JPS61263141A - Ｓｉ半導体基板 - Google Patents
Ｓｉ半導体基板Info
- Publication number
- JPS61263141A JPS61263141A JP10432585A JP10432585A JPS61263141A JP S61263141 A JPS61263141 A JP S61263141A JP 10432585 A JP10432585 A JP 10432585A JP 10432585 A JP10432585 A JP 10432585A JP S61263141 A JPS61263141 A JP S61263141A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- substrate
- diamond film
- semiconductor
- onto
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はＳｉ半導体基板に関し、Ｓｉ半導体基板の放熱
特性の改良に関するものである。
特性の改良に関するものである。
従来の技術
ＩＣなどの半導体素子は高集積化とともに高速化、高周
波数化が叫ばれているが、高速・高周波素子に適する半
導体は単位体積当りの消費電力が大きく、素子の発熱密
度は非常に高いものとなっている０発熱量が大きくなっ
て素子の温度が上昇すると、能動素子の場合には動作点
がずれたり、受動素子の場合には定数が変化して、種々
の特性が劣化し、しいては動作不能となってしまうので
、素子の熱対策はその信顧性において極めて重要なもの
となっている。
波数化が叫ばれているが、高速・高周波素子に適する半
導体は単位体積当りの消費電力が大きく、素子の発熱密
度は非常に高いものとなっている０発熱量が大きくなっ
て素子の温度が上昇すると、能動素子の場合には動作点
がずれたり、受動素子の場合には定数が変化して、種々
の特性が劣化し、しいては動作不能となってしまうので
、素子の熱対策はその信顧性において極めて重要なもの
となっている。
従来、ＩＣやＬＳＩなど半導体素子で発生した熱は主に
チップからパッケージに伝導し、そこから空中に放出し
たり配線を通して放熱したりしていたが、特に発熱量の
大きな場合には放熱対策として放熱フィンを設けたり強
制水冷を施していた。
チップからパッケージに伝導し、そこから空中に放出し
たり配線を通して放熱したりしていたが、特に発熱量の
大きな場合には放熱対策として放熱フィンを設けたり強
制水冷を施していた。
また、限られた部分から大きな熱が発生する場合には、
熱伝導性の優れたダイヤモンドのヒートシンクが用いら
れることがある。例えば、半導体レーザーを室温で連続
発振させるためには熱放散を良くすることが必要となり
、通常、レーザーチップがＩｎ、Ｓｎ等の低融点金属や
Ｐｂ−３ｎ 、 Ａｕ−３ｎ 。
熱伝導性の優れたダイヤモンドのヒートシンクが用いら
れることがある。例えば、半導体レーザーを室温で連続
発振させるためには熱放散を良くすることが必要となり
、通常、レーザーチップがＩｎ、Ｓｎ等の低融点金属や
Ｐｂ−３ｎ 、 Ａｕ−３ｎ 。
Ａｕ−５ｔ等のボンディングハンダを用いた融着法によ
りダイヤモンドヒートシンク上にマウントされて、チッ
プ内で発生した熱がダイヤモンドヒートシンクを介して
放熱される。
りダイヤモンドヒートシンク上にマウントされて、チッ
プ内で発生した熱がダイヤモンドヒートシンクを介して
放熱される。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、放熱フィンや強制水冷による放熱では装
置が大型かつ複雑になるばかりでなくコストが高くなる
という問題がある。
置が大型かつ複雑になるばかりでなくコストが高くなる
という問題がある。
また、ダイヤモンドヒートシンクは３次元的な熱の放散
を行って放熱性を高めるために、通常厚さ０．２ｆｉ程
度以上の板状をなすことが必要である。
を行って放熱性を高めるために、通常厚さ０．２ｆｉ程
度以上の板状をなすことが必要である。
しかしながら、ダイヤモンドをこのような形状に加工す
るには極めてコストが高くなるとともに、天然ダイヤモ
ンドの産出が著しく少ない、さらに高温・高圧下の温度
勾配による炭素の溶媒金属への溶解度差を利用して結晶
を析出させる従来の人工ダイヤモンド製造法では微細な
結晶しか得られないので、ヒートシンクの大きさが限定
され〜ごく限られた素子にしかダイヤモンドヒートシン
クを使用することができなかった。また、ヒートシンク
として用いられるダイヤモンドは非常に優れた熱伝導性
を示すが、チップをヒートシンク上にボンディングする
ために用いられる低融点金属やハンダ合金は熱伝導率が
低く、チップで発生した熱はこれら金属を通らなければ
ヒートシンクに伝導されないので、ダイヤモンドの高い
熱伝導性が最大限には活用されていなかった。
るには極めてコストが高くなるとともに、天然ダイヤモ
ンドの産出が著しく少ない、さらに高温・高圧下の温度
勾配による炭素の溶媒金属への溶解度差を利用して結晶
を析出させる従来の人工ダイヤモンド製造法では微細な
結晶しか得られないので、ヒートシンクの大きさが限定
され〜ごく限られた素子にしかダイヤモンドヒートシン
クを使用することができなかった。また、ヒートシンク
として用いられるダイヤモンドは非常に優れた熱伝導性
を示すが、チップをヒートシンク上にボンディングする
ために用いられる低融点金属やハンダ合金は熱伝導率が
低く、チップで発生した熱はこれら金属を通らなければ
ヒートシンクに伝導されないので、ダイヤモンドの高い
熱伝導性が最大限には活用されていなかった。
以上の如く、従来のｓｉ半導体装置は、効率的に放熱で
き、且つ小型で安価な放熱手段がなかった。
き、且つ小型で安価な放熱手段がなかった。
かくして本発明の目的は、内部で発生した熱を良好に放
散でき、小型で安価な半導体素子を実現することができ
るＳｔ半導体基板を提供することにある。
散でき、小型で安価な半導体素子を実現することができ
るＳｔ半導体基板を提供することにある。
問題点を解決するための手段
本発明のｓｉ半導体基板は、Ｓｉ半導体層からなる基板
母体あるいはＳＩ半導体層の上に金属層が形成されてな
る基板母体と、この基板母体の上に形成されたダイヤモ
ンド膜とを有している。また、本発明の好ましい態様に
おいては、ダイヤモンド膜が気相合成法によって形成さ
れ、その厚さが５０μ−以上ある。さらに基板母体の金
属層がＷからなっている。
母体あるいはＳＩ半導体層の上に金属層が形成されてな
る基板母体と、この基板母体の上に形成されたダイヤモ
ンド膜とを有している。また、本発明の好ましい態様に
おいては、ダイヤモンド膜が気相合成法によって形成さ
れ、その厚さが５０μ−以上ある。さらに基板母体の金
属層がＷからなっている。
作 用
ダイヤモンドは他の非金属物質および金属物質よりも高
い熱伝導率を有するので、放熱材料としては最適である
。しかも、気相合成法によってダイヤモンドを基板母体
に堆積させれば、基板母体全面に直接ダイヤモンドを成
長させることができる。従って、ダイヤモンド膜とは反
対側のＳｉ半導体基板上に素子を構成すると、この素子
で発生した熱は基板母体を介してダイヤモンド膜に伝導
した後、極めて速くパンケージに放散される。
い熱伝導率を有するので、放熱材料としては最適である
。しかも、気相合成法によってダイヤモンドを基板母体
に堆積させれば、基板母体全面に直接ダイヤモンドを成
長させることができる。従って、ダイヤモンド膜とは反
対側のＳｉ半導体基板上に素子を構成すると、この素子
で発生した熱は基板母体を介してダイヤモンド膜に伝導
した後、極めて速くパンケージに放散される。
さらに、気相合成法でダイヤモンド膜を形成すれば、ダ
イヤモンド膜の形状の自由度が高く、ダイヤモンドの加
工がほとんど不要となるので、従来のダイヤモンドヒー
トシンクに比べて非常にコストが低くなる。
イヤモンド膜の形状の自由度が高く、ダイヤモンドの加
工がほとんど不要となるので、従来のダイヤモンドヒー
トシンクに比べて非常にコストが低くなる。
また、一般に半導体素子では半導体基板の裏面上に電極
金属層が設けられることが多いが、ダイヤモンド膜をこ
の電極金属層の上に形成しても本発明の効果が損なわれ
るものではない。
金属層が設けられることが多いが、ダイヤモンド膜をこ
の電極金属層の上に形成しても本発明の効果が損なわれ
るものではない。
また、ダイヤモンド膜はある程度以上の厚さがないと良
好な三次元的熱放散が行われないので、少なくとも５０
μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上の厚さであること
が望まれる。
好な三次元的熱放散が行われないので、少なくとも５０
μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上の厚さであること
が望まれる。
実施例
以下、本発明の実施例について説明する。
片面が研摩された厚さ０．２龍、直径３インチの３１ウ
エハーの非研摩面にプラズマＣＶＤ法によりダイヤモン
ド膜を厚さ３００μｍ堆積させた。このときのプラズマ
ＣＶＤ法は、周波数１３．５６ＭＨ１の高周波電源を用
い、原料としてはＣＨ４，Ｈｔ混合ガスを用いた。
エハーの非研摩面にプラズマＣＶＤ法によりダイヤモン
ド膜を厚さ３００μｍ堆積させた。このときのプラズマ
ＣＶＤ法は、周波数１３．５６ＭＨ１の高周波電源を用
い、原料としてはＣＨ４，Ｈｔ混合ガスを用いた。
次に前記Ｓｔウェハーの研摩面に１．２μｍルールの論
理ｒｃを形成し、４ ｍ Ｘ ４ ｍの大きさに切り出
した０次にダイヤモンド股上にＡｕを蒸着させ、銀ロー
付によってＣｕ−Ｗ合金よりなる放熱フィン付きの３５
ｆｉ Ｘ ３５Ｍの基板にとりつけた。
理ｒｃを形成し、４ ｍ Ｘ ４ ｍの大きさに切り出
した０次にダイヤモンド股上にＡｕを蒸着させ、銀ロー
付によってＣｕ−Ｗ合金よりなる放熱フィン付きの３５
ｆｉ Ｘ ３５Ｍの基板にとりつけた。
この論理ＩＣを２００時間連続動作させたが、何ら問題
なく正常に動作を続けることが出来た。このような高密
度のＩＣの場合、従来のパッケージでは３０分以上の連
続動作は不可能とされていただけに、本発明による熱効
率の顕著な効果が証明できた。
なく正常に動作を続けることが出来た。このような高密
度のＩＣの場合、従来のパッケージでは３０分以上の連
続動作は不可能とされていただけに、本発明による熱効
率の顕著な効果が証明できた。
発明の詳細
な説明したように本発明によれば、大型あるいは複雑に
なることなく、しかも低コストでＳｉ半導体素子の熱放
散を行うことができる。従って、本発明はますます高速
化、高周波数化および高集積化が進む化合物半導体素子
の熱対策に極めて有用なものとなる。
なることなく、しかも低コストでＳｉ半導体素子の熱放
散を行うことができる。従って、本発明はますます高速
化、高周波数化および高集積化が進む化合物半導体素子
の熱対策に極めて有用なものとなる。
Claims (4)
- （１）Ｓｉ半導体層からなるかあるいはＳｉ半導体層の
上に金属層が形成されてなる基板母体と、該基板母体の
表面上に成長形成されたダイヤモンド膜とを有すること
を特徴とするＳｉ半導体基板。 - （２）前記ダイヤモンド膜の厚さが５０μｍ以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のＳｉ半
導体基板。 - （３）前記ダイヤモンド膜が気相合成法によって形成さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
項に記載のＳｉ半導体基板。 - （４）前記金属層がＷからなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項ないし第３項のうちいずれか１項に記載
のＳｉ半導体基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10432585A JPS61263141A (ja) | 1985-05-16 | 1985-05-16 | Ｓｉ半導体基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10432585A JPS61263141A (ja) | 1985-05-16 | 1985-05-16 | Ｓｉ半導体基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61263141A true JPS61263141A (ja) | 1986-11-21 |
Family
ID=14377779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10432585A Pending JPS61263141A (ja) | 1985-05-16 | 1985-05-16 | Ｓｉ半導体基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61263141A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03209751A (ja) * | 1990-01-11 | 1991-09-12 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の冷却方法および構造 |
| US5075764A (en) * | 1989-06-22 | 1991-12-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Diamond electric device and manufacturing method for the same |
| JPH04311069A (ja) * | 1991-04-08 | 1992-11-02 | Mitsubishi Electric Corp | 高周波用半導体装置 |
-
1985
- 1985-05-16 JP JP10432585A patent/JPS61263141A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5075764A (en) * | 1989-06-22 | 1991-12-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Diamond electric device and manufacturing method for the same |
| US5538911A (en) * | 1989-06-22 | 1996-07-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method for a diamond electric device |
| JPH03209751A (ja) * | 1990-01-11 | 1991-09-12 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の冷却方法および構造 |
| JPH04311069A (ja) * | 1991-04-08 | 1992-11-02 | Mitsubishi Electric Corp | 高周波用半導体装置 |
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