JPS5912015B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS5912015B2
JPS5912015B2 JP55040442A JP4044280A JPS5912015B2 JP S5912015 B2 JPS5912015 B2 JP S5912015B2 JP 55040442 A JP55040442 A JP 55040442A JP 4044280 A JP4044280 A JP 4044280A JP S5912015 B2 JPS5912015 B2 JP S5912015B2
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beo
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semiconductor
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清 森本
俊宜 高木
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、バイポーラ構造、MOS構造、I″L構造、
あるいは太陽電池等、どんな半導体にも適用することが
出来る放熱構造を有する半導体装置に関するものである
半導体装置と放熱板を電気的に絶縁する必要のある場合
には、その間に、マイラシート、絶縁ワッシャ等の電気
的絶縁体を介在させねばならない。
しかし、この種電気的絶縁体は熱伝導特性が悪く、熱放
散特性をある程度犠牲にしなければならないという問題
点がある。一方、熱伝導率の高い絶縁材料として、酸化
ベリリウム(BeO)が知られており、このBeOの蒸
着膜を半導体素子の保護膜として用いるべくBeO薄膜
の形成方法が特公昭50−39437号公報により提案
された。しかしながら、通常の蒸着法では、結晶性の良
い5BeO薄膜の形成は困難であつて、BeOの結晶性
を利用して放熱特性の改善を図つた半導体装置は未だな
い。本発明は、このBe0被膜をc軸配向性を持つて蒸
着形成させることにより、該BeO被膜のも10つ、熱
伝導特性を利用して放熱効果を更に向上させたものであ
る。
ここでBeOの結晶は、六方晶形の結晶形をとり、この
六方晶の長軸、すなわちc軸が同じ方向を向いて成長し
ている状態をc軸配向という。
こ15の場合、六方晶のa軸についても同方向に配向す
れば、単結晶となるが、本発明の場合、基板は必ずしも
単結晶成長の条件を具えていないので、それは期待でき
ない。また、熱伝導性の見地からも、c軸方向が問題と
なる。ク0 したがつて本発明では、Be0皮膜のa軸
方向については特に問題とせず、c軸方向に配向させた
Be0結晶皮膜を用いることを特徴とするものである。
また、Be0皮膜を形成すべき基板側が多結晶25やア
モルファスであつても、後述するような特定の条件下で
被着する場合には、Be0皮膜は、c軸配向する性質を
もつており、結晶は、c軸が被着面に対してほぼ垂直方
向に配向して成長する。
次に、c軸方向に配向されたBe0被膜の蒸着30形成
方法の例を、第1図を参照して説明する。第1図に示さ
れる蒸着装置は、全体として真空容器内に封入されてい
る。しかして、0.5Tnm〜2.0−程度の1個又は
複数個のノズル22を有する密閉形のるつぼ21内に、
35フレーク状あるいはペレット状とした金属Beを充
填して加熱装置24により加熱する。
他方、酸素供給用パイプ35を介して、そのノズル36
から真空容器内に酸素36aを供給し、真空容器内の圧
力を10−6T0rr〜10−3程度に保つ。
ここで、上記るつぼ21内の金属Beの蒸気23aは、
るつぼ21の内外の圧力差により、ノズル22よりるつ
ぼ21外へ蒸気流23bとなつて噴出するが、該噴出時
の断熱膨脹に基づく過冷却現象により、蒸気状のBe原
子や分子がフアゾデルワースカで緩く結合してクラスタ
となる。
このBeの蒸気流23bは、イオン化室26に入り、加
熱されたフイラメント28から放出された電子が、この
フイラメント28と網状の陽極2?との間に印加された
100〜1000V程度の電圧により加速されて、上記
蒸気流23bに射突し、その一部をイオン化する。この
一部がイオン化されたBeの蒸気流23bは、その通路
にある酸素と混合し、加速電極37により加速されて、
ホルダ31に保持される被着基板1方向に進み、シヤツ
タ33が開放されているとマスク40の開□を通して被
看基板1の表面に射突し、ここに、c軸配向性を持つB
eO被膜41が形成される。尚第1図において、25は
熱遮・、い板、29は遮・\い板である。しかして、上
記金属Beの蒸気流23bは、密閉形るつぼ21のノズ
ル22から噴出されて、噴出時に得たエネルギーをもつ
て被着基板1に射突する。
この際、蒸気流中に含まれるイオンの効果により、核形
成、核成長が促進され、c軸配向したBeO結晶被膜が
得られることになる。
このBeO結晶被膜のc軸配向性は、イオンの存在が大
きく影響するものであり、通常の真空蒸看法やCVD(
ChemicalVapOrDepOsitiOn)法
、あるいはスパツタリジグ法等により形成したBeO被
膜では、c軸方向の配向性は生じない。
.また、前述したクラスタの生成条件は、るつぼ21
の加熱温度と周囲真空容器内の圧力によつて定まる。す
なわち、るつぼ21内の金属Beの蒸気の圧力をP、真
空容器内の圧力をP。
とした場合、p/ PO≧102好ましくはP/PO≧
104となるように設定する。例えば、金属Beの溶融
点が1280℃であるので、加熱温度1300℃で蒸気
圧Pは約5×10−2T0rr)1380℃でIXIO
−1T0rrとなる。
したがつて、真空容器内の圧力が10HT0rr〜10
−5T0rr程度であれば、前記加熱温度は1300℃
〜1400℃程度に設定すればよい。
また、被看基板1に射突する金属Beの蒸気流23bは
、イオン化室26を通過することによつて、その一部が
イオン化されているので、前述したようにこのイオンの
もつ電界によつて結晶成長のための核形成が促進され、
さらにこの形成された核を中心にして原子が集まり島状
領域を形成する、いわゆるコアレツセンスに有効に作用
する。これらの理由により、上述した方法によつて、B
eO被膜をc軸配向性を持つて蒸看形成させることが出
来る。このBeO被膜の結晶性のよさは、第2図A,b
及び第3図に示す測定結果により明らかである。
第2図aは、上記BeO被膜の結晶性を評価するために
、上記第1図によつて説明した方法によりガラス基板上
にBeO被膜を被着し、得られたBeO被膜の走査形電
子顕微鏡写真像を示す。基板としてサフアイアの単結晶
基板を用い、このサフアイア単結晶基板のC面、すなわ
ち(0001)面に、BeO被膜を結晶成長させた場合
の反射電子線回折像(RHEEDパターン)を第2図b
に示す。この第2図bによればBeO被膜は、表面抵抗
がきわめて高いために、照射した電子ビームによる帯電
があり、これがRHEEDパターンの解像度を丁げてい
るが、明らかに基板のc軸にそつて結晶成長しているこ
とがわかる。
第3図は、Si単結晶基板上に、第1図によつて説明し
た方法により被着したBeO被膜のX線回折パターンを
示している。この第2図及び第3図から明らかなように
、上述した工程を経て得られるBeO被膜は、六方晶系
結晶に特有の柱状組織がみられ、c軸方向に優先配向し
ていることが明らかである。
ところで、このBeO被膜は熱伝導特性がすぐれている
が、c軸配向した被膜は、その熱伝導特性に異方性をも
つ。
本発明者が上記BeO被膜におけるc軸方向と平行方向
の熱伝導率K″Phと、c軸方向と垂直方向(a軸方向
)の熱伝導率Kphとを測定した結果、室温でそれぞれ
K″Ph二2.6W/Cm.deg,Kph二0.6W
/Cm.degであり、c軸に沿つての熱伝導率が、c
軸に対して垂直方向の熱伝導率に比べて約4.3倍大き
いことがわかつた。
したが?て、半導体被着基板の放熱方向に沿つてBeO
被膜がc軸配向するように被看すれば、放熱効果を大幅
に向上できる。また、熱伝導率の温度特性がK″Ph,
Kphとも温度T−2に従うことから、BeO結晶膜は
フオノン散乱の中心となる格子欠陥が極めて少ないこと
がわかつた。第4図A及びBは、本発明に係る、c軸配
向性を持つて被着形成されたBeO被膜を有する放熱構
造が適応された半導体装置の製作手順を示す図である。
第4図Aに示す手順は、半導体素子があらかじめ作り込
まれている半導体被着基板1に、上述した方法により、
c軸配向性を持つたBeO被膜41を形成し、さらに、
そのBeO被膜41にヒートシンク51を接合させたも
のである。
また第4図Bに示す手順は、まずヒートシンク61に上
述したと同様の方法を用いてBeO被膜41を被着形成
し、このBeO被膜41上に、例えばSiを結晶成長さ
せて半導体被着基板1を形成する。
上記BeO被膜41は前述したようにc軸方向の優先方
位を有するので、そのBeO被膜41が形成された基板
61上にSiを蒸着すると、蒸着条件を適当に選ぶこと
により低基板温度で多結晶Siを成長させることができ
る。このBeO被膜41上の結晶成長はエピタキシヤル
によつても行わせることができ、これはサフアイア.オ
ン.シリコン(SOS)におけるc軸に規制されて結晶
成長させることができるのと同様の作用によるものであ
る。第5図は、上述した方法並びに各手順によつて製作
された半導体装置の実施例の断面における走査形電子顕
微鏡写真像で、半導体層としてのシリコン層とヒートシ
ンクとしてのAt層の間に、c軸配向性を持つて0.6
μm(7)BeO被膜が形成されている。
しかして、半導体素子が形成されるシリコン層で発生し
た熱が、熱伝導率のきわめて大きな、BeO被膜のc軸
に沿つてAt層側に伝達され、シリコン層の放熱が行わ
れることになる。
またBeOはアモルフアス上でもc軸優先方位をもつ膜
が得られるものであり、しかもその優先方位の度合いは
製作条件でコントロールできるものである。
さらにBeO膜の厚さについても容易にコントロールで
きるので任意の厚さの膜を作ることができ、しかもこの
BeO膜自体の電気抵抗は1013Ω。mときわめて高
いので、薄膜でも十分な絶縁特性が得られるものである
。しかして、本発明による半導体装置によれば、素子部
が形成される半導体層の裏面に、c軸配向性を持つた酸
化ベリリウムの蒸着被膜を直接接触形成させるようにし
たので、該半導体装置は半導体被着基板とその放熱板と
の間における高電気絶縁性を維持した状態ですぐれた放
熱性を持たせることができる。
その放熱効果は、通常の酸化ベリリウム蒸着被膜を用い
る場合に比し、4倍程度向上する。更に、c軸配向した
BeO被膜上に、半導体層をエピタキシヤル成長させれ
ば、多結晶半導体層、あるいは、成長条件を制御するこ
とによつて単結晶半導体層が形成でき、素子部を作り込
める半導体層が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係るc軸配向性を持つた酸化ベリリ
ウム被膜を製造する装置の概略構成図、第2図A,bは
、同酸化ベリリウム被膜の走査電子顕微鏡写真を示す図
、第3図は、同酸化ベリリウム被膜のX線回折パターン
を示す図、第4図A,Bは、本発明に係る半導体装置の
製作手順を示す図、第5図は、本発明に係る半導体装置
の断面における走査形電子顕微鏡写真を示す図である。 1 ・・・・・・半導体層としての半導体被着基板、4
1・・・・・・酸化ベリリウム被膜、51,61・・・
・・化一トシンク。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 素子部が形成される半導体層又は該半導体層で発生
    した熱を取り去るヒートシンクのいずれか一方の接触面
    にC軸配向性を持つて酸化ベリリウム被膜が形成されて
    いることを特徴とする半導体装置。 2 ヒートシンクの表面にc軸配向性を持つて酸化ベリ
    リウム被膜が形成され、この酸化ベリリウム被膜の上に
    エピタキシャル成長により半導体層が形成されているこ
    とを特徴とする半導体装置。
JP55040442A 1980-03-31 1980-03-31 半導体装置 Expired JPS5912015B2 (ja)

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JPS56137662A JPS56137662A (en) 1981-10-27
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