応として
知られている。例えば 2SiX2 →Si+SiX4 のような化学平衡状態を利用する。この方法は、GaA
sのような金属間化合物のエピタキシャル成長にも用い
られる。
【0021】次に、SiCダミーウエハ基板上にSiを
蒸着する方法について述べる。
【0022】基材表面に積層する薄板は、CVD法、P
VD法等に方法によって炭素などの基材上に生成させ
る。例えば、炭化珪素を生成する場合は、テトラエトキ
シシランと炭酸ガスをある一定の割合で混合導入し、反
応槽内で加熱した炭素基材上に析出させることができ
る。この後、炭素を空気中で燃焼させ、炭化珪素の薄板
を得る。この際、炭素基板表面に数μm〜100μmの
範囲で細かな凹凸パターンを設けておくと、その形状通
りに炭化珪素層が析出してくるので、基材炭素を雌型に
利用することもできる。さらに、数mm〜数10mmの
高さの突起を設ければ、基材炭素離型後に貫通孔を得る
こともできる。
【0023】このようにして作製したSiCに上述した
ような方法で、シリコンの蒸着層を設ければよい。
【0024】(2)半導体上に、化学的または物理的手
法によりセラミックス層を蒸着し積層した半導体ウエハ
の製造方法 単結晶シリコンからなる半導体層にセラミックスを蒸着
する方法について述べる。
【0025】まず、フローティングゾーン法や引き上げ
法によってシリコン単結晶棒を作製し、この両端を切断
した後、直径を揃えるために研削して円周側面にオリエ
ンテーションフラットを施す。オリエンテーションフラ
ットとは結晶方向や加工の際の基準位置として用いる平
面加工部分をいう。この後、ダイヤモンドカッターで薄
くスライスし、表面を研磨して純水で洗浄する。
【0026】次にこのシリコンウエハの片面に化学的ま
たは物理的手法によって窒化アルミニウム層などをコー
ティングする。最も一般的な方法として化学的気相成長
法(CVD法)がある。
【0027】もう一方の面には酸化膜をつけて保護す
る。この酸化膜を作るにもCVD法を用いる。CVD法
は気体の熱分解や化学反応を利用してウエハ上に薄膜を
作る方法である。
【0028】例えば、炉の周りに高周波コイルを置き、
炉の中にウエハを並べて、高周波コイルに電流を流し、
炉内を加熱して、シランガスと酸素ガスを送り込む。こ
のとき、シランと酸素が爆発的に反応しないように窒素
などの不活性ガスも同時に送り込むと、 SiH4 +O2 →SiO2 +2H2 なる反応が炉内で起こり、ウエハ表面にSiO2 の薄膜
を作ることができる。
【0029】このCVD法は送り込むガスの種類によっ
て窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜などを作ることが
可能である。例えば、以下のような反応を生じる。
【0030】熱分解反応 SiH4 →Si+2H2 アンモニアとの反応 3SiH4 +4NH3 →Si3
4 +12H2 基板が単結晶シリコンの場合は、1000℃程度でエピ
タキシャル成長が可能となる。
【0031】このウエハ上にできた酸化膜に窓を開け
て、不純物を拡散し回路を作製する工程に入る。酸化膜
を溶かすのにウエハに塗るのはネガ型のレジストであ
る。まず、酸化膜にフォトレジストを塗り、プリベーク
した後フォトリソグラフィによってマスクパターンを転
写する。紫外線照射後、ウエハを溶剤に入れて紫外線が
当たらずに反応しなかったフォトレジストだけを溶解
し、ウエハ上の反応硬化したレジストをポストベークす
る。この後、ウエハの酸化膜だけを溶かす溶剤に入れ
て、フォトレジストのついていない酸化膜だけを溶か
し、次に残ったフォトレジストを溶剤ですべて溶かして
酸化膜に窓を開ける。開けた窓には、熱拡散法やイオン
注入法によって不純物を拡散する。
【0032】こうした工程をセルフアラインを使って何
回か繰り返し行い複雑な回路を作製する。
【0033】上記の方法により得られた半導体ウエハ
は、セラミックス積層基板、ハイブリッドIC基板、ダ
ミーウエハに用いることができる。
【0034】
【実施例】以下に、本発明を実施例を用いて、具体的に
説明する。ただし、本発明はこれに限定されない。な
お、実施例中の濃度は重量%である。
【0035】実施例1 酸素含有率0.8重量%のAlN原料粉末に焼結助剤と
してCaO、Y2 3をそれぞれ1重量%、0.5重量
%添加し、さらに有機溶剤を加えて混合する。この混合
粉末を室温で加圧成形し、その後脱脂処理してAlN成
形体を作製する。この後、カーボン還元雰囲気の得られ
るカーボン炉を用いて、Arガス雰囲気にて1時間焼成
する。次に焼成雰囲気を窒素ガスに切り換えて4時間焼
成する。
【0036】次にCVD法により基板上にSi薄膜を形
成する。CVDは最も一般的なモノシラン(SiH4
の熱分解による方法を用いた。反応温度は650℃と
し、多結晶シリコンを生成する。
【0037】実施例2 基材となるSiC薄板は、CVD法によってカーボン基
材上に生成させる。まず、テトラエトキシシランと炭酸
ガスを所定の割合で混合導入し、反応槽内で1000℃
に加熱した炭素基材上に析出させる。この後、炭素を空
気中で800℃にて燃焼させ、炭化珪素の薄板を得る。
【0038】このようにして作製したSiC基板上に実
施例1に示した方法で、シリコンの蒸着層を設ける。
【0039】実施例3 単結晶シリコンの半導体基板に実施例2に記した方法に
よってSiCを蒸着する。
【0040】
【発明の効果】本発明により、熱放射性がよく冷却性能
に優れた基板、安価で鏡面性、平坦性に優れた発塵しな
いダミーウエハなどの半導体ウエハを得ることができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/66 C04B 35/58 104Y

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化学的または物理的手法により、半導体
    層とセラミックス層とを積層してなることを特徴とする
    半導体ウエハ。
  2. 【請求項2】 半導体層が単結晶シリコンまたは多結晶
    シリコンであることを特徴とする請求項1に記載の半導
    体ウエハ。
  3. 【請求項3】 セラミックス層が窒化アルミニウム、窒
    化珪素および炭化珪素のいずれかを主成分とすることを
    特徴とする請求項1に記載の半導体ウエハ。
  4. 【請求項4】 セラミックス層上に、化学的または物理
    的手法により半導体層を蒸着し積層してなることを特徴
    とする半導体ウエハの製造方法。
  5. 【請求項5】 半導体層上に、化学的または物理的手法
    によりセラミックス層を蒸着し積層してなることを特徴
    とする半導体ウエハの製造方法。
JP9272692A 1997-10-06 1997-10-06 半導体ウエハおよびその製造方法 Pending JPH11116385A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6388941B2 (en) 2000-07-13 2002-05-14 Hitachi, Ltd. Semiconductor device
US6454712B1 (en) 1999-08-25 2002-09-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic image measuring apparatus

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US6454712B1 (en) 1999-08-25 2002-09-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic image measuring apparatus
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